CN105985019A

CN105985019A - 多功能玻璃、塑化产品生产技术

Info

Publication number: CN105985019A
Application number: CN201510082987.0A
Authority: CN
Inventors: 马锐; 马鸣; 马一鸣; 张颖辉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2016-10-05

Abstract

本发明-多功能玻璃、塑化产品生产技术在玻璃、塑化产品(主要包括有机玻璃、塑料等)生产过程中添加石墨、石墨烯或纳米级石墨也可以向玻璃、塑化产品表面或夹层中喷涂石墨、石墨烯薄膜，来获得具有特殊功能的新型玻璃、塑化产品。

Description

多功能玻璃、塑化产品生产技术

一.技术领域

本发明属于新型多功能玻璃、塑化产品(主要包括有机玻璃、塑料等)领域，通过在玻璃、塑化产品生产过程中，根据需求添加适当比例的石墨、石墨烯或纳米级石墨，来获得具有特殊功能的新型玻璃、塑化产品。

二.背景技术

玻璃是以石英砂、纯碱、长石和石灰石等为主要原料，经高温熔融、成型、冷却固化而成的非结晶无机材料。其主要成分是SiO₂(含量72％左右)、Na₂O(含量15％左右)和CaO(含量9％左右)，另外还有少量的Al₂O₃、MgO、B₂O₃、PbO、CaSiO₃、K₂O等。玻璃在常温下是固体，它是生活和工业基础材料之一，具有一般材料难于具备的透明性，具有优良的机械力学性能和热工性质。

有机玻璃的主要成分是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，是一种性能优越的透明材料，与普通玻璃相比，它质轻性韧，质量是钢铁的1/7，而韧性高于钢铁，透光率高，且机械性能高而均衡，有机玻璃还具有良好的加工性能，因此，已广泛的应用到航空、建筑、农业、光学仪器的领域。

随着现代建筑发展的需要，不断向多功能方向发展。玻璃的深加工制品能具有控制光线、调节温度、防止燥音和提高建筑艺术装饰等功能。玻璃已不再只是采光材料，而且是现代建筑的一种结构材料和装饰材料。随着建筑装饰要求的提高和玻璃工业生产技术的不断发展，新品种玻璃的不断出现，建筑玻璃由过去单纯的采光材料向着控制光线、调节热量、节约能源、控制噪声、防震、防火、防辐射以及降低建筑结构自重、改善环境等方向发展。

如在玻璃、塑化产品的生产过程中加入石墨、石墨烯，或者在钢化玻璃、夹层玻璃、中空玻璃、印花玻璃等各种玻璃或塑化产品的单面或双面喷涂、印刷一层石墨、石墨烯薄膜，还可以在上述产品的两层中间添加一层石墨、石墨烯薄膜，两层合在一起后在双面再喷涂一层石墨、石墨烯薄膜，添加或喷涂石墨、石墨烯薄膜的玻璃、塑化产品的强度可高过任何钢铁的强度、可以防弹，在遭受强大的冲击后，即使内部出现裂纹，也不会影响产品的隔音、隔热等效果。

石墨烯是指紧密排列成二维蜂巢状晶体点阵的单层碳原子，从电学性质上讲，两层与三层、乃至十层的碳原子也具有各自特殊物理性质，目前10层以内的说法逐渐被学术界认可，10层以内的碳原子材料才属于石墨烯范围。

石墨烯是迄今为止发现的力学性能最好的材料之一，添加石墨烯到玻璃、塑化产品中能很大程度提高产品的力学性能，使产品的物理性能(如拉伸强度、断裂伸长率、抗渗性等)得到明显提升。根据石墨烯本身的特点，即高敏感度、高能量密度、高透光度、喷涂到玻璃、塑化产品上结成高透光的薄膜，并不影响玻璃、塑化产品的透光度，也不影响产品表面的视觉清晰度，而这层薄膜可提高产品的抗腐蚀、抗高温、抗辐射等，关键是这些产品的薄膜聚集的光能可基本满足人类的生活用电。

新时代需要开发具有热功能、机械功能、光功能、电磁功能、生物功能、化学功能等新型多功能玻璃、塑化产品，促使传统玻璃、塑化产品制造业进行节能减排、清洁生产的工艺技术革命，正在孕育着一个玻璃、塑化产品的新产业。

三.发明内容

本发明-多功能玻璃、塑化产品生产技术在玻璃、塑化产品(主要包括有机玻璃、塑料等)生产过程中添加石墨、石墨烯或纳米级石墨也可以向玻璃、塑化产品表面或夹层中喷涂石墨、石墨烯薄膜。本发明中所提到的石墨烯均包括从单层碳原子到十层碳原子。

向玻璃中直接添加石墨、石墨烯或纳米级石墨的生产工艺主要包括：配料、熔制、成形、退火等工序。即按照本发明的料方，首先将石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸、石墨、石墨烯称量后加入混料机内混合均匀。然后，将配好的原料经过高温加热，形成均匀的无气泡的玻璃液，玻璃的熔制在熔窑内进行。熔窑主要有两种类型：一种是坩埚窑，玻璃料在坩埚内，在坩埚外面加热。另一种是池窑，玻璃料在窑池内熔制，明火在玻璃液面上部加热。熔制好的玻璃液经过冷却，由粘性液态转变为可塑态，再转变成脆性固态。在玻璃、塑化产品成型后，再经过保温、缓慢降温进行退火处理，以减少玻璃、塑化产品中热应力到允许值。

在有机玻璃聚合生产中直接添加石墨、石墨烯或纳米级石墨的生产工艺主要为两步：第一步在聚甲基丙烯酸甲酯中加入引发剂过氧化二苯甲酰，使聚甲基丙烯酸甲酯分解形成初级自由基。

第二步：聚甲基丙烯酸甲酯分解形成初级自由基后加入石墨、石墨烯或纳米级石墨进行加成聚合反应，形成有机玻璃。

向玻璃、塑化产品表面或夹层中喷涂石墨、石墨烯薄膜主要工艺流程如图1所示。首先将玻璃、塑化产品表面清洗、酸洗、烘干，然后再喷涂上石墨、石墨烯薄膜，再经烘干、上油、烘干，最后在500-900℃的温度下烧结10-60分钟，从而制成特殊功能的玻璃、塑化产品，喷涂在玻璃、塑化产品上的石墨、石墨烯薄膜与产品表面相融合，永不脱落。

附图说明：

图1.生产工艺流程图

四.具体实施方式

配合料制备：首先对石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸、石墨、石墨烯等原料进行预加工，包括对块状原料的粉碎、潮湿原料的预干燥和含铁原料的除铁处理等。粉碎的颗粒度为0.25～0.5mm，过粗的颗粒不易充分熔化，在玻璃中会形成残留料粉结石或富硅节瘤；过细的颗粒容易飞扬或集聚成团。将具有一定颗粒度的原料按配方精确称量，再用转鼓式、桨叶式或盘式混合机进行混合。

熔制：将配合料进行高温熔化、澄清，形成均匀的无气泡、无结石的玻璃液。配合料的熔制温度为1300～1600℃。配合料在高温下发生一系列物理化学反应，逐步熔融完全。随温度的升高，粘度显著减小，其中夹杂的大量空气和原料分解产生的气体从熔融液中上升并逸出，使熔体变得清澄。在高温排除气泡的同时，玻璃液的化学组成也趋向均匀，必要时，加机械外力搅动。澄清和均化完成后，降温使玻璃液均匀一致地达到适合成型要求的粘度。

成型：将玻璃液加工成固定几何形状的制品。玻璃降温时由液态、可塑态至固态，将玻璃的供取料、赋形和定型的制作阶段连接起来。人工挑料时，玻璃液粘度为102.2Pa·s；机械自动供料时为102～103Pa·s，相当于玻璃液澄清时粘度的10～100倍。玻璃液滴入模的适宜粘度通常为103.5Pa·s，脱模时粘度应为106Pa·s，在这个可塑范围内对玻璃料进行剪切、粘结、吹扩、压延等成型操作。

退火：将玻璃制品加热或在热成型后保持到退火温度，使原有应力得到松弛和消除，然后缓慢地冷却到应变温度以下，玻璃完全进入刚性体状态以后，内外层温度差只产生暂时应力。

Claims

1.多功能玻璃、塑化产品生产技术，其特征在于：在玻璃的生产过程中加入石墨、石墨烯或纳米级石墨，根据需求不同，加入比例可以为0-100％，以获得具有特殊功能的新型玻璃、塑化产品。

2.根据权利要求1，多功能玻璃、塑化产品生产技术，其特征在于：聚甲基丙烯酸甲酯分解形成初级自由基后加入石墨、石墨烯或纳米级石墨进行加成聚合反应，形成有机玻璃，根据需求不同，加入比例可以为0-100％，以获得具有特殊功能的有机玻璃。

3.根据权利要求1，多功能玻璃、塑化产品生产技术，其特征在于：在玻璃或塑化产品的单面或双面喷涂、印刷一层石墨、石墨烯薄膜，或者直接使用已经制造好的石墨烯薄膜，以获得具有特殊功能的新型玻璃、塑化产品。

4.根据权利要求1，多功能玻璃、塑化产品生产技术，其特征在于：在夹层玻璃、塑化产品两层中间添加一层石墨、石墨烯薄膜，两层合在一起后在单面或者双面再喷涂一层石墨、石墨烯薄膜，中空玻璃可以选择加一层至四层的石墨烯薄膜，或者直接使用已经制造好的石墨烯薄膜，以获得具有特殊功能的新型玻璃、塑化产品。

5.根据权利要求1，多功能玻璃、塑化产品生产技术，其特征在于：为满足特定需求，使用权利要求1、2、3、4所生产的产品可以制造全透明的宇宙飞船、飞机、轮船、火车、汽车等，一层至四层石墨烯薄膜可以聚集光能为宇宙飞船、飞机、轮船、火车、汽车等提供电能。