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玻璃增强研究技术及展望

来源:中国建筑玻璃与工业玻璃网  作者:*  日期:2014-5-26
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  玻璃因透光性能好,性能稳定而被广泛应用于建筑、交通、电子及航空航天领域。强度是衡量玻璃结构件的重要指标之一。强度是指材料抵抗破坏或失效的能力。从力学角度分析,强度是指材料在一定载荷作用下发生破坏时的最大应力值。对于脆性材料,断裂强度最能反映它的力学性能。

  处理后的玻璃表面极为脆弱,Roach指出附着在玻璃表面的不溶颗粒损伤玻璃表面,造成玻璃强度的下降。另外,很容易受到外界环境的侵蚀,表面硬度降低,强度不能有效保持。因此,单纯酸腐蚀不能有效提高玻璃的强度,必须与其它增强方法结合在一起才能达到效果。

  由于酸处理过程中氢氟酸的挥发,对环境易造成污染,所以酸洗槽上装一个特殊的塑料保护罩,用气封法防止氢氟酸的挥发,放玻璃时另设特殊的抽风装置,将挥发的氢氟酸抽走。

  虽然氢氟酸可以暂时提高玻璃的强度,但因其对环境的污染及操作人员的健康危害,废液回收的困难以及设备侵蚀等问题不易解决,尚未大规模连续生产。

  1.2.4 表面涂层

  为了降低增强玻璃的成本,人们采用表面涂层的方法提高玻璃的强度。表面涂层不但易于涂覆,而且能提高玻璃的力学性能和光学性能。

  近年来,研究人员相续报导了不同的涂层材料。醇盐分解涂层,溶胶-凝胶涂层,有机-无机复合涂层及环氧树脂(词条“环氧树脂”由行业大百科提供)涂层都可以提高玻璃的强度。为了增加涂层的稳定性,人们开发了有机硅涂层。虽然这些涂层的模量不一样,甚至相差两个数量级,但是它们对玻璃的增强效果基本相似。

  不同于在玻璃表面涂覆涂层,Arkema发明了一种边缘增强技术,即只在玻璃边部采用涂层。边缘增强效果很好主要是因为大部分的玻璃制品在加工时产生边部裂纹,而面上的损伤比较小。尽管边缘增强技术可以提高玻璃强度,但是,还有一些问题存在。如,不能适用于玻璃厚度大于4 mm的构件,主要因为玻璃厚度增加,涂层与玻璃边部的粘接力降低。

  涂层可以有效地提高玻璃强度,特别是与氢氟酸腐蚀结合起来,可以达到1000MPa以上。但是必须要考虑的是涂层的抗划伤及抗外界环境的侵蚀能力。因为作为玻璃结构件,涂层自身的强度也是考虑的问题之一。

  3 展望

  以上总结了几种提高玻璃强度的方法,每种方法都有自己的优缺点。但是,随着应用需求的发展,现有的技术必须改进以获得更高的强度及稳定性。针对研究中遇到的问题,笔者认为以下增强技术将成为今后几年玻璃研发人员及玻璃生产厂商应该主攻的方向。

  (1)物理钢化作为比较老的增强技术,物理钢化不能处理3 mm以下的玻璃及异形件一直是牵制其发展的原因之一,要突破现有的技术需要花很大的精力。目前主要集中在生产过程中的自动化控制及装备的完善方面。还有,要精确控制处理工艺必须有良好的模型基础。

  (2)ESP玻璃因其优异的力学性能有着广泛的应用前景。强度的稳定性给工艺制造及工程设计带来了不少好处。国外对ESP玻璃已经做了深入的研究,并且打算应用于高层建筑幕墙安全玻璃领域。但是,国内只有少数研究所在致力于这个课题攻关,新技术的开发及掌握需要相关研究人员的共同努力。ESP玻璃的推广将成为今后化学钢化玻璃发展的重点。

  (3)由于氢氟酸腐蚀对环境造成污染,必须开发出新型的玻璃腐蚀方法,如高温腐蚀。即在玻璃化学钢化过程中,采用高温熔盐腐蚀玻璃的方法。如果取代成功,这将使玻璃腐蚀工艺与化学钢化有机结合在一起,更为有效地提高玻璃的强度。

  (4)随着高档轿车,高速列车,飞机等的发展和研制,对玻璃风挡强度的使用要求也越来越高。现有的增强技术无法满足玻璃增强要求。因此,综合其它传统增强方法获取高强度玻璃,即将各种传统方法有机的结合起来,发挥各自的长处,充分提高玻璃的实际强度。【完】

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