一种硼硅3.3高性能单片防火薄玻璃及其制备方法
阅读说明：本技术 一种硼硅3.3高性能单片防火薄玻璃及其制备方法 (Borosilicate 3.3 high-performance monolithic fireproof thin glass and preparation method thereof ) 是由 张壮丽 秦丽艳 杨振渤 刘君 蔡金跃 王春龙 赵海 于 2021-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开硼硅3.3高性能单片防火薄玻璃及其制备方法。硼硅玻璃膨胀系数约是普通钠钙玻璃的三分之一,提高表面应力,解决遇火易破裂问题,提升玻璃耐火时限。硼硅玻璃比普通钠钙玻璃软化点高100℃,解决硼硅玻璃加热不均匀的问题。硼硅防火玻璃与钠钙硅防火玻璃比重量轻8％,选用同样耐火时限防火玻璃时,如单个楼宇项目10000平米6mm防火玻璃举例,选用钠钙硅防火玻璃重量大约150吨,选用硼硅3mm防火玻璃重量大约70吨。(The invention discloses borosilicate 3.3 high-performance monolithic fireproof thin glass and a preparation method thereof. The expansion coefficient of the borosilicate glass is about one third of that of the common soda-lime glass, the surface stress is improved, the problem that the borosilicate glass is easy to crack when meeting fire is solved, and the fire resistance time limit of the glass is improved. The softening point of the borosilicate glass is 100 ℃ higher than that of common soda-lime glass, and the problem of uneven heating of the borosilicate glass is solved. The weight of the borosilicate fireproof glass is 8 percent lower than that of the soda-lime-silica fireproof glass, and when the fireproof glass with the same fire-resistant time limit is selected, for example, 10000 sq m and 6mm fireproof glass of a single building project, the weight of the soda-lime-silica fireproof glass is about 150 tons, and the weight of the borosilicate 3mm fireproof glass is about 70 tons.)
技术领域
本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种硼硅3.3高性能单片防火薄玻璃及其制备方法。
背景技术
防火玻璃，在防火时的作用主要是控制火势的蔓延或隔烟，是一种措施型的防火材料，其防火的效果以耐火性能进行评价。它是经过特殊工艺加工和处理，在规定的耐火试验中能保持其完整性的特种玻璃。
其中，高硼硅3.3系列玻璃是一种具有特殊性质的平板玻璃品种，具有较低的膨胀系数、软化点高，较强的抗冷热冲击的特性，硼硅玻璃本体具有天然的防火性能及作为防火玻璃预火不易炸裂的优势，具有重量轻优点(密度2.3左右比普通钠钙玻璃轻8％)，耐火时限大于90分钟，无自爆风险等特性。
普通物理钢化手段钢化硼硅3.3玻璃只能半钢化，很难提高玻璃表面应力，普通钢化设备只能加温到680-700℃，风压6000-8000pa，而硼硅3.3玻璃软化点825℃，膨胀系数只有普通钠钙玻璃的三分之一左右，普通钢化设备钢化硼硅3.3玻璃难度大。
因此，现有技术还有待改进。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种硼硅3.3高性能单片防火薄玻璃及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种硼硅3.3高性能单片防火薄玻璃，包括以下重量百分比的原料：72-75重量％的SiO2、6-12重量％的Al2O3、8-12重量％的B2O3、2-8重量％的Na2O、0-3重量％的K2O、0-3重量％的CaO、0-3重量％的BaO、0-2重量％的ZrO2、0-1重量％的CeO2、0-1重量％的Al2O3、2-3重量％的Fe2O3和0-1重量％的M2O；
其中，按照质量分数计，根据式(1)和式(2)计算得X为80重量％以上，且Y为0-0.4；
X＝wSiO2+wAl2O3 式(1)；
Y＝(wNa2O+wK2O)/(wAl2O3+wB2O3) 式(2)；
其中，wSiO2表示SiO2在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wAl2O3表示Al2O3在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wNa2O表示Na2O在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wK2O表示K2O在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wB2O3表示B2O3在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；
所述硼硅3.3高性能单片防火薄玻璃包括基础玻璃层硼硅3.3玻璃A、基础玻璃层硼硅3.3玻璃B和膨胀层，所述基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B由上述重量百分比的原料制成，所述膨胀层是一层水化碱性硅酸盐，其含水量在30-48wt％之间，SiO2/M2O摩尔比在3-8之间，一种碱性硅酸盐，其中二氧化硅至少部分地作为平均粒径大于50nm的二氧化硅颗粒的水悬浮液引入。
作为优选，所述膨胀层包括平均粒径小于150nm且优选小于130nm的二氧化硅颗粒。
作为优选，所述基础玻璃层硼硅3.3玻璃A、基础玻璃层硼硅3.3玻璃B和膨胀层之间分别设置有粘合剂，所述粘合剂为硅烷或具有氨基酸类型官能团的硅烷。
作为优选，所述膨胀层中的二氧化硅的比例为50重量％-60重量％，所述膨胀层的含水量为35％至43％(按重量计)。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种硼硅3.3高性能单片防火薄玻璃的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一，根据配比制备基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B；
第二，混合膨胀层与粘合剂形成混合液基底，将所述基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B放入容器，将混合液基底倒进容器，在基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B之间浇铸，在基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B之间进行固化，形成半成品；
第三，对半成品进行精细加工。
作为优选，所述第二步骤还可以是通过将混合液施涂到基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B上，再将基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B贴合，所述混合液是包括膨胀层和粘合剂。
作为优选，所述精细加工包括圆角处理，所述圆角的半径是3毫米，所述倒圆角的磨边机的传送速度为每分钟3米。
作为优选，所述膨胀层包括平均粒径小于150nm且优选小于130nm的二氧化硅颗粒，所述膨胀层中的二氧化硅的比例为50重量％-60重量％，所述膨胀层的含水量为35％至43％(按重量计)。
作为优选，所述基础玻璃层硼硅3.3玻璃A、基础玻璃层硼硅3.3玻璃B和膨胀层之间分别设置有粘合剂，所述粘合剂为硅烷或具有氨基酸类型官能团的硅烷。
有益效果：硼硅玻璃膨胀系数约是普通钠钙玻璃的三分之一，提高表面应力，解决遇火易破裂问题，提升玻璃耐火时限。硼硅玻璃比普通钠钙玻璃软化点高100℃，解决硼硅玻璃加热不均匀的问题。硼硅防火玻璃与钠钙硅防火玻璃比重量轻8％，选用同样耐火时限防火玻璃时，如单个楼宇项目10000平米6mm防火玻璃举例，选用钠钙硅防火玻璃重量大约150吨，选用硼硅3mm防火玻璃重量大约70吨。
玻璃类型
厚度
耐火时限
单位重量(平米)
硼硅3.3单片防火玻璃
3mm
90分钟
6.69kg
普通钠钙硅单片防火玻璃
6mm
30-60分钟
15kg
普通钠钙硅复合防火玻璃
7mm
30-60分钟
18kg
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种硼硅3.3高性能单片防火薄玻璃，包括以下重量百分比的原料：72-75重量％的SiO2、6-12重量％的Al2O3、8-12重量％的B2O3、2-8重量％的Na2O、0-3重量％的K2O、0-3重量％的CaO、0-3重量％的BaO、0-2重量％的ZrO2、0-1重量％的CeO2、0-1重量％的Al2O3、2-3重量％的Fe2O3和0-1重量％的M2O；
其中，按照质量分数计，根据式(1)和式(2)计算得X为80重量％以上，且Y为0-0.4；
X＝wSiO2+wAl2O3 式(1)；
Y＝(wNa2O+wK2O)/(wAl2O3+wB2O3) 式(2)；
其中，wSiO2表示SiO2在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wAl2O3表示Al2O3在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wNa2O表示Na2O在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wK2O表示K2O在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wB2O3表示B2O3在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；
所述硼硅3.3高性能单片防火薄玻璃包括基础玻璃层硼硅3.3玻璃A、基础玻璃层硼硅3.3玻璃B和膨胀层，所述基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B由上述重量百分比的原料制成，所述膨胀层是一层水化碱性硅酸盐，其含水量在30-48wt％之间，SiO2/M2O摩尔比在3-8之间，一种碱性硅酸盐，其中二氧化硅至少部分地作为平均粒径大于50nm的二氧化硅颗粒的水悬浮液引入。
作为优选，所述膨胀层包括平均粒径小于150nm且优选小于130nm的二氧化硅颗粒。
作为优选，所述基础玻璃层硼硅3.3玻璃A、基础玻璃层硼硅3.3玻璃B和膨胀层之间分别设置有粘合剂，所述粘合剂为硅烷或具有氨基酸类型官能团的硅烷。
作为优选，所述膨胀层中的二氧化硅的比例为50重量％-60重量％，所述膨胀层的含水量为35％至43％(按重量计)。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种硼硅3.3高性能单片防火薄玻璃的制备工艺，包括以下步骤：
第一，根据配比制备基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B；
第二，混合膨胀层与粘合剂形成混合液基底，将所述基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B放入容器，将混合液基底倒进容器，在基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B之间浇铸，在基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B之间进行固化，形成半成品；
第三，对半成品进行精细加工。
作为优选，所述第二步骤还可以是通过将混合液施涂到基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B上，再将基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B贴合，所述混合液是包括膨胀层和粘合剂。
作为优选，所述精细加工包括圆角处理，所述圆角的半径是3毫米，所述倒圆角的磨边机的传送速度为每分钟3米。
作为优选，所述膨胀层包括平均粒径小于150nm且优选小于130nm的二氧化硅颗粒，所述膨胀层中的二氧化硅的比例为50重量％-60重量％，所述膨胀层的含水量为35％至43％(按重量计)。
作为优选，所述基础玻璃层硼硅3.3玻璃A、基础玻璃层硼硅3.3玻璃B和膨胀层之间分别设置有粘合剂，所述粘合剂为硅烷或具有氨基酸类型官能团的硅烷。
实施例一：
一种硼硅3.3高性能单片防火薄玻璃的制备工艺，包括以下步骤：
第一，根据配比制备基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B，所述配比包括以下重量百分比的原料：72重量％的SiO2、6重量％的Al2O3、8重量％的B2O3、2重量％的Na2O、3重量％的K2O、3重量％的CaO、3重量％的BaO、2重量％的ZrO2、1重量％的CeO2、1重量％的Al2O3、2重量％的Fe2O3和1重量％的M2O；
其中，按照质量分数计，根据式(1)和式(2)计算得X为80重量％以上，且Y为0-0.4；
X＝wSiO2+wAl2O3 式(1)；
Y＝(wNa2O+wK2O)/(wAl2O3+wB2O3)式(2)；
其中，wSiO2表示SiO2在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wAl2O3表示Al2O3在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wNa2O表示Na2O在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wK2O表示K2O在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wB2O3表示B2O3在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；
第二，混合膨胀层与粘合剂形成混合液基底，将所述基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B放入容器，将混合液基底倒进容器，在基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B之间浇铸，在基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B之间进行固化，形成半成品；所述膨胀层是一层水化碱性硅酸盐，其含水量在30wt％之间，SiO2/M2O摩尔比在3之间，一种碱性硅酸盐，其中二氧化硅至少部分地作为平均粒径大于50nm的二氧化硅颗粒的水悬浮液引入。所述膨胀层包括平均粒径130nm的二氧化硅颗粒。所述膨胀层中的二氧化硅的比例为50重量％，所述膨胀层的含水量为35％(按重量计)。
第三，对半成品进行精细加工，所述精细加工包括圆角处理，所述圆角的半径是3毫米，所述倒圆角的磨边机的传送速度为每分钟3米。
所述基础玻璃层硼硅3.3玻璃A、基础玻璃层硼硅3.3玻璃B和膨胀层之间分别设置有粘合剂，所述粘合剂为硅烷或具有氨基酸类型官能团的硅烷。
实施例二：
一种硼硅3.3高性能单片防火薄玻璃的制备工艺，包括以下步骤：
第一，根据配比制备基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B，所述配比包括以下重量百分比的原料：75重量％的SiO2、12重量％的Al2O3、12重量％的B2O3、6重量％的Na2O、3重量％的K2O、3重量％的CaO、3重量％的BaO、1重量％的ZrO2、1重量％的CeO2、0.5重量％的Al2O3、3重量％的Fe2O3和1重量％的M2O；
其中，按照质量分数计，根据式(1)和式(2)计算得X为80重量％以上，且Y为0-0.4；
X＝wSiO2+wAl2O3 式(1)；
Y＝(wNa2O+wK2O)/(wAl2O3+wB2O3) 式(2)；
其中，wSiO2表示SiO2在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wAl2O3表示Al2O3在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wNa2O表示Na2O在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wK2O表示K2O在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wB2O3表示B2O3在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；；
第二，通过将混合液施涂到基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B上，再将基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B贴合，所述混合液是包括膨胀层和粘合剂，形成半成品；所述膨胀层是一层水化碱性硅酸盐，其含水量在48wt％之间，SiO2/M2O摩尔比在8之间，一种碱性硅酸盐，其中二氧化硅至少部分地作为平均粒径大于50nm的二氧化硅颗粒的水悬浮液引入。所述膨胀层包括平均粒径为150nm的二氧化硅颗粒。所述膨胀层中的二氧化硅的比例为60重量％，所述膨胀层的含水量为43％(按重量计)。
第三，对半成品进行精细加工，所述精细加工包括圆角处理，所述圆角的半径是3毫米，所述倒圆角的磨边机的传送速度为每分钟3米。所述基础玻璃层硼硅3.3玻璃A、基础玻璃层硼硅3.3玻璃B和膨胀层之间分别设置有粘合剂，所述粘合剂为硅烷或具有氨基酸类型官能团的硅烷。
实施例三：
一种硼硅3.3高性能单片防火薄玻璃的制备工艺，包括以下步骤：
第一，根据配比制备基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B，所述配比包括以下重量百分比的原料：74重量％的SiO2、10重量％的Al2O3、10重量％的B2O3、4重量％的Na2O、2重量％的K2O、2重量％的CaO、2重量％的BaO、1重量％的ZrO2、0.5重量％的CeO2、0.5重量％的Al2O3、2.5重量％的Fe2O3和0.5重量％的M2O；
其中，按照质量分数计，根据式(1)和式(2)计算得X为80重量％以上，且Y为0-0.4；
X＝wSiO2+wAl2O3 式(1)；
Y＝(wNa2O+wK2O)/(wAl2O3+wB2O3) 式(2)；
其中，wSiO2表示SiO2在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wAl2O3表示Al2O3在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wNa2O表示Na2O在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wK2O表示K2O在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；wB2O3表示B2O3在所述中性硼硅玻璃组合物中的质量分数；；
第二，混合膨胀层与粘合剂形成混合液基底，将所述基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B放入容器，将混合液基底倒进容器，在基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B之间浇铸，在基础玻璃层硼硅3.3玻璃A和基础玻璃层硼硅3.3玻璃B之间进行固化，形成半成品；所述膨胀层是一层水化碱性硅酸盐，其含水量在40wt％之间，SiO2/M2O摩尔比在5之间，一种碱性硅酸盐，其中二氧化硅至少部分地作为平均粒径大于50nm的二氧化硅颗粒的水悬浮液引入。所述膨胀层包括平均粒径为140mm的二氧化硅颗粒。所述膨胀层中的二氧化硅的比例为55重量％，所述膨胀层的含水量为40％(按重量计)。
第三，对半成品进行精细加工，所述精细加工包括圆角处理，所述圆角的半径是3毫米，所述倒圆角的磨边机的传送速度为每分钟3米。
所述基础玻璃层硼硅3.3玻璃A、基础玻璃层硼硅3.3玻璃B和膨胀层之间分别设置有粘合剂，所述粘合剂为硅烷或具有氨基酸类型官能团的硅烷。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。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各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
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