CN101219854A

CN101219854A - 一种单片防火玻璃的制造方法及该单片防火玻璃

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Publication number: CN101219854A
Application number: CNA2007100015651A
Authority: CN
Inventors: 宋丽
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-08
Filing date: 2007-01-08
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2027-01-08
Also published as: CN101219854B

Abstract

本发明公开了一种单片防火玻璃的制造方法，包括对玻璃进行化学钢化：将玻璃放入熔盐内，进行离子交换，所述熔盐的组成包括：主要材料：钾盐和/或铯盐，含量为熔盐的96～98重量％，以及添加剂：含有选自Al₂O₃、B₂O₃、ZrO₂、ZnO、MgO中的一种或多种，含量为熔盐的0.5～3重量％，还含有一种或多种碱金属锑酸盐和/或碱金属磷酸盐，含量为熔盐的0.5～3重量％，离子交换的温度是400～500℃；然后对上步中所得到的玻璃进行物理钢化。本发明还提供了利用上述方法制得的单片防火玻璃，利用该方法得到的单片防火玻璃产品质量稳定，防火性能优良。

Description

一种单片防火玻璃的制造方法及该单片防火玻璃

技术领域

本发明涉及一种防火玻璃的制造方法，特别涉及一种单片防火玻璃的制造方法，还涉及通过该制造方法制造的单片防火玻璃。

背景技术

现有技术中也有多种生产单片防火玻璃的制造方法，其中中国专利申请公开CN1378988A，公开了一种单片钢化防火玻璃的制造方法，在精磨边的玻璃表面进行钾盐溶液喷涂、热处理、物理钢化和贴PET低辐射膜。

此外，中国专利申请公开CN1491911A，公开了一种新型建筑安全防火玻璃的制造工艺与方法，对普通平板玻璃进行特种化学钢化与特殊物理钢化处理；采用5-19mm厚的平板玻璃，经挑选、切割、研磨、清洗、干燥、预热后浸入铯钾盐中，熔盐主要由硝酸钾与硝酸铯组成，外加一些添加剂(氧化铝、硅藻土、碳酸钾、磷酸钾)，离子置换2小时，冷却后用温水清洗玻璃表面的熔盐，在特制钢化炉中对玻璃边部及中心部位进行特殊物理钢化，边缘钢化温度高于中心部位20-50℃。

此外，中国专利申请公开CN1328976A公开一种硅酸盐防火玻璃的制造方法，将玻璃原片进行精选、切割、磨边、抛光处理，再进行化学钢化、超强物理钢化，熔岩材料由主要材料硝酸钾和辅助材料：三氧化二铝、硅酸钾、氧化铈、氟化钾等组成。

随着防火玻璃市场的进一步发展，要求开发新型的单片防火玻璃的制造方法，使所得到的产品质量稳定，防火性能优良。

发明内容

本发明提供一种单片防火玻璃的制造方法及通过该制造方法制造的单片防火玻璃，利用该方法得到的单片防火玻璃产品质量稳定，防火性能优良。

为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案包括：

一种单片防火玻璃的制造方法，包括以下步骤：

①对玻璃进行化学钢化：将玻璃放入熔盐内，进行离子交换，所述熔盐包括：

主要材料：钾盐和/或铯盐，含量为熔盐的96～98重量％，以及

添加剂：含有第一添加剂：选自Al₂O₃、B₂O₃、ZrO₂、ZnO、MgO中的一种或多种，含量为熔盐的0.5～3重量％，还含有第二添加剂：一种或多种碱金属锑酸盐和/或碱金属磷酸盐，含量为熔盐的0.5～3重量％，

离子交换的温度是400～500℃；

②对上步中所得到的玻璃进行物理钢化。

作为本发明的另一种实施方案：在第①步中，第二添加剂：碱金属锑酸盐和/或碱金属磷酸盐选自以下化合物的一种或多种：锑酸锂、焦锑酸锂、偏锑酸锂、锑酸钠、焦锑酸钠、偏锑酸钠、锑酸钾、焦锑酸钾、偏锑酸钾、锑酸铯、焦锑酸铯、偏锑酸铯、磷酸钾、焦磷酸钾、偏磷酸钾、磷酸锂、焦磷酸锂、偏磷酸锂、磷酸铯、焦磷酸铯和偏磷酸铯。

作为本发明的另一种实施方案：所述钾盐和/或铯盐是硝酸钾和/或硝酸铯。

作为本发明的另一种实施方案：第一添加剂的含量优选为熔盐的1～2重量％，第二添加剂：碱金属锑酸盐和/或碱金属磷酸盐的含量优选为熔盐的1～2重量％，离子交换的温度是440～480℃，离子交换时间为8～16小时。

作为本发明的另一种实施方案：在熔盐中，还添加有金属碳酸盐，含量为熔盐的0～2重量％。

作为本发明的另一种实施方案：在进行离子交换后，将玻璃进行退火操作，使其温度由离子交换时的温度在3～4小时内退火降温到80～100℃。

作为本发明的另一种实施方案：在化学钢化之前，进行熔盐的配制，包括步骤，先将钾盐和/或铯盐加热到400～500℃，保温5～8小时，再将熔盐降低到350～380℃，而后加入所述添加剂，搅拌使添加剂与钾盐和/或铯盐充分混合，然后升高温度到400～500℃，再搅拌一次，生成清澈透明的熔盐，熔盐中的杂质沉淀于槽底。

作为本发明的另一种实施方案：在第②步中，物理钢化是将化学钢化后的玻璃在钢化炉中加热，然后快速降温，钢化炉的温度保持在680～720℃，冷却速度是制造普通钢化玻璃冷却速度的1.2～2倍。

本发明的单片防火玻璃是通过上述制造方法制造的。

本发明提供一种单片防火玻璃的制造方法，制造过程容易控制，可实现大规模生产，且利用该方法得到的单片防火玻璃产品质量稳定，防火性能优良。

具体实施方式

本发明的一种单片防火玻璃的制造方法，主要是通过对原片玻璃进行化学钢化和物理钢化后，而制成最终产品，具体包括以下步骤：

1、化学钢化

化学钢化的原理是根据离子扩散机理，将普通浮法玻璃放入含钾和/或铯熔盐介质中，在400～500℃的温度下，玻璃中钠离子由于加热引起热振动而逸出，使原有玻璃表面中的半径较小的钠离子与钾和/或铯熔盐介质中半径较大的离子发生交换，离子半径小的钠离子所占有的空间被离子半径大的钾和/或铯离子占据，使玻璃表面产生“挤塞”，膨胀体积增大，冷却后表面产生的增强的压应力。

所以在化学钢化过程中，将精选的原片玻璃放入交换炉熔盐槽内，熔盐槽内的熔盐的组成包括：主要材料：钾盐和/或铯盐，比如：硝酸钾和/或硝酸铯，含量为熔盐的96～98重量％，还含有添加剂，该添加剂含有从Al₂O₃、B₂O₃、ZrO₂、ZnO、MgO等金属氧化物中选择的一种或多种，其含量为熔盐的0.5～3重量％，优选1～2重量％；还含有一种或多种碱金属锑酸盐和/或碱金属磷酸盐，含量为熔盐的0.5～3重量％，优选1～2重量％，如：锑酸钾、焦锑酸钾、偏锑酸钾、锑酸锂、焦锑酸锂、偏锑酸锂、锑酸钠、焦锑酸钠、偏锑酸钠、锑酸铯、焦锑酸铯、偏锑酸铯、磷酸钾、焦磷酸钾、偏磷酸钾、磷酸锂、焦磷酸锂、偏磷酸锂、磷酸铯、焦磷酸铯和/或偏磷酸铯等，其中优选：锑酸钾、焦锑酸钾、偏锑酸钾、焦磷酸钾。在添加剂中，还可以选择性地添加金属碳酸盐，含量为熔盐的0～2重量％，如：碳酸钠、碳酸钾、碳酸锆等。

玻璃在进行上述化学钢化的离子交换时，交换炉熔盐槽内熔盐的温度保持在400～500℃，优选：440～480℃。

玻璃的离子交换时间，根据玻璃的厚度不同，可以控制其交换时间为8～16小时。

上述化学钢化实质上是一个离子扩散过程，扩散系数与温度呈指数关系。在时间不变的条件下，温度升高给予交换的活化能增加，离子交换量增多，应力层厚度和压力值相应增加，强度增高，但温度过高，会使应力松弛增加，降低增强效果。

单位表面积玻璃吸收的离子总量与时间平方根呈直线关系，应力与时间平方根成正比。因此，强度随处理时间的增长而增加，继续延长时间，强度增加逐渐变缓，而且时间过长引起应力松弛，强度也不高。

因此，本发明经过大量实验，得出了以上优选操作温度和操作时间。

为了使化学钢化更稳定，玻璃在进入交换炉熔盐槽前，优选在预热炉内预热到与约为离子交换时的温度。为了进行连续操作，必要时还要对玻璃进行保温，可以将经预热后的玻璃放入温度为400～500℃的加热炉内，之后再进入交换炉进行离子交换。

玻璃经过上述离子交换后，完成了化学钢化，为了使该玻璃的性能更稳定，所以优选在进行离子交换后，将玻璃进行退火操作，使其温度由离子交换时的温度在3～4小时内退火降温到80～100℃，该退火过程优选在退火炉中进行。然后优选将玻璃在清洗槽内用水浸泡4～6小时，水温为常温。

在化学钢化前，配制熔盐组合物优选以下方法：

先将硝酸钾和/或硝酸铯熔盐加热到400～500℃，保温5～8小时，再将熔盐降低到350～380℃，而后加入上述添加剂，搅拌使添加剂与硝酸钾和/或硝酸铯充分混合以达到均匀的目的，然后升高温度到400～500℃，再搅拌一次，生成清澈透明的熔盐，熔盐中的杂质沉淀于槽底。

本实施方式的经化学钢化后的玻璃的压应力根据玻璃厚度不同而不同，一般为大于或等于470～520MPa。

2.物理钢化

本实施方式的经过化学钢化后的玻璃，再通过通常的物理钢化过程，使玻璃成为“过钢化”状态。经过物理钢化后，根据玻璃厚度不同，其热应力值一般为大于或等于100～150MPa。

本发明的实施例之一，其物理钢化的过程是将化学钢化后的玻璃先在钢化炉中加热至一定温度一定时间，然后在急冷室通过上下风机的风冷，将玻璃快速降温，从而实现玻璃的物理钢化。

为了使本发明所制得的单片防火玻璃的防火性能优良，且性能更稳定，在进行物理钢化时，通过提高加热温度或者延长加热时间的方法，提高玻璃温度，根据玻璃厚度不同，优选的钢化炉的温度保持在680～720℃，玻璃厚度越厚，需要的温度越低，并且通过大风压或者大风量获得快速冷却速度，优选冷却速度是制造普通钢化玻璃冷却速度的1.2～2倍，玻璃厚度越薄，冷却速度越快。

3、其他步骤

在本发明的方法的实施方式中，除了化学钢化及物理钢化步骤外，为了保证产品质量，满足不同需求，在化学钢化前，必要时，还要进行选片与冷加工，尽量选择高质量的玻璃原片，根据需要进行切裁，切裁后的玻璃的周力最好进行磨边，优选采用圆弧抛光边，在形状上没有尖锐的棱边，过渡平滑，没有应力集中点，效果较好。

在本发明的方法的实施方式中，在物理钢化步骤之后，将制作好的单片防火玻璃固定在框架内，进行耐火完整性检测。

为了更好地说明本发明的实施方式，以下特举几个具体的实施例，各实施例只是为了说明，并非对本发明起限定作用。

实施例1

配制熔盐，将KNO₃粉末在熔盐槽内加热到450℃，完全熔化，保温5小时，再将熔盐降低到350℃，而后加入添加剂，添加剂为锑酸钾与氧化铝的混合物，搅拌使添加剂与硝酸钾充分混合，加入添加剂后，相对于熔盐的总量KNO₃占96重量％，氧化铝占2重量％，锑酸钾占2重量％，然后升高温度到450℃，再搅拌一次，生成清澈透明的熔盐，熔盐中的杂质沉淀于槽底。

化学钢化，选择玻璃原片，厚6mm，1100mm×600mm，对其周边进行圆弧抛光，在预热炉中将玻璃加热到约450℃，将其放置于熔盐槽内，交换时间为14小时。然后，将玻璃在退火炉内进行退火操作，使其温度由离子交换时的温度在3小时内退火降温到80℃。然后优选将玻璃在清洗槽内用水浸泡4小时，水温为常温。

物理钢化，将上述玻璃放置于钢化炉内，加热至一定温度一定时间，然后在急冷室通过上下风机的风冷，将玻璃快速降温，从而实现玻璃的物理钢化，具体物理钢化工艺参数见表1。

实施例2

配制熔盐，将KNO₃粉末在熔盐槽内加热到460℃，完全熔化，保温7小时，再将熔盐降低到380℃，而后加入添加剂，添加剂为焦锑酸钾与B₂O₃的混合物，搅拌使添加剂与硝酸钾充分混合，加入添加剂后，相对于熔盐的总量KNO₃占97重量％，B₂O₃占1重量％，焦锑酸钾占2重量％，然后升高温度到460℃，再搅拌一次，生成清澈透明的熔盐，熔盐中的杂质沉淀于槽底。

化学钢化，选择高质量的玻璃原片，厚8mm，1100mm×600mm，对其周边进行圆弧抛光，在预热炉中将玻璃加热到约460℃，将其放置于熔盐槽内，交换时间为10小时。然后，将玻璃在退火炉内进行退火操作，使其温度由离子交换时的温度在3小时内退火降温到80℃。然后优选将玻璃在清洗槽内用水浸泡4小时，水温为常温。

实施例3

配制熔盐，将KNO₃粉末和CsNO₃粉末(重量比1∶1)在熔盐槽内加热到400℃，完全熔化，保温8小时，再将熔盐降低到350℃，而后加入添加剂，添加剂为焦磷酸钾与ZrO₂的混合物，搅拌使添加剂与硝酸钾充分混合，加入添加剂后，相对于熔盐的总量KNO₃和CsNO₃占98重量％，ZrO₂占0.5重量％，焦磷酸钾占1.5重量％，然后升高温度到400℃，再搅拌一次，生成清澈透明的熔盐，熔盐中的杂质沉淀于槽底。

化学钢化，选择玻璃原片，厚10mm，1100mm×600mm，对其周边进行圆弧抛光，在预热炉中将玻璃加热到约400℃，将其放置于熔盐槽内，交换时间为16小时。然后，将玻璃在退火炉内进行退火操作，使其温度由离子交换时的温度在2.5小时内退火降温到100℃。然后优选将玻璃在清洗槽内用水浸泡4小时，水温为常温。

实施例4

配制熔盐，将KNO₃粉末在熔盐槽内加热到480℃，完全熔化，保温6小时，再将熔盐降低到380℃，而后加入添加剂，添加剂为偏磷酸锂、焦锑酸锂与MgO的混合物，搅拌使添加剂与硝酸钾充分混合，加入添加剂后，相对于熔盐的总量KNO₃占96重量％，MgO占1重量％，偏磷酸锂占1.5重量％，焦锑酸锂占1.5重量％，然后升高温度到480℃，再搅拌一次，生成清澈透明的熔盐，熔盐中的杂质沉淀于槽底。

化学钢化，选择玻璃原片，厚12mm，1100mm×600mm，对其周边进行圆弧抛光，在预热炉中将玻璃加热到约440℃，将其放置于熔盐槽内，交换时间为8小时。然后，将玻璃在退火炉内进行退火操作，使其温度由离子交换时的温度在4小时内退火降温到100℃。然后优选将玻璃在清洗槽内用水浸泡4小时，水温为常温。

表1本发明各实施例的物理钢化工艺参数

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	玻璃厚度(mm)	6	8	10	12
加热时间(s)	260～300	350～420	400～500	550～650	玻璃厚度(mm)	6	8	10	12
加热时间(s)	260～300	350～420	400～500	550～650	上部温度(℃)	690～700	685～695	685～695	685～695
下部温度(℃)	680～690	670～690	670～690	670～690	上部温度(℃)	690～700	685～695	685～695	685～695
下部温度(℃)	680～690	670～690	670～690	670～690	钢化时间(s)	50～70	100～130	160～200	200～230
冷却时间(s)	40～45	60～80	60～80	70～90	钢化时间(s)	50～70	100～130	160～200	200～230
冷却时间(s)	40～45	60～80	60～80	70～90	一号风机(160Kw)	使用	使用		使用
二号风机(160Kw)	使用	使用	使用		一号风机(160Kw)	使用	使用		使用

为了方便对比，以下表2示出同一物理钢化设备，在制造普通物理钢化玻璃时所使用的参数。

表2制造普通物理钢化玻璃时的物理钢化工艺参数

玻璃厚度(mm)	6	8	10	12
玻璃厚度(mm)	6	8	10	12	加热时间(s)	264	365	465	565
上部温度(℃)	695	689	689	689	加热时间(s)	264	365	465	565
上部温度(℃)	695	689	689	689	下部温度(℃)	688	679	678	678
钢化时间(s)	58	120	230	290	下部温度(℃)	688	679	678	678
钢化时间(s)	58	120	230	290	冷却时间(s)	48	100	120	120
一号风机(160Kw)					冷却时间(s)	48	100	120	120
一号风机(160Kw)					二号风机(160Kw)	使用
三号风机(18.5Kw)		使用	使用	使用	二号风机(160Kw)	使用

通过本发明各实施方式所制造的单片防火玻璃，经国家防火建筑材料质量监督检验中心按照GB 15763.1-2001《中化人民共和国家标准》检测，其指标如表3所示。

表3单片防火玻璃性能参数

工艺参数	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
工艺参数	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	化学钢化后压应力值(MPa)	≥478	≥475	≥470	≥470
物理钢化后热应力值(MPa)	≥102	≥116	≥128	≥142	化学钢化后压应力值(MPa)	≥478	≥475	≥470	≥470
物理钢化后热应力值(MPa)	≥102	≥116	≥128	≥142	耐火完整性时间(分钟)	≥120	≥120	≥120	≥120

由上表可知，按照本发明的各实施方式所制得的单片防火玻璃性能优良，质量稳定，且加工艺简单，非常适合大规模生产。

Claims

1.一种单片防火玻璃的制造方法，包括以下步骤：

离子交换的温度是400～500℃；

②对上步中所得到的玻璃进行物理钢化。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在第①步中，第二添加剂：碱金属锑酸盐和/或碱金属磷酸盐选自以下化合物的一种或多种：锑酸锂、焦锑酸锂、偏锑酸锂、锑酸钠、焦锑酸钠、偏锑酸钠、锑酸钾、焦锑酸钾、偏锑酸钾、锑酸铯、焦锑酸铯、偏锑酸铯、磷酸钾、焦磷酸钾、偏磷酸钾、磷酸锂、焦磷酸锂、偏磷酸锂、磷酸铯、焦磷酸铯和偏磷酸铯。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述钾盐和/或铯盐是硝酸钾和/或硝酸铯。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，第一添加剂的含量为熔盐的1～2重量％，第二添加剂：碱金属锑酸盐和/或碱金属磷酸盐的含量为熔盐的1～2重量％，离子交换的温度是440～480℃，离子交换时间为8～16小时。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在熔盐中，还添加有金属碳酸盐，含量为熔盐的0～2重量％。

6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在进行离子交换后，将玻璃进行退火操作，使其温度由离子交换时的温度在3～4小时内退火降温到80～100℃。

7.根据权利要求1至5任一所述的制造方法，其特征在于，在化学钢化之前，进行熔盐的配制，包括步骤，先将钾盐和/或铯盐加热到400～500℃，保温5～8小时，再将该熔盐降低到350～380℃，而后加入所述添加剂，搅拌使添加剂与钾盐和/或铯盐充分混合，然后升高温度到400～500℃，再搅拌一次，生成清澈透明的熔盐，熔盐中的杂质沉淀于槽底。

8.根据权利要求1至5任一所述的制造方法，其特征在于，在第②步中，物理钢化是将化学钢化后的玻璃在钢化炉中加热，然后快速降温，钢化炉的温度保持在680～720℃，冷却速度是制造普通钢化玻璃冷却速度的1.2～2倍。

9.一种由权利要求1至8任一所述的制造方法所制造的单片防火玻璃。