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隔热型复合防火玻璃之无机复合防火玻璃防火胶

作者:徐磊 等日期:2021-06-17浏览:190
导读:灌浆法是指将按比例调配好的硅酸盐溶液灌注到多层玻璃腔体中,固化成透明的硅酸盐凝胶,制得复合防火玻璃,“纳米硅”、“水晶硅”防火玻璃属于该类型。

无机复合防火玻璃的防火胶材料及结构应用现状

晾板法

在主型产品的96份无机复合防火玻璃的检验报告中,采用晾板法生产工艺的产品报告有28份,原材料以硅酸钠(水玻璃或泡花碱)为主,添加工业聚磷酸铵、氯化钠、氯化镁、尿素、硼砂、硫酸铝钾等添加剂后形成晾板液,将其浸渍或涂覆至玻璃原片表面,在恒温恒湿条件下脱去水分后形成防火胶,再通过合片液将另一玻璃原片与其粘接在一起,升温增压制得复合防火玻璃。

表1为国内部分防火玻璃企业采用晾板法生产的隔热型复合防火玻璃的产品参数。

表1为国内部分防火玻璃企业采用晾板法生产的隔热型复合防火玻璃的产品参数

该类型复合防火玻璃的特点是防火胶厚度薄、层数多,随着耐火等级的增加,防火胶的层数也随之增多。企业A/B产品结构类似,A1.00玻璃结构为四玻三胶,A1.50玻璃结构为五玻四胶,A2.00玻璃结构增厚至六玻五胶、甚至八玻七胶,具体结构参数随着胶层厚度略有调整。企业C产品结构略有特殊,其防火胶厚度均为1.4 mm,A1.00玻璃结构为6层3 mm玻璃和5层防火胶复合形成25 mm防火玻璃,A1.50玻璃结构并非直接增加胶层数量,而是通过A1.00的25 mm防火玻璃和一个16 mm防火玻璃(4层3 mm玻璃和3层防火胶)进行中空复合,相应地,A2.00玻璃结构为两个A1.00防火玻璃通过3 mm中空进行复合。就结构而言,C公司的隔热型复合防火玻璃,当其耐火等级达到A1.50以上时,采用多个低耐火等级的防火玻璃进行中空复合,这样在一定程度上会增加玻璃的厚度,但其耐火等级也是真实的叠加,甚至由于中空层的存在,耐火隔热性能会更好。这种结构设计与德国皮尔金顿的Pyrostop系列隔热型复合防火玻璃的结构是类似的。

晾板法生产的隔热型复合防火玻璃在国内应用比较早,但目前市场上的工程用量只占有很小的比例,生产厂家也比较少,且产品与皮尔金顿同类产品有较大的差距。由于其独特的生产工艺,该类型玻璃有着鲜明的优缺点。玻璃板主要采用3 mm或4 mm的非钢化玻璃,因此可以实现后期切割应用;水玻璃基防火胶材料经过在恒温恒湿条件下蒸发水分后得到的防火胶固相含量可高达70%以上,因此防火胶硬度大,抗流变能力强,加之防火胶层厚度小,几乎不会发生坠胀变形;由于防火胶的低模数和低含水量,该类型防火玻璃的耐寒性能极好,甚至可以在-50 ℃以下的低温环境下使用而不结冰;同样,由于含水量低,防火胶遇火发泡更加均匀致密,结合防火胶层的厚度小、数量多的玻璃结构,在高温下可形成多层均匀致密的泡沫层,更好的起到耐火隔热作用。众多优点加身的同时,该类型玻璃的缺点也是致命的。由于生产工艺相对复杂,生产周期长、环境要求高,生产过程控制不好极易产生气泡,即产品的外观质量和稳定性成为挑战;由于水玻璃的摊铺和凝胶过程需在极平的玻璃原片上进行,目前尚且无法采用钢化玻璃进行生产,也不能用于生产异形玻璃;该类型玻璃采用的主要原料为低模数钠水玻璃,导致防火玻璃的耐紫外线辐照性能差,无法直接用于室外。

灌浆法

灌浆法是指将按比例调配好的硅酸盐溶液灌注到四周以特制阻燃胶条密封的多层玻璃腔体中,原位反应固化成透明的硅酸盐凝胶,从而制得复合防火玻璃,目前市场上的新型“纳米硅”、“水晶硅”防火玻璃属于该类型玻璃。经统计,采用灌浆法的防火玻璃产品认证报告有68份,其中23份报告中的防火胶材料为硅酸钠,同时添加氯化镁、氯化钠、硫酸铝钾等添加剂,该类产品结构特点是均采用两层平板玻璃夹一层防火胶,且随着耐火等级的增加,防火胶层厚度不断增加,层厚最大可达46 mm,耐火等级覆盖A1.00到A3.00。该类型防火玻璃的防火胶多是以钠水玻璃为基础,通过添加固化剂的方式进行凝胶化处理而得到。由于水玻璃的含水量高,形成的防火胶强度比较低,耐火隔热性能较差。另外,单层防火胶结构覆盖了从A1.00到A3.00所有耐火等级,这种结构设计也影响了其耐火隔热效果。其余45份报告中的防火胶为采用纳米二氧化硅和碱溶液混合并原位反应生成的硅酸钾凝胶,其中国内部分防火玻璃采用灌浆法生产的隔热型复合防火玻璃产品参数如表2所示。该类型玻璃的结构特点为:A0.50玻璃结构均为两层平板玻璃夹一层防火胶;A1.00玻璃结构均为三层平板玻璃夹两层防火胶;随着耐火等级的增加,防火胶层的数量增加,或者防火胶层的厚度增加,或者两者同时增加;一般情况下,随着玻璃尺寸的增加,选用的平板玻璃的厚度也会增加;防火胶层厚度明显更厚,多为5.0~8.0 mm。

防火玻璃采用灌浆法生产的隔热型复合防火玻璃产品参数如表2所示

上述“纳米硅”系列灌浆复合防火玻璃近年来在国内得到迅猛发展,工程应用越来越多,相关技术研究也在持续跟进。灌浆法生产工艺相对简单,生产效率高,可生产曲面异形复合防火玻璃;通过对原料配方进行设计获得优异的耐紫外线辐照性能。与晾板法获得的防火胶相比,灌浆法所得防火胶的固相含量较低,一般在40%~45%, 防火胶硬度小, 抗流变能力差,加之防火胶厚度较厚,容易坠胀导致玻璃变形,玻璃尺寸越大,风险越大。同样的,由于防火胶含水量较高导致其耐寒性能较差,市场上的大多数产品仅能在-10 ℃以上使用,只有极个别产品的耐寒性能达到-30 ℃,这几乎是灌浆法制备隔热型复合防火玻璃耐寒性能的极限。特别提出的是,防火胶含水量高也会带来遇火发泡脱胶、鼓包等潜在导致耐火隔热性能失效的风险。

因此,我国在该类型防火玻璃领域尤其是防火胶的性能改进方面仍有很大的进步空间。主要在以下几个方面:

①防火胶的固相含量至少提升至45%~50%,甚至达到50%以上,防火胶的硬度将大幅度提升;

②考虑到我国气候差异较大,防火玻璃的耐寒性能根据应用场景可设置不同的等级,如-10 ℃、-20 ℃和-30 ℃;

③无论是防火胶固相含量的提升还是防火玻璃耐寒性能的提升,都要考虑到防火液的灌注效率和生产过程气泡的产生。

 

本稿资料来源:徐磊, 李要辉, 穆元春, 陈玮, 张凡, 王晋珍, 徐志伟, 祖成奎. 隔热型防火玻璃夹层材料和结构的应用现状 [J]. 玻璃, 2021, 4: 6-11.

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