CN104291688A - 一种单片铯钾防火玻璃的加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单片铯钾防火玻璃的加工工艺，属于建筑材料技术领域。所述加工工艺包括如下步骤：玻璃前处理：玻璃进行表面酸处理，然后清洗、烘干，预热至380-400℃，保温25-30min；离子交换处理：将上述玻璃在铯钾盐溶液中进行离子交换处理，铯钾盐溶液温度为550-650℃，处理时间为18-22小时；热处理：将离子交换处理后的玻璃进行热处理，热处理温度为690-710℃，加热时间为每毫米厚度40-50s；风冷成型：取出玻璃并以300-500mm/s的速度送入风栅进行风冷成型，最后冷却得单片铯钾防火玻璃。本发明加工工艺简单易行，制得的玻璃不但具有极好的防火功能，还具有较高的强度、耐候性、可加工性。

Description

一种单片铯钾防火玻璃的加工工艺
技术领域
本发明涉及一种玻璃的加工工艺，尤其涉及一种单片铯钾防火玻璃的加工工艺。
背景技术
最早，国内外市场上常见的防火玻璃大多为夹层复合防火玻璃和夹丝防火玻璃，前者中加入的防火胶粘剂在紫外线照射下很快就变成乳白色并产生气泡，严重影响玻璃的透光性，使用寿命较短，且采用手工操作与控制，生产效率地下，产品质量难以保证，无法进行大规模工业化生产，而夹丝防火玻璃不仅透光度欠佳且不能阻止热量辐射，还存在着安装笨重等问题，限制了作为建筑物外墙玻璃的使用。此外，还有一种单片防火玻璃，采用喷涂法对普通浮法玻璃进行钢化。
而现有单片防火玻璃的制作，一般只是以普通平板玻璃或钢化玻璃等材料作为原片，在这些半成品制品的基础上，进行抛光、清洗以及防火处理等工艺流程和方法处理，满足防火玻璃的性能要求。其防火玻璃的质量达到国家标准的性能指标，主要表现在尺寸偏差、外观质量、耐火性能、弯曲度、透光度等方面。现有防火玻璃的制作方法主要是将玻璃在高温环境下加热，然后在高压风气流的作用下进行冷却，该制作方法存在许多弊端，主要是热源不均匀，冷却不均匀，防火处理的温度控制范围不理想，影响了防火玻璃的各项性能指标。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种具有抗菌、热稳定性能高、强度高、耐候性高、使用寿命长的单片铯钾防火玻璃的加工工艺。
本发明的上述目的通过如下技术方案实现：一种单片铯钾防火玻璃的加工工艺，所述加工工艺包括如下步骤：
玻璃前处理：用酸溶液对玻璃进行表面酸处理，然后将玻璃清洗、烘干，预热至380-400℃，保温25-30min；
离子交换处理：将预热后的玻璃浸泡在铯钾盐溶液中进行离子交换处理，其中，所述铯钾盐溶液的温度为550-650℃，离子交换处理的时间为18-22小时；
热处理：将离子交换处理后的玻璃送入钢化炉中进行热处理，热处理温度为690-710℃，加热时间为每毫米厚度40-50s；
风冷成型：将热处理后的玻璃取出并以300-500mm/s的速度送入风栅进行风冷成型，最后冷却制得单片铯钾防火玻璃。
本发明防火玻璃的加工工艺先对玻璃进行表面酸处理，一方面清除玻璃表面微缺陷，另一方面有利于加快随后进行的离子交换速度；然后将玻璃浸入550-650℃的铯钾盐溶液中进行离子交换处理，玻璃表面的Na+(钠离子)同铯钾盐溶液中的K+(钾离子)、Cs+(铯离子)快速交换，由于K+、Cs+的离子半径比Na+的离子半径大得多，由于大离子的挤压而在玻璃表面产生压应力，使玻璃表面结构更加致密，由于铯、钾离子的混合效应，玻璃表面形成的压应力要比单一离子交换的压应力大的多，待反应达到预定的平衡程度后再将玻璃进行物理钢化处理，先在690-710℃下加热，最后经风冷成型，使玻璃表面产生强大的压应力，从而大幅提高玻璃的强度。此外由于玻璃两面都进行了离子交换处理和钢化处理，因而最终防火玻璃在使用时没有安装方向上的限制，同时克服了传统防火玻璃不能直接用于建筑外墙的不足。
在上述单片铯钾防火玻璃的加工工艺中，作为优选，前处理中的酸溶液为浓度为10-20％的HF溶液与浓度为15-20％的HNO3溶液按0.8-1.5：1的体积比混合而成的酸溶液。
在上述单片铯钾防火玻璃的加工工艺中，作为优选，酸处理的温度为15-20℃，酸处理的时间为16-20min。
在上述单片铯钾防火玻璃的加工工艺中，作为优选，离子交换处理中所述铯钾盐溶液的组成成分及其重量百分比为：AgNO3：2-8％，KNO3：85-90％，CsNO3：2-8％，KOH：0.2-0.5％，KCl：0.2-0.4％，K2CO3：0.5-3％，Al2O3：0.2-1％，CeO2：0.2-0.5％硅藻土：0.8-2.5％。将玻璃放入含有Ag+、K+、Cs+的混合盐溶液中进行离子交换处理，玻璃表面的钠离子同铯钾盐溶液中的铯、钾离子快速交换，改变了玻璃表面的结构。Ag+离子部分取代玻璃表面中的Na+而使玻璃具有抗菌功能，而铯、钾离子均系钠离子半径大的阳离子，当K+、Cs+部分取代玻璃表面中的Na+使玻璃表面产生压应力，使玻璃表面结构更加致密，大大提高了玻璃的强度。使本发明的玻璃在正常使用情况下，具有抗菌、高强度的功能，一旦遇到火灾，则可在一定时间内保持耐火完整性，起到防火作用。
在上述单片铯钾防火玻璃的加工工艺中，作为优选，离子交换处理中所述铯钾盐溶液的温度为580-620℃，离子交换处理的时间为18-20小时。
在上述单片铯钾防火玻璃的加工工艺中，作为优选，热处理时玻璃边缘部位的加热温度高于中心部位10-20℃。风冷成型中玻璃边缘部位的风压为680-700KPa，中心部位的风压为620-640KPa，风冷80-120s至玻璃表面为240-260℃，然后冷却至室温。在钢化处理时，边缘钢化温度高于中心部位10-20℃，边缘钢化风压大于中心部位400-800Pa，不仅进一步增强了玻璃的力学性能和抗热冲击性能，还使玻璃边部的钢化强度高于玻璃中心部位，由于产品最终使用时安装在金属框架或合金框架中，当火焰蔓延时，玻璃的边度导热最快，因此，经过本发明的物理钢化处理不仅提高了玻璃的热稳定性，解决了玻璃在高温下先从边度炸裂的问题；同时还避免了化学钢化中存在的应力松弛及普通钢化玻璃自爆问题，提高了玻璃的防火性能和使用价值。
在上述单片铯钾防火玻璃的加工工艺中，作为优选，风冷成型中风栅与玻璃表面的距离为8-20mm。通过调节风栅与玻璃表面的距离可以达到提高玻璃质量的目的。当风压一定时，风栅与玻璃的间距变小，施加在玻璃表面的风压相对增加，玻璃表面获得的表面应力增加，其碎片数量、机械强度和安全性能都得到提高。反之，风栅与玻璃的间距变大，施加在玻璃表面的风压相对减小，玻璃表面获得的表面应力减小，其碎片数量、机械强度相对较差，严重影响玻璃的质量。但是一味追求节能和钢化效果，而将风栅与玻璃之间的距离控制得较低，反而会加大应力斑的出现。因此，本发明钢化处理中将风栅与玻璃表面的距离控制在8-20mm。
在上述单片铯钾防火玻璃的加工工艺中，作为优选，所述单片铯钾防火玻璃的应力值为600-700Mpa。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、通过本发明加工工艺制得的玻璃不但具有极好的防火功能，在同样厚度的情况下，该玻璃的强度是浮法玻璃的6-12倍，是钢化玻璃的3-4倍，同时还具有较好的抗菌效果。
2、与现有技术中采用普通湿法灌浆防火玻璃相比，通过本发明加工工艺制得的玻璃具有极高的耐候性，在1000℃高温下保持180min不炸裂，避免了化学灌浆在高温和紫外线照射下逐渐变成乳白色气泡，失去通透性。
3、通过本发明加工工艺制得的玻璃可加工性好，可以加工成防火中空玻璃、夹层防火玻璃、镀膜防火玻璃、弧形防火玻璃等，应用领域广，可作为室内防火隔断和消防通道等。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
玻璃前处理：用浓度为15％的HF溶液与浓度为20％的HNO3溶液按1.2：1的体积比混合而成的酸溶液对玻璃进行表面酸处理，酸处理的温度为18℃，酸处理的时间为18min然后将玻璃清洗、烘干，预热至390℃，保温28min；
离子交换处理：将预热后的玻璃浸泡在温度为600℃的铯钾盐溶液中进行离子交换处理20小时，其中，离子交换处理中所述铯钾盐溶液的组成成分及其重量百分比为：AgNO3：5％，KNO3：88％，CsNO3：4％，KOH：0.4％，KCl：0.3％，K2CO3：0.8％，Al2O3：0.2％，CeO2：0.3％，硅藻土：1.0％；
热处理：将离子交换处理后的玻璃送入钢化炉中进行加热处理，热处理温度为700℃，加热时间为每毫米厚度45s；热处理时玻璃边缘部位的加热温度高于中心部位15℃；
风冷成型：将热处理后的玻璃取出并以400mm/s的速度送入风栅进行风冷成型，风冷成型中玻璃边缘部位的风压为690KPa，中心部位的风压为640KPa，风冷100s至玻璃表面为250℃，风冷成型中风栅与玻璃表面的距离为15mm，然后冷却至室温，制得单片铯钾防火玻璃。
实施例2
玻璃前处理：用浓度为10％的HF溶液与浓度为25％的HNO3溶液按1.5：1的体积比混合而成的酸溶液对玻璃进行表面酸处理，酸处理的温度为15℃，酸处理的时间为20min然后将玻璃清洗、烘干，预热至400℃，保温25min；
离子交换处理：将预热后的玻璃浸泡在温度为650℃的铯钾盐溶液中进行离子交换处理18小时，其中，离子交换处理中所述铯钾盐溶液的组成成分及其重量百分比为：AgNO3：3％，KNO3：90％，CsNO3：3％，KOH：0.2％，KCl：0.4％，K2CO3：1.5％，Al2O3：0.2％，CeO2：0.2％，硅藻土：1.5％；
热处理：将离子交换处理后的玻璃送入钢化炉中进行加热处理，热处理温度为690℃，加热时间为每毫米厚度40s；热处理时玻璃边缘部位的加热温度高于中心部位10℃；
风冷成型：将热处理后的玻璃取出并以300mm/s的速度送入风栅进行风冷成型，风冷成型中玻璃边缘部位的风压为700KPa，中心部位的风压为640KPa，风冷80s至玻璃表面为260℃，风冷成型中风栅与玻璃表面的距离为10mm，然后冷却至室温，制得单片铯钾防火玻璃。
实施例3
玻璃前处理：用浓度为20％的HF溶液与浓度为15％的HNO3溶液按0.8：1的体积比混合而成的酸溶液对玻璃进行表面酸处理，酸处理的温度为20℃，酸处理的时间为16min然后将玻璃清洗、烘干，预热至380℃，保温30min；
离子交换处理：将预热后的玻璃浸泡在温度为550℃的铯钾盐溶液中进行离子交换处理22小时，其中，离子交换处理中所述铯钾盐溶液的组成成分及其重量百分比为：AgNO3：8％，KNO3：85％，CsNO3：2％，KOH：0.5％，KCl：0.4％，K2CO3：0.6％，Al2O3：1％，CeO2：0.5％，硅藻土：2.0％；
热处理：将离子交换处理后的玻璃送入钢化炉中进行加热处理，热处理温度为710℃，加热时间为每毫米厚度50s；热处理时玻璃边缘部位的加热温度高于中心部位20℃；
风冷成型：将热处理后的玻璃取出并以500mm/s的速度送入风栅进行风冷成型，风冷成型中玻璃边缘部位的风压为680KPa，中心部位的风压为620KPa，风冷120s至玻璃表面为240℃，风冷成型中风栅与玻璃表面的距离为20mm，然后冷却至室温，制得单片铯钾防火玻璃。
对比例1为普通钢化玻璃。
对比例2为普通浮法玻璃。
将实施例1-3中制得的防火玻璃进行性能测试并与对比例1-2中的玻璃进行性能比较，结果如表1所示。
表1：实施例1-3及对比例1-2中玻璃的性能比较结果
综上所述，通过本发明加工工艺制得的玻璃不但具有较高的强度、透光性，还具有较好的防火功能耐候性，同时还具有较好的抗菌效果，可加工性好，使用寿命长，具有极好的应用价值，市场竞争力强。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (8)

1.一种单片铯钾防火玻璃的加工工艺，其特征在于，所述加工工艺包括如下步骤：
玻璃前处理：用酸溶液对玻璃进行表面酸处理，然后将玻璃清洗、烘干，预热至380-400℃，保温25-30min；
离子交换处理：将预热后的玻璃浸泡在铯钾盐溶液中进行离子交换处理，其中，所述铯钾盐溶液的温度为550-650℃，离子交换处理的时间为18-22小时；
热处理：将离子交换处理后的玻璃送入钢化炉中进行热处理，热处理温度为690-710℃，加热时间为每毫米厚度40-50s；
风冷成型：将热处理后的玻璃取出并以300-500mm/s的速度送入风栅进行风冷成型，最后冷却制得单片铯钾防火玻璃。
2.根据权利要求1所述单片铯钾防火玻璃的加工工艺，其特征在于，前处理中的酸溶液为浓度为10-20％的HF溶液与浓度为15-20％的HNO3溶液按0.8-1.5：1的体积比混合而成的酸溶液。
3.根据权利要求2所述单片铯钾防火玻璃的加工工艺，其特征在于，酸处理的温度为15-20℃，酸处理的时间为16-20min。
4.根据权利要求1所述单片铯钾防火玻璃的加工工艺，其特征在于，离子交换处理中所述铯钾盐溶液的组成成分及其重量百分比为：AgNO3：2-8％，KNO3：85-90％，CsNO3：2-8％，KOH：0.2-0.5％，KCl：0.2-0.4％，K2CO3：0.5-3％，Al2O3：0.2-1％，CeO2：0.2-0.5％，硅藻土：0.8-2.5％。
5.根据权利要求4所述单片铯钾防火玻璃的加工工艺，其特征在于，离子交换处理中所述铯钾盐溶液的温度为580-620℃，离子交换处理的时间为18-20小时。
6.根据权利要求1所述单片铯钾防火玻璃的加工工艺，其特征在于，热处理时玻璃边缘部位的加热温度高于中心部位10-20℃。
7.根据权利要求1所述单片铯钾防火玻璃的加工工艺，其特征在于，风冷成型中玻璃边缘部位的风压为680-700KPa，中心部位的风压为620-640KPa，风冷80-120s至玻璃表面为240-260℃，然后冷却至室温。
8.根据权利要求7所述单片铯钾防火玻璃的加工工艺，其特征在于，风冷成型中风栅与玻璃表面的距离为8-20mm。
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