废玻璃基泡沫玻璃吸声性能的研究

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伴随着社会和经济日新月异的发展,噪声危害越来越严重,噪声控制成为环境保护的重点。吸声是控制噪声的有效手段,而使用多孔吸声材料是吸声的主要方法。无机非金属多孔吸声材料具有强度高、耐高温、耐腐蚀等优点,应用前景广泛。  本文选取以废玻璃为主要原料,CaCO3为发泡剂烧结法制备泡沫玻璃。系统研究组成及工艺参数对泡沫玻璃的物相、形貌、Gibson-Ashby闭孔泡沫体模型Φ值及吸声性能的影响,并且讨论开闭孔形成机理,分析开孔泡沫玻璃制备的难点;简要探讨孔结构参数与吸声性能间的对应关系。具体研究内容及实验结果如下:  本实验用废玻璃及CaCO3制备出吸声泡沫玻璃,当 CaCO3含量为3wt.%,发泡温度为750℃,保温时间15min,升温速率10℃/min,此时泡沫玻璃综合性能较好,平均吸声系数达到0.32,密度0.23g/cm3。  研究了组成及工艺制度对泡沫玻璃结构与性能的影响。结果表明:制备的泡沫玻璃以非晶相为主,析出少量的石英相和CaCO3相。随增加的CaCO3含量、提高升温速率、降低烧结温度、缩短保温时间,衍射峰的强度依次增加。增加CaCO3含量、提高烧结温度、延长保温时间及降低升温速率均会导致泡沫玻璃的气孔孔径由小变大,均一的窄孔分布变为复杂的宽孔分布。制备的泡沫玻璃通过 Gibson-Ashby模型计算可知,虽然形貌上以大量闭孔、少量开孔的形式存在,但是力学性能上更倾向与开孔结构。平均吸声系数与吸水率和开气孔率呈线性关系。简单探讨了 CaCO3发泡剂的发泡机理,结果发现:发泡过程与配合料熔体息息相关,气泡在熔体液相中形核、长大直至破裂,因此很难制备出孔径均一的开孔泡沫玻璃;CaCO3除了分解释放出CO2,剩余的CaO会进入玻璃熔体中,降低其熔点和烧结温度。  为进一步提高试样的吸声性能,探究了影响试样吸声性能的原料粒度、孔径、孔隙率、容重、厚度等因素,结果表明:随着原料粒度减小,吸声系数逐渐增大。随着孔径的增大,有明显的孔径效应,吸声性能先增大再减小,孔径在1mm左右时,吸声效果较好。随着孔隙率的增大,平均吸声系数呈现增大的趋势;随着开气孔率的增大,平均吸声系数呈现增大的趋势。随着容重增大,平均吸声系数呈现减小的趋势。随着厚度的增加,泡沫玻璃的低频吸声性能显著改善。
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