无碱玻璃高温表面活性剂的研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

无碱玻璃指的是不含或者含有极微量 (小于1wt.%) 的碱金属氧化物的玻璃。无碱玻璃熔制温度在1540℃以上, 软化点gt;840℃, 析晶上限温度在1080-1100℃, 其耐水性、电绝缘性以及机械性能优异。由此制备得到的无碱玻璃纤维与金属材料相比, 具有重量轻、抗疲劳强度高、绝缘强度高、介电常数低、且化学稳定性好等优点。无碱玻璃纤维的一系列优异性能使其在工业中具有广泛应用, 无碱玻璃纤维在国外为通用玻璃纤维, 占产量的90%以上, 在国内也属于应用较多的玻璃纤维类型之一。随着玻璃纤维应用领域的逐渐增大, 生产实践中对无碱玻璃的性能要求也越来越高。在某些特殊行业应用的玻璃, 对其质量要求近乎完美, 若玻璃内部或表面微小缺陷就会影响显示质量和性能。当玻璃中含有较高的sio2和al2o3时, 其黏度大熔化温度高, 澄清困难, 产品难向超薄化 (0.7mm以下) 、大型化、环保化等方向发展, 因此高质量玻璃制造需要更好的工艺性能作为支撑。

但在实际的玻璃窑生产中可能会因为配合料混合不均, 易熔组分过早熔化导致难熔组分熔化时间大大加长, 澄清时间相对缩短, 形成气泡。其次,原料中成分差异大, 组分互相之间发生反应,也会在熔化阶段产生大量气体,如果不能及时排出熔体, 则会在玻璃液面形成厚厚一层泡沫。到了澄清阶段, 澄清部玻璃液面黏度不能有效降低, 则气体排出受阻, 易在玻璃熔体内形成气泡。此外, 熔窑、工作池和料道内气氛、温度等工艺制度变化较大,可能会将已澄清好的玻璃液平衡打破, 原来已溶解于玻璃中的气体重新析出,会以灰泡的大小均匀分布在玻璃熔体中, 此种气泡俗称“二次气泡”, 出现此类气泡时, 由于玻璃液黏度较大, 澄清已结束, 无法再排出玻璃熔体, 成型后以肉眼可见的形式呈现在玻璃制品之中, 大大影响产品的外观和理化性能。为了提高玻璃生产质量,需要利用消泡系统提高消除玻璃液中气泡的效率。

玻璃生产中消泡系统主要原理是:通过消泡枪将消泡液以雾状喷入至窑炉内,形成4~5m 的火焰覆盖区域,通过消泡剂化学反应作用,减小异质玻璃液膜表面张力,破坏硅羟团,帮助玻璃液表面气泡的逸出,消除玻璃液表层的泡沫,提高玻璃液澄清效果。玻璃表面张力是指玻璃与另一相接触时, 相界面在恒温、恒容下增加一个单位表面积时所做的功, 用σ表示, 通俗讲就是玻璃的表面收缩成球状的倾向力。表面张力对玻璃生产制造有重要影响, 特别是澄清、成型、均化、火焰抛光以及玻璃与耐火材料相互作用等过程中, 其作用均十分显著。表面张力在一定程度上决定了气泡的成长和溶解以及玻璃液中气泡的排出速度。相关研究表明tio2可作为消泡剂使用。tio2起到消泡剂的作用主要原理是依靠影响玻璃液的表面张力。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备: 熔制不同TiO2掺量的CaO-Al2O3-SiO2-TiO2体系玻璃,制备用于表面张力测试的样品。

材料表征: CaO-Al2O3-SiO2-TiO2体系玻璃的基本组分为:

氧化物

单位

SiO2

Al2O3

B2O3

CaO

MgO

Na2O

F

合计

BL(wt%)

wt%

54.85

14.14

6.06

22.32

0.91

1.01

0.71

100

2.2 研究目标

1、探究在CaO-Al2O3-SiO2-TiO2玻璃体系中,TiO2含量变化对玻璃表面张力的影响,验证TiO2的消泡效果。

3、测试玻璃表面张力及Raman光谱结构,分析数据探究规律。

2.3 技术方案

为了研究TiO2含量变化对CaO-Al2O3-SiO2玻璃体系表面张力的影响,得到玻璃表面张力变化规律,拟采用以下实验方法。

1、根据设计的玻璃基础组分进行配料,使用外加法将摩尔百分数为1%,3%,5%,7%,10%,20%的TiO2加入基础组分中,采用传统熔融法进行配合料熔化,然后用平板淬冷法成形。

2、对熔制得到的玻璃样品使用表面张力测试和 Raman的测试。

可用坐滴法确定液体的表面张力、密度和接触角。该方法是基于界面张力的液滴的形状,通过图形化的分析来计算液滴的表面张力。

实验主要试剂:硅砂,氧化钙,硼酸,硝酸钙,氧化镁,纯碱,萤石,二氧化钛等。

主要仪器设备:表面张力测试仪,熔炉,坩埚,电子天平。

本实验主要流程为:成分设计-样品制备-性能检测-微观结构分析-理论分析。实验流程如下:


3. 研究计划与安排

3、进度安排

第1-3周: 查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4 -10周: 根据研究的技术路线,初步确定实验方案,并进行相关的试验研究。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 西北轻工业学院. 玻璃工艺学[m]. 中国轻工业出版社, 2006.

[2] 王艳玲, 戴世勋, 徐铁峰,等. teo2-tio2-bi2o3系统玻璃的热学特性及光学带隙研究[j]. 光学学报, 2008, 29(9):1751-1756.

[2] 杨尊先, 赵修建, 敬承斌,等. na2o-tio2-sio2氧化物玻璃微结构研究[j]. 硅酸盐学报, 2001, 29(3):245-248.

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