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防火玻璃的制造技术与产业化发展现状

随着国家建筑消防法规的逐渐完善,高层建筑、轨道交通、船舶等防火安全部位强制安装防火玻璃已经实现制度化。复合防火玻璃作为安全玻璃中的一员,可以使逃生和救援人员免遭热辐射伤害,并降低火灾的破坏性。
推倒围墙,让科技成果转化更畅快,对接更彻底,截至2018年11月30日,“十三五”国家重点研发计划专项课题“复合防火玻璃制造技术与产业化示范”的研发时间已经过半,中国建筑材料科学研究总院有限公司(以下简称中国建材总院)和国内19家玻璃深加工企业签订技术服务协议,为后者提供高性能防火溶液,并指导复合防火玻璃的工业化生产,成为化解当地玻璃深加工产业“高能耗、低附加值”等弊端的利器。这一数字远远超过当时课题立项时所设定的2家企业实现产业化落地示范的目标。

2018年7月,在中国建材联合会组织的科技成果鉴定会上,对项目中的核心技术内容“K2O·nSiO2基材工业化制备新技术在高性能复合防火玻璃应用与产业化示范”,专家组一致认为:整体技术达到先进水平,其中超薄型防火胶片制造技术达到领先水平。过去一年,“复合防火玻璃制造技术与产业化示范”研发又往前推进了不少工作。

复合防火玻璃制造技术与产业化示范项目研发历程

作为安全玻璃中的一员,复合防火玻璃由两层或两层以上的玻璃中间夹以透明的防火中间层材料组成,在遇火灾时,防火层会迅速发泡膨胀形成绝热的耐火隔热泡沫层,吸收大量热量,起到控制火势蔓延、隔烟和隔热等作用,可使逃生和救援人员免遭热辐射伤害,此外它能黏结破碎的玻璃片,保持防火玻璃的完整性使之不会伤及人。

从2017年6月到2018年5月,经过一年的努力,中国建材总院玻璃科学研究院已相继研发成功0.9毫米、0.8毫米、0.7毫米厚的防火中间层。

但科研人员在深入研究中发现,其实对耐火窗来说,仅需要完整性就可防止明火烧进屋子引起灾难。如果能保证耐火窗用玻璃整体均匀受热,即使是普通钢化玻璃也可以满足耐火窗的使用要求。

显然,火灾发生时,室外的火苗不会均匀地缓慢加热玻璃,急速温度变化会导致玻璃因应力不均发生炸裂。

研发的新型防火中间层材料遇火后,会迅速发泡膨胀,膨胀比超过30倍,也就是说,当1000℃以上的明火烧蚀1毫米厚的防火中间层材料时,会迅速生成30毫米的膨胀隔绝层。虽然普遍采用的1毫米厚的防火中间层可以解决问题,但过于奢侈。“考虑到玻璃正常钢化的均匀性,其实玻璃表面0.2毫米厚的防火层就能满足耐火窗的使用要求。”中国建材总院玻璃院穆元春博士说。
之前团队其实也曾做过相关尝试。

即使灌注纯净水,也会因为表面张力迟滞灌注速度。本项目所研发的新型防火液,虽然粘度较低,但要灌注厚度在0.5毫米以下的腔体,难度实在太大,加上是大尺寸复合防火玻璃,灌注更加困难,加上时间较长,会导致体系不断反应固化,粘度逐步上升,从而影响静置排泡的工艺。为此团队借助已经研发出的高模数、高固含、低粘度K2O·nSiO2基防火液,通过对原有工艺进行适当的优化改进,制备出新型高模数K2O·nSiO2基防火胶片及其平板式、曲面式复合防火玻璃。

由于整个过程是一个液态与气态进行转换的静态和动力平衡,需要在特定的温度、湿度下进行:温度提供了水分蒸发的能量,使溶液中的水分蒸发到环境中;湿度抑制溶液中的水分过快蒸发,防止溶液表层由于过快失水硬化,影响溶液内部水分蒸发,因此温度、湿度是影响溶液水分蒸发速度和胶层质量的关键因素。在新型复合防火胶片的制备过程中,项目组采取了变温变湿分步法,制备K2O·nSiO2基无机防火胶片,不但消除了褶皱、微泡,防火胶片的生产时间也明显缩短到5小时以内,制备出1500毫米×800毫米×0.5毫米的无机防火胶片基体,再利用模具,压出一定深度、宽度的贯通式纹路,用于复合防火玻璃层合时,作为导气通道使用。
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