国内外泡沫玻璃发展概况和生产工艺*田英良**1,张 磊1,顾振华2,孙诗兵1,罗红岩3(1.北京工业大学材料科学与工程学院玻璃材料研究室,北京 100124; 2.泰州职业技术学院,江苏 泰州 225300; 3.德国耶拿约戴特熔炼技术有限公司中国代表处,辽宁 沈阳 110015)摘要:总结归纳了国内外泡沫玻璃的发展状况和国内外泡沫玻璃生产工艺的主要技术流派,并分别介绍了它们各自特点,以期对从事泡沫玻璃的科技工作者和生产者起到借鉴作用。

关键词:泡沫玻璃;发展概况;生产工艺;技术流派中图分类号:TQ171.72+2 文献标识码:A 文章编号:1000-2871(2010)01-0037-05Develop ment and Technology of Foa m G lassatHo me and AbroadTI AN Ying -liang 1,Z HANG L ei 1,GU Zhen -hua 2,SU N Shi -bing 1,LUO H ong -yan3(1.G lassM a teria l s R esearch L ab ,Co llege ofM aterials Sc i ence and Eng i neeri ng ,B eiji ng U niversit y of T echno logy,B eiji ng 100124,China ; 2.T aizhou P o l y techn ic Co llege ,T aizbou 225300,Chi na ; 3.JSJ Jodeit Gmb H Chi na O ffi ce ,Sheny ang 110015,Ch i na)Abstract :The deve l o p m ent sta t u s and the m a i n production techn i c al schoo l of foa m g lasses at ho m eand abroad ,as we ll as t h e ir c haracteristics w ere rev ie w ed .It is hoped that this artic le w ill g i v ereference to those who are engaged in foa m g lass science and techno logy .Key w ords :foa m g lass ;developm en t status ;production technology ;technical school0 前言泡沫玻璃是1935年首先由法国S.t Goba i n 公司发明的,它是由碎玻璃、发泡剂、添加剂和促进剂等,经过粉磨混合形成配合料,并放到特定的模具中,经过预热、烧结、发泡、退火等工艺制成的多孔玻璃材料[1]。

根据泡沫玻璃生产过程中模具与毛坯在退火方面的差别,可以将泡沫玻璃的生产工艺分为/两步法0和/一步法0。

目前,全球绝大多数工厂是采用/两步法0生产工艺。

/两步法0生产工艺是将泡沫玻璃配合料在发泡窑中发泡后,在发泡窑外将模具脱除,脱模后的毛坯再送入退火窑中进行退火。

该生产工艺的优点是其发泡和退火过程相互独立,互不干扰,便于工艺参数的调节,并能及时观察和判断泡沫玻璃的发泡质量状况,然后立即调整发泡温度和发泡时间,很灵活地生产出不 第38卷第1期2010年2月玻璃与搪瓷GLASS &E NAM ELVo.l 38No .1Feb .2010***收稿日期:2009-10-28作者简介:田英良(1969-),男,北京工业大学副教授,硕士导师。

从事新型玻璃材料与建筑节能材料研究。

E -m ai :l boli106@126.co m同密度、不同品种的泡沫玻璃,同时,可最大限度地减少模具的投入量。

/一步法0是将泡沫玻璃配合料在同一模具和同一座窑炉中进行发泡和退火,并获得泡沫玻璃产品,它占用大量模具,并且带模退火不利于毛坯合格率,毛坯开裂情况较多。

1 国内外泡沫玻璃发展概况中国的泡沫玻璃研究开始于20世纪50年代,并由沈阳陶瓷厂研制生产成功第1批泡沫玻璃[2]。

由于泡沫玻璃具有优良的防火、防水、绝热、轻质、高强的性能,进入21世纪以来,随着我国建筑节能发展需要,泡沫玻璃在建筑节能与防火领域得到普遍认可和应用,并因此获得迅速推广应用。

目前,我国已有十多个泡沫玻璃生产厂家,年产量规模已达40万m 3,单线最大生产能力已达4万m 3/a ,所有厂家均采用的是/两步法0生产泡沫玻璃毛坯块。

法国是发明泡沫玻璃最早的国家,其生产泡沫玻璃所采用原料为多原料体系,充分地利用工业废渣来生产泡沫玻璃,还研制复杂碱金属氧化物和碱土金属硅酸盐泡沫玻璃体系。

前苏联于1939年在门捷列夫化工学院的中间试验厂研制成功了泡沫玻璃产品,其生产工艺是典型的/一步法0工艺。

前苏联在生产泡沫玻璃方面积累了丰富的经验,原料选择上不仅重视废玻璃,而且特别注视工业废渣的综合利用,原料大多数是工业废渣。

采用这种方法生产的泡沫玻璃,不但解决了工业废渣综合治理问题,还可以缩短热处理的时间,提高经济效益。

除此之外,他们还成功利用回转窑制成颗粒状泡沫玻璃,作为建筑轻骨料。

美国也是研制和生产泡沫玻璃较早的国家之一,起步于20世纪40年代。

美国对于泡沫玻璃生产和研究一直处于领先地位,是世界上最大的泡沫玻璃生产国,其中美国康宁公司是世界上最大的泡沫玻璃生产厂。

日本从1945年以后才逐渐重视泡沫玻璃的研究工作,买到法国S.t Gobai n 公司的粉末烧成法主要专利技术的使用权并制备泡沫玻璃投入市场[2]。

同时结合实际生产,对发泡剂作了深入系统的研究工作,以白云石替代了碳黑及碳酸钙等发泡剂,采用低软化点的钠钙玻璃来生产泡沫玻璃,取得了一系列的研究成果。

德国普遍采用低温生产工艺,其优点是降低装备造价,节约能源。

原料主要为有色或无色钠钙硅玻璃,生产出来的泡沫玻璃具有良好的保温性。

德国很重视废渣的综合利用,其中JSJ 公司在开发包括灰尘物、炉渣、废气清理残渣、含石棉残渣、污染土壤等废弃物处理与废渣熔炼技术方面取得了一系列的成就。

英国生产的泡沫玻璃用途较为广泛,很大部分用于建筑保温,且英国是首家采用浮法工艺生产带状及夹金属丝网增强泡沫玻璃的国家。

瑞士利用废玻璃为原料,采用天然气作为加热能源,突破了传统以电为能源的束缚。

利用回转窑生产质量和技术要求较好的泡沫玻璃颗粒,可作为性能优越的隔热、防潮、防火、永久性的高强轻质骨料,用于建筑业,为泡沫玻璃材料开辟了新的应用领域。

加拿大生产泡沫玻璃的方法是利用钠钙玻璃为原料,开创性地采用云母粉作发泡剂,其产品具有良好的隔热性能和的机械性能。

2 泡沫玻璃生产工艺的主要流派2.1 匹兹堡-康宁法目前,国内外泡沫玻璃的生产广泛采用的是美国康宁公司的/两步法0生产工艺。

图1是匹兹堡-康宁公司的泡沫玻璃生产工艺的示意图。

匹兹堡-康宁法采用的原料为专门设计并熔化的玻璃,所以该法使用的玻璃原料较为纯净,玻璃原料更加适合生产优质泡沫玻璃产品。

该玻璃原料在粉磨车间中与发泡剂、助剂等一起磨成细粉,即泡沫玻璃配合料,加入模具中经过压实后,再在发泡炉内进行烧结和发泡,发泡温度为830~860e ,但为了使配合料均匀#38# 玻璃与搪瓷 2010年2月发泡,应在500~600e 进行充分预热,然后再进行快速的升温。

泡沫玻璃经过发泡和定型后再脱模(为了防止玻璃与金属模具的粘结,事先要在金属模具的内壁喷涂一层脱模剂,脱模剂多以铝硅质无机材料为主),泡沫玻璃毛坯经退火后消除其热应力,退火后的泡沫玻璃毛坯即可进行锯切加工,形成泡沫玻璃成品,并进行检验和包装。

图1 匹兹堡-康宁泡沫玻璃生产工艺示意图(图片来源:JSJ Jode it Gm b H )2.2 回收-有模法回收-有模法使用的原料主要是回收的废弃玻璃,但是该工艺亦可用于专门熔化的玻璃原料的生产。

回收-有模法是借助于模具进行发泡、退火和加工泡沫玻璃的生产工艺。

除所用原料不同,其余与匹兹堡-康宁法基本相同。

图2是回收废弃玻璃的有模生产技术的泡沫玻璃生产工艺示意图。

图2 回收-有模法泡沫玻璃生产工艺示意图(图片来源:J SJ Jode it Gmb H )2.3 回收-无模法#39# 第38卷第1期 玻璃与搪瓷回收-无模法是利用连续发泡工艺,使用的原料主要是回收的废弃玻璃,也可以用专门熔化的玻璃原料进行发泡、退火和加工,与匹兹堡-康宁法基本相同,但是发泡工艺最大的特点是不需要模具。

国外早就有专利介绍无模连续发泡工艺[4],德国的高温发泡生产工艺就是先将玻璃配合料与发泡剂均匀混合制成泡沫玻璃配合料,再将泡沫玻璃配合料经干燥后送入发泡窑的炉膛中,通过对发泡窑炉膛加热,使泡沫玻璃配合料熔化,并在熔窑内部保持较大的气压,使气体不能从玻璃液中排出,当玻璃液从熔窑中流出时,溶解在玻璃液中的饱和气体开始发泡,成型为连续泡沫玻璃带,形成泡沫玻璃毛坯,定型固化后经过辊筒碾压拉引,再切割成所需的泡沫玻璃制品块。

切割后的泡沫玻璃毛坯只需经短时间的急冷,在退火温度以上进入退火窑中进行退火,退火后再进行后加工。

采用无模连续发泡工艺具有以下特点[3]:¹采用快速加热、冷却,缩短了生产周期,并可以连续生产,提高了生产效率,降低了生产成本;º减少了发泡窑冷却和稳定段所需的窑长和退火窑加热段的窑长,降低了能源的消耗量;»在加热发泡过程中因为不会软化变形,完全不需要模具,减少了模具费用和脱模剂的消耗;¼免除了喷涂脱模剂、配合料装模、毛坯出模、搬运模具等多个工序,减轻了劳动强度,降低了装模时的粉尘污染。

图3是回收废弃玻璃的无模连续发泡的泡沫玻璃生产工艺示意图。

图3 回收-无模法泡沫玻璃生产工艺示意图(图片来源:JSJ Jode it Gm b H )2.4 颗粒法颗粒法是将废弃玻璃在球磨机中破碎后添加发泡剂、助剂,经过粉磨形成泡沫玻璃配合料,再将配合料送入发泡窑的炉膛,使泡沫玻璃配合料熔化并发泡,泡沫玻璃配合料就成型为连续泡沫玻璃带,形成泡沫玻璃毛坯,定型固化后经过辊筒碾压拉引后,就形成了泡沫玻璃颗粒。

该工艺过程中不需要使用模具,并且没有退火工艺过程。

泡沫玻璃颗粒是性能优越的隔热、防潮、防火、永久性的高强轻质骨料,可用于建筑业[8~9]。

图4是泡沫玻璃颗粒生产技术的生产工艺示意图。

2.5 浮法-带状法[2]英国是首家采用浮法工艺生产带状及夹金属丝网增强泡沫玻璃的国家。

配合料由带式输送器送入锡槽,发泡剂采用Na 2SO 4等。

配合料在熔融锡液表面加热到850~950e ,熔融锡上面空间有隔墙将发泡带和冷却带都分开。