基于無鉛廢棄燈管制備微晶泡沫玻璃及其性能研
發(fā)布日期：2017-04-24 21:36 瀏覽次數(shù)：[field:click/]
泡沫玻璃是以廢棄的玻璃為主要原材料,并加入發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、助溶劑和輔助劑等添加劑后,經(jīng)過球磨混合,再通過預(yù)熱、發(fā)泡、退火等熱處理過程而形成的多孔無機(jī)保溫材料。由于泡沫玻璃本身具備隔熱、防火和耐蟲害等優(yōu)點,同時大大緩解了固體廢棄物處理的問題,可以稱得上是一種環(huán)保的優(yōu)質(zhì)保溫建筑材料,應(yīng)用領(lǐng)域也十分廣泛,且具有良好的應(yīng)用前景。但因為泡沫玻璃本身抗壓強(qiáng)度的不足,仍沒有得到大力推廣使用。為解決這個問題,本課題主要對優(yōu)質(zhì)泡沫玻璃的制備以及泡沫玻璃的微晶化處理等方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究,并使用差熱分析、SEM和XRD等現(xiàn)代測試方法對材料的性能與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與表征,結(jié)果表明微晶化處理可以極大地提高泡沫玻璃的性能。本研究選用無鉛廢棄燈管作為原材料,并以煤粉、石墨、碳酸鈣和二氧化錳作為發(fā)泡劑,對比了各自的發(fā)泡效果,氟硅酸鈉作為助熔劑,磷酸鈉作為穩(wěn)泡劑,碳酸鈉作為輔助劑,采用粉末燒結(jié)的方法制備了泡沫玻璃。通過DTA-TG分析儀對玻璃粉的軟化溫度以及四種發(fā)泡劑的反應(yīng)溫度進(jìn)行了測試分析。結(jié)果可知四種發(fā)泡劑的發(fā)泡溫度范圍分別為：煤粉400-550℃；石墨550-900℃；碳酸鈣600-800℃；二氧化錳500-600℃和950-980℃。玻璃粉的軟化溫度范圍為650-950℃。同時比較了四種發(fā)泡劑的發(fā)泡效果,得出以二氧化錳作為發(fā)泡劑制備的泡沫玻璃優(yōu)于其他三種發(fā)泡劑：密度為0.56g/mm3,抗壓強(qiáng)度為2.87Mpa,導(dǎo)熱系數(shù)為0.145w/m·K。研究了泡沫玻璃制備工藝與添加劑加入量對泡沫玻璃各項物理性能的影響,根據(jù)實驗結(jié)果得知,最佳的熱處理工藝為：發(fā)泡溫度為800℃,發(fā)泡保溫時間為25min；添加劑的最優(yōu)配比為：發(fā)泡劑為4%,助熔劑為4%,穩(wěn)泡劑為7%,輔助劑為5%。在此工藝與配比下制備的泡沫玻璃具有孔徑均勻,表觀密度低,且具有較高的抗壓強(qiáng)度。同時根據(jù)正交分析可知,發(fā)泡劑與發(fā)泡溫度對泡沫玻璃的性能影響較為顯著,穩(wěn)泡劑對泡沫玻璃的泡孔結(jié)構(gòu)的均勻性起到了在一定程度的穩(wěn)固作用。在制備具有優(yōu)異性能的泡沫玻璃的基礎(chǔ)上,通過在混合粉料中加入適量的晶核劑,并將制備好的泡沫玻璃再次進(jìn)行熱處理,從而得到內(nèi)部具有大量晶體分布的微晶泡沫玻璃。首先通過差熱分析確定玻璃粉的轉(zhuǎn)化溫度以及析晶溫度,通過正交手段優(yōu)化微晶化工藝參數(shù),最終獲得最佳的微晶化處理參數(shù)。研究結(jié)果表明,在微晶化處理過程中,晶化溫度與核化溫度對試樣的性能有顯著的影響,其次是晶化與核化時間。微晶泡沫玻璃的最佳微晶化工藝為：核化溫度590℃,核化時間140min,晶化溫度670℃,晶化時間90min。通過SEM和XRD觀察分析可知,試樣內(nèi)部生成了大量的晶體。主要晶相為螢石、硅灰石和鈦酸鎂。優(yōu)化后的微晶泡沫玻璃的抗壓強(qiáng)度為17.5MPa,吸水率為6%,密度為0.75g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為0.133w/m·K,平均孔徑為2.11mm。
