CN107216043A - 一种高强度钢化玻璃的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强度钢化玻璃的制备方法，包括：将强化涂料喷涂于玻璃表面，干燥；将玻璃在400～500℃下烘烤20～40分钟，降温至150～200℃保温10～20分钟，然后在600℃～680℃下钢化处理6～10分钟，冷却后得到高强度钢化玻璃。与现有技术相比，本发明以丙烯酸树脂、二氧化锰、三氧化铬、五氧化二磷、乙醇、聚乙二醇醚、纳米二氧化钛、聚丙烯酸酯流平剂、聚羧酸酯、十二烷基硫酸钠作为强化涂料的主要成分，在各个组分的协同作用下，提高了制备的钢化玻璃的强度，避免了自爆现象的发生。另一方面，本发明选择合适的烘烤温度、烘烤时间和钢化处理的温度，进一步提高了玻璃的强度。

Description

一种高强度钢化玻璃的制备方法
技术领域
本发明涉及钢化玻璃技术领域，尤其涉及一种高强度钢化玻璃的制备方法。
背景技术
钢化玻璃是将普通玻璃先切割成要求尺寸，然后加热到接近软化点的700度左右，再进行快速均匀的冷却而得到的。钢化玻璃其实是一种预应力玻璃，为提高玻璃的强度，通常使用化学或者物理的方法，在玻璃的表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性等。
现有技术中，钢化玻璃得到了广泛的报道，例如，申请号为201310509523.4的中国专利文献报道了一种高速列车专用高强度钢化玻璃的制备方法，先采用物理钢化技术为主、化学钢化技术为辅的方法制备出一种高强度的单片玻璃，再利用夹层技术和精密成型技术加入玻璃导电加热膜和抗飞溅膜，最后生产出一种高强度、有效除雾除霜的多层高速列车风挡玻璃。申请号为201510272059.0的中国专利文献报道了一种低铝高强度化学钢化玻璃及其制备方法，包括：1)将经切割、磨边、清洗与干燥好的低铝玻璃放入预热炉中缓慢升温至400℃～500℃，并保温20～60分钟；2)将预热后的玻璃放入400～500℃的KNO3盐槽中，离子交换2～8小时；3)将离子交换后的玻璃提升至退火炉中缓慢降温至60℃以下；4)取出玻璃并清洗、干燥、检测、包装，即得低铝高强度化学钢化玻璃。
本发明人考虑，提供一种高强度钢化玻璃及其制备方法，进一步提高其强度，避免自爆现象的发生。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种高强度钢化玻璃及其制备方法，具有较高的强度。
有鉴于此，本发明提供了一种高强度钢化玻璃的制备方法，包括以下步骤：a)将强化涂料喷涂于玻璃表面，干燥，所述强化涂料包括以下成分：丙烯酸树脂、二氧化锰、三氧化铬、五氧化二磷、乙醇、聚乙二醇醚、纳米二氧化钛、聚丙烯酸酯流平剂、聚羧酸酯、十二烷基硫酸钠；b)将步骤a得到的玻璃在400～500℃下烘烤20～40分钟，降温至150～200℃保温10～20分钟，然后在600℃～680℃下钢化处理6～10分钟，冷却后得到高强度钢化玻璃。
优选的，所述玻璃的厚度为3～15mm。
优选的，还包括对玻璃进行预处理，具体为：将玻璃打磨、清洗、干燥，然后在160～190℃预热10～15小时。
优选的，所述玻璃包括以下成分：
30wt％～50wt％的SiO2；
15wt％～25wt％的B2O3；
3wt％～8wt％的La2O3；
1wt％～4wt％的Gd2O3；
5wt％～12wt％的CaO；
0.5wt％～5wt％的MgO；
20wt％～30wt％的复合纳米材料。
优选的，所述玻璃包括以下成分：
35wt％～45wt％的SiO2；
16wt％～22wt％的B2O3；
4wt％～6wt％的La2O3；
1wt％～3wt％的Gd2O3；
6wt％～10wt％的CaO；
1wt％～3wt％的MgO；
22wt％～28wt％的复合纳米材料。
优选的，所述复合纳米材料为质量比为8～15:1的氧化锌纳米材料和二氧化锡纳米材料。
优选的，所述氧化锌纳米材料按照如下方法制备：将二水合醋酸锌、十六烷基三甲基溴化铵和氢氧化钠溶于去离子水和甲醇的混合溶液，搅拌均匀后加入乙酸乙酯；将反应液转入反应釜中，密封，将反应釜放入微波溶剂热反应装置，在160～180℃下保温，冷却，离心分离，洗涤，干燥。
优选的，所述二氧化锡纳米材料按照如下方法制备：将五水合四氯化锡、十六烷基三甲基溴化铵和氢氧化钠溶于去离子水和甲醇的混合溶液，搅拌均匀后加入乙酸乙酯；将反应液转入反应釜中，密封，将反应釜放入微波溶剂热反应装置，在160～180℃下保温，冷却，离心分离，洗涤，干燥。
优选的，所述强化涂料包括以下成分：
优选的，所述强化涂料包括以下成分：
本发明提供了一种高强度钢化玻璃的制备方法，包括：将强化涂料喷涂于玻璃表面，干燥；将玻璃在400～500℃下烘烤20～40分钟，降温至150～200℃保温10～20分钟，然后在600℃～680℃下钢化处理6～10分钟，冷却后得到高强度钢化玻璃。与现有技术相比，本发明以丙烯酸树脂、二氧化锰、三氧化铬、五氧化二磷、乙醇、聚乙二醇醚、纳米二氧化钛、聚丙烯酸酯流平剂、聚羧酸酯、十二烷基硫酸钠作为强化涂料的主要成分，在各个组分的协同作用下，提高了制备的钢化玻璃的强度，避免了自爆现象的发生。另一方面，本发明选择合适的烘烤温度、烘烤时间和钢化处理的温度，进一步提高了玻璃的强度。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种高强度钢化玻璃的制备方法，包括以下步骤：a)将强化涂料喷涂于玻璃表面，干燥，所述强化涂料包括以下成分：丙烯酸树脂、二氧化锰、三氧化铬、五氧化二磷、乙醇、聚乙二醇醚、纳米二氧化钛、聚丙烯酸酯流平剂、聚羧酸酯、十二烷基硫酸钠；b)将步骤a得到的玻璃在400～500℃下烘烤20～40分钟，降温至150～200℃保温10～20分钟，然后在600℃～680℃下钢化处理6～10分钟，冷却后得到高强度钢化玻璃。
作为优选方案，本发明采用的玻璃的厚度优选为3～15mm，更优选为5～10mm，更优选为6～9mm。在将强化涂料喷涂于玻璃表面之前，本发明还优选包括对玻璃进行预处理，具体为：将玻璃打磨、清洗、干燥，然后在160～190℃预热10～15小时。其中，对玻璃进行清洗，保证玻璃具有较高的结晶度，利于后序强化涂料的喷涂。并且对干燥后的玻璃进行预热，通过预热，保证后序喷涂的强化涂料在玻璃表面具有较高的附着力，从而不易脱落。所述预热的温度优选为170～190℃，更优选为170～180℃，更优选为175～180℃；预热的时间优选为12小时。
作为优选方案，所述玻璃包括以下成分：
30wt％～50wt％的SiO2；
15wt％～25wt％的B2O3；
3wt％～8wt％的La2O3；
1wt％～4wt％的Gd2O3；
5wt％～12wt％的CaO；
0.5wt％～5wt％的MgO；
20wt％～30wt％的复合纳米材料。
作为优选方案，所述玻璃包括以下成分：
35wt％～45wt％的SiO2；
16wt％～22wt％的B2O3；
4wt％～6wt％的La2O3；
1wt％～3wt％的Gd2O3；
6wt％～10wt％的CaO；
1wt％～3wt％的MgO；
22wt％～28wt％的复合纳米材料。
SiO2是重要的玻璃形成体氧化物，以硅氧四面体的结构单元形成不规则的连续网络，是形成玻璃的骨架。B2O3是一种形成玻璃的重要的氧化物，对于形成玻璃的网络有效，能够降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的热稳定性和化学稳定性，并且可以降低玻璃的软化温度和高温熔融粘度。CaO在玻璃中的作用为稳定剂，能够增加玻璃的化学稳定性和机械强度，降低光学玻璃的密度。MgO可以使玻璃的硬化速度变慢，改善玻璃的成形性能，还可以提高玻璃的化学稳定性和机械强度。
作为优选方案，所述复合纳米材料为质量比为8～15:1的氧化锌纳米材料和二氧化锡纳米材料，更优选为10:1的氧化锌纳米材料和二氧化锡纳米材料。
作为优选方案，所述氧化锌纳米材料按照如下方法制备：将二水合醋酸锌、十六烷基三甲基溴化铵和氢氧化钠溶于去离子水和甲醇的混合溶液，搅拌均匀后加入乙酸乙酯；将反应液转入反应釜中，密封，将反应釜放入微波溶剂热反应装置，在160～180℃下保温，冷却，离心分离，洗涤，干燥。所述二氧化锡纳米材料按照如下方法制备：将五水合四氯化锡、十六烷基三甲基溴化铵和氢氧化钠溶于去离子水和甲醇的混合溶液，搅拌均匀后加入乙酸乙酯；将反应液转入反应釜中，密封，将反应釜放入微波溶剂热反应装置，在160～180℃下保温，冷却，离心分离，洗涤，干燥。
本发明以氧化锌纳米材料和二氧化锡纳米材料作为复合纳米材料，与SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、CaO、MgO协同作用，大大增强了玻璃的强度。
作为优选方案，所述强化涂料包括以下成分：
作为优选方案，所述强化涂料包括以下成分：
本发明以丙烯酸树脂、二氧化锰、三氧化铬、五氧化二磷、乙醇、聚乙二醇醚、纳米二氧化钛、聚丙烯酸酯流平剂、聚羧酸酯、十二烷基硫酸钠作为强化涂料的主要成分，在各个组分的协同作用下，提高了制备的钢化玻璃的强度。
本发明将强化涂料喷涂于玻璃表面，喷涂步骤优选为：喷涂气源压力在10～14kg，喷涂速度为3～4m/s，喷嘴口径为3mm，喷涂距离为5～8cm，喷涂镀膜次数为2～3次，喷涂得到的强化涂层厚度为30～200nm。喷涂工序优选在封闭环境里，保证环境内无风、空气洁净，温度为20～30℃，湿度为30％以下；通过采用上述参数进行喷涂，保证强化涂料在玻璃表面的均匀附着，并且具有较高的附着力。
本发明选择合适的烘烤温度、烘烤时间和钢化处理的温度，进一步提高了玻璃的强度。所述步骤b优选为：将步骤a得到的玻璃在420～480℃温度下烘烤30～40分钟，降温至160～180℃保温10～20分钟，然后在620℃～660℃下钢化处理6～10分钟，冷却后得到高强度钢化玻璃。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
本发明实施例采用的原料均为市购。
实施例1
氧化锌纳米材料和二氧化锡纳米材料的制备方法为：
将1mmol二水合醋酸锌(或者五水合四氯化锡)、0.5克十六烷基三甲基溴化铵和1.2克氢氧化钠溶于20ml去离子水和10ml甲醇的混合溶液，搅拌均匀后加入2.75ml乙酸乙酯。将该反应液转入反应釜中，密封。将反应釜放入微波溶剂热反应装置，在170℃下保温20分钟。反应体系自然冷却到室温后，取出产物，用离心法分离产物，分离的产物用无水乙醇洗涤5次，50℃空气中干燥。
将上面制备的氧化锌纳米材料和二氧化锡纳米材料以质量比为10：1混合，得到复合纳米材料。
实施例2
将玻璃打磨、清洗、干燥，然后在190℃预热12小时，所述玻璃包括以下成分：40wt％的SiO2；20wt％的B2O3；5wt％的La2O3；1wt％的Gd2O3；8wt％的CaO；1wt％的MgO；25wt％的复合纳米材料；
将20g丙烯酸树脂、3g二氧化锰、4g三氧化铬、2g五氧化二磷100g乙醇、1g聚乙二醇醚、3g纳米二氧化钛、1g聚丙烯酸酯流平剂、1g聚羧酸酯、0.03g十二烷基硫酸钠混合，得到强化涂料；
将强化涂料喷涂于玻璃表面，干燥，喷涂气源压力在10～14kg，喷涂速度为3～4m/s，喷嘴口径为3mm，喷涂距离为5～8cm，喷涂镀膜次数为2～3次，喷涂得到的强化涂料厚度为20～100nm。喷涂工序优选在封闭环境里，保证环境内无风、空气洁净，温度为20～30℃，湿度为30％以下；
将玻璃在420℃下烘烤30分钟，然后降温至180℃保温10分钟，然后在650℃下钢化处理10分钟，冷却后得到高强度钢化玻璃。
对本实施例制备的钢化玻璃的抗压强度(ρ/kN·mm-2)进行检测，为85ρ/kN·mm-2。
实施例3
将玻璃打磨、清洗、干燥，然后在190℃预热12小时，所述玻璃包括以下成分：43wt％的SiO2；18wt％的B2O3；4wt％的La2O3；2wt％的Gd2O3；10wt％的CaO；2wt％的MgO；21wt％的复合纳米材料；
将22g丙烯酸树脂、2g二氧化锰、6g三氧化铬、5g五氧化二磷100g乙醇、1g聚乙二醇醚、5g纳米二氧化钛、1g聚丙烯酸酯流平剂、1g聚羧酸酯、0.03g十二烷基硫酸钠混合，得到强化涂料；
将强化涂料喷涂于玻璃表面，干燥，喷涂气源压力在10～14kg，喷涂速度为3～4m/s，喷嘴口径为3mm，喷涂距离为5～8cm，喷涂镀膜次数为2～3次，喷涂得到的强化涂料厚度为20～100nm。喷涂工序优选在封闭环境里，保证环境内无风、空气洁净，温度为20～30℃，湿度为30％以下；
将玻璃在450℃下烘烤30分钟，然后降温至180℃保温10分钟，然后在650℃下钢化处理10分钟，冷却后得到高强度钢化玻璃。
对本实施例制备的钢化玻璃的抗压强度(ρ/kN·mm-2)进行检测，为92ρ/kN·mm-2。
实施例4
将玻璃打磨、清洗、干燥，然后在190℃预热12小时，所述玻璃包括以下成分：46wt％的SiO2；15wt％的B2O3；4wt％的La2O3；2wt％的Gd2O3；10wt％的CaO；2wt％的MgO；21wt％的复合纳米材料；
将15g丙烯酸树脂、6g二氧化锰、8g三氧化铬、4g五氧化二磷100g乙醇、1g聚乙二醇醚、2g纳米二氧化钛、1g聚丙烯酸酯流平剂、1g聚羧酸酯、0.03g十二烷基硫酸钠混合，得到强化涂料；
将强化涂料喷涂于玻璃表面，干燥，喷涂气源压力在10～14kg，喷涂速度为3～4m/s，喷嘴口径为3mm，喷涂距离为5～8cm，喷涂镀膜次数为2～3次，喷涂得到的强化涂料厚度为20～100nm。喷涂工序优选在封闭环境里，保证环境内无风、空气洁净，温度为20～30℃，湿度为30％以下；
将玻璃在450℃下烘烤30分钟，然后降温至180℃保温10分钟，然后在650℃下钢化处理10分钟，冷却后得到高强度钢化玻璃。
对本实施例制备的钢化玻璃的抗压强度(ρ/kN·mm-2)进行检测，为90ρ/kN·mm-2。
玻璃表面压应力及应力层深度测定在FSM-6000应力仪上进行。将制备得到的钢化玻璃放在测试台上，利用压钻施力一段时间后取出。采用显微镜测量压痕长度测试出玻璃维氏硬度。结果表明，本发明实施例2～4制备的钢化玻璃的应力为850～930MPa，应力层深度为35～70μm，维氏硬度为568×107～575×107Pa。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种高强度钢化玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将强化涂料喷涂于玻璃表面，干燥，所述强化涂料包括以下成分：
丙烯酸树脂、二氧化锰、三氧化铬、五氧化二磷、乙醇、聚乙二醇醚、纳米二氧化钛、聚丙烯酸酯流平剂、聚羧酸酯、十二烷基硫酸钠；
b)将步骤a得到的玻璃在400～500℃下烘烤20～40分钟，降温至150～200℃保温10～20分钟，然后在600℃～680℃下钢化处理6～10分钟，冷却后得到高强度钢化玻璃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述玻璃的厚度为3～15mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括对玻璃进行预处理，具体为：
将玻璃打磨、清洗、干燥，然后在160～190℃预热10～15小时。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述玻璃包括以下成分：
30wt％～50wt％的SiO2；
15wt％～25wt％的B2O3；
3wt％～8wt％的La2O3；
1wt％～4wt％的Gd2O3；
5wt％～12wt％的CaO；
0.5wt％～5wt％的MgO；
20wt％～30wt％的复合纳米材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述玻璃包括以下成分：
35wt％～45wt％的SiO2；
16wt％～22wt％的B2O3；
4wt％～6wt％的La2O3；
1wt％～3wt％的Gd2O3；
6wt％～10wt％的CaO；
1wt％～3wt％的MgO；
22wt％～28wt％的复合纳米材料。
6.根据权利要求4～5任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述复合纳米材料为质量比为8～15:1的氧化锌纳米材料和二氧化锡纳米材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述氧化锌纳米材料按照如下方法制备：
将二水合醋酸锌、十六烷基三甲基溴化铵和氢氧化钠溶于去离子水和甲醇的混合溶液，搅拌均匀后加入乙酸乙酯；
将反应液转入反应釜中，密封，将反应釜放入微波溶剂热反应装置，在160～180℃下保温，冷却，离心分离，洗涤，干燥。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化锡纳米材料按照如下方法制备：
将五水合四氯化锡、十六烷基三甲基溴化铵和氢氧化钠溶于去离子水和甲醇的混合溶液，搅拌均匀后加入乙酸乙酯；
将反应液转入反应釜中，密封，将反应釜放入微波溶剂热反应装置，在160～180℃下保温，冷却，离心分离，洗涤，干燥。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述强化涂料包括以下成分：
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述强化涂料包括以下成分：
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