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摘要：空心的玻璃微珠（HGM），其制备过程极具复杂性，以废玻璃实施制备操作，往往对其性能及成品率有着不同影响。鉴于此，本文主要围绕着废玻璃所制备的空心玻璃自身微珠性能及其成品率开展深入的研究和探讨，期望可以为后续更多技术专家和学者对此类课题的实践研究提供有价值的指导或者参考。
关键词：空心玻璃；废玻璃；制备；微珠性能；成品率
前言：
处于特定烧结温度、风速等各种环境之下，玻璃微珠的坯体会因它逐步扩大粒径分布的范围，更会影响则球体表面实际形貌。可以说，空心球体是否能够生成主要由加热不同模式来决定，即均匀加热、梯度加热，HGM制备过程相对复杂，把握好其性能及成品率较为重要。因而，综合分析废玻璃所制备的空心玻璃自身微珠性能及其成品率，有着一定的现实意义和价值。
1.实验方法
把分散剂、废玻璃粉与水混合，而后制成均质的悬浮体，10h球磨处理后添加发泡剂，实施0.5h搅拌获取稳定且均匀浆料，经雾化及离心处理，防止200℃干燥室内予以干燥处理，采集玻璃微珠的坯体。以喷雾干燥手段实施HGM制备炉内成球整个过程，其是通过自制高温的烧结炉所完成。微珠坯体需去200g放置自制的烧结炉内，分别射800℃、900℃、950℃这三个烧结温度状态，送料风速则设1.2m/s、1.6m/s、2.0m/s、2.4m/s，待玻璃微珠逐步进入至高温区域后，再伴随着送料风历经火焰，该坯体需完成吸热封装处理、发泡及气泡聚并处理、冷却处理，完成冷却处理后，便可完成HGM有效采集[1]。
2.结果分析
2.1 在微珠粒径影响因素层面
因微珠坯体呈多孔性，低导热系数，微珠较低温度或者是较大粒径情况下，火焰针对于微珠表面实际传热速度快于球体内传热速度，以至于梯度加热；微珠较高温度、较小粒径情况下，呈快速传热状态，颗粒内部无热梯度存在，也就是可均匀加热颗粒。为了解粒径不同样品成球性能，实验分别筛选四个不同粒径微珠坯体实施烧结，即160-200μm、120-160μm、80-120μm、40-80μm。经烧结观察后发现，样品粒径针对于烧结过后样品表面形貌影响较为突出，80-120μm与40-80μm这一微珠粒径条件下，球体表面呈光滑状态，有较少孔洞；120-160μm粒径微珠，其球形度呈下降状态，表面有较多孔洞；玻璃微珠超过160μm粒径情况下，因较大直径及质量，火焰路径中坯体过程较少受热，多数坯体发泡并不完全，以至于球形度及表面的粗糙度等变差明显[2]。通过对于粒径不同样品烧结过后性能分析可了解到，40-80μm直径玻璃微珠真密度为1.57g/cm³，堆积密度是0.69g/cm³，34%微珠可发泡成1g/cm³以下真密度HGM，大部分因烧结小粒径微珠坯体期间，发泡剂剧烈分解，微珠表面发泡剂熔融前期，则分解散失，以至于微珠空心度呈不足状态，或者是变成实心球。80-120μm微珠粒径条件下，96%为其最高的成品率，且为0.58g/cm³真密度，大部分因微珠坯体较大直径情况下，球体内有温度梯度存在，表面温度在达到一定熔点情况下，颗粒内维持低温状态，便于实施发泡剂封装处理。样品粒径在160μm情况下，伴随直径增长，样品自身热容量变大，而球体内温升速率降低会促使发泡剂呈低分解速率状态，成品率则降低至88%。
2.2 在发泡剂影响因素层面
分别选定无机盐、有机物A、有机盐B为发泡剂，对种类不同发泡剂对于HGM产生影响分析。
经试验分析可了解到，选定无机盐式发泡剂，烧结完样品后成最低成品率，只有50%，大部分因无机盐呈高分解温度状态，烧结温度800-950℃情况下，充分分解相对较难，故以无机盐当成是发泡剂情况下，发泡效率均相对较低；选定有机物A当成发泡剂情况下，成品率可提升到80%，因它为低分解温度、高发泡效率，因玻璃熔点比分解温度高，小粒径部分坯体属于均匀加热形式，以至于分解有机物A所产生气体大部分并未封装于微球内，只借助发泡剂往往无法更好地将样品实际成品率提升。同时选定无机盐、有机物A为复合式发泡剂情况下，其成品率可达91%，因复合式发泡剂呈较宽分解处理温度范围，有机盐及无机盐两者分别在大、校历经的坯体发泡过程起着关键作用，复合式发泡剂所分解气体有效封装实施效率得以提升。无机盐C接近于有机盐所分解的温度，故封装效率高。分解无机盐C期间所产生有机物实际发泡率明显比有机盐高，为90%成品率。可以说，以有机物当成发泡剂实施HGM制备期间，样品变黑与否，烧结温度及与有机物性质起着决定性作用。选定有机物A当成发泡剂，样品烧结过后仍呈白色，有机盐B经分解所产生有机物经封装处理后脱水碳化，样品则呈黑色。因样品颜色对应用范围会产生限制，故需选定无机盐、有机物A为复合式发泡剂实施HGM制备。
2.3 在烧结温度影响因素层面
通过分析烧结不同温度所制备样品实际情况中可了解到，火焰处800℃温度情况下，玻璃液呈不足流动性状态，难以修复其表面张力，由于气泡变大，玻璃液膜变薄，球体表面有较多凹坑、破洞产生，玻璃高粘度对球内气泡变大产生限制作用，故球体粒径逐渐变小。伴随烧结温度持续提升，玻璃液明显提升了其流动性，表面缺陷减少明显。烧结呈850℃温度状态下，有较多规则球形类型样品，表面为最好形貌[3]。烧结温度在逐步提升情况下，越高温度，促使发泡剂实际分解速率增加，球体膨胀快速，表面持续增加粗糙度；温度达950℃情况下，球体表面位置难以包裹住玻璃液，发泡剂则分解剧烈，有大量气体产生，表面存在着大量缺陷，完成微珠封装处理，而发泡变为空心球实际比例呈降低状态；若微珠炸裂，包裹气体彻底失去，则喷射火焰期间，空心球维持熔化状态，而毛细管力促使它变成实心球，故样品平均直径相对较小。
2.4 在送料风速层面
通过分析送风不同风速条件下所制备样品具体情况可了解到，1.2m/s送料风速情况下，停留于火焰当中时间增长，微珠气泡长大充分且聚并，表面多孔且粗糙；1.6m/s送料风速情况下，球体表面相对光滑。伴随送料风速持续增长，玻璃微珠的坯体实际烧结时间明显减少，球体吸热变少，发泡剂无足够热量及时间分解，以至于球体膨胀，球体粒径明显缩小。送料风速显著影响着样品的成品率。1.2m/s送料风速情况下，样品呈73%成品率，风速变大后，微珠最低的成品率是57%。
3.结语
综上所述，特定工艺参数、粒径较大分布范围情况下，同时兼顾着全部粒径样品成球最佳条件难度系数较高。选定无机盐及有机物这种复合形式的发泡剂，可促使粒径较大分布对于HGM实际成品率影响减小，样品成品率可得到提升。烧结温度在逐步提升情况下，越高温度，促使发泡剂实际分解速率增加，球体膨胀快速，表面形貌相对较差；1.6m/s送料风速情况下，球体表面相对光滑。原料选定废玻璃，发泡剂为3%含量、烧结设850℃温度、1.6m/s送料风速，处于这一条件下所制备HGM为0.26g/cm³堆积密度、0.55g/cm³真密度、4MPa抗压强度，其最终的成品率达71%。
参考文献：
[1]李佩鲜，郑妍，于晓燕，等. 空心玻璃微珠改性环氧树脂的制备及其性能研究[J]. 胶体与聚合物，2020，38（001）：709-710.
[2]邓小亮，周欣，王凯莉，等. PET/空心玻璃微珠复合材料的制备及性能研究[J]. 聚酯工业，2019，32（006）：299-300.
[3]王瑛、段景宽、杨小瑞、刘引烽、高缘、姜涛、杨开亮、赵远涛、李文戈、吴新锋. 环氧树脂/空心玻璃微珠复合浮力材料制备及性能[J]. 工程塑料应用，2020，31（019）：487-488.