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泡沫玻璃属于一种新型环保材料,具有轻质、保温隔热、防水防潮、防火、耐酸碱、吸声、导热系数小等优越性能,已在冶金、石化、仓储、建筑屋面领域得到广泛的应用,但是,目前泡沫玻璃的机械强度较低,难以达到一些建筑墙体承重和军工防爆材料的强度要求,使得泡沫玻璃的应用范围受到一定程度限制。本文以纤维增强的方式来提高泡沫玻璃的力学强度,拓宽泡沫玻璃的应用领域,使其具有更广阔的应用前景。
选用废平板玻璃为主要原料,莫来石纤维为增强体,以SiC为发泡剂,氟硅酸钠、硼砂为添加剂,采用固相烧结法制备轻质高强泡沫玻璃。研究了发泡剂用量、添加剂用量、莫来石纤维含量、发泡温度和保温时间等因素对纤维增强泡沫玻璃结构和性能的影响。采用差示扫描量-热重(DSC-TG)分析仪,X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM),金相显微镜,万能材料试验机,动态热机械分析仪(DMA)及自制隔热装置等分析测试手段,对配合料的软化温度、微观结构、孔径大小、抗折强度和抗压强度、储能模量和隔热性能等进行了表征和分析。
1)当废平板玻璃为97wt%,发泡剂SiC3wt%时,泡沫玻璃的发泡温度为800℃左右,添加3wt%的Na2SiF6,3wt%的硼砂后,泡沫玻璃的发泡温度降至780℃左右,此时泡沫玻璃的孔径为0.46~0.5mm,密度、抗折强度和抗压强度分别为0.24g·cm﹣3、1.3MPa和3.8MPa。
2)加入莫来石纤维后,纤维增强泡沫玻璃的发泡温度升高;随着莫来石纤维含量的增大,气孔逐渐减小,莫来石纤维在孔壁上趋于均匀分布,在加入10wt%莫来石纤维时,莫来石纤维分布均匀性最好,当加入15wt%的莫来石纤维时,莫来石纤维分布均匀性变差,且有许多微孔结构产生。纤维增强泡沫玻璃的密度、抗折强度、抗压强度随着莫来石纤维含量增大逐渐增大,比强度呈先增大后减小的趋势;XRD分析结果显示,在加入莫来石纤维后,有Ca(AlO2)2晶相生成。
3)发泡温度的升高或保温时间的延长,能使纤维增强泡沫玻璃的孔径增大,发泡温度太高或保温时间过长容易产生连通孔,不利于纤维增强泡沫玻璃机械性能提高;密度、抗折强度、抗压强度随着发泡温度的升高或保温时间的延长而降低。
4)加入10wt%的莫来石纤维,840℃的发泡温度下保温20min,所制备的纤维增强泡沫玻璃的孔径为0.36~0.40mm,密度、抗折强度和抗压强度分别为0.31g·cm﹣3、4.03MPa和7.72MPa,此时比强度最大,其值为13x10-3m2s﹣2,纤维增强泡沫玻璃的力学性能较优。
5)加入莫来石纤维后,纤维增强泡沫玻璃储能模量降低,在﹣50℃变化较明显,储能模量从208MPa降为62MPa;当加入莫来石纤维后,孔径变小,隔热性能降低;随着发泡温度的升高,孔径增大,隔热性能变好。