一种防火耐高温的透明玻璃及其制备方法
阅读说明：本技术 一种防火耐高温的透明玻璃及其制备方法 (Fireproof high-temperature-resistant transparent glass and preparation method thereof ) 是由 郑勇民 郑勇海 程洁 于 2020-12-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及防火玻璃领域,尤其涉及一种防火耐高温的透明玻璃及其制备方法。按照重量份计,其原料包括：SiO_2 62-75份,B_2O_5 5-15份,Al_2O_3 2-10份,Fe_2O_3 0.2-1.4份,R_2O 3-17份,MO 5-14份。本发明通过提供一种防火耐高温的透明玻璃及其制备方法,解决了现有玻璃耐火性差,保护功能有限的缺点；制得的玻璃具有优异的耐火性,玻璃的热膨胀软化温度高达600℃以上。且玻璃表观均匀,无气泡、条纹、析晶等缺陷,耐磨性强,应用前景广阔。(The invention relates to the field of fireproof glass, in particular to fireproof high-temperature-resistant transparent glass and a preparation method thereof. The raw materials comprise the following components in parts by weight: SiO 2 2 62-75 parts of B 2 O 5 5-15 parts of Al 2 O 3 2-10 parts of Fe 2 O 3 0.2-1.4 parts of R 2 O3-17 parts and MO 5-14 parts. The invention provides the fireproof high-temperature-resistant transparent glass and the preparation method thereof, so that the defects of poor fire resistance and limited protection function of the conventional glass are overcome; the prepared glass has excellent fire resistance, and the thermal expansion softening temperature of the glass is as high as more than 600 ℃. The glass has uniform appearance, no defects of bubbles, stripes, crystallization and the like, strong wear resistance and wide application prospect.)
技术领域
本发明涉及防火玻璃领域，尤其涉及一种防火耐高温的透明玻璃及其制备方法。
背景技术
随着国民经济水平的不断提高，市面上各类建筑对玻璃幕墙安全性的要求也在随之提高。普通幕墙玻璃均不耐火，普通浮法玻璃遇火破裂损坏时间仅为1分钟，钢化玻璃仅为5分钟，而在由框架、密封胶条、玻璃共同组成的幕墙构造体系中，玻璃在250℃左右即会炸裂，当幕墙玻璃炸裂掉落后，火焰将从幕墙外侧窜跃到上层墙面烧裂上层玻璃幕墙后窜入上层室内，防火玻璃作为建筑安全和防护新材料，关系到人们的生命财产安全。我国《高层民用建筑设计防火规范》和《玻璃幕墙工程技术规范》明确规定高层建筑部分外围护必须具备防火玻璃。防火玻璃作为一种高端建筑玻璃，除了具有普通玻璃的性能外，还需要具备隔烟、隔热、控制火势蔓延等功能，能够防止火灾透过隔断和外墙波及到建筑物的其他区域，保障人们的生命安全和减少财产损失。
按照结构可以将防火玻璃划分为复合防火玻璃和单片防火玻璃。复合防火玻璃采用三明治式结构，在两层或多层玻璃间加入透明防火胶，遇火后胶层发泡碰撞将火焰和热量阻隔，达到保护背火面的人身财产安全。复合防火玻璃耐火性稳定，但是耐水性、耐候性差，紫外线照射下易起气泡、发白和脱胶等，产品厚重，使用寿命低于单片防火玻璃。单片防火玻璃具有原料来源丰富、生产工艺简单等优点，在市场中占据着重要的份额，但由于原片玻璃可能存在的缺陷(结石、划伤等)以及强化过程中可能出现的应力不均或应力集中等工艺因素，产品质量的稳定性和一贯性难以保证，这些性能限制了单片防火玻璃的应用。
基于此，制备一种耐火性强、稳定耐用的透明玻璃成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明通过提供一种防火耐高温的透明玻璃及其制备方法，解决了现有玻璃耐火性差，保护功能有限的缺点；制得的玻璃具有优异的耐火性，且玻璃表观均匀，无气泡、条纹、析晶等缺陷，应用前景广阔。
本发明第一方面提供了一种防火耐高温的透明玻璃。按照重量份计，其原料包括：SiO2 62-75份，B2O5 5-15份，Al2O3 2-10份，Fe2O3 0.2-1.4份，R2O 3-17份，MO 5-14份。
在一种优选的实施方式中，所述玻璃的原料还包括澄清剂1-5份。
在一种优选的实施方式中，所述R2O包括Na2O，K2O，Li2O中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述MO包括MgO、CaO、BaO中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述澄清剂包括La2O3，Y2O3，CeO2，NaCl中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述澄清剂包括La2O3，Y2O3，NaCl中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述SiO2，B2O5和Al2O3的重量比为(10-24)：(3-9)：1。
在一种优选的实施方式中，所述SiO2的粒径为100-400目。
本发明第二方面提供了一种防火耐高温的透明玻璃的制备方法，具体制备步骤包括：
按照配方量，将上述原料加入铂金坩埚中，熔融成玻璃液，用铂金管以0.5-3L/min的流量向所述玻璃液底部通入氧气15-54min；然后静置0.5-2h，使用框式铂金搅拌器以20-100rpm的转速搅拌所述玻璃液1.5-4h，降温，成形，退火，物理抛光，即得玻璃成品。
在一种优选的实施方式中，所述熔融的温度为1440-1580℃。
有益效果：
本发明通过提供一种防火耐高温的透明玻璃及其制备方法，解决了现有玻璃耐火性差，保护功能有限的缺点；制得的玻璃具有优异的耐火性，玻璃的热膨胀软化温度高达600℃以上。且玻璃表观均匀，无气泡、条纹、析晶等缺陷，耐磨性强，应用前景广阔。
具体实施方式
结合以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可进一步地理解本发明的内容。除非另有说明，本文中使用的所有技术及科学术语均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本申请中提供的任何定义不一致，则以本申请中提供的术语定义为准。
在本文中使用的，除非上下文中明确地另有指示，否则没有限定单复数形式的特征也意在包括复数形式的特征。还应理解的是，如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义，“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示所陈述的组合物、步骤、方法、制品或装置，但不排除存在或添加一个或多个其它组合物、步骤、方法、制品或装置。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。除此之外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。另外，如果没有其它说明，本发明所用原料都是可为市售的。
为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种防火耐高温的透明玻璃。按照重量份计，其原料包括：SiO2 62-75份，B2O5 5-15份，Al2O3 2-10份，Fe2O3 0.2-1.4份，R2O 3-17份，MO 5-14份。
在一些优选的实施方式中，所述玻璃的原料还包括澄清剂1-5份。
本发明在制备玻璃时加入澄清剂，同时在SiO2、B2O5、Al2O3的共同作用下，促进了高温熔融玻璃原料的过程中，所产生的气体或脱离玻璃表面或被玻璃液吸收，显著抑制了玻璃成品中的留存气泡。
在一些优选的实施方式中，所述R2O包括Na2O，K2O，Li2O中的至少一种。
在一些优选的实施方式中，所述MO包括MgO、CaO、BaO中的至少一种。
在一些优选的实施方式中，所述澄清剂包括La2O3，Y2O3，CeO2，NaCl中的至少一种。
在一些优选的实施方式中，所述澄清剂包括La2O3，Y2O3，NaCl中的至少一种。
申请人进一步发现，选择稀土金属氧化物和NaCl作为澄清剂配伍作用，可提升玻璃的热膨胀软化温度；进一步选择澄清剂为La2O3，Y2O3和NaCl，能够将玻璃的热膨胀软化温度提升至600℃以上。这可能是稀土离子与NaCl分散在网络空隙中，有效降低了玻璃的自由体积分数，玻璃的网络单元倾向于更加紧密的聚合结构。
在一些优选的实施方式中，所述SiO2，B2O5和Al2O3的重量比为(10-24)：(3-9)：1。
在一些优选的实施方式中，所述SiO2的粒径为100-400目。
申请人还发现，SiO2，B2O5和Al2O3的重量比为(10-24)：(3-9)：1时，进一步提升了玻璃成品的表观形态，制品无气泡、条纹或析晶缺陷。进一步优选，二氧化硅的粒径为100-400目，进一步提升了玻璃表面的光学均匀性。猜测是重量比为(10-24)：(3-9)：1的SiO2，B2O5和Al2O3形成均匀一致的熔体骨架，与R2O、澄清剂等修饰剂的耦合作用强，抑制了玻璃微区分相的趋向性，特定粒径的二氧化硅进一步优化了体系三维结构的完整度，抑制了硼的挥发逸散，达到无气泡、条纹、析晶等缺陷的效果。
本发明第二方面提供了一种防火耐高温的透明玻璃的制备方法，具体制备步骤包括：
按照配方量，将上述原料加入铂金坩埚中，熔融成玻璃液，用铂金管以0.5-3L/min的流量向所述玻璃液底部通入氧气15-54min；然后静置0.5-2h，使用框式铂金搅拌器以20-100rpm的转速搅拌所述玻璃液1.5-4h，降温，成形，退火，物理抛光，即得玻璃成品。
在一些优选的实施方式中，所述熔融的温度为1440-1580℃。
本发明同时意外发现，当铂金坩埚在1440-1580℃条件下将原料熔融，制得的玻璃的耐磨性提升，可能是该温度下玻璃液的流动能力强，，得到的玻璃成品均匀紧密，晶界分布纹路曲折，有利于分散材料内部的应力集中，提升了玻璃表面的耐磨性。
实施例
实施例1.
本实施例提供了一种防火耐高温的透明玻璃，按照重量份计，其原料包括：SiO269份，B2O5 17.5份，Al2O3 4份，Fe2O3 0.8份，R2O 13份，MO 8份，澄清剂3份。
所述R2O为Na2O和Li2O，Na2O和Li2O的重量比为2：3。
所述MO为MgO和CaO，
所述澄清剂为La2O3，Y2O3和NaCl，La2O3，Y2O3和NaCl的重量比为3：1：6。
所述SiO2的粒径为200目，购买自青岛邦凯分离材料有限公司。
所述玻璃的制备步骤包括：
按照配方量，将上述原料加入铂金坩埚中，熔融成玻璃液，用铂金管以2L/min的流量向所述玻璃液底部通入氧气40min；然后静置1h，使用框式铂金搅拌器以80rpm的转速搅拌所述玻璃液3h，降温，成形，退火，物理抛光，即得玻璃成品。
所述熔融的温度为1500℃。
实施例2.
一种防火耐高温的透明玻璃，具体实施方式同实施例1。不同点在于，未加入澄清剂。
实施例3.
一种防火耐高温的透明玻璃，具体实施方式同实施例1。不同点在于，所述澄清剂为La2O3，和NaCl，La2O3和NaCl的重量比为1：1。
实施例4.
一种防火耐高温的透明玻璃，具体实施方式同实施例1。不同点在于，所述Al2O3的重量份为10份。
实施例5.
一种防火耐高温的透明玻璃，具体实施方式同实施例1。不同点在于，所述SiO2的粒径为50目，购买自东海县富彩矿物制品有限公司。
实施例6.
一种防火耐高温的透明玻璃，具体实施方式同实施例1。不同点在于，熔融温度为1400℃。
性能测试方法
表观评价：
采用光学显微镜和放大镜(×3)，观察玻璃试样的气泡、条纹、析晶现象，并进行打分。评价等级从0(无气泡、条纹、析晶现象)-5(有气泡、条纹、析晶现象)。
热膨胀软化温度：
采用德国Netzsch公司生产的DIL402C型热膨胀仪测定制得的玻璃试样的热膨胀软化温度。
耐磨性：
采用钢丝软布大力摩擦玻璃试样表面50次，对磨耗后玻璃试样的表面情况进行评级。评价等级从A(完整如初)-D(有明显划痕)
性能测试数据
表1.实施例1-6的性能测试结果
表观评价
热膨胀软化温度℃
耐磨性
实施例1
0
612
A
实施例2
3
569
B
实施例3
2
583
C
实施例4
4
576
B
实施例5
3
582
D
实施例6
3
586
C
最后指出，前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。