泡沫玻璃应用情况及发展前景

泡沬玻璃(FG)是一种性能优异的保温、绝热、吸音、防潮、防火、防腐的轻质高强度环保材料。以富含玻璃相的物质为主要原料,添加适量的发泡剂、助剂,经过粉磨,形成配合料,然后再将配合料放入耐热模具中,经过预热、烧结、发泡、冷却、退火等工艺生产而成的轻质无机多孔状玻璃态材料,就是泡沫玻璃。

泡沫玻璃的工艺和特性

1、工艺

根据“预热—发泡—稳定—退火冷却”的烧成流程不同,可以分为“一步烧成法”工艺和“二步烧成法”工艺。“二步烧成法”也可以称为“匹兹堡康宁法”,原料以氢氧化钼、硫酸钾、硝酸钠、氧化铁为主,配以长石、白云石、钠碱、硅砂,以及少量玻璃原料(废玻璃)。

这种工艺优点是,在发泡定型的后期,在窑外将耐热钢模具脱除后,再集中到退火窑内进行退火,能及时观察和判断发泡质量,及时调整发泡温度时间制度,发泡窑和退火窑分离后,前后两道工艺的可调性范围大,可灵活地生产不同密度,不同品种的泡沫玻璃,同时还可以增加模具的周转,减少模具积压,减少资金占用。

目前国内生产泡沫玻璃和国外一样,都采用将玻璃、发泡剂、添加剂一起混合,磨细成粉,然后在窑炉内加热发泡进行粉末烧成的“二步烧成法”工艺。

泡沫玻璃应用情况及发展前景插图

2、特性

泡沫玻璃材料中的泡孔体积占其体积的80~95%,泡孔直径多为1~2mm,体积密度在100~200kg/m3,这些一个个独立的气泡状结构使它具有一系列优良的品质,例如:

1.绝热——导热系数≤0.042W/(m·K)

2.防火——属于A级不燃物

3.防潮——透湿系数几乎为0

4.环保——主要成份无机矿物原料,无毒害,防鼠蚁

5.强度高——平均抗压拉强≥0.25Mpa

6.不变形——线膨胀系数小于9*10^(-6),稳定性高

泡沫玻璃的应用领域

根据泡沫玻璃的各种性能,它可以应用于石油、化工、造船、冷藏、冷链运输、建筑工程、国防军工、钢铁冶炼、医疗制药等领域,应用领域十分广泛。但目前在国内,仅主要应用于以下两个领域:

1、石油化工行业的管道、储罐保冷

主要应用于石油化工领域,各种气、液、油输送管道的隔热、防水、防火工程,LNG(液化天然气)储罐保冷领域等。尤其是LNG储罐保冷,其内壁温度约为LNG的沸点-162°左右,设计温度一般为-170°,日蒸发率不得大于0.05%,既要维持如此低的工作温度又要满足蒸发率的控制要求,对于保冷材料的要求非常高。而泡沫玻璃能完美兼顾材料厚度薄、导热系数低、低温膨胀系数低、抗渗吸湿、阻燃等特性。

目前国内已建成的LNG接收站基本上都采用泡沫玻璃作为LNG储罐罐底保冷层的材料。

2、建筑外墙保温

建筑保温隔热工程中,保温材料吸水率高、耐久性差是两大难题,它大大地降低材料的保温性能,影响保温隔热的效果,增加空调系统的能量消耗。而且吸水后,保温层变成了蓄水层,会使防水层起鼓破坏,造成渗漏,在雨后很长一段时间内仍旧漏水。在外墙构造中由于保温隔热的需要,需要将墙体加厚以满足使用功能要求。目前,只能采用外贴保温材料进行保温隔热,泡沫玻璃是最理想的保温材料,用于屋面、外墙都是一种优良的保温隔热材料。

目前,泡沫玻璃作为一种新型的建筑保温材料在国内的应用范围还很少,只是在北京、上海、广州等国际化大都市有所使用。

泡沫玻璃产业的发展情况

1、国际发展情况

1935年,法国圣戈班公司(St.Gubain)申报了第一个泡沫玻璃专利,该专利以平板玻璃为原料,碳酸钙作为发泡剂,在耐火模具中进行加热,制成轻石状的材料。随后,美国、西德、前苏联、英国、捷克、日本等国陆续申报很多专利和研究报告。

1939年,前苏联在门捷列夫化工学院中间实验厂研制生产泡沫玻璃,当时采用的“一步法”工艺,使用平板玻璃作为原料,使用煤粉、石墨、石灰石作为发泡剂,制品吸水率相对较多, 密度在180~350kg/m3。

1941年,美国匹兹堡康宁公司(PCC)开始泡沬玻璃的研制和生产,使用炭黑作为发泡剂,生产出泡孔结构完全封闭的绝热型泡沫玻璃。康宁公司逐步成为国际上最大、最著名的泡沫玻璃生产制造公司后,对于泡沫玻璃生产和研究一直处于龙头地位。

目前,国际泡沫玻璃市场销售额已经超过600万m3/年,复合年增长率超过7.56%。欧洲是主导,占全球泡沫玻璃消费量的38.37%;亚太地区是全球第二大区域市场,占全球消费份额的29.91%。其中,康宁作为国际领导者厂商,是泡沫玻璃国际ASTM标准的主要制定者,国际市场份额占比约在25%。

泡沫玻璃应用情况及发展前景插图1

2、国内发展情况

1955年,中国开始在沈阳陶瓷厂研究泡沫玻璃;1970年,在大连玻璃制品厂试制出封闭气孔结构的保温型泡沫玻璃;1975年,沈阳陶瓷厂与大连轻工业学院联合研制出吸音型泡沫玻璃产品;1977年,我国开始小批量商品化生产并用于乙稀超低温设备绝热工程。20世纪80年代,在浙江嘉兴地区逐步形成了中国的泡沬玻璃生产制造基地。2004年,泡沫玻璃逐步在建筑节能领域得到应用和推广。

2013年底,我国有近30家泡沫玻璃生产企业,主要分布在浙江、上海、河北、江苏、河南、山东、甘肃、广西等省份,初步形成了江浙地区和河北地区两大生产基地,泡沫玻璃总产能达到110万m3/年。

2018年,因产品技术、市场竞争等原因导致国内泡沫玻璃生产企业不足20家,国内泡沫玻璃产能降到了100万m3/年左右。产能分布主要在河北、浙江、江苏,其中,河北廊坊地区占总产能50%。行业内企业从资源再利用、废渣处理入手,建设以冶金尾矿为原料的泡沫玻璃生产线,布局大西北地区,服务于域内的石油化工产业。

据不完全统计,2019年全国泡沫玻璃产量60万立方米,目前泡沫玻璃价格范围在2000-3000元每立方米(美国标准),国标价格750-1300元每立方米,产能分布主要在河北、浙江、江苏。行业发展情况较好。

泡沫玻璃的未来发展前景

1、LNG储罐保冷

中国2018年进口LNG达5378万吨,进口增长速度40.5%,进口依存率39.91%,是仅次于日本的全球第二大天然气进口国。在国家“十三五规划”中,2025年LNG接卸能力要达到1亿吨/年,预计未来2-3年LNG进口高增速将维持,在LNG接收站新建热潮下,LNG储罐保冷施工及保冷材料市场将持续火热。

2、建筑外墙保温

2009年央视大火,公安部和住房和城乡建设部共同印发了《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》;2010年11月上海胶州路公寓楼发生火灾,国务院出台了《国务院关于加强和改进消防工作的意见》;2012年3月,北京市公安局、北京市住房和城乡建委、北京市规划委联合颁布了《关于加强老旧小区综合改造工程外保温材料使用与消防安全管理工作的通知》……

国内保温材料市场已出现明显变化,建筑保温材料的防火、阻燃性能越来越受重视,未来建筑保温材料必然朝着高效、节能、薄层、防火、防水一体化方向发展。根据国家统计局数据,预计2019年新开工建筑面积能达到54亿平米,一般需保温外墙面积占建筑面积的0.62~0.67左右,建筑保温市场的潜在增量市场规模约为33.48~36.18亿平米/年,根据市价均价650元/立方米预测,若泡沫玻璃达到5%市场占有率,市场空间为56.88亿元;10%市场占有率时,为113.75亿元。

3、烟囱脱硫工程

国内烟囱脱硫工程已基本结束,但印度目前正在积极开展烟囱脱硫工程,另外“一带一路” 形成的区域开放新格局有利于国内泡沫玻璃生产企业 “走出去”。未来,泡沫玻璃烟囱脱硫工程的海外业务预计将有较大的开拓空间。

4、其他

基于泡沫玻璃的特性,未来还可以应用于窑炉和冷库的保温工程;近海石油平台;地铁等地下工程;图书馆、写字楼、歌剧院、影院等各种需要隔音、隔热设备的场所;基础设施建设的隔离、隔音工程;河渠、护栏、堤坝的防漏、防蛀工程;甚至还具有用于家庭清洁、保健的功能。

结语

泡沫玻璃作为一种拥有密度小、强度高、导热系数低、热阻大、抗冻融性好、吸水率低、不燃烧、吸声、耐腐蚀和可加工性能好等特点的高级材料,未来不仅能在已大力应用的石油化工领域继续发掘潜力,更将会是建筑保温材料市场上的新宠儿。

     

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