利用废平板玻璃制备泡沫玻璃及其性能研究

摘要

泡沫玻璃是一种以纯原料或废玻璃为主要原料，以发泡剂、助溶剂和促进剂等为添加剂，经熔融，发泡，冷却等过程形成的内部充满连通或封闭气孔的无机材料。由于其具有导热系数小、热膨胀系数低、不吸水、不透湿、不燃烧、工作温度范围宽、不受虫害、耐蚀性能强等优点，称得上是一种性能优越的隔热、吸声、防潮、防火的建筑材料和装饰材料，可应用在中温保温隔热、建筑内外墙的保温隔热、防水防潮工程、装饰工程、石油化工、冷藏、地下工程和噪音消除等领域。
　　 选用废平板玻璃为主要原料，以CaCO3为发泡剂，Na2CO3、(NaPO3)6为添加剂，采用模压烧结法制备了硅酸盐泡沫玻璃。通过单因素实验法、多指标正交试验设计和响应面试验设计等来优化实验工艺，研究了发泡剂含量、发泡温度、保温时间、原料湿磨时间等因素对泡沫玻璃各性能的影响，确定出最佳制备工艺。采用差示扫描量-热重(DSC-TG)分析仪、激光粒度分析仪(LDSA)、扫描电镜(SEM)、阿基米德浮力法、万能材料试验机等分析测试手段，对配合料的热变化规律、原料粒度、微观结构、体积密度、总气孔率、显气孔率、抗压强度和抗折强度等进行了表征和分析。
　　 1)DSC-TG曲线表明，所用配合料在800℃附近大量生成气体，泡沫玻璃配合料发泡温度在该温度附近。原料粒度分析表明，原料D50随湿磨时间的延长先是迅速减小，然后减小的幅度逐渐变小直至接近水平不变，其变化趋势与粉碎理论相符合。
　　 2)随着发泡剂含量的增大，样品内产生的气体量增多，泡沫玻璃内气孔孔径增大，孔壁先变薄后变厚，在加入3wt％发泡剂时，泡沫玻璃的气孔分布最均匀;泡沫玻璃的体积密度随着发泡剂含量的增大先减小后增大，总气孔率、显气孔率呈先增大后减小趋势，抗压强度、抗折强度则一直减小。
　　 3)升高发泡温度或延长保温时间，泡沫玻璃样品的气孔孔径增大，孔壁变薄，发泡温度过高或保温时间过长会破坏气孔结构;随着发泡温度的升高或保温时间的延长，泡沫玻璃的体积密度、抗压强度、抗折强度先减小后增大，总气孔率、显气孔率呈先增大后减小趋势。
　　 4)随着原料湿磨时间的延长，原料粒度减小，配合料膨胀性得到改善;随着湿磨时间的延长，样品体积密度密度随原料湿磨时间的延长而减小，显气孔率随着湿磨时间的延长呈增大趋势，原料湿磨时间的延长使得泡沫玻璃的抗压和抗折强度减小，泡沫玻璃的孔径大小分布趋于均匀，总气孔率增大，孔壁变薄，但原料湿磨时间过长，会形成孔径不均匀的气孔。
　　 5)多指标正交试验设计的优化结果显示:对于不同的指标而言，不同因素的影响程度不一;通过综合平衡法分析得到综合的优方案为A2B2C2D3，经验证该优方案准确可靠。
　　 6)响应面实验设计优化结果所得模型与响应值的实际变化吻合得很好，通过数值优化分析结合实际可操作性得出较优工艺条件为发泡剂含量3.2wt％、发泡温度840℃、保温时间62min、原料湿磨时间56min，该条件下泡沫玻璃的体积密度与模型预测值接近。

目录

封面

摘要

英文摘要

1 绪论

1．1 废玻璃概述

1．1．1 废玻璃的来源

1．1．2 废玻璃的危害

1．1．3 废玻璃的综合利用现状

1．2 泡沫玻璃概述

1．2．1 泡沫玻璃

1．2．2 泡沫玻璃的制备方法

1．2．3 泡沫玻璃的主要性能指标

1．3 发泡剂的分类、选取要求及发泡机理

1．3．1 发泡剂的分类

1．3．2 发泡剂的选取要求

1．3．3 发泡剂的发泡机理

1．4 各种添加剂

1．4．1 结合剂及其作用机理

1．4．2 助熔剂的特点及其作用

1．4．3 稳泡剂及其作用机理

1．4．4 其他添加剂

1．5 泡沫玻璃国内外研究状况

1．5．1 泡沫玻璃的国外研究状况

1．5．2 泡沫玻璃的国内研究状况

1．6 本课题的研究意义、研究内容

1．6．1 研究意义

1．6．2 研究内容

2 实验仪器设备及原料

2．1 实验设备与测试仪器

2．1．1 实验仪器与设备

2．1．2 测试仪器与设备

2．2 实验原料的选择

3 实验过程

3．1 泡沫玻璃的制备过程

3．1．1 实验工艺流程

3．1．2 烧结工艺环境的确定

3．1．3 原料的预处理及试条的制备

3．1．4 烧成温度制度

3．1．5 测试样制备

3．2 实验方案设计

3．2．1 单因素实验

3．2．2 正交设计方法对工艺参数的优化

3．2．3 响应面试验设计方法(RSM)对工艺参数的优化

3．2．4 验证性试验

3．3 性能测试

3．3．1 配合料的热分析

3．3．2 原料粒度的测定

3．3．3 体积密度、显气孔率及总气孔率的测定

3．3．4 抗折强度的测定

3．3．5 抗压强度的测定

3．3．6 扫描电镜分析

4 结果与讨论

4．1 配合料热分析

4．2 原料粒度分析

4．3 微观结构分析

4．3．1 发泡剂含量对微观结构的影响

4．3．2 发泡温度对微观结构的影响

4．3．3 保温时间对微观结构的影响

4．3．4 原料湿磨时间对微观结构的影响

4．4 单因素实验结果

4．4．1 发泡剂含量对各性能的影响

4．4．2 发泡温度对各性能的影响

4．4．3 保温时间对各性能的影响

4．4．4 原料湿磨时间对各性能的影响

4．5 正交设计优化结果

4．6 响应面设计优化结果

4．7 泡沫玻璃的常见缺陷与原因分析

4．7．1 制品出现凹陷坍塌

4．7．2 制品底部大孔

4．7．3 制品未发泡

4．7．4 制品开裂

4．7．5 制品内部发泡不均

4．7．6 制品不易脱模

5 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

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