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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為主要原料，添加發泡劑、改性劑、催化劑等物質，經細粉碎和均勻混合形成配合料，放置在特定模具中經過熔化、發泡、退火，形成一種內部充滿無數均勻氣泡的多孔玻璃材料。由于泡沫玻璃的 內部含有很多氣泡，因而表觀密度比較小，導熱系數小，并且具有阻燃性。當泡沫玻璃內部的氣泡為封閉態時，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、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，常用的生產方法是：將廢玻璃粉碎，與發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，送入到加熱爐內進行燒制，經發泡、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，主 要是燒制的毛坯制品尺寸要大于產品尺寸，致使成材率比較低。

泡沫玻璃生產中的問題

為 了提高燒制大尺寸泡沫玻璃的合格率及燒成后按規定尺寸切割的成材率，盡管工業生產可以采用熱風循環窯或輥道窯等先進的加熱爐，這樣可以有效地解決發泡均勻 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大，導致熱應力增大，易發生破裂；若降低冷卻速度，雖然溫差變小，但又會導致生產 效率下降。

生產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，進行加熱，使之發泡，從而希望制造符合規定尺寸的泡沫玻璃。 如果配合料以無間隙方式平鋪在模具內進行燒制，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生膨脹變形，與模具底部相接觸的泡沫玻璃也 會產生凹陷。由于泡沫玻璃的形狀扭曲，在應用時要切除掉外側膨脹的多余部分。即使切割掉外側也無法消除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，發泡體邊沿部分會形成圓弧狀，需要切除掉側端。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，依然會在中央處產生凹陷。

當形成的泡沫玻璃制品邊長大于250ｍｍ、比重小于0.5時，由于泡沫玻璃的發泡量較大，其發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，以碳酸鈣為發泡劑，粘結劑可以利用皂土、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。將塊狀配合料按規定的間隔平鋪碼放在模具內。模具內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置應略小于膨脹增加量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置應為30～80ｍｍ，模具圍板與塊狀物之間的間隙設置應為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，應在模具內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，在這個過程中發生了一系列的物理化學變化。由于泡沫玻璃的內部發生激烈的發泡反應，使其體積迅速膨大，因而形成了多孔材料。
目 前，生產泡沫玻璃制品的模具主要為金屬材質，其具有良好的熱傳導效果，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范的制品，以致于在設計模 具時，希望將模具各部分限定得很緊。但實際情況是當模具經受泡沫玻璃膨脹時，模具并不能產生同樣的膨脹，導致模具承受了巨大的壓力，甚至會使模具產生彎曲 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，導致模具又對制品施加較大的壓力。

因此模具結構設計十分關鍵，不能將模具設計 為一體化模具，應將模具設計成拼裝結構。這種模具是由Ｌ型圍板、底板、上蓋形成的箱型結構，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構，兩者之間能夠自由地附著和脫離。Ｌ型圍板的側端、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部分設計成與Ｖ字形 突出相對應的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字溝結構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字溝聯結的。當泡沫玻璃在加熱發泡時，由于體積膨脹，會對模具各部位產生接觸施壓，當應力增加到程度，在Ｖ字溝的傾斜面的引導下，各部位 向外側位移，可以把應力釋放。燒成后進行冷卻時，金屬模具的收縮比內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生接觸施壓，由于應力增 加而接觸抵抗力加大，如果沒有上面所說的用Ｖ字溝結合的構造，這種應力就會很難解除。如果這種應力不釋放，應力不斷積蓄，泡沫玻璃會受到應力作用而破裂。

為 了避免模具內膨脹的泡沫玻璃超出模具內部容積，導致體積過度膨脹，在模具圍板、底板上設置通孔。根據模具尺寸制造泡沫玻璃的情況下，要使模具內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，膨脹產生的壓力有可能會使 模具產生變形，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使用。過剩的發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,孔徑應在3.0ｍｍ以下比較好,通孔之間的間隔在80～100ｍｍ范圍合適。

當塊狀配合料按規定間隔平鋪碼放在模具內,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效率。這種情況下，需強化對流傳熱，否則，各層模具內的泡沫玻璃發泡狀況差異十分明顯。解決辦法是在各層模具 間設置的間隙，間隙的大小取決于加熱爐的爐寬，當窯寬小于1000ｍｍ，間隙取150ｍｍ，當窯寬大于1000ｍｍ時，間隙取200ｍｍ為宜。
發泡后的泡沫玻璃，進行冷卻，解除模具，取出內部的泡沫玻璃，進行退火工藝。一般在500～700℃范圍內比較容易解除模具，冷卻溫度低于500℃時難于解除。

結論
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將多個模具進行碼放燒制，應將各層模具之間留出空隙，空隙的大小應根據窯寬來設定。
⑷由底板、上蓋及圍板構成的箱型模具，各部位通過Ｖ字溝結構可以自由地附著和脫離。　
⑸為了防止模具內的配合料因發泡產生過度膨脹，可以在模具上設置通孔。