泡沫玻璃的制備及其性能研究*

趙 婧

(榆林市新科技開(kāi)發(fā)有限公司 陜西 榆林 718100)

泡沫玻璃是由定量的碎玻璃、發(fā)泡劑、改性添加劑和促進(jìn)劑等原料，經(jīng)過(guò)細(xì)粉碎且混合均勻形成配合料，放入到特定的模具中，再經(jīng)過(guò)預(yù)熱、熔融、發(fā)泡、退火等工藝制成的多孔玻璃材料[1～2]。泡沫玻璃是一種性能優(yōu)越的隔熱、吸聲、防潮、防火的輕質(zhì)高強(qiáng)建筑材料和裝飾材料。它具有機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)小、熱膨脹系數(shù)低、不吸水、不透濕、熱工性能穩(wěn)定、不燃燒、不變形、使用壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬、防蟲(chóng)害、耐蝕性能好、易加工(可鋸切)、施工極其方便等優(yōu)點(diǎn)[3]。雖然新型隔熱材料層出不窮，但泡沫玻璃以其永久性、安全性、可靠性在低溫隔熱、防潮工程、吸聲工程等領(lǐng)域占據(jù)越來(lái)越重要的地位[4]。泡沫玻璃可以很容易加工成各種形狀，可滿足不同工程的需要。泡沫玻璃是固體廢棄材料的再生利用、保護(hù)環(huán)境并獲得豐厚經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)秀范例。

利用碎玻璃來(lái)制造泡沫玻璃，一方面可以合理利用資源變廢為寶，另一方面制造的泡沫玻璃可以在一定程度上代替目前使用的各種建筑材料，以實(shí)現(xiàn)建筑物節(jié)能的目的，因此泡沫玻璃的開(kāi)發(fā)與利用具有極高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

實(shí)驗(yàn)用主要化學(xué)試劑見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)用主要化學(xué)試劑

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)用主要儀器及設(shè)備見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)用主要儀器設(shè)備

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用的是碳酸鈣和活性炭?jī)煞N發(fā)泡劑制備泡沫玻璃，并采用不同的配方研究出對(duì)泡沫玻璃的結(jié)構(gòu)與性能的影響，而設(shè)計(jì)了研究配方，見(jiàn)表3。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 體積密度及氣孔率的測(cè)定

體積密度是指單位體積材料(包含材料內(nèi)部所有的氣孔)的質(zhì)量。本實(shí)驗(yàn)中采用幾何方法測(cè)定樣品的體積密度。將燒成制備的泡沫玻璃用切割機(jī)切割、打磨成規(guī)則體積形狀的塊狀樣品，用游標(biāo)卡尺多次精確測(cè)量其長(zhǎng)度、寬度及高度，再計(jì)算出體積V，其中長(zhǎng)、寬、高均為多次測(cè)量后取其平均值，再用電子天平稱其干燥時(shí)的質(zhì)量M0，并利用公式求得體積密度：

Pa=M0/V

(1)

式中：Pa——體積密度，g/cm3；

M0——干燥試樣的質(zhì)量，g；

V——試樣的體積， cm3。

表3 采用活性炭的研究配方(質(zhì)量%)

注：碳酸鈣與活性炭的配比為3∶1。

樣品的體積密度取自選取的3份同種樣品的平均值，盡最大的可能使結(jié)果更加準(zhǔn)確。

氣孔率是指氣孔體積占材料總體積的百分比。本實(shí)驗(yàn)中氣孔率的測(cè)定是釆用樣品的體積密度和真密度來(lái)計(jì)算的，計(jì)算公式為：

P=1-Pa/PT

(2)

式中：P——?dú)饪茁剩?；

PT——真密度，g/cm3。

PT為材料完全密實(shí)狀態(tài)下的密度，實(shí)驗(yàn)中以干燥樣品的粉末密度來(lái)作為真密度計(jì)算。

1.4.2 吸水率

吸水率以樣品吸水前后質(zhì)量變化的百分比來(lái)計(jì)算，測(cè)試步驟如下:

1)首先稱量干燥樣品的質(zhì)量M0；

2)將樣品放入去離子水中，在常溫下浸泡2 h；

3)取出樣品，吸收樣品表面附著的水分，立即稱取，得到質(zhì)量M。

吸水率的計(jì)算公式為：

W=(M-M0)/M0

(3)

式中：W——吸水率，%；

M，M0——分別為樣品浸水后和浸水前的質(zhì)量，g。

1.4.3 化學(xué)穩(wěn)定性

化學(xué)穩(wěn)定性是保證樣品在長(zhǎng)期使用過(guò)程中不受破壞和抵御環(huán)境腐蝕的能力，對(duì)樣品的長(zhǎng)期實(shí)際利用具有重要的意義。實(shí)驗(yàn)中對(duì)樣品的化學(xué)穩(wěn)定性能測(cè)試主要檢測(cè)試樣的抗酸腐蝕性，分析其在弱酸環(huán)境中耐腐蝕的能力。測(cè)試的實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1)配制500 mL，0.01 mol/L的硫酸溶液;

2)稱取干燥樣品的質(zhì)量M0，并將樣品放在試管中,倒入配置好的硫酸溶液淹沒(méi)樣品，然后用塑料薄膜封住試管口防止酸液的濃度變化。

3)在浸泡一定時(shí)間后，將樣品取出烘干稱其質(zhì)量Ma。耐酸腐蝕性通過(guò)對(duì)比試樣腐蝕前后質(zhì)量的百分比來(lái)表示，計(jì)算公式為：

R=Ma/M0

(4)

式中：R——耐酸度，%；

M0，Ma——分別為樣品腐蝕前和腐蝕后的質(zhì)量，g。

1.4.4 泡沫玻璃的耐酸性能測(cè)試

為驗(yàn)證泡沫玻璃的耐酸性能,設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案如下：

1)配制500 mL,0.01 mol/L的硫酸溶液;

2)稱取干燥試樣的質(zhì)量M0，并將試樣放在試管中，倒入配置好的硫酸溶液并淹沒(méi)試樣，然后用塑料薄膜封住試管口防止酸液的濃度變化。

3)在浸泡一定時(shí)間后，將試樣取出烘干稱取其質(zhì)量Ma耐酸腐蝕性通過(guò)對(duì)比試樣腐蝕前后質(zhì)量的百分比來(lái)表示，計(jì)算公式為：

R=Ma/M0

(5)

式中：R——耐酸度， %；

Ma，M0——分別為樣品酸腐蝕后和腐蝕前的玻璃的質(zhì)，g。

1.4.5 泡沫玻璃的耐堿性能測(cè)試

為驗(yàn)證泡沫玻璃的耐堿性能,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如下：

1)配制500 mL，20%的氫氧化鈉溶液；

2)稱取干燥樣品的質(zhì)量M0，并將樣品放在試管中，倒入配制好的硫酸溶液淹沒(méi)試樣，然后用塑料薄膜封住試管口，防止氫氧化鈉的濃度變化。

3)在浸泡一定時(shí)間后，將樣品取出烘干稱其質(zhì)量Ma耐酸腐蝕性通過(guò)對(duì)比試樣品腐蝕前后質(zhì)量的百分比來(lái)表示，計(jì)算公式為：

R=Ma/M0

(6)

式中：R——耐堿度，%；

Ma,M0——分別為樣品堿腐蝕后和腐蝕前的玻璃的質(zhì)量,g。

1.4.6 抗壓強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度是試樣受到壓縮作用而破壞時(shí)的最大應(yīng)力，即試樣單位面積上所承受的最大載荷。泡沫玻璃的抗壓強(qiáng)度極限用試樣單位面積上所能承受的最大壓力來(lái)表示。將試樣加工成長(zhǎng)方體，在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)下對(duì)樣品緩慢加壓，實(shí)驗(yàn)速度為1 mm/min。抗壓強(qiáng)度的計(jì)算公式為:

σa=P/A

(7)

其中：σa——抗壓強(qiáng)度, MPa；

P——斷裂時(shí)的載荷,N；

A——試樣加載面積,mm2。

2 結(jié)果與討論

2.1 體積密度

樣品的實(shí)驗(yàn)體積密度見(jiàn)表4。

體積密度與泡沫玻璃的發(fā)泡程度有很大關(guān)系。泡沫玻璃的發(fā)泡程度越大則泡沫玻璃的體積密度越小。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出：樣品1～3采用不同的發(fā)泡劑得出的泡沫玻璃的密度也不同。以碳酸鈣為發(fā)泡劑的樣品2得到的體積密度最大，由此可見(jiàn)相比此溫度制度下，碳酸鈣的發(fā)泡性能要比活性炭和兩者混合的能力差。

由樣品3～6可以看出，泡沫玻璃采用相同的發(fā)泡劑和不同的溫度制度，即在發(fā)泡的保溫長(zhǎng)短不同，所得到的泡沫玻璃的發(fā)泡能力不同，因此樣品的平均密度也不同。隨著發(fā)泡溫度的升高，體積密度降低到最小值后逐漸增加。原因是發(fā)泡溫度較低時(shí)，活性炭與氧氣生成氣體的量較少、玻璃液的粘度較大，發(fā)泡困難，造成體積密度大、氣孔率小；發(fā)泡溫度較高時(shí)，玻璃液的粘度過(guò)小，活性炭與氧氣生成的氣體不能被液相包裹，且隨著溫度升高，玻璃液逐漸澄清，氣泡變少。發(fā)泡時(shí)間對(duì)試樣的體積密度也有一定影響。樣品的體積密度先變小后逐漸增大，氣孔率先變大后變小。因?yàn)榘l(fā)泡時(shí)間過(guò)短，致使發(fā)泡不充分，造成氣孔率偏小，體積密度變大；發(fā)泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，發(fā)泡劑分解氣體充分，氣泡的內(nèi)壓逐漸增大，從而突破液相的包裹束縛，逸出試樣表面。

2.2 吸水率

圖1為樣品的吸水率。

圖1 樣品吸水率

由圖1樣品吸水率數(shù)據(jù)可知，樣品都具有一定的吸水率，樣品吸水主要依靠樣品中存在的開(kāi)口氣孔來(lái)吸附水分。不同的發(fā)泡劑所得到的泡沫玻璃的開(kāi)口氣孔率也不同，由樣品1～3可以看出，以活性炭為發(fā)泡劑的泡沫玻璃的開(kāi)口氣孔率較大。但是同一種發(fā)泡劑的泡沫玻璃由于不同的發(fā)泡制度所得到的泡沫玻璃的開(kāi)口氣孔率也不同，由樣品3～6可以看出。若氣孔率較大則所得到的開(kāi)口氣孔率也不同，所以吸水率也不相同。

2.3 體積密度，吸水率和氣孔率的關(guān)系

體積密度與氣孔率呈現(xiàn)出一個(gè)反向變化的趨勢(shì)，即體積密度越大則氣孔率越小。樣品中氣孔量增大直接導(dǎo)致體積密度的降低，以及氣孔率的升高。樣品吸水率直接與氣孔率相關(guān)，氣孔率越大則其吸水率也隨之越高，吸水率主要是由于氣孔多呈現(xiàn)開(kāi)口氣孔所決定的。

2.4 抗壓強(qiáng)度

樣品的抗壓強(qiáng)度如5所示。

表5 樣品的抗壓強(qiáng)度

由表5可以看出，不同發(fā)泡劑樣品的機(jī)械強(qiáng)度變化較大。不同燒結(jié)制度的樣品其機(jī)械強(qiáng)度變化也比較大。如果燒結(jié)溫度適中、燒結(jié)時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，則燒結(jié)后樣品內(nèi)部沒(méi)有出現(xiàn)直徑比較大的大氣孔，均由孔徑范圍比較接近的小氣孔組成，因此最終表現(xiàn)出具有較大的抗壓強(qiáng)度。樣品中如果出現(xiàn)了直徑過(guò)大的氣孔，且大氣孔的存在會(huì)嚴(yán)重影響樣品的抗壓強(qiáng)度。因此，泡沫玻璃樣品中如果發(fā)泡劑含量過(guò)高，雖然樣品具有較低的密度和較高的氣孔率，但機(jī)械強(qiáng)度會(huì)很低，嚴(yán)重影響其實(shí)際應(yīng)用。泡沫玻璃的抗壓強(qiáng)度還與受壓方向有關(guān)，壓力方向和發(fā)泡方向平行時(shí)抗壓強(qiáng)較高，壓力方向和發(fā)泡方向垂直時(shí)抗壓強(qiáng)度較小。泡沫玻璃的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其他有機(jī)隔熱材料。

2.5 化學(xué)穩(wěn)定性的測(cè)定

2.5.1 耐酸性測(cè)試

通常來(lái)講，泡沫玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性主要包含兩類：耐水性和耐酸性。由于泡沬玻璃的多孔結(jié)構(gòu)，能夠吸收大量水分，在水分對(duì)玻璃表面侵蝕的過(guò)程中，吸收的水分與玻璃表面結(jié)合能夠?qū)λ那治g起到保護(hù)作用。因此泡沫玻璃具有極好的耐水性。實(shí)驗(yàn)中主要測(cè)試了泡沫玻璃樣品的耐酸性。從實(shí)驗(yàn)可以看出，制備的樣品均具有很高的耐酸性。該測(cè)試結(jié)果表明，樣品均能在一定的酸性環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)用。除HF酸外，玻璃一般不與其他的酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，酸一般通過(guò)水的作用來(lái)侵蝕玻璃。由于實(shí)驗(yàn)制備的泡沫玻璃屬于硅酸鹽系玻璃，具有非常致密的[SiO4]硅氧四面體結(jié)構(gòu)，玻璃的網(wǎng)絡(luò)連接程度非常緊密，使酸腐蝕的程度很小，因此樣品具有很高的耐酸性。樣品的耐酸性如圖2所示。

圖2 樣品耐酸性

2.5.2 耐堿性能測(cè)試

樣品的耐堿性如圖3所示。

圖3 樣品耐堿性

通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，泡沫玻璃在堿溶液浸泡的過(guò)程中，未與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，也未生成新物質(zhì)，同時(shí)，堿溶液也對(duì)泡沫玻璃樣品表面未造成侵蝕現(xiàn)象。因此可以得出結(jié)論，即泡沫玻璃具有較好的耐堿性能。

2.6 燒結(jié)制度對(duì)結(jié)構(gòu)和性能的影響

由于泡沫玻璃作為一種大量實(shí)際應(yīng)用的產(chǎn)品，必須考慮其應(yīng)用的實(shí)際生產(chǎn)成本。目前查閱文獻(xiàn)中利用粉煤灰、玻璃粉作為主要原料制備泡沫玻璃時(shí)，均采用較高的溫度來(lái)燒結(jié)制備，燒結(jié)溫度為900～1 200 ℃。因此本實(shí)驗(yàn)中探索采用盡可能低的燒結(jié)溫度來(lái)進(jìn)行制備，樣品3～5分別采用750 ℃和800 ℃兩種不同的發(fā)泡溫度。

泡沫玻璃制備的關(guān)鍵因素在于樣品的軟化溫度和發(fā)泡溫度范圍比較一致，這樣在發(fā)泡劑分解或氧化過(guò)程中產(chǎn)生的氣體被包裹在軟化的還原體中，氣泡得以保存，最終在樣品中形成氣孔結(jié)構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在700～800 ℃，由于燒結(jié)溫度還沒(méi)有達(dá)到樣品還原體的軟化溫度，樣品還原體還沒(méi)有完全軟化，發(fā)泡劑雖然已部分甚至完全分解，但產(chǎn)生的氣體直接從還原體中揮發(fā)出去，無(wú)法被包裹在樣品內(nèi)部，沒(méi)有形成氣孔結(jié)構(gòu)，最終無(wú)法制備得到發(fā)泡良好的泡沫材料。而當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到750 ℃時(shí)，成功制備出發(fā)泡良好、樣品體積膨脹適宜的泡沫材料。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇的泡沫材料最低燒結(jié)溫度為750 ℃。當(dāng)燒結(jié)溫度超過(guò)850 ℃時(shí)，樣品在燒結(jié)過(guò)程中內(nèi)部成功形成很多氣孔結(jié)構(gòu)，但由于在高溫作用下，氣孔大量貫穿連通，內(nèi)部出現(xiàn)很多直徑過(guò)大的孔洞，這種不均勻的結(jié)構(gòu)會(huì)嚴(yán)重影響樣品的機(jī)械性能等各種性能。

2.6.1 燒結(jié)溫度對(duì)性能影響的分析

燒結(jié)溫度為800 ℃時(shí)樣品5的各項(xiàng)性能比較優(yōu)異。隨著發(fā)泡溫度的升高，樣品的氣孔率先增大后逐漸減小，體積密度降低到最小值后逐漸增加。原因是發(fā)泡溫度較低時(shí)，活性炭反應(yīng)較少、玻璃液的粘度較大，發(fā)泡困難，造成體積密度較大、氣孔率小；發(fā)泡溫度較高時(shí)，玻璃液的粘度過(guò)小，活性炭反應(yīng)產(chǎn)生的氣體不能被液相包裹，且隨著溫度升高，玻璃液逐漸澄清，氣泡變少。

因此提高燒結(jié)溫度對(duì)泡沫材料的結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大的影響，過(guò)高的燒結(jié)溫度將造成樣品結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重不均勻,影響了泡沫玻璃的性能。

2.6.2 燒結(jié)時(shí)間對(duì)結(jié)構(gòu)和性能的影響

燒結(jié)時(shí)間是指在最高燒結(jié)溫度的保溫時(shí)間。其目的是樣品中發(fā)泡充分完全，讓氣泡長(zhǎng)大同時(shí)使樣品結(jié)構(gòu)更為均勻。發(fā)泡時(shí)間對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)及性能會(huì)造成一定的影響。發(fā)泡時(shí)間過(guò)短，樣品中發(fā)泡劑來(lái)不及分解完全，形成的部分氣孔及其結(jié)構(gòu)也沒(méi)有完全形成，最終影響樣品的發(fā)泡效果，不能制備出氣孔率適宜的泡沫玻璃樣品；發(fā)泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，樣品中形成的氣孔在長(zhǎng)時(shí)間的高溫作用下，氣孔逐漸貫穿連通，形成了孔徑過(guò)大的大氣孔，造成氣孔結(jié)構(gòu)的不均勻性，嚴(yán)重影響所制備樣品的機(jī)械強(qiáng)度。過(guò)短和過(guò)長(zhǎng)的燒結(jié)時(shí)間都不利于制備出性能良好的泡沫玻璃材料，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究出樣品制備的最佳燒結(jié)時(shí)間。

樣品3～5分別是在燒結(jié)溫度下保溫90 min，30 min和60 min，研究燒結(jié)時(shí)間的變化對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)和性能的影響。由前面得出的數(shù)據(jù)可以看出耐酸性樣品5要高于其他兩個(gè)產(chǎn)品，抗壓強(qiáng)度以及氣孔率都要優(yōu)于其他產(chǎn)品，可以得出燒結(jié)溫度過(guò)高與過(guò)低都對(duì)泡沫玻璃產(chǎn)生不利的影響。隨著發(fā)泡時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品的體積密度先變小后逐漸增大，氣孔率先增大后減小。因?yàn)椋l(fā)泡時(shí)間過(guò)短時(shí)，發(fā)泡不充分，造成氣孔率偏小，體積密度大；發(fā)泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，發(fā)泡劑分解氣體充分，氣泡的內(nèi)壓逐漸增大，從而突破液相的包裹束縛，逸出試樣表面；另外隨著發(fā)泡時(shí)間的延長(zhǎng)，試樣內(nèi)部析出的晶體增多，燒結(jié)程度加劇，致密度升高，氣孔率下降，體積密度增大。

燒結(jié)30 min所制備的樣品表面上殘留有小氣口，同時(shí)樣品色澤呈現(xiàn)出一定的不均勻性，部分原料顆粒沒(méi)有得到反應(yīng)仍殘存夾雜在樣品中，證明整個(gè)材料體系還沒(méi)有得到充分發(fā)泡反應(yīng)。對(duì)樣品內(nèi)部形貌的觀察可以看出，由于發(fā)泡劑在較短時(shí)間內(nèi)沒(méi)有完全分解，樣品內(nèi)部形成的氣孔數(shù)量也比較少，樣品體積膨脹較小。30 min的燒結(jié)時(shí)間對(duì)于樣品的發(fā)泡時(shí)間過(guò)短，需要延長(zhǎng)一定的燒結(jié)時(shí)間來(lái)制備樣品。對(duì)于燒結(jié)時(shí)間為60 min及90 min所制備樣品的體積膨脹要比燒結(jié)時(shí)間為30 min制備的樣品要大。這證明在延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間后，即燒結(jié)時(shí)間為60～90 min時(shí)樣品能夠充分反應(yīng)完全。

樣品內(nèi)部形成了大量的氣孔，且形成的氣孔數(shù)量和直徑均隨燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增大。這說(shuō)明氣孔的形成和長(zhǎng)大均需要一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間過(guò)程。隨燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，氣孔孔徑逐漸增大，小氣孔逐漸相互結(jié)合形成較大的氣孔。燒結(jié)時(shí)間在30 min時(shí)，由于發(fā)泡反應(yīng)時(shí)間過(guò)短，樣品內(nèi)部來(lái)不及形成數(shù)量很多的氣孔，最終僅停留在氣孔剛出現(xiàn)的階段，孔徑極小的氣孔沒(méi)有完全長(zhǎng)大，而當(dāng)燒結(jié)時(shí)間從30 min延長(zhǎng)到60 min后，樣品中氣孔出現(xiàn)了相當(dāng)程度的長(zhǎng)大，孔徑較大且氣孔分布較為均勻；而當(dāng)燒結(jié)時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)到90 min后，發(fā)現(xiàn)氣孔相互貫穿連通，最終形成了孔徑過(guò)大的大氣孔甚至空洞，這種結(jié)構(gòu)對(duì)樣品的性能會(huì)產(chǎn)生非常不利的影響。因此燒結(jié)時(shí)間過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)均不利于泡沬玻璃的制備。

2.6.3 燒結(jié)時(shí)間對(duì)性能的影響

實(shí)驗(yàn)證明，60 min是樣品在燒結(jié)溫度為800 ℃比較合理的燒結(jié)時(shí)間，樣品形成了較多的氣孔結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)相對(duì)比較均勻。

隨著燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品密度在小范圍內(nèi)逐漸降低，而氣孔率逐漸小幅升高。這主要是由于隨燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品中發(fā)泡更加完全充分，形成的氣孔數(shù)量和氣孔孔徑均逐漸增大，樣品中氣孔體積占試樣總體積的比例逐漸上升，因而呈現(xiàn)出隨燒結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)密度降低和氣孔率升高的趨勢(shì)。同時(shí)，由于試樣中發(fā)泡劑在高溫階段分解速度比較快，在30～60 min這段時(shí)間內(nèi)基本分解得比較完全,因此繼續(xù)延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間，對(duì)樣品中氣孔的總體積沒(méi)有明顯的作用，因此樣品密度和氣孔率在不同燒結(jié)時(shí)間的變化下沒(méi)有發(fā)生明顯改變，均只在小幅度范圍內(nèi)被動(dòng)。

2.7 其他因素對(duì)泡沫玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響

2.7.1 升溫速率和降溫速率對(duì)泡沫玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響

從400 ℃到800 ℃的燒結(jié)溫度，升溫速率要快，防止發(fā)泡劑過(guò)早氧化和配合料表面瓷化。從燒結(jié)到發(fā)泡溫度，速率要慢，保證發(fā)泡均勻。降溫速率應(yīng)該控制在10～20 ℃/min，可保持生成的氣孔。達(dá)到退火溫度時(shí)，保溫一定時(shí)間，或降低降溫速率，以消除產(chǎn)品中的應(yīng)力。當(dāng)溫度降至退火溫度以下200 ℃時(shí)，可以快速降溫至室溫。

2.7.2 原料的濕磨時(shí)間對(duì)結(jié)構(gòu)和性能的影響

泡沫玻璃的顯氣孔率隨著濕磨時(shí)間的延長(zhǎng)呈增大趨勢(shì)，考慮到原料濕磨時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)生產(chǎn)成本的增加，選用濕磨50 min的原料燒制樣品較合適。原料濕磨時(shí)間的延長(zhǎng)使得泡沫玻璃的抗壓和抗折強(qiáng)度減小，濕磨時(shí)間不超過(guò)50 min，所得樣品的抗壓和抗折強(qiáng)度參數(shù)基本滿足相關(guān)建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。隨著原料濕磨時(shí)間的延長(zhǎng)，泡沫玻璃的微觀結(jié)構(gòu)得到明顯的改善，氣孔孔徑增大，總氣孔率增大，孔壁變薄，但時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致氣孔孔徑不均勻。

3 結(jié)論

以碎玻璃為主要原料,通過(guò)加入一定含量的助熔劑及發(fā)泡劑進(jìn)行成分設(shè)計(jì)，從而使配合料的組成滿足玻璃的形成范圍，在較低的溫度下成功制備得到發(fā)泡良好的泡沫玻璃。筆者研究了不同組分的含量變化對(duì)泡沫玻璃樣品的制備及性能的影響，同時(shí)也探討了燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)泡沫玻璃的發(fā)泡及樣品性能的影響，得出了以下結(jié)論：

1)利用碎玻璃制備泡沫玻璃，采用碳酸鈉和二氧化錳作為助熔劑具有很好的助熔效果，實(shí)現(xiàn)在較低溫度下制備得到泡沫玻璃樣品的目的。活性炭作為發(fā)泡劑制備出發(fā)泡效果良好的泡沬玻璃樣品，樣品具有較低的體積密度，很高的氣孔率，良好的耐酸穩(wěn)定性以及一定的機(jī)械強(qiáng)度，能夠滿足實(shí)際使用要求。

2)碎玻璃的含量和添加劑的含量都會(huì)影響泡沫玻璃的結(jié)構(gòu)和性能。

3)泡沫玻璃制備的最佳工藝制度為:燒結(jié)溫度為800 ℃，燒結(jié)時(shí)間為60 min。燒結(jié)溫度低于750 ℃時(shí)，樣品沒(méi)有達(dá)到軟化溫度坯體還未軟化，坯體無(wú)法發(fā)泡制備得到發(fā)泡良好的泡沫玻璃；反之，燒結(jié)溫度過(guò)高高于800 ℃時(shí),燒結(jié)后樣品表面出現(xiàn)瓷化的現(xiàn)象，內(nèi)部出現(xiàn)很多孔徑過(guò)大的氣孔，造成樣品的結(jié)構(gòu)不均勻，嚴(yán)重影響其機(jī)械強(qiáng)度。燒結(jié)時(shí)間過(guò)短(低于30 min)，發(fā)泡劑分解時(shí)間過(guò)短坯體發(fā)泡不充分；反之，發(fā)泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)(超過(guò)60 min)，坯體內(nèi)部中小氣孔逐漸連通貫穿長(zhǎng)大，形成大氣孔后也會(huì)影響最終樣品性能。本實(shí)驗(yàn)的樣品5性能優(yōu)異，其體積密度為0.472 3 g/cm3，吸水率為0.052 15，抗壓強(qiáng)度為1.225 MPa，耐酸性為99.77%，耐堿性為99.78%。