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制造泡沫玻璃的方法與模具

泡沫玻璃是以廢棄玻璃及各種富含玻璃相的物質(zhì)為主要原料，添加發(fā)泡劑、改性劑、催化劑等物質(zhì)，經(jīng)細(xì)粉碎和均勻混合形成配合料，放置在特定模具中經(jīng)過熔化、發(fā)泡、退火，形成一種內(nèi)部充滿無數(shù)均勻氣泡的多孔玻璃材料。由于泡沫玻璃的 內(nèi)部含有很多氣泡，因而表觀密度比較小，導(dǎo)熱系數(shù)小，并且具有阻燃性。當(dāng)泡沫玻璃內(nèi)部的氣泡為封閉態(tài)時，其吸水率也比較小，比同比重的其它隔熱材料具有更 高強(qiáng)度，且更易加工。利用以上特性，可作為液化石油氣儲罐及冷庫的隔熱材料，也可用于高層建筑、居民住房的室內(nèi)、室外隔熱材料。另外，如果泡沫玻璃中有部 分連通氣孔，還可作吸音材料。

目前，常用的生產(chǎn)方法是：將廢玻璃粉碎，與發(fā)泡劑一起混合形成配合料，配合料可以以粉狀形式存在，或者以粒 狀形式存在，也可以將配合料壓制成型，將它們放在模具中，送入到加熱爐內(nèi)進(jìn)行燒制，經(jīng)發(fā)泡、退火形成泡沫玻璃制品。但是，這種制造方法存在著一些缺點(diǎn)，主 要是燒制的毛坯制品尺寸要大于產(chǎn)品尺寸，致使成材率比較低。

泡沫玻璃生產(chǎn)中的問題

為 了提高燒制大尺寸泡沫玻璃的合格率及燒成后按規(guī)定尺寸切割的成材率，盡管工業(yè)生產(chǎn)可以采用熱風(fēng)循環(huán)窯或輥道窯等先進(jìn)的加熱爐，這樣可以有效地解決發(fā)泡均勻 問題，可是在退火冷卻過程中，隨著泡沫玻璃毛坯塊外部與中心之間的溫差擴(kuò)大，導(dǎo)致熱應(yīng)力增大，易發(fā)生破裂；若降低冷卻速度，雖然溫差變小，但又會導(dǎo)致生產(chǎn) 效率下降。

生產(chǎn)泡沫玻璃制品一般采用耐熱金屬模具，通過在模具中加入配合料，進(jìn)行加熱，使之發(fā)泡，從而希望制造符合規(guī)定尺寸的泡沫玻璃。 如果配合料以無間隙方式平鋪在模具內(nèi)進(jìn)行燒制，泡沫玻璃的四邊膨脹會受到模具圍板阻礙，使之頂在圍板上而發(fā)生膨脹變形，與模具底部相接觸的泡沫玻璃也 會產(chǎn)生凹陷。由于泡沫玻璃的形狀扭曲，在應(yīng)用時要切除掉外側(cè)膨脹的多余部分。即使切割掉外側(cè)也無法****底部中央的凹陷部分，這使得泡沫玻璃制品的利用率、 合格率都很低。

為了克服前面的問題，用比燒制配合料相對大一些的模具，將燒制配合料放在模具中央部分，設(shè)置超過泡沫玻璃與模具壁之間的膨 脹間隙，可以避免泡沫玻璃外邊變形，這種情況下，發(fā)泡體邊沿部分會形成圓弧狀，需要切除掉側(cè)端。由于需要燒成單個配合料尺寸比較大，泡沫玻璃會與模具底部 在膨脹過程中產(chǎn)生較大的接觸摩擦力，這會成為泡沫玻璃膨脹變形的抵抗力，配合料在水平方向上并不是采取均一的膨脹，依然會在中央處產(chǎn)生凹陷。

當(dāng)形成的泡沫玻璃制品邊長大于250ｍｍ、比重小于0.5時，由于泡沫玻璃的發(fā)泡量較大，其發(fā)生彎曲變形的可能性比較大。

利用平板玻璃與瓶罐玻璃等可回收再利用玻璃作為制造泡沫玻璃的 原料，以碳酸鈣為發(fā)泡劑，粘結(jié)劑可以利用皂土、水玻璃、膨潤土等，按特定配比混合成配合料，然后進(jìn)行造粒，粒徑尺寸為0.1～3ｍｍ，造粒后將其加壓成 型，使之形成塊狀物，塊狀物邊長5～15ｃｍ。將塊狀配合料按規(guī)定的間隔平鋪碼放在模具內(nèi)。模具內(nèi)部尺寸成了泡沫玻璃制品的尺寸，因此，盡量采用符合泡沫 玻璃制品尺寸模數(shù)的模具，以提高泡沫玻璃的成材率。

一般需要將配合料壓制成尺寸規(guī)格的塊狀物，這些塊狀配合料與模具的圍板及塊狀配合 料之間，需留出僅供各塊狀配合料膨脹增加量的間隙，但又不能使間隙過大，否則各塊狀配合料難以膨脹熔成一體，彼此間處于孤立狀。按照合適間隙將各塊狀物 平鋪碼放、燒制,使各塊狀物熔為一體，即可減小泡沫玻璃的膨脹變形。

塊狀配合料之間的間隙及模具圍板與塊狀物間的間隙，應(yīng)遵循以下原則： 塊狀物之間僅留下膨脹時增加量的尺寸。如果間隙尺寸過小，將會產(chǎn)生各塊之間的膨脹彎曲變形；間隙過大，各塊狀配合料又難以熔合在一起。如果塊狀配合料燒制 前長度為ｎ，燒成后膨脹到ｍ，塊狀物之間的間隙設(shè)置應(yīng)略小于膨脹增加量ｋ(ｋ=ｍ-ｎ)即可。另外，模具圍板與塊狀物之間的間隙，則設(shè)定為塊狀物間隙的二 分之一左右合適。一般情況下，塊狀配合料之間的間隙大小因泡沫玻璃的比重而不同，可取膨脹增加量ｋ的92%～95%，模具側(cè)板的間隙取ｋ的46%～48% 為佳。

具體地講，如果制造比重小于0.5的泡沫玻璃，而且邊長為50ｍｍ×50ｍｍ的塊狀配合料橫豎均勻碼放，塊狀物之間的間隙設(shè)置應(yīng)為30～80ｍｍ，模具圍板與塊狀物之間的間隙設(shè)置應(yīng)為15～40ｍｍ，橫豎各碼放5～8個效果比較好。
為 了得到表面平整的泡沫玻璃制品，應(yīng)在模具內(nèi)部平鋪碼放配合料塊狀物的上面放上中蓋，塊狀配合料在承受中蓋自身重量作用下燒成，泡沫玻璃可以均勻膨脹，從而 保證制品表面平整。如果沒有中蓋重力作用，塊狀配合料加熱時，配合料膨脹程度未必均一，特別是四個邊角部分膨脹速度慢。中蓋宜使用厚度為2～3ｍｍ的耐熱 鋼板。

制造泡沫玻璃的模具

使用模具來生產(chǎn)泡沫玻璃的目的，就是使泡沫玻璃配合料形成定型制品。由于泡沫玻璃制品是在較高溫度下燒成的，在這個過程中發(fā)生了一系列的物理化學(xué)變化。由于泡沫玻璃的內(nèi)部發(fā)生激烈的發(fā)泡反應(yīng)，使其體積迅速膨大，因而形成了多孔材料。
目 前，生產(chǎn)泡沫玻璃制品的模具主要為金屬材質(zhì)，其具有良好的熱傳導(dǎo)效果，保證了熱量快速傳遞給配合料。人們往往期待得到尺寸比較規(guī)范的制品，以致于在設(shè)計模 具時，希望將模具各部分限定得很緊。但實際情況是當(dāng)模具經(jīng)受泡沫玻璃膨脹時，模具并不能產(chǎn)生同樣的膨脹，導(dǎo)致模具承受了巨大的壓力，甚至?xí)�使模具產(chǎn)生彎曲 變形。而在泡沫玻璃冷卻過程中，金屬材料收縮大于泡沫玻璃，導(dǎo)致模具又對制品施加較大的壓力。

因此模具結(jié)構(gòu)設(shè)計十分關(guān)鍵，不能將模具設(shè)計 為一體化模具，應(yīng)將模具設(shè)計成拼裝結(jié)構(gòu)。這種模具是由Ｌ型圍板、底板、上蓋形成的箱型結(jié)構(gòu)，底板尺寸一般要比上蓋大一些，并由一對Ｌ型圍板的兩個端部互相 銜接形成完整的矩形結(jié)構(gòu)，兩者之間能夠自由地附著和脫離。Ｌ型圍板的側(cè)端、上端、下端形成Ｖ字形的突出，與圍板相接觸底板和上蓋的對應(yīng)部分設(shè)計成與Ｖ字形 突出相對應(yīng)的Ｖ字溝。

圍板與圍板、圍板和底板、圍板和上蓋，它們彼此之間通過Ｖ字溝結(jié)構(gòu)形成了能夠自由附著和脫離的箱型模具。這樣模具各 部分是通過Ｖ字溝聯(lián)結(jié)的。當(dāng)泡沫玻璃在加熱發(fā)泡時，由于體積膨脹，會對模具各部位產(chǎn)生接觸施壓，當(dāng)應(yīng)力增加到程度，在Ｖ字溝的傾斜面的引導(dǎo)下，各部位 向外側(cè)位移，可以把應(yīng)力釋放。燒成后進(jìn)行冷卻時，金屬模具的收縮比內(nèi)部的泡沫玻璃的收縮大，隨著溫度的降低，泡沫玻璃對模具同樣產(chǎn)生接觸施壓，由于應(yīng)力增 加而接觸抵抗力加大，如果沒有上面所說的用Ｖ字溝結(jié)合的構(gòu)造，這種應(yīng)力就會很難解除。如果這種應(yīng)力不釋放，應(yīng)力不斷積蓄，泡沫玻璃會受到應(yīng)力作用而破裂。

為 了避免模具內(nèi)膨脹的泡沫玻璃超出模具內(nèi)部容積，導(dǎo)致體積過度膨脹，在模具圍板、底板上設(shè)置通孔。根據(jù)模具尺寸制造泡沫玻璃的情況下，要使模具內(nèi)部尺寸與配合料膨脹后的尺寸相一致是很難做到的。實際上，一般要制作比模具內(nèi)部容積尺寸大一些的泡沫玻璃制品。如果模具是密封的，膨脹產(chǎn)生的壓力有可能會使 模具產(chǎn)生變形，這樣就無法得到與指定形狀相同的泡沫玻璃制品，而且模具也不能重復(fù)使用。過剩的發(fā)泡部分通過上述通孔可以排到模具的外部。如果通孔過大，會 使配合料泄漏,孔徑應(yīng)在3.0ｍｍ以下比較好,通孔之間的間隔在80～100ｍｍ范圍合適。

當(dāng)塊狀配合料按規(guī)定間隔平鋪碼放在模具內(nèi),并 且在配合料塊上加載中蓋,將模具放入加熱爐中,燒制到配合料發(fā)泡。一般以平板玻璃、瓶罐玻璃為主要原料時，燒制溫度大約在750～820℃。在燒制過程 中，把模具多層碼放燒制可以提高生產(chǎn)效率。這種情況下，需強(qiáng)化對流傳熱，否則，各層模具內(nèi)的泡沫玻璃發(fā)泡狀況差異十分明顯。解決辦法是在各層模具 間設(shè)置的間隙，間隙的大小取決于加熱爐的爐寬，當(dāng)窯寬小于1000ｍｍ，間隙取150ｍｍ，當(dāng)窯寬大于1000ｍｍ時，間隙取200ｍｍ為宜。
發(fā)泡后的泡沫玻璃，進(jìn)行冷卻，解除模具，取出內(nèi)部的泡沫玻璃，進(jìn)行退火工藝。一般在500～700℃范圍內(nèi)比較容易解除模具，冷卻溫度低于500℃時難于解除。

結(jié)論
⑴將配合料制塊，平鋪碼放，塊狀配合料的間隙大小為塊狀配合料膨脹增加量的92%～95%。
⑵在配合料塊上加放中蓋，中蓋可使燒成后的泡沫玻璃表面更平整，中蓋厚度宜采用2～3ｍｍ的耐熱鋼板。
⑶將多個模具進(jìn)行碼放燒制，應(yīng)將各層模具之間留出空隙，空隙的大小應(yīng)根據(jù)窯寬來設(shè)定。
⑷由底板、上蓋及圍板構(gòu)成的箱型模具，各部位通過Ｖ字溝結(jié)構(gòu)可以自由地附著和脫離。　
⑸為了防止模具內(nèi)的配合料因發(fā)泡產(chǎn)生過度膨脹，可以在模具上設(shè)置通孔。