国内外泡沫玻璃产业发展沿革及趋势Ξ田英良ΞΞ1,屈培元2(1.北京工业大学材料科学与工程学院,北京 100022;2.浙江嘉兴新光绝热防水技术有限公司,浙江 嘉兴 314015)摘要:系统介绍了泡沫玻璃保温绝热材料的优良特性和国内外泡沫玻璃产业发展沿革,根据所掌握的技术资料,总结归纳了国内外泡沫玻璃技术发展历程,可以为我国泡沫玻璃的生产和研究工作提供有益的借鉴作用。
关键词:泡沫玻璃;绝热材料;发展沿革中图分类号:TQ171.72+2 文献标识码:A 文章编号:1000-2871(2002)05-0048-05Evolution and T rend of Foam G lassIndustry Development at H ome and AbroadTIA N Yi ngνliang1,Q U Peiνyuan2(1.College of Materials Science and Engineering,Beijing Polytechnic University,Beijing100022,China;2.Jiaxing Xinguang Insulation Waterproof Technical Inc.,Zhejiang Jiaxing314015,China)Abstract:This article introduces the superior performances of foam glass as heat preservation/insula2tion material and the development of foam glass industry at home and abroad.It can provide benefi2cial reference to foam glass production and research in China by summarizing theevolution of domestic and overseas foam glass technique.K ey w ords:Foam glass;Insulation material;Development evolution1 泡沫玻璃及其分类泡沫玻璃(foam glass)是由定量的碎玻璃、发泡剂、改性添加剂和促进剂等,经过细粉碎混合均匀形成配合料,放入到特定的模具中,再经过预热、熔融、发泡、退火等工艺制成的多孔玻璃材料[1]。
泡沫玻璃是由大量的直径在0.1～3mm的均匀气泡结构组成,气泡占总体积的80%～95%。
它的表观密度为120～500kg/ m3,可根据使用的要求,通过变更生产技术参数来调整其密度。
泡沫玻璃是一种性能优越的隔热、吸声、防潮、防火的轻质高强建筑材料和装饰材料。
它具有机械强度高、导热系数小、热膨胀系数低、不吸水、不透湿、热工性能稳定、不燃烧、不变形、使用寿命长、工作温度范围宽、不受虫害、耐蚀性能强、易加工可锯切、施工极其方便等优点。
虽然其他新型隔热材料层出不穷,但泡沫玻璃以其永久性、安全性、可靠性在低温隔热、防潮工程、吸声工程等领域占据越来越重要的地位。
泡沫玻璃可以很容易加工成各种形状,以满足不同工程需要。
泡沫玻璃是固体废弃材料再生利用、保护环境并获得丰厚经济效益的优秀范例。
Ξ收稿日期:2002-05-27ΞΞ作者简介:田英良(1969-),男,北京人,硕士,工程师,主要研究方向为泡沫玻璃、尾矿利用、材料热加工。
泡沫玻璃有以下分类方法:按颜色可分为黑色泡沫玻璃、白色泡沫玻璃、彩色泡沫玻璃;按气泡可分为开孔泡沫玻璃和闭孔泡沫玻璃;按用途可分为隔热泡沫玻璃、吸声泡沫玻璃、屏蔽泡沫玻璃、清洁泡沫玻璃;按原料可分为钠钙硅泡沫玻璃、熔岩废渣泡沫玻璃、硼硅酸盐泡沫玻璃;按形状可分为板块状泡沫玻璃和颗粒状泡沫玻璃;按温度可分为高温发泡型泡沫玻璃和低温发泡型泡沫玻璃。
2 泡沫玻璃的优越性能及其用途2.1 泡沫玻璃的优越性能泡沫玻璃是一种新型环保材料,这是因为泡沫玻璃的原料是废弃物。
既可以采用废弃玻璃,又可以采用工业废弃物为辅助原料,如炉渣、粉煤灰等,也可以利用天然矿物为原料,、云母、浮石、珍珠岩。
所以,泡沫玻璃的原料非常廉价,因而有很好的经济效益,可以变废为宝、改善环境,同时,由于泡沫玻璃本身的结构特性和材料特性,注定了泡沫玻璃具有诸多的优良性能[8]:⑴不吸湿、不吸水、不会因长年使用降低隔热保冷效果;⑵具有良好的隔热性能,不燃烧,能在-268～482℃广阔温度范围内使用;⑶具有良好的吸声性能;⑷有较高的机械强度,且易于加工、切割或粘拼成各种形状的制品;⑸不风化、不老化、本身无毒、无放射性和腐蚀性;⑹不受鼠啮虫咬和微生物腐蚀;⑺具有良好的化学稳定性,耐除氢氟酸以外的所有的化学侵蚀。
2.2 泡沫玻璃的广泛用途⑴深冷和低温管道、设备、容器与储罐;⑵中温和高温管道、设备;⑶热油和热沥青储罐;⑷流体换热系统;⑸石油化工、硫化生产过程;⑹压缩机、风机房的隔音和吸音墙;⑺建筑物的天花板、围护墙、内隔墙;⑻已渗水高温管道隔热系统的“过盈保温”排出水分,恢复其隔热性能;⑼在特殊条件下工作的复合隔热系统。
3 国内外泡沫玻璃发展沿革3.1 国外的发展状况早在1935年,法国St.Gubain公司就已经成功的研制出了泡沫玻璃,当时的制品以玻璃粉为原料,碳酸钙作为发泡剂,在耐火模具中加热,加热后制成轻石状的材料。
随后,美国、前西德、前苏联、英国、捷克、日本等国也发表了许多专利和研究报告。
国外生产泡沫玻璃的原料主要以平板和瓶罐等软化点较低的钠钙玻璃为基础材料,再加入适量的发泡剂。
发泡剂一般为碳黑、碳酸钙等。
主要利用发泡剂的氧化和分解反应,释放气体在玻璃中形成气泡。
国外对泡沫玻璃的研究主要侧重发泡剂种类的研究,生产泡沫玻璃的原料成分范围比较宽,可以用各类废玻璃及可形成玻璃相的物质为原料。
生产工艺相对简单,一般将废玻璃磨成粉末,与少量发泡剂混合,制成块状或粒状,经焙烧成型。
国外泡沫玻璃生产厂有廿余家,无论配方上和工艺上都有自己的独到之处,而且呈发展的趋势[2]。
泡沫玻璃有低温(小于1000℃)和高温(大于1000℃)两种生产工艺。
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与前苏联制造泡沫玻璃有着共同特点,都不单纯使用废玻璃,充分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。
前西德较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。
由于泡沫玻璃属于废物利用,节约能源,得到了政府的大力支持,得以应用普及。
前西德还有一种生产工艺是采用高温发泡,将废玻璃熔化形成玻璃液直接发泡[3]。
先将玻璃配合料与发泡剂均匀混合,然后送入窑炉中熔化,在熔炉内部保持较大气压,使气体不能从玻璃液中排出,当玻璃液从窑炉中流出时,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,然后切割成所需的泡沫玻璃制品块,并进行退火。
采用这种高温工艺生产的泡沫玻璃,其主要特点是表面密实有光泽,强度高、易加工、可切割,易加工成异型件,用于管道保温及冷冻装置上,这种生产工艺缺点是能耗高。
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[4]。
最初的泡沫玻璃的配合料为平板玻璃料粉和发泡剂(煤和石灰石)的混合料,而后来发展成各种不同成份的玻璃料粉和发泡剂的混合料。
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。
例如利用硅砂、粘土加上粉煤灰和黄铁矿尾矿制成泡沫玻璃。
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,前苏联生产泡沫玻璃的最大特点是。
近来,日本有以火山灰-粘土-水玻璃和玻璃粉-火山灰-水玻璃系的泡沫玻璃[5]。
在这些系统中,以水玻璃作发泡剂,并且制得的泡沫玻璃产品中的气泡分布均匀,其抗折强度达到2.2MPa,研究还发现软化点较低的玻璃粉如钠玻璃或钠钙玻璃中渗入白云石粉,完全替代水玻璃做发泡剂,也能获得发泡和气泡分布均匀的泡沫玻璃,由于白云石较水玻璃更便宜,还可以降低生产成本。
在不影响气泡均匀性的条件下,为了充分利用工业矿渣与废玻璃,调整了发泡剂和稳泡剂的配比,可以显著提高泡沫玻璃的抗折强度。
其比玻璃粉-火山灰-水玻璃系泡沫玻璃更坚硬,结构更致密,抗折强度提高1.4倍。
为了更充分利用工业废料和廉价的原料,降低产品成本,日本还研制成功粉煤灰泡沫玻璃和页岩泡沫玻璃。
粉煤灰泡沫玻璃替代天然火山灰与水玻璃配料烧结而成,具有较理想的导热系数和抗折强度。
为显著提高泡沫玻璃的各项性能,页岩泡沫玻璃是利用膨胀发泡性页岩为主要原料,以煤粉或硫磺为发泡剂,以硼砂为助熔剂而制成的。
日本对于发泡剂作了深入系统的研究,以白云石替代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。
按配比形成混合料,入模,低温加热,使玻璃熔融、发泡、冷却后便可得到泡沫玻璃。
还有一种方法是把混合好的材料高温加热,达到熔融状态后,急速冷却,然后在半成品料中加入碳粉和粘结剂进行半干式加压成型,加热到发泡剂分解,使玻璃发泡,再经过一段时间的冷却,形成泡沫玻璃制品。
这种工艺的最大特点是,在加热发泡过程中因不软化变形,完全不需要模具,且采取快速加热、冷却,缩短了生产周期,降低了生产成本。
日本生产泡沫玻璃的发泡剂不仅使用白云石,而且还用来源丰富的石灰石矿物原料。
日本还相继研制了火山灰系、水玻璃系泡沫玻璃。
英国生产的泡沫玻璃用途较为广泛,但有一大部分用于建筑保温。
利用氧化物改良玻璃性能,经常采用1000℃以上温度生产泡沫玻璃,该方法能耗比较高。
美国是研制和生产泡沫玻璃较早的国家。
它是世界上最大的泡沫玻璃生产国。
其泡沫玻璃总产量达上千万立方米。
美国康宁公司是世界上最大生产厂,其年产量可达80万立方米。
康宁公司已在欧洲几个国家建立泡沫玻璃生产厂。
目前,正计划在中国建厂生产泡沫玻璃,产品定位于石油化工保冷及建筑保温。
美国研制一种新型的玻璃隔墙材料,广泛用于高层建筑房间间隔设施。
这种隔墙材料的表面为二层平板玻璃加工而成,中间为泡沫玻璃。
美国每年将产生上千万吨的废玻璃,不仅用来生产泡沫玻璃,而且还生产其他建筑装饰材料。
在国际上,美国对于泡沫玻璃生产和研究一直处于领先地位,曾占据国际市场长达50年。
最近,美国又研制出具有一定的电磁波吸收和反射特性的屏蔽泡沫玻璃产品,用于民用与军事设施上。
近年,瑞士利用废弃玻璃用天然气加热的回转窑生产质量和技术要求较低的泡沫玻璃颗粒[6],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领域。