專利名稱：由玻璃纖維廢料制備產(chǎn)品的方法
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背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及由玻璃纖維廢料制備的陶瓷產(chǎn)品；由玻璃纖維廢料制備陶瓷產(chǎn)品的粉料配合料配方；以及由玻璃纖維廢料制備陶瓷產(chǎn)品的方法。能夠由本發(fā)明制備的陶瓷產(chǎn)品的實(shí)例有瓦和磚，但是也可以制造其它陶瓷產(chǎn)品。本發(fā)明涉及兩個(gè)當(dāng)前面臨的問(wèn)題陶瓷工業(yè)的能源消耗需要降低；以及需要新技術(shù)來(lái)將玻璃纖維廢料重新加工成有用的產(chǎn)品。
陶瓷工業(yè)尤其在燒結(jié)期間會(huì)消耗大量的能源。要求燒結(jié)溫度高于1200℃(2200°F)，以便將典型陶瓷原料燒結(jié)成致密產(chǎn)品。改變?cè)吓浞娇蓪?dǎo)致燒結(jié)溫度降低，但是，由于所使用的原料類型，這種改善很有限。大多數(shù)的傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)品如瓦和磚，主要由粘土基原料構(gòu)成，這類原料本身就要求高的燒結(jié)溫度。其它的陶瓷制造步驟，例如干燥過(guò)程，其耗能也很高。耗能成本構(gòu)成整個(gè)制造成本的主要部分，因此，降低能耗的新方法對(duì)于陶瓷工業(yè)意義重大。
玻璃纖維工業(yè)產(chǎn)生大量的玻璃纖維廢料，這些廢料目前從經(jīng)濟(jì)角度看還不能再利用，因此只能掩埋處理。玻璃纖維廢料在纖維成型期間產(chǎn)生，而且也在纖維產(chǎn)品制造期間產(chǎn)生。玻璃纖維廢料可能通過(guò)重新熔化形成新的玻璃纖維來(lái)加以再利用。但是，玻璃纖維廢料一般不進(jìn)行重新熔化，原因是在成型過(guò)程中，源自于廢料的雜質(zhì)在纖維中的含量高得無(wú)法接受，會(huì)導(dǎo)致纖維斷裂。重復(fù)利用的玻璃(指的是碎玻璃)在多種玻璃產(chǎn)品的制造中通常作為原料的20-35％加以利用。碎玻璃在一些玻璃纖維的制造中也使用，但是其主要來(lái)源于容器和平板玻璃。
兩種主要的玻璃纖維是用于絕緣產(chǎn)品的玻璃棉和用于紡織產(chǎn)品的連續(xù)纖維。玻璃棉通過(guò)對(duì)玻璃熔體快速紡絲，使其通過(guò)旋轉(zhuǎn)柱狀容器中的孔制備而成。連續(xù)玻璃纖維通過(guò)將玻璃熔體拉過(guò)貴重金屬坩堝制備而成。這兩種方法中，纖維被空氣或者蒸汽送風(fēng)機(jī)快速冷卻。然后，進(jìn)行稱作上漿的有機(jī)化學(xué)處理，以便最大程度地減輕纖維與纖維在加工過(guò)程中的磨損，并且提供特殊產(chǎn)品應(yīng)用所必需的涂層。
在加工過(guò)程中，會(huì)周期性出現(xiàn)產(chǎn)生廢料的各種故障，例如纖維斷裂。纖維上的上漿涂層阻礙廢料作為碎玻璃馬上重新使用，因?yàn)闈{料會(huì)在熔體中形成不可接受數(shù)量的殘存碳?？梢栽谌刍?，采用附加的處理步驟來(lái)除掉漿料，但是，與使用成批的原料相比，該附加處理不經(jīng)濟(jì)。研究進(jìn)一步表明甚至當(dāng)除掉所述漿料時(shí)，還會(huì)存在其它的污染物，這些污染物在成型期間會(huì)造成纖維的斷裂率很高。由于存在這些問(wèn)題，大量的玻璃纖維廢料目前挖坑掩埋處理。需要新技術(shù)來(lái)將這種工業(yè)廢料重新加工成有用的產(chǎn)品。
本發(fā)明中廢玻璃指的是任何被廢棄的工業(yè)玻璃纖維或者使用后的玻璃纖維。任何形式的玻璃纖維，例如用于紡織產(chǎn)品的連續(xù)纖維和用于絕緣產(chǎn)品的玻璃棉都可以使用。此外，在本發(fā)明中也可以使用產(chǎn)生于玻璃纖維熔化過(guò)程的任何其它形式的廢玻璃，例如排放掉的玻璃。玻璃纖維廢料可以由玻璃纖維制造廠獲得，但是也可以使用其它的玻璃纖維來(lái)源。針對(duì)眾多的應(yīng)用場(chǎng)合，存在各種玻璃纖維組合物。玻璃纖維組合物的軟化溫度典型地約為650至約800℃。這一獨(dú)特的軟化特性使得由玻璃纖維的細(xì)小粉末制成的制品可以通過(guò)在比燒結(jié)陶瓷產(chǎn)品通常要求的溫度低得多的溫度下，進(jìn)行粘相燒結(jié)加以致密化。本發(fā)明利用玻璃纖維的低溫致密化特性，通過(guò)節(jié)省能源和降低設(shè)備以及維護(hù)費(fèi)用，來(lái)降低制造成本。
本發(fā)明是新穎的，原因是能夠低成本由最高達(dá)100％的玻璃纖維廢料制備出高質(zhì)量的陶瓷產(chǎn)品。與傳統(tǒng)陶瓷加工方法相比，本發(fā)明節(jié)省能源和天然資源。能夠獲得一種存在少量孔隙的不可滲透的陶瓷顯微結(jié)構(gòu)。不可滲透指的是陶瓷產(chǎn)品具有低于0.5％的極低水吸附量。存在少量孔隙的不可滲透的陶瓷顯微結(jié)構(gòu)對(duì)于獲得高質(zhì)量的性能很關(guān)鍵。通過(guò)本發(fā)明可以制備出具有各種顏色和類似上釉的平滑有光澤的表面的陶瓷產(chǎn)品。還可以通過(guò)添加填料和/或通過(guò)玻璃的部分晶化來(lái)調(diào)整表面紋理和其它燒結(jié)性能。
以前，已發(fā)展了各種方法來(lái)由廢玻璃生產(chǎn)陶瓷產(chǎn)品。美國(guó)專利6,340,650回顧了以前方法中存在的處理問(wèn)題，并且提出了通過(guò)在處理過(guò)程中避免使用水和粘土來(lái)消除這些問(wèn)題的方法。存在幾種玻璃纖維組合物。這些組合物與容器和平板玻璃相比，由于玻璃纖維的表面積大，不易與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。與容器和平板玻璃相比，玻璃纖維與水反應(yīng)的敏感性較小，使得處理玻璃纖維時(shí)的靈活性更大。此外，某些玻璃纖維組合物，例如E-玻璃的軟化溫度比容器和平板玻璃組合物的軟化溫度高。軟化溫度較高允許在粉料配合料配方中存在燒結(jié)期間會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)的粘土和其他陶瓷原料，而不會(huì)對(duì)致密化性能產(chǎn)生不利影響。本發(fā)明提供了一種由玻璃纖維廢料制造陶瓷產(chǎn)品的方法，該方法中，可以在燒結(jié)期間添加水和粘土。
另外，出人意料地，與使用容器或平板玻璃相比，使用玻璃纖維具有其它幾種重要優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)樵诮M成和污染物上存在差異，尤其是因?yàn)椴Ａ问降牟煌?纖維與塊狀玻璃)。將容器或平板玻璃加工成細(xì)小粉末包括兩個(gè)或三個(gè)需耗費(fèi)大量能源的破碎和研磨步驟。玻璃纖維的直徑典型地為3-100微米，因此，為了制備細(xì)小粉末，僅僅需要將其一個(gè)尺寸破斷。與粉碎容器和平板玻璃相比，玻璃纖維的切碎和研磨簡(jiǎn)單得多，而且耗能較少。工業(yè)上的玻璃纖維廢料與使用后的容器玻璃相比，其組成非常均勻，而且污染物少得多。這樣可以對(duì)生產(chǎn)的陶瓷產(chǎn)品的顏色和其它性能進(jìn)行更好地控制。此外，與容器和平板玻璃相比，玻璃纖維組合物的熱膨脹系數(shù)低得多，因此，能夠改善抗熱震性能。
與目前的工藝實(shí)踐相比，本發(fā)明具有各種環(huán)境方面的優(yōu)點(diǎn)。本方法將玻璃纖維完全轉(zhuǎn)變成致密的陶瓷產(chǎn)品，因此，消除了將來(lái)在處理和廢棄纖維時(shí)存在的環(huán)境問(wèn)題。通過(guò)使用重復(fù)利用的玻璃作原料，不需要進(jìn)行傳統(tǒng)原料的采礦、加工和運(yùn)輸。與傳統(tǒng)粘土瓦的生產(chǎn)方法相比，特別是與玻璃熔化法生產(chǎn)瓦的方法相比，本發(fā)明所需要的能源顯著降低。這主要是因?yàn)榕c粘土瓦的1200℃，和熔體瓦的＞1500℃的燒結(jié)溫度相比，本發(fā)明的燒結(jié)溫度顯著降低，僅為700-1000℃。
發(fā)明簡(jiǎn)述本發(fā)明提供通過(guò)一種低成本的加工方法將大量的玻璃纖維廢料轉(zhuǎn)變成有用的陶瓷產(chǎn)品的方法。所述方法包括將玻璃纖維廢料減小至玻璃粉末；將玻璃粉末與添加劑混合形成一種玻璃-添加劑混合物；對(duì)玻璃-添加劑混合物顆?；幚恚怪蔀轭w粒狀粒子；將顆粒狀粒子成型為陶瓷制品生坯；以及將該陶瓷制品生坯加熱成為陶瓷產(chǎn)品。該處理方法中可以包含水和粘土。僅僅需要一個(gè)燒結(jié)步驟，且其峰值燒結(jié)溫度低，為約700-1000℃。與粘土基傳統(tǒng)陶瓷的制造相比，所述方法節(jié)省能源和天然資源。由本發(fā)明可以制備高質(zhì)量的不可滲透的陶瓷產(chǎn)品。
發(fā)明詳述本發(fā)明的粉料配合料配方包括70-100％玻璃纖維廢料、0-20％填料和0-10％有機(jī)粘結(jié)劑。優(yōu)選的粉料配合料配方包括84-100％廢玻璃、0-10％填料和0-6％有機(jī)粘結(jié)劑。所有的百分?jǐn)?shù)均為重量百分?jǐn)?shù)。還應(yīng)該了解的是可以在粉料配合料配方中添加其它常規(guī)的陶瓷處理添加劑，例如潤(rùn)濕劑、表面活性劑、抗絮凝劑、促凝劑、絮凝劑、增塑劑、抗發(fā)泡劑、潤(rùn)滑劑、防腐劑等，以便在不改變本發(fā)明的范圍的前提下，進(jìn)一步優(yōu)化本處理方法。
有機(jī)粘結(jié)劑以及其它有機(jī)添加劑(如果存在)在燒結(jié)期間將會(huì)燒光，因此不會(huì)成為最終產(chǎn)品的一部分。玻璃纖維廢料和填料均是燒結(jié)之后仍保留的無(wú)機(jī)組合物，并且構(gòu)成最終產(chǎn)品的組成。結(jié)果，初始的粉料配合料配方(前面給出)在燒結(jié)期間轉(zhuǎn)變成含有80-100％玻璃纖維廢料和0-20％填料的最終產(chǎn)品組合物。優(yōu)選的最終產(chǎn)品組合物含有90-100％廢玻璃和0-10％填料。通過(guò)從粉料配合料配方中減去有機(jī)粘結(jié)劑的量，然后，再將余下的組成歸一化處理成100％，便確定出最終產(chǎn)品組合物。
本發(fā)明中的填料是一種為了改變最終產(chǎn)品的顏色、表面紋理或者任何其它性能，或者作為無(wú)機(jī)粘結(jié)劑而添加的陶瓷原料。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑填料，例如粘土或者硅酸鈉在顆?；蛪褐撇襟E期間起粘結(jié)劑作用，并且減少或者排除了對(duì)有機(jī)粘結(jié)劑的需求。添加填料不是制備高質(zhì)量陶瓷產(chǎn)品所必需的，但是，可望用于使最終產(chǎn)品獲得特定的性能。許多種填料添加劑在本發(fā)明中可以單獨(dú)使用或者組合使用。
為了控制顏色而添加的填料稱作著色劑。普通的陶瓷著色劑可以用來(lái)由本發(fā)明制備具有多種顏色的陶瓷產(chǎn)品。各種氧化物著色劑的實(shí)例是用于產(chǎn)生藍(lán)色的氧化鈷、產(chǎn)生綠色的氧化鉻和產(chǎn)生紅色的氧化鐵。許多商品著色劑是依據(jù)經(jīng)常被熔化成玻璃料的氧化物的復(fù)雜組合制備而成的。除了顏色之外，添加填料還能夠控制其它特性和性能，例如表面紋理、結(jié)晶特性以及機(jī)械、熱和化學(xué)耐久性能。其它的填料實(shí)例是氧化鋁、硅石、氧化鋯和粘土。
玻璃纖維廢料和填料必須以粉末形式用于粉料配合料配方中。所要求的粉末顆粒尺寸取決于要求的最終性能。對(duì)于本發(fā)明，玻璃纖維廢料和填料的粉末顆粒尺寸小于30目(＜0.6mm)。優(yōu)選尺寸小于100目(＜0.1mm)。由于纖維直徑比要求的尺寸小，因此，玻璃纖維的顆粒尺寸被纖維長(zhǎng)度所控制。為了調(diào)整最終產(chǎn)品的性能，在粉料配合料配方中還可以存在顆粒尺寸較粗的填料。例如，可以添加較粗的填料，以便產(chǎn)生較粗糙的表面紋理，提高摩擦系數(shù)和滑動(dòng)阻力。
本發(fā)明中的有機(jī)粘結(jié)劑包括為了將無(wú)機(jī)廢玻璃和填料顆粒結(jié)合一起可以添加的任何有機(jī)粘結(jié)劑。有機(jī)粘結(jié)劑首先與玻璃纖維廢料和填料顆?；旌希纬深w粒狀自由流動(dòng)的粉末。然后，將所述粉末成型為陶瓷制品。成型步驟之后，有機(jī)粘結(jié)劑使制品生坯具有足夠的強(qiáng)度，從而能夠加以處理和輸送至燒結(jié)步驟。如果無(wú)機(jī)粘結(jié)劑作為填料添加，則可以減少所需要的有機(jī)粘結(jié)劑的量或者甚至不使用有機(jī)粘結(jié)劑。
有機(jī)粘結(jié)劑的實(shí)例有天然樹(shù)膠、纖維素醚、聚合醇、丙烯酸酯樹(shù)脂、乙二醇類和蠟。在下面示出的本發(fā)明的實(shí)施例中，采用聚乙二醇和聚乙烯醇作為有機(jī)粘結(jié)劑。在不改變本發(fā)明的范圍的前提下，可以使用其它有機(jī)粘結(jié)劑。為了有效發(fā)揮作用，要求有機(jī)粘結(jié)劑為液態(tài)，這樣，無(wú)機(jī)玻璃纖維和填料顆粒能夠被有機(jī)粘結(jié)劑潤(rùn)溫和涂覆。在室溫(～20℃)下有機(jī)粘結(jié)劑或者為液態(tài)或者為固態(tài)?？梢詫⒐虘B(tài)的有機(jī)粘結(jié)劑溶解在特定液體中，與無(wú)機(jī)粉末混合，然后進(jìn)行干燥，將液體去除，獲得涂覆有有機(jī)粘結(jié)劑的無(wú)機(jī)粉末。本發(fā)明中，可以采用水或者非水液體如醇類溶解固態(tài)有機(jī)粘結(jié)劑。如果有機(jī)粘結(jié)劑為液態(tài)，則不需要另外的液體。
下面的段落介紹了本發(fā)明方法中每一個(gè)步驟的細(xì)節(jié)。所述方法的第一個(gè)步驟包括制備玻璃粉末。工業(yè)玻璃纖維廢料不管是否涂覆有機(jī)漿料，都可以用作制備粉末的原料玻璃。也可以使用任何其它類型或者形式的玻璃纖維廢料。本發(fā)明的方法對(duì)于玻璃纖維廢料中正常水平的污染物不敏感，因此，不要求對(duì)玻璃進(jìn)行清洗。玻璃纖維顆粒尺寸被降至＜30目(＜0.6mm)。優(yōu)選尺寸＜100目(＜0.1mm)。
減小顆粒尺寸所采用的步驟取決于玻璃纖維廢料的組成，也取決于玻璃纖維廢料的形式。多種玻璃纖維組合物可以有許許多多不同形式，這就會(huì)產(chǎn)生各種類型的玻璃纖維廢料。通過(guò)在處理過(guò)程中避免使用水的步驟，可以減小所有類型的玻璃纖維廢料的顆粒尺寸。對(duì)于在處理期間與水發(fā)生反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生不利影響的玻璃纖維組合物而言，這一點(diǎn)很重要。對(duì)于在處理期間與水發(fā)生反應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生不利影響的玻璃纖維組合物，則可以通過(guò)在處理過(guò)程中使用水的步驟減小顆粒尺寸。
在減小顆粒尺寸之前，可以對(duì)玻璃纖維廢料進(jìn)行加熱，以除去可能存在的水。如果溫度足夠高，則可以在減小顆粒尺寸之前，將有機(jī)物質(zhì)，例如有機(jī)漿料除去。加熱玻璃纖維廢料也可能導(dǎo)致玻璃纖維變得更脆，這就使得纖維更容易斷裂和破碎。可以采用任何類型的切斷、破碎、研磨、磨制等方法減小玻璃纖維廢料的顆粒尺寸?？梢允褂脦追N普通的陶瓷處理設(shè)備，例如切斷機(jī)、顎式或錐式破碎機(jī)、球磨機(jī)、錘磨機(jī)、振動(dòng)磨機(jī)、碾磨機(jī)、輥磨機(jī)等，來(lái)減小顆粒尺寸。在將顆粒尺寸減小之后，通過(guò)一個(gè)30目篩子(對(duì)于優(yōu)選顆粒尺寸，篩子目數(shù)為100目)對(duì)玻璃纖維粉末進(jìn)行篩選。
將由所述顆粒尺寸減小方法獲得的細(xì)玻璃粉末(＜30或＜100目)與依據(jù)所使用的粉料配合料配方確定的要求量的填料和有機(jī)粘結(jié)劑組合。在天平上稱出每種組分的重量，加以組合然后進(jìn)行混合。由于原始粘結(jié)劑是一種液體，或者由于粘結(jié)劑被溶解在水或者非水液體如一種醇中，因此，有機(jī)粘結(jié)劑以液相形式添加。液相的有機(jī)粘結(jié)劑與玻璃和填料粉末組合，并且在任何一種混合機(jī)，例如盤(pán)式混合機(jī)、錐式混合機(jī)、帶式混合機(jī)、旋轉(zhuǎn)鼓式混合機(jī)等中進(jìn)行混合，產(chǎn)生一種顆粒狀的自由流動(dòng)的粉末。通過(guò)在干燥器，例如流態(tài)床干燥器中進(jìn)行干燥，或者通過(guò)噴霧干燥，可以將多余的液體去除。但是，優(yōu)選保持液體含量足夠低，這樣，就不再需要干燥步驟。
將具有粉料配合料配方的顆粒狀的自由流動(dòng)的粉末成型為陶瓷制品生坯。生坯這里指的是未燒結(jié)的陶瓷?？梢允褂萌魏纬尚头椒?，但是優(yōu)選采用干壓法。干壓法中，將粉末放在具有要求形狀的金屬模中，并且采用壓頭將粉末壓實(shí)。然后，將壓制成的制品從模具中取出，并且在窯或爐中進(jìn)行燒結(jié)。如果在壓制成的制品中存在液體，那么，燒結(jié)之前，可以包括一個(gè)附加的爐中干燥步驟，以便將殘留的液體去除。
燒結(jié)過(guò)程的初始步驟包括粘結(jié)劑的燒盡，以便將有機(jī)粘結(jié)劑去除。優(yōu)選地，粘結(jié)劑的燒盡在對(duì)陶瓷制品進(jìn)行燒結(jié)時(shí)的初始加熱期間進(jìn)行。也可以采用單獨(dú)的粘結(jié)劑的燒盡和燒結(jié)過(guò)程。在上述任意一種情形下，都必須在玻璃粉末軟化和燒結(jié)之前將有機(jī)粘結(jié)劑完全除去，以防止在燒結(jié)后的產(chǎn)品中產(chǎn)生缺陷。有機(jī)粘結(jié)劑的典型燒盡溫度為約200-400℃。具體的燒結(jié)溫度和時(shí)間規(guī)范取決于所使用的粉料配合料配方。優(yōu)選所要求的溫度最低和時(shí)間最短，而同時(shí)又仍然能夠獲得差不多為0％的孔隙率。所要求的最大燒結(jié)溫度范圍為約700-1000℃。
下面的段落提供了25個(gè)本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1實(shí)施例1的粉料配合料配方由100％的源自于玻璃纖維制造商的玻璃纖維廢料構(gòu)成。所述廢料來(lái)自于E-玻璃所用的連續(xù)玻璃纖維的生產(chǎn)中，并且涂覆有有機(jī)漿料。所述纖維已被玻璃纖維制造商處理成小碎片。在第一個(gè)步驟，采用研缽和杵將玻璃纖維廢料研磨成細(xì)小粉末。然后，采用100目(＜0.1mm)篩對(duì)粉末進(jìn)行篩分。使用液壓機(jī)，在5000磅/平方英寸的壓力下，在金屬模中，不用粘結(jié)劑將篩分后的粉末壓制成直徑16mm的柱狀試樣。將壓制成的試樣在可編程的箱式爐中進(jìn)行燒結(jié)，首先燒盡有機(jī)漿料，然后，將玻璃粉末燒結(jié)成致密的陶瓷產(chǎn)品。所采用的最高溫度為900℃。所獲陶瓷產(chǎn)品的密度為2.60g/cm3，該值高于E-玻璃2.61g/cm3理論密度的99％。該陶瓷產(chǎn)品半透明，具有光滑的釉狀表面。
實(shí)施例2本實(shí)施例也采用與上述實(shí)施例1同樣的步驟，只是實(shí)施例1中使用的玻璃纖維廢料被由絕緣產(chǎn)品獲得的玻璃纖維棉取代，而且，最高燒結(jié)溫度變成750℃。獲得了與實(shí)施例1類似的具有光滑釉狀表面的高質(zhì)量陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例3本實(shí)施例也采用與上述實(shí)施例1同樣的步驟，只是實(shí)施例1中使用的玻璃纖維廢料由被排放掉的玻璃(drain glass)取代，而且，玻璃在采用研缽和杵研磨之前，加熱至130℃，以便將水分去除。該排放掉的玻璃由玻璃纖維制造商的玻璃纖維熔爐中獲得。該排放掉的玻璃的形態(tài)為大量的玻璃碎片。獲得了與實(shí)施例1類似的具有2.61g/cm3密度和光滑釉狀表面的高質(zhì)量陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例4本實(shí)施例也采用與上述實(shí)施例3同樣的步驟，只是如下所述，在玻璃粉末中添加了6％(重量)的聚乙烯醇粘結(jié)劑，并且壓制出1.25英寸的正方形試樣。聚乙烯醇粘結(jié)劑首先溶解在水中，然后再與玻璃粉末混合。將該玻璃-粘結(jié)劑混合物在烤箱中，約90℃下干燥，以便將水分去除。采用研缽和杵對(duì)干燥后的混合物進(jìn)行研磨，并且采用30目篩進(jìn)行篩分。在壓制和燒結(jié)步驟之后，獲得了與實(shí)施例1類似的具有2.59g/cm3密度和光滑釉狀表面的高質(zhì)量陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例5本實(shí)施例也采用與上述實(shí)施例1同樣的步驟，只是實(shí)施例1中使用的玻璃纖維廢料被第二種E-玻璃連續(xù)玻璃纖維廢料取代，而且，在采用研缽和杵研磨之前，將玻璃加熱至800℃。所述廢料由玻璃纖維制造商獲得，并且未涂覆有機(jī)漿料。所述纖維長(zhǎng)約12英寸，比實(shí)施例1中使用的玻璃纖維廢料的纖維長(zhǎng)度大得多。獲得了與實(shí)施例1類似的具有2.61g/cm3密度和光滑釉狀表面的高質(zhì)量陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例6本實(shí)施例也采用與上述實(shí)施例5同樣的步驟，只是如下所述，在玻璃粉末中添加了6％(重量)的聚乙烯醇粘結(jié)劑，并且壓制出1.25英寸的正方形試樣。聚乙烯醇粘結(jié)劑首先溶解在水中，然后再與玻璃粉末混合。將該玻璃-粘結(jié)劑混合物在烤箱中，約90℃下干燥，以便將水分去除。采用研缽和杵對(duì)干燥后的混合物進(jìn)行研磨，并且采用30目篩進(jìn)行篩分。在壓制和燒結(jié)步驟之后，獲得了與實(shí)施例1類似的具有2.60g/cm3密度和光滑釉狀表面的高質(zhì)量陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例7本實(shí)施例也采用與上述實(shí)施例1同樣的步驟，只是實(shí)施例1中使用的玻璃纖維廢料被第三種E-玻璃連續(xù)玻璃纖維廢料取代，而且，在采用研缽和杵研磨之前，將玻璃加熱至800℃。所述廢料由玻璃纖維制造商獲得，并且，與實(shí)施例1中使用的玻璃纖維廢料相比，涂覆了更多的有機(jī)漿料。所述纖維長(zhǎng)約12英寸，比實(shí)施例1中使用的玻璃纖維廢料的纖維長(zhǎng)度大得多。獲得了與實(shí)施例1類似的具有2.60g/cm3密度和光滑釉狀表面的高質(zhì)量陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例8本實(shí)施例也采用與上述實(shí)施例7同樣的步驟，只是如下所述，在玻璃粉末中添加了6％(重量)的聚乙烯醇粘結(jié)劑，并且壓制出1.25英寸的正方形試樣。聚乙烯醇粘結(jié)劑首先溶解在水中，然后再與玻璃粉末混合。將該玻璃-粘結(jié)劑混合物在烤箱中，約90℃下干燥，以便將水分去除。采用研缽和杵對(duì)干燥后的混合物進(jìn)行研磨，并且采用30目篩進(jìn)行篩分。在壓制和燒結(jié)步驟之后，獲得了與實(shí)施例1類似的具有2.59g/cm3密度和光滑釉狀表面的高質(zhì)量陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例9本實(shí)施例也采用與上述實(shí)施例7同樣的步驟，只是在采用研缽和杵研磨之前，將玻璃纖維廢料加熱至750℃，而不是800℃。獲得了與實(shí)施例1類似的具有2.63g/cm3密度和光滑釉狀表面的高質(zhì)量陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例10本實(shí)施例也采用與上述實(shí)施例9同樣的步驟，只是將6％(重量)的聚乙二醇粘結(jié)劑與玻璃混合。聚乙二醇粘結(jié)劑室溫下為液態(tài)，因此未添加附加液體。在壓制和燒結(jié)步驟之后，獲得了與實(shí)施例1類似的具有2.60g/cm3密度和光滑釉狀表面的高質(zhì)量陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例11本實(shí)施例也采用與上述實(shí)施例9同樣的步驟，只是如下所述，在玻璃粉末中添加了6％(重量)的聚乙烯醇粘結(jié)劑，并且壓制出1.25英寸的正方形試樣。聚乙烯醇粘結(jié)劑首先溶解在水中，然后再與玻璃粉末混合。將該玻璃-粘結(jié)劑混合物在烤箱中，約95℃下干燥，以便將水分去除。采用研缽和杵對(duì)干燥后的混合物進(jìn)行研磨，并且采用100目篩進(jìn)行篩分。在壓制和燒結(jié)步驟之后，獲得了與實(shí)施例1類似的具有2.59g/cm3密度和光滑釉狀表面的高質(zhì)量陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例12-14這些實(shí)施例也采用與上述實(shí)施例11同樣的步驟，只是采用著色劑填料替代了2.5％(重量)的玻璃纖維廢料。對(duì)三種市售的陶瓷著色劑(也稱作陶瓷染料)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。實(shí)施例12使用的是白色著色劑；實(shí)施例13使用的是淺藍(lán)色著色劑；實(shí)施例14使用的是深藍(lán)色著色劑。獲得了與實(shí)施例1類似的高質(zhì)量陶瓷產(chǎn)品，只是陶瓷產(chǎn)品的顏色與所用的著色劑相對(duì)應(yīng)。所獲陶瓷產(chǎn)品的密度范圍為2.60-2.63g/cm3。這些實(shí)施例證實(shí)本發(fā)明具有制備不同顏色的陶瓷產(chǎn)品的能力。
實(shí)施例15本實(shí)施例也采用與上述實(shí)施例7同樣的步驟，只是如下所述，玻璃纖維廢料被碾磨破碎，而不是采用研缽和杵進(jìn)行研磨，而且，如同實(shí)施例10，也添加了聚乙二醇粘結(jié)劑。在800℃下加熱之后，采用帶有氧化鋁介質(zhì)的氧化鋁球磨機(jī)在水中對(duì)玻璃纖維廢料進(jìn)行碾磨，然后，采用100目(＜0.1mm)篩進(jìn)行篩分。之后，將該球磨后的玻璃在烤箱中，約115℃下干燥，以便將水分去除。對(duì)干燥后的玻璃粉末再次采用100目(＜0.1mm)篩進(jìn)行篩分。在添加粘結(jié)劑之后，進(jìn)行壓制和燒結(jié)，獲得了與實(shí)施例1類似的具有2.63g/cm3密度和光滑釉狀表面的高質(zhì)量陶瓷產(chǎn)品。
實(shí)施例16-22這些實(shí)施例也采用與上述實(shí)施例15同樣的步驟，只是采用著色劑填料替代了2.5％(重量)的玻璃纖維廢料。對(duì)七種市售的陶瓷著色劑(也稱作陶瓷染料)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。實(shí)施例16使用的是白色著色劑；實(shí)施例17使用的是黃色著色劑；實(shí)施例18使用的是綠色著色劑；實(shí)施例19使用的是淺藍(lán)色著色劑；實(shí)施例20使用的是深藍(lán)色著色劑；實(shí)施例21使用的是紅色著色劑；實(shí)施例22使用的是黑色著色劑。獲得了與實(shí)施例1類似的高質(zhì)量陶瓷產(chǎn)品，只是陶瓷產(chǎn)品的顏色與所用的著色劑相對(duì)應(yīng)。所獲陶瓷產(chǎn)品的密度范圍為2.61-2.66g/cm3。這些實(shí)施例證實(shí)本發(fā)明具有制備各種不同顏色的陶瓷產(chǎn)品的能力。
實(shí)施例23-24這些實(shí)施例也采用與上述實(shí)施例7同樣的步驟，只是如下所述，玻璃纖維廢料被碾磨破碎，而不是采用研缽和杵進(jìn)行研磨，而且，采用填料替代了5.0％(重量)的玻璃纖維廢料。在800℃下加熱之后，采用帶有氧化鋁介質(zhì)的氧化鋁球磨機(jī)在水中對(duì)玻璃纖維廢料進(jìn)行碾磨，然后，采用100目(＜0.1mm)篩進(jìn)行篩分。之后，將該球磨后的玻璃在烤箱中，約115℃下干燥，以便將水分去除。對(duì)干燥后的玻璃粉末再次采用100目(＜0.1mm)篩進(jìn)行篩分，并且，隨后與兩種填料進(jìn)行混合。實(shí)施例23使用的是硅石粉末填料，而實(shí)施例24使用的是氧化鋁粉末填料。獲得了與實(shí)施例1類似的高質(zhì)量陶瓷產(chǎn)品，只是所獲陶瓷產(chǎn)品的表面紋理更粗糙。兩個(gè)實(shí)施例的陶瓷產(chǎn)品的密度均為2.61g/cm3。這些實(shí)施例證實(shí)利用填料添加劑能夠改變由本發(fā)明獲得的陶瓷產(chǎn)品的表面紋理。
實(shí)施例25本實(shí)施例也采用與上述實(shí)施例7同樣的步驟，只是如下所述，玻璃纖維廢料被碾磨破碎，而不是采用研缽和杵進(jìn)行研磨，而且，采用填料替代了5.0％(重量)的玻璃纖維廢料。在800℃下加熱之后，采用帶有氧化鋁介質(zhì)的氧化鋁球磨機(jī)在水中對(duì)玻璃纖維廢料進(jìn)行碾磨，然后，采用100目(＜0.1mm)篩進(jìn)行篩分。之后，將該球磨后的玻璃在烤箱中，約115℃下干燥，以便將水分去除。對(duì)干燥后的玻璃粉末再次采用100目(＜0.1mm)篩進(jìn)行篩分，并且，隨后與高嶺粘土填料進(jìn)行混合。獲得了與實(shí)施例1類似的高質(zhì)量陶瓷產(chǎn)品。陶瓷產(chǎn)品的密度為2.58g/cm3。該實(shí)施例證實(shí)能夠在處理過(guò)程中利用粘土填料添加劑作為無(wú)機(jī)粘結(jié)劑。
前面通過(guò)實(shí)施例已對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)介紹。應(yīng)該了解的是只要不偏離本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的專業(yè)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種其它的改變和修正。例如，如果需要，也可以在陶瓷產(chǎn)品上涂覆釉料，但不是必須的。釉料可以在燒結(jié)之前涂覆，這樣，僅僅需要一次燒結(jié)。釉料也可以在燒結(jié)之后涂覆，這時(shí)就需要進(jìn)行第二次燒結(jié)。
權(quán)利要求
1.一種由玻璃纖維廢料制備陶瓷產(chǎn)品的方法，所述的方法包括將玻璃纖維廢料減小至玻璃粉末；將玻璃粉末與添加劑混合形成一種玻璃-添加劑混合物；對(duì)玻璃-添加劑混合物顆?；幚?，使之成為顆粒狀粒子；將顆粒狀粒子成型為陶瓷制品生坯；以及將該陶瓷制品生坯加熱成為陶瓷產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在將玻璃纖維廢料減小至玻璃粉末之前，加熱玻璃纖維廢料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在將玻璃纖維廢料減小至玻璃粉末之前，加熱玻璃纖維廢料以除去水分，燒盡有機(jī)物質(zhì)，和/或提高玻璃纖維廢料的脆性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將玻璃纖維廢料減小至玻璃粉末包括將玻璃纖維廢料減小至纖維長(zhǎng)度小于約0.6mm的碎片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將玻璃纖維廢料減小至玻璃粉末包括添加液體減小玻璃纖維廢料的尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將玻璃纖維廢料減小至玻璃粉末包括通過(guò)添加水減小玻璃纖維廢料的尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將玻璃纖維廢料減小至玻璃粉末包括不需要通過(guò)添加液體來(lái)減小玻璃纖維廢料的尺寸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，70-100％(重量)的玻璃-添加劑混合物由廢玻璃構(gòu)成，0-20％(重量)的玻璃-添加劑混合物由填料構(gòu)成，以及0-10％(重量)的玻璃-添加劑混合物由有機(jī)粘結(jié)劑構(gòu)成，
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，添加劑為填料，所述填料由硅石、氧化鋁、氧化鋯、粘土、長(zhǎng)石和/或任何其它陶瓷原料組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，添加劑為填料，所述填料由粘土、硅酸鈉和/或其它任何無(wú)機(jī)粘結(jié)劑組成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，添加劑為填料，所述填料為無(wú)機(jī)著色劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，添加劑為填料，所述填料是為了使陶瓷產(chǎn)品表面紋理粗糙而添加的粗顆粒。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，添加劑為填料，所述填料的添加目的是改善陶瓷產(chǎn)品的性能，包括但不限于機(jī)械、化學(xué)耐久性以及熱性能。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，添加劑為含水有機(jī)粘結(jié)劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，添加劑為無(wú)水有機(jī)粘結(jié)劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，玻璃粉末與添加劑形成玻璃-添加劑混合物的混合包括玻璃粉末與添加劑在液體中的混合。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，玻璃粉末與添加劑形成玻璃-添加劑混合物的混合包括玻璃粉末與添加劑在水中的混合。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，玻璃粉末與添加劑形成玻璃-添加劑混合物包括在不添加液體的情況下，玻璃粉末與添加劑的混合。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，對(duì)玻璃-添加劑混合物顆粒化處理，使之成為顆粒狀粒子包括在干燥器中對(duì)玻璃-添加劑混合物進(jìn)行干燥，干燥器包括但不限于噴霧干燥器或者流化床干燥器。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將顆粒狀粒子成型為陶瓷制品生坯包括壓制或者擠出。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將陶瓷制品生坯加熱成為陶瓷產(chǎn)品包括在約700-1000℃的最高溫度下燒結(jié)陶瓷制品生坯。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將陶瓷制品生坯加熱成為陶瓷產(chǎn)品包括對(duì)陶瓷制品生坯進(jìn)行干燥，以除掉液體，然后，在約700-1000℃的最高溫度下進(jìn)行燒結(jié)。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將陶瓷制品生坯加熱成為陶瓷產(chǎn)品會(huì)引起陶瓷產(chǎn)品發(fā)生部分晶化。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，陶瓷產(chǎn)品包括瓦或磚。
25.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，陶瓷產(chǎn)品具有光滑的有光澤表面。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，陶瓷產(chǎn)品可以通過(guò)涂覆釉料加以進(jìn)一步處理。
全文摘要
本發(fā)明提供通過(guò)一種低成本的加工過(guò)程將大量的玻璃纖維廢料轉(zhuǎn)變成有用的陶瓷產(chǎn)品的方法。所述方法包括將玻璃纖維廢料減小至玻璃粉末；將玻璃粉末與添加劑混合形成一種玻璃－添加劑混合物；對(duì)玻璃－添加劑混合物顆粒化處理，使之成為顆粒狀粒子；將顆粒狀粒子成型為陶瓷制品生坯；以及將該陶瓷制品生坯加熱成為陶瓷產(chǎn)品。該處理過(guò)程中可以包含水和粘土。僅僅需要一個(gè)燒結(jié)步驟，而且，其峰值燒結(jié)溫度低，為約700－1000℃。與粘土基傳統(tǒng)陶瓷的制造相比，所述方法節(jié)省能源和天然資源。由本發(fā)明可以制備高質(zhì)量的不可滲透的陶瓷產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C04B33/32GK1543446SQ02812959
公開(kāi)日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2002年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月28日
發(fā)明者邁克爾·J·豪恩, 邁克爾 J 豪恩 申請(qǐng)人:邁克爾·J·豪恩, 邁克爾 J 豪恩