單片浮法防火玻璃的研制

   引言：

   

    單片浮法防火玻璃由于具有浮法玻璃的一些優良性能，諸如玻璃平整度高、透過率高、大規格、成品率高等優點而廣泛應用于高等建筑物的玻璃門、屏風、隔斷墻、窗戶等。國外一些大的玻璃公司都有專門的浮法線用于生產平板防火玻璃。隨著我國加入WTO及經濟的快速發展，國家的一些要點建筑物，如奧運場館、大劇院、高等賓館、歌舞廳等公共場所，必然需要這些高等的防火玻璃，因而該產品具有廣闊的市場前景和可觀的經濟效益。

   

    一、研制機理

   

    1、根據浮法玻璃成份所要求Na-Ca-Si系列玻璃組合物的成份范圍，即高鈣、中鎂、低鋁、微鐵的浮法成份范圍，并且玻璃在104～108p粘度范圍內的溫度區段窄，這種料性短的玻璃成份適合于浮法工藝高速拉制情況。我們根據浮法玻璃成份的這一基本原理，選擇了與這一成份要求相吻合的Na-Ca-Si系列玻璃成份進行研究。并且滿足玻璃的粘度時㏒η=2時，熔化溫度1500℃左右，并且滿足玻璃的粘度㏒η=3.5時溫度與玻璃的析晶溫度之差大于50℃，根據這一原理，就可以按浮法工藝生產玻璃板，而玻璃析晶的危險性很小。

   

    2、鋯化物在玻璃中的作用：

   

    玻璃中引入鋯化物，主要是為了替代一部分Al2O3，因為玻璃中過多的Al2O3可能引起高溫下玻璃的粘度過大，玻璃難于熔化和澄清，Zr4+在玻璃中屬于網絡形成體，與O結合形成立方體[ZrO3]配位，Zr的非常大特點能顯著提高玻璃的耐堿性和應變點溫度，降低玻璃的膨脹系數。

   

    3、鍶化物在玻璃中的作用：

   

    碳酸鍶屬于二價堿土金屬氧化物，在配方中引入碳酸鍶主要是彌補配方中鉀鈉含量較小而造成玻璃的粘度過大，這種氧化物具有降低玻璃的粘度，而不降低其應變點的特性，但這兩種氧化物具有降低玻璃的粘度，而不降低其應變點的特性。Sr2+在元素周期表里排在Ca2+、Mg2+的后面，因而Sr2+的助熔性比Ca2+、Mg2+要強。

   

    二、研制試驗過程

   

    1、主要試驗設備：

   

    ⑴高溫熔化爐：

   

    型號：ＧＭＥ-16-16

   

    功率：21KW

   

    ⑵退火爐：

   

    型號：Ｓ×2 -10-12 Ｓ×2-8-10

   

    較高使用溫度：200℃ 1000℃

   

    ⑶稱量設備：

   

    萬分之一準確天平一臺，型號：ＴＧ328Ａ

   

    托盤天平兩臺：感量0.1克

   

    ⑷測試系統：

   

    型號：DT-30

   

    升溫速率：＋5℃/min

   

    ⑸試樣加工設備：

   

    ＳＰＴ-300型金剛石切割機一臺

   

    ＳＭＳ-250型臺式磨片機一臺

   

    Ｍ4032型自動拋光機一臺

   

    2、試驗方法：

   

    ⑴稱量及混合：

   

    基礎料用托盤天平稱量300克，用分析天平稱量澄清劑用量，稱好后將二者放入瓷盤混合，攪拌均勻。

   

    ⑵熔制樣品：

   

    熔制使用ＧＭＥ-16-16高溫電爐，先將坩堝置于電爐中，待溫度升至1380～1420℃時分兩次加料，加料間隔時間50分鐘，將溫度升至1485～1560℃，保溫2.5小時，出爐澆鑄。

   

    ⑶成型及退火：

   

    將熔制好的玻璃澆鑄成70×70×8mm的熔塊，待定型后迅速置于600℃～800℃的退火爐中退火，退火采用Ｓ×2-10×12，Ｓ×8-10箱式電阻爐，溫度曲線由可控硅調壓器控制。

   

    ⑷試樣制備：

   

    退火后的玻璃熔塊，用切片機切成50×50mm左右的小塊，磨薄至5.2mm，拋光，即可用于觀察和測試。

   

    ⑸樣品測試：

   

    制好的試樣用型號：DT-30測試系統以＋5℃/min的升溫速率測100℃～400℃的膨脹系數，樣品的轉變溫度、軟化點等。

   

    三、玻璃成分及澄清劑的研究

   

    1、防火玻璃配方的確定：

   

    ⑴首先采用各氧化物的分析純作引入的原料，熔化好玻璃，測其性能，基本確定各氧化物的引入量。

   

    ⑵采用單因素實驗法，確定不同氧化物的引入量對玻璃性能的影響，優選配方里各氧化物的含量。

   

    ⑶澄清劑的確定：通過分別采用不同的澄清劑及用量帶入到較佳的配方里，觀察其氣泡情況。確定較佳的澄清劑及用量。

   

    ⑷采用我公司現有生產線所用的大料，帶入配方，進行熔化、澆筑、退火、磨片、拋光，制成玻璃樣品，做膨脹系數、轉變點、軟化點等性能的測定，確定較終的防火玻璃配方。

   

    2、防火玻璃配方：

   

    四、試驗結果與討論

   

    1、配方調整試驗：

   

    在我們所研制的防火玻璃配方中，為了達到玻璃具有較高的軟化點和較長的耐火時間，配方中的助熔劑K、Na含量較少，大約在12%左右，對浮法玻璃的熔化、澄清、成型及退火等工藝有非常大影響，我們經過多次的配方調整試驗，使配方的主要性能指標與國外的同類產品非常接近。

   

    2、粘度分析：

   

    由圖可見：防火玻璃與常規浮法玻璃的粘度相差非常大，防火玻璃具有較高的粘度，而這正是保證了防火玻璃具有較高的軟化點和較長耐火時間。

   

    3、析晶性能的測定：

   

    ⑴防火玻璃與白玻析晶溫度比較：

   

    白玻玻璃的析晶起始溫度：1015℃

   

    防火玻璃的析晶起始溫度：1040℃

   

    ⑵防火玻璃的析晶起始溫度與它進入錫槽時的溫度（即logη=3.5對應的溫度）比較：

   

    logη=3.5對應的溫度為1150℃

   

    防火玻璃的析晶起始溫度1040℃

   

    防火玻璃的析晶溫度與白玻的析晶溫度比較接近，而且防火玻璃的析晶起始溫度小于進入錫槽時的溫度（即logη=3.5對應的溫度），因此生產過程中玻璃不會析晶。

   

    4、防火玻璃與白玻膨脹系數及軟化點比較

   

    由上表可見防火玻璃的膨脹系數比白玻小的多，這保證防火玻璃具有較好的熱穩定性和耐急冷急熱性，而較高的轉變溫度、軟化溫度保證了防火玻璃具有較長的耐火時間。

   

    五、結論

   

    1、通過實驗室的研制，樣品玻璃的膨脹系數達到了α≤80×10-7/℃，軟化點≥800℃的指標要求。

   

    2、此種玻璃在國內屬研制出的產品，具有非常大的經濟和社會效益。