CN107311454A - 一种保温防爆玻璃及其制备方法 - Google Patents

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孙才章
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Abstract

本发明涉及玻璃及其生产工艺技术领域，具体的说是涉及一种保温防爆玻璃及其制备方法，所述的保温防爆玻璃，包括由玻璃胶粘接的钢化玻璃和透明高分子薄膜材料，所述的玻璃胶的厚度为10～50μm，所述的透明高分子薄膜材料的厚度为50～100μm；所述的钢化玻璃包含以下重量份的物质：SiO2 70～80份、Al2O3 0.5～2份、Na2O 7～10份、K2O 1.4～2份、CaO 7～12份、MgO 2～5份、玻化微珠0.2～3份、B2O30.5～2份、云母粉0.1～1份、纳米氧化锌2～10份、玻璃纤维0.1～0.5份；高分子薄膜材料作为玻璃的保护膜；从玻璃的原料端上进行改进，玻璃微珠的中空结构抵消硫化镍相变产生的体积膨胀，减小了玻璃发生自爆的可能性，同时，玻璃配方中各组分的协同作用降低了玻璃出现自爆的几率且具有低的导热系数，提高了玻璃的保温性能。

Description

一种保温防爆玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及玻璃及其生产工艺技术领域，具体的说是涉及一种保温防爆玻璃及其制备方法。
背景技术
现代社会中，玻璃扮演者越来越多、越来越重要的角色，在住家建筑、办公建筑、车窗等场所玻璃都成了必不可少的用品。一直以来，玻璃材料的特点是易碎，而且越薄越易碎，玻璃炸裂时碎片易飞溅，容易伤人及污染环境。钢化玻璃虽然抗冲击强度增强，但是玻璃炸裂时碎片仍然会溅开，影响安全。普通型的防爆玻璃，玻璃结构多以单片浮法玻璃通过强化处理而做成的特种玻璃，强化处理后的玻璃表面具有较强的抗暴力冲击能力，此类玻璃随着玻璃厚度不断增厚，其防爆效果得到不断增强，厚度最厚一般为20毫米，超出20毫米以上厚度的玻璃做成防爆玻璃，强化处理很难一次到位，当遇到锋利物品和重物撞击后，一些防爆玻璃往往承受不了这样的冲击，玻璃容易产生爆裂和破碎，当这些强化的防爆玻璃被破坏后，如若不及时处理，往往玻璃面上的一些破碎的毛刺和锋口容易对人们和幼儿产生严重的安全隐患，因此寻求一种从内部进行玻璃强化的方法进行防爆处理是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
玻璃之所以会发生爆裂，受多方面的影响因素，除玻璃本身质量外，玻璃的几何形状，如方形、矩形、三角形和圆形；玻璃的安装状况，如四周紧固或松弛，玻璃底部是否有安装支撑物，玻璃与四周铝合金框用什么硬度材质密封或用玻璃胶密封，以及后续工艺、受热状况等均对玻璃的自爆有密切的影响。
目前国内外玻璃加工行业一致认定硫化镍是钢化玻璃自爆的主要原因，玻璃主料石英砂或砂岩带入镍，燃料及辅料带入硫，在1400℃～1500℃高温熔窑燃烧熔化形成硫化镍。当温度超过1000℃时，硫化镍以液滴形式随机分布于熔融玻璃液中。当温度降至797℃时，这些小液滴结晶固化，硫化镍处于高温态的α～NiS晶相(六方晶体)。当温度继续降至379℃时，发生晶相转变成为低温状态的β～NiS(三方晶系)，同时伴随着2.38％的体积膨胀。这个转变过程的快慢，既取决于硫化镍颗粒中不同组成物(包括Ni7S6、NiS、NiS1.01)的百分比含量，还取决于其周围温度的高低。如果硫化镍相变没有转换完全，则即使在自然存放及正常使用的温度条件下，这一过程仍然继续，只是速度很低而已。当玻璃钢化加热时，玻璃内部板芯温度约620℃，所有的硫化镍都处于高温态的α～NiS相。随后，玻璃进入风栅急冷，玻璃中的硫化镍在379℃发生相变。与浮法退火窑不同的是，钢化急冷时间很短，来不及转变成低温态β～NiS而以高温态硫化镍α相被“冻结”在玻璃中。快速急冷使玻璃得以钢化，形成外压内张的应力统一平衡体。在已经钢化了的玻璃中硫化镍相变低速持续地进行着，体积不断膨胀扩张，对其周围玻璃的作用力随之增大。钢化玻璃板芯本身就是张应力层，位于张应力层内的硫化镍发生相变时体积膨胀也形成张应力，这两种张应力叠加在一起，足以引发钢化玻璃的破裂即自爆。进一步实验表明：对于表面压应力为100MPa的钢化玻璃，其内部的张应力为45MPa左右。此时张应力层中任何直径大于0.06mm的硫化镍均可引发自爆。另外，根据自爆研究统计结果分析，95％以上的自爆是由粒径分布在0.04mm～0.65mm之间的硫化镍引发。根据材料断裂力学计算出硫化镍引发自爆的平均粒径为0.2mm。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明的目的在于从玻璃原料端出发，提供一种防爆的钢化玻璃，同时具备保温的效果。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种保温防爆玻璃，包括由玻璃胶粘接的钢化玻璃和透明高分子薄膜材料，所述的玻璃胶的厚度为10～50μm，所述的透明高分子薄膜材料的厚度为50～100μm；
所述的钢化玻璃包含以下重量份的物质：SiO2 70～80份、Al2O3 0.5～2份、Na2O 7～10份、K2O 1.4～2份、CaO 7～12份、MgO 2～5份、玻化微珠0.2～3份、B2O3 0.5～2份、云母粉0.1～1份、纳米氧化锌2～10份、玻璃纤维0.1～0.5份。
通过将钢化玻璃与透明的高分子材料粘接在一起，进一步的防止了玻璃在受到外力作用时易碎的现象，外力最先击打到透明的高分子材料上，避免了直接与玻璃发生直接的作用；所述的钢化玻璃中含有玻化微珠，其中空的结构可以抵消硫化镍相变产生的体积膨胀，减小了玻璃发生自爆的可能性。
本发明中，B2O3较难形成结晶，形成的玻璃网格结构中，减小了玻璃的黏度，而对玻璃的热膨胀和化学耐久性没有任何负面的影响。
优选的，所述的钢化玻璃包含以下重量份的物质：SiO2 72～80份、Al2O3 0.5～1.8份、Na2O 8.3～9.5份、K2O 1.5～2份、CaO 8～10份、MgO 2.5～4份、玻化微珠0.5～2份、B2O30.5～2份、云母粉0.5～1份、纳米氧化锌3～10份、玻璃纤维0.1～0.5份。
根据本发明，本发明中所述的高分子薄膜材料的作用在于提供玻璃的保护作用，所述的透明高分子薄膜材料选自聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚苯乙烯中的至少一种。
根据本发明，Na2O和K2O的比例会影响玻璃的热膨胀系数，Na2O和K2O的存在，因增加了玻璃组成体系的O:Si比，使得玻璃的形成能力降低，由于O:Si比的增加，熔体的粘度降低，在熔体浇筑成型的过程中，离子容易发生迁移而调整为晶格结构，且Na和K为大小不同的离子，防止因形成的晶格结构过于规整而出现在微小的膨胀时的自爆现象。本发明中所述的钢化玻璃组分中Na2O与K2O的重量比为1:(0.2～0.75)。
根据本发明，本发明中所述玻化微珠的堆积密度为80～120kg/m3。
根据本发明，本发明中所述纳米氧化锌的粒径为10～50nm。
根据本发明，玻璃纤维过长是，不利于玻璃浇筑成型，本发明中所述的玻璃纤维的长度为1～5mm。
本发明还提供了所述的保温防爆玻璃的制备方法，包括以下步骤：(1)玻璃的制备
按钢化玻璃组分称取配方比例的原料，将除了玻化纤维外的各原料混合均匀后投入到熔炼炉中熔融，加热至1200～1400℃保温10～30min，然后将温度降至700～800℃后向熔炼炉中投入玻化纤维，然后继续升温至1300～1400℃保温1～3h，将熔融物浇筑成型，冷却处理得到玻璃基材；
(2)玻璃的钢化处理
在玻璃的表面均匀喷涂0.1mol/L的氢氟酸，将得到的玻璃基材在钢化炉中加热至670～750℃，然后以10～25℃/s冷却至180～210℃，然后继续升温至280～300℃并保持10～30min；
(3)保温防爆玻璃的制备
在步骤(2)中得到的钢化玻璃表面均匀涂抹玻璃胶，然后覆上透明高分子薄膜材料，对其结合处施加真空度≥700mmHg(0.092Mpa)压强抽取真空使它们三者紧密结合。
在玻璃基材表面喷涂氢氟酸进行蚀刻，在玻璃基材表面形成凹凸点，便于施加玻璃胶提高粘接性能，蚀刻过深时必然会导致玻璃胶的使用量提高，而蚀刻过浅时，粘接性能的提高不明显，本发明的步骤(2)中所述的玻璃基材表面形成凹点的深度为0.1～0.5mm。
根据本发明，本发明中所述的步骤(2)中玻璃基材在钢化炉中升温速度为100～120℃/min。
与现有技术相比，本发明提供的防爆玻璃，高分子薄膜材料作为玻璃的保护膜；从玻璃的原料端上进行改进，玻璃微珠的中空结构抵消硫化镍相变产生的体积膨胀，减小了玻璃发生自爆的可能性，同时，玻璃配方中各组分的协同作用降低了玻璃出现自爆的几率且具有低的导热系数，提高了玻璃的保温性能。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1
一种保温防爆玻璃，包括由玻璃胶粘接的钢化玻璃和聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，所述的玻璃胶的厚度为30μm，所述的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜的厚度为50μm；
所述的钢化玻璃包含以下重量份的物质：SiO2 75份、Al2O3 1.5份、Na2O 9.0份、K2O1.8份、CaO 9份、MgO 3份、玻化微珠1.5份、B2O3 1份、云母粉0.8份、纳米氧化锌7份、玻璃纤维0.4份；
所述的玻化微珠的堆积密度为100kg/m3；
所述纳米氧化锌的粒径为30nm；
所述的玻璃纤维的长度为3mm；
该保温防爆玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)玻璃的制备
按钢化玻璃组分称取配方比例的原料，将除了玻化纤维外的各原料混合均匀后投入到熔炼炉中熔融，加热至1300℃保温20min，然后将温度降至700℃后向熔炼炉中投入玻化纤维，然后继续升温至1400℃保温3h，将熔融物浇筑成型，冷却处理得到玻璃基材；
(2)玻璃的钢化处理
在玻璃的表面均匀喷涂0.1mol/L的氢氟酸，在玻璃基材表面形成的凹点的深度为0.3mm，将得到的玻璃基材在钢化炉中加热至700℃，升温速度为100℃/min；然后以20℃/s冷却至200℃，然后继续升温至300℃并保持20min；
(3)保温防爆玻璃的制备
在步骤(2)中得到的钢化玻璃表面均匀涂抹玻璃胶，然后覆上透明聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜材料，对其结合处施加真空度≥700mmHg(0.092Mpa)压强抽取真空使它们三者紧密结合。
实施例2
一种保温防爆玻璃，包括由玻璃胶粘接的钢化玻璃和聚丙烯薄膜材料，所述的玻璃胶的厚度为10μm，所述的聚丙烯薄膜材料的厚度为50μm；
所述的钢化玻璃包含以下重量份的物质：SiO2 72份、Al2O3 0.5份、Na2O 8.3份、K2O2份、CaO 8份、MgO 2.5份、玻化微珠0.5份、B2O3 0.5份、云母粉0.5份、纳米氧化锌3份、玻璃纤维0.1份；
所述的玻化微珠的堆积密度为80kg/m3；
所述纳米氧化锌的粒径为10nm；
所述的玻璃纤维的长度为1mm；
该保温防爆玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)玻璃的制备
按钢化玻璃组分称取配方比例的原料，将除了玻化纤维外的各原料混合均匀后投入到熔炼炉中熔融，加热至1300℃保温30min，然后将温度降至800℃后向熔炼炉中投入玻化纤维，然后继续升温至1400℃保温3h，将熔融物浇筑成型，冷却处理得到玻璃基材；
(2)玻璃的钢化处理
在玻璃的表面均匀喷涂0.1mol/L的氢氟酸，在玻璃基材表面形成的凹点的深度为0.5mm，将得到的玻璃基材在钢化炉中加热至750℃，升温速度为120℃/min；然后以25℃/s冷却至210℃，然后继续升温至280℃并保持30min；
(3)保温防爆玻璃的制备
在步骤(2)中得到的钢化玻璃表面均匀涂抹玻璃胶，然后覆上聚丙烯薄膜材料，对其结合处施加真空度≥700mmHg(0.092Mpa)压强抽取真空使它们三者紧密结合。
实施例3
一种保温防爆玻璃，包括由玻璃胶粘接的钢化玻璃和聚对苯二甲酸丁二醇酯薄膜材料，所述的玻璃胶的厚度为50μm，所述的聚对苯二甲酸丁二醇酯薄膜材料的厚度为100μm；
所述的钢化玻璃包含以下重量份的物质：SiO2 80份、Al2O3 1.8份、Na2O 9.5份、K2O2份、CaO 10份、MgO 4份、玻化微珠2份、
B2O3 2份、云母粉1份、纳米氧化锌10份、玻璃纤维0.5份；
所述的玻化微珠的堆积密度为120kg/m3；
所述纳米氧化锌的粒径为50nm；
所述的玻璃纤维的长度为5mm；
该保温防爆玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)玻璃的制备
按钢化玻璃组分称取配方比例的原料，将除了玻化纤维外的各原料混合均匀后投入到熔炼炉中熔融，加热至1400℃保温10min，然后将温度降至800℃后向熔炼炉中投入玻化纤维，然后继续升温至1300℃保温1h，将熔融物浇筑成型，冷却处理得到玻璃基材；
(2)玻璃的钢化处理
在玻璃的表面均匀喷涂0.1mol/L的氢氟酸，在玻璃基材表面形成的凹点的深度为0.3mm，将得到的玻璃基材在钢化炉中加热至670℃，升温速度为110℃/min；然后以20℃/s冷却至180℃，然后继续升温至280℃并保持20min；
(3)保温防爆玻璃的制备
在步骤(2)中得到的钢化玻璃表面均匀涂抹玻璃胶，然后覆上聚对苯二甲酸丁二醇酯薄膜材料，对其结合处施加真空度≥700mmHg(0.092Mpa)压强抽取真空使它们三者紧密结合。
实施例4
一种保温防爆玻璃，包括由玻璃胶粘接的钢化玻璃和聚苯乙烯薄膜材料，所述的玻璃胶的厚度为30μm，所述的聚苯乙烯薄膜材料的厚度为75μm；
所述的钢化玻璃包含以下重量份的物质：SiO2 70份、Al2O3 0.5份、Na2O 7份、K2O1.4份、CaO 7份、MgO 2份、玻化微珠0.2份、B2O3 0.5份、云母粉0.1份、纳米氧化锌2份、玻璃纤维0.1份；
所述的玻化微珠的堆积密度为80kg/m3；
所述纳米氧化锌的粒径为20nm；
所述的玻璃纤维的长度为2mm；
该保温防爆玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)玻璃的制备
按钢化玻璃组分称取配方比例的原料，将除了玻化纤维外的各原料混合均匀后投入到熔炼炉中熔融，加热至1400℃保温30min，然后将温度降至750℃后向熔炼炉中投入玻化纤维，然后继续升温至1300℃保温2h，将熔融物浇筑成型，冷却处理得到玻璃基材；
(2)玻璃的钢化处理
在玻璃的表面均匀喷涂0.1mol/L的氢氟酸，在玻璃基材表面形成的凹点的深度为0.3mm，将得到的玻璃基材在钢化炉中加热至690℃，升温速度为100℃/min；然后以15℃/s冷却至190℃，然后继续升温至290℃并保持20min；
(3)保温防爆玻璃的制备
在步骤(2)中得到的钢化玻璃表面均匀涂抹玻璃胶，然后覆上聚苯乙烯薄膜材料，对其结合处施加真空度≥700mmHg(0.092Mpa)压强抽取真空使它们三者紧密结合。
实施例5
一种保温防爆玻璃，包括由玻璃胶粘接的钢化玻璃和聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜材料，所述的玻璃胶的厚度为40μm，所述的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜材料的厚度为100μm；
所述的钢化玻璃包含以下重量份的物质：SiO2 80份、Al2O3 2份、Na2O 10份、K2O 2份、CaO 12份、MgO 5份、玻化微珠3份、B2O3 2份、云母粉1份、纳米氧化锌10份、玻璃纤维0.5份。；
所述的玻化微珠的堆积密度为120kg/m3；
所述纳米氧化锌的粒径为50nm；
所述的玻璃纤维的长度为5mm；
该保温防爆玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)玻璃的制备
按钢化玻璃组分称取配方比例的原料，将除了玻化纤维外的各原料混合均匀后投入到熔炼炉中熔融，加热至1300℃保温20min，然后将温度降至750℃后向熔炼炉中投入玻化纤维，然后继续升温至1400℃保温2h，将熔融物浇筑成型，冷却处理得到玻璃基材；
(2)玻璃的钢化处理
在玻璃的表面均匀喷涂0.1mol/L的氢氟酸，在玻璃基材表面形成的凹点的深度为0.3mm，将得到的玻璃基材在钢化炉中加热至720℃，升温速度为110℃/min；然后以15℃/s冷却至200℃，然后继续升温至290℃并保持20min；
(3)保温防爆玻璃的制备
在步骤(2)中得到的钢化玻璃表面均匀涂抹玻璃胶，然后覆上聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜材料，对其结合处施加真空度≥700mmHg(0.092Mpa)压强抽取真空使它们三者紧密结合。
对比例1
一种保温防爆玻璃，包括由玻璃胶粘接的钢化玻璃和聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，所述的玻璃胶的厚度为30μm，所述的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜的厚度为50μm；
所述的钢化玻璃包含以下重量份的物质：SiO2 75份、Al2O3 1.5份、Na2O 1份、K2O3.5份、CaO 9份、MgO 3份；
该保温防爆玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)玻璃的制备
按钢化玻璃组分称取配方比例的原料，混合均匀后投入到熔炼炉中熔融，加热至1300℃保温20min，然后继续升温至1400℃保温3h，将熔融物浇筑成型，冷却处理得到玻璃基材；
(2)玻璃的钢化处理
在玻璃的表面均匀喷涂0.1mol/L的氢氟酸，在玻璃基材表面形成的凹点的深度为0.3mm，将得到的玻璃基材在钢化炉中加热至700℃，升温速度为100℃/min；然后以20℃/s冷却至200℃，然后继续升温至300℃并保持20min；
(3)保温防爆玻璃的制备
在步骤(2)中得到的钢化玻璃表面均匀涂抹玻璃胶，然后覆上透明聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜材料，对其结合处施加真空度≥700mmHg(0.092Mpa)压强抽取真空使它们三者紧密结合。
将普通的钢化玻璃、实施例1～5、对比例1～3得到的夹胶玻璃按以下方法测试相关性能：
(1)导热系数
采用京都电子工业公司制造的导热系数计“快速导热系数测定仪QTM～500”对玻璃的导热系数进行了测定，并将测试结果记录到表1中。
表1实施例1～5、对比例1～2的夹胶玻璃的相关性能
由以上数据可以看出，本发明提供的防爆玻璃具有优异的保温效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种保温防爆玻璃，其特征在于：包括由玻璃胶粘接的钢化玻璃和透明高分子薄膜材料，所述的玻璃胶的厚度为10～50μm，所述的透明高分子薄膜材料的厚度为50～100μm；
所述的钢化玻璃包含以下重量份的物质：SiO2 70～80份、Al2O3 0.5～2份、Na2O 7～10份、K2O 1.4～2份、CaO 7～12份、MgO 2～5份、玻化微珠0.2～3份、B2O3 0.5～2份、云母粉0.1～1份、纳米氧化锌2～10份、玻璃纤维0.1～0.5份。
2.根据权利要求1所述的保温防爆玻璃，其特征在于：所述的钢化玻璃包含以下重量份的物质：SiO2 72～80份、Al2O3 0.5～1.8份、Na2O 8.3～9.5份、K2O 1.5～2份、CaO 8～10份、MgO 2.5～4份、玻化微珠0.5～2份、B2O3 0.5～2份、云母粉0.5～1份、纳米氧化锌3～10份、玻璃纤维0.1～0.5份。
3.根据权利要求1所述的保温防爆玻璃，其特征在于：所述的透明高分子薄膜材料选自聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚苯乙烯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的保温防爆玻璃，其特征在于：所述的钢化玻璃组分中Na2O与K2O的重量比为1:(0.2～0.75)。
5.根据权利要求1所述的保温防爆玻璃，其特征在于：所述的玻化微珠的堆积密度为80～120kg/m3。
6.根据权利要求1所述的保温防爆玻璃，其特征在于：所述纳米氧化锌的粒径为10～50nm。
7.根据权利要求1所述的保温防爆玻璃，其特征在于：所述的玻璃纤维的长度为1～5mm。
8.一种权利要求1～7任意一项所述的保温防爆玻璃的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)玻璃的制备
按钢化玻璃组分称取配方比例的原料，将除了玻化纤维外的各原料混合均匀后投入到熔炼炉中熔融，加热至1200～1400℃保温10～30min，然后将温度降至700～800℃后向熔炼炉中投入玻化纤维，然后继续升温至1300～1400℃保温1～3h，将熔融物浇筑成型，冷却处理得到玻璃基材；
(2)玻璃的钢化处理
在玻璃的表面均匀喷涂0.1mol/L的氢氟酸，将得到的玻璃基材在钢化炉中加热至670～750℃，然后以10～25℃/s冷却至180～210℃，然后继续升温至280～300℃并保持10～30min；
(3)保温防爆玻璃的制备
在步骤(2)中得到的钢化玻璃表面均匀涂抹玻璃胶，然后覆上透明高分子薄膜材料，对其结合处施加真空度≥700mmHg(0.092Mpa)压强抽取真空使它们三者紧密结合。
9.根据权利要求8所述的保温防爆玻璃的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中喷涂氢氟酸后在玻璃基材表面形成凹点的深度为0.1～0.5mm。
10.根据权利要求8所述的保温防爆玻璃的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中玻璃基材在钢化炉中升温速度为100～120℃/min。
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