隔熱型防火玻璃夾層材料和結構的應用現(xiàn)狀

崔建強 邱鑫 熊柯 唐欣雨 翟福強

摘要：本文重點對國內外隔熱性防火玻璃夾層材料及結構應用進行了分析和探討，對目前常見的集中隔熱性防火玻璃展開詳細分析，了解其特征和優(yōu)勢，以期為日后生產和應用提供可靠的依據(jù)和支持。

關鍵詞：隔熱型防火玻璃;夾層材料;結構應用

復合防火玻璃是目前公認的隔熱型防火玻璃，也是較常使用的新型隔熱防火玻璃，性能和利用價值不言而喻。本文就通過國內外資料的對比分析，對隔熱性防火玻璃實行進一步了解和掌握，積累足夠經驗和資料，進而為日后材料生產及性能提升提供助力。

1國內隔熱型復合防火玻璃的防火膠材料和結構

1.1有機復合隔熱型防火玻璃夾層材料與結構應用現(xiàn)狀

有機復合隔熱型防火玻璃的夾層材料以防火膠材料為主，主要成分包括丙烯酰胺、亞甲基雙丙烯酰胺、硫酸鋁鉀、氯化鎂、氯化鈉、過硫酸銨這幾種。這些元素決定了該玻璃具有成本低廉、生產工藝簡單等優(yōu)勢特征，但其中存在的問題也較為顯著：

首先，丙烯酰胺、亞甲基雙丙烯酰胺這兩個元素在應用中會產生反應，使得生產出的產品呈現(xiàn)果凍型特征，內部含水量較高，強度不足，很難抵擋外界壓力，容易出現(xiàn)收縮或變形問題。

其次，防火玻璃一直都是采用兩玻一膠的方式制作的，在防火等級提高、防火層厚度日益增加的當下，很難確保內部夾層材料的穩(wěn)固性，進而增加了玻璃脹裂的可能。

在了解有機復合隔熱型防火玻璃結構應用現(xiàn)狀時，選取現(xiàn)有的263份調查檢驗報告作為參考對象，發(fā)現(xiàn)其中有181個產品可應用于室內，只有82個產品能夠應用在室外。結合室外應用情況分析可知，該類型玻璃在預防紫外線照射上的效果普遍不理想，隨著使用時間的延長，夾層內的凝膠材料會出現(xiàn)嚴重的老化、開裂、發(fā)烏等現(xiàn)象。綜上所述，有機復合隔熱型防火玻璃因其價格低廉，性價比高，在國內市場占比較大，但相應的帶來的性能上的問題也是不容忽視的。在使用丙烯酰胺材料時會產生污染，對生態(tài)環(huán)境構成了威脅。

1.2無機復合隔熱型防火玻璃夾層材料與結構應用現(xiàn)狀

1）晾板法

晾板法是無機復合隔熱玻璃制作中常見的工藝手法，原材料主要以硅酸鈉為主，之后添加適量添加劑，如聚磷酸銨、氯化鈉、氯化鎂、尿素、硼砂、硫酸鋁鉀等生成晾板液，涂抹在玻璃原片表層，再采取恒溫脫水方式形成防火膠，提升玻璃隔熱防火性能。該類型玻璃優(yōu)勢在于層數(shù)多、防火厚度大、防火等級高。目前對于無機復合隔熱型防火玻璃的劃分會按照層數(shù)、防火膠厚度進行。按照層數(shù)劃分有四玻三膠、五玻四膠、六玻五膠、八玻七膠等形態(tài);按照防火膠厚度劃分有1.4毫米、3毫米、16毫米、25毫米這幾種。對于后兩種厚度較大的玻璃結構，多是采取中空復合的方式完成制作的，耐火等級、隔熱性明顯高于其他類型的玻璃結構。

晾板法生產的隔熱型復合防火玻璃在我國的發(fā)展時間較早，但在市面上的應用卻相對較少，這與其獨特的生產工藝有著直接聯(lián)系。該類型玻璃優(yōu)勢為：在制作中，玻璃板會選擇厚度在3-4毫米的非鋼化性玻璃，切割作業(yè)較為方便;防火膠材料因為是在恒溫狀態(tài)下通過蒸發(fā)凝固的方式實現(xiàn)的，膠固效果可達到70%以上，玻璃具有較好的抵抗性，減少脹裂變形問題的產生;防火膠自身低含水量和低模數(shù)的特征，可增強玻璃耐寒性，即使是在零下50攝氏度的溫度下，也能夠保證結構不出現(xiàn)結冰現(xiàn)象;含水量低，在遇到明火時不會出現(xiàn)明顯的流動情況，保證了夾層的密封效果，延長了使用壽命。

除眾多優(yōu)點外，該類型玻璃也存在較大劣勢，如制作工藝更加復雜，生產周期有所延長，對生產環(huán)境及溫度有著較高要求。另外，由于水玻璃的攤鋪和凝膠過程需在極平的玻璃原片上進行，目前尚且無法采用鋼化玻璃予以生產，也不能用于生產異形玻璃;該類型玻璃采用的主要原料為低模數(shù)鈉水玻璃，防火玻璃的耐紫外線輻照性能差，無法直接用于室外。

2）灌漿法

灌漿法是將科學配比調配好的硅酸鹽溶液灌入到多層玻璃腔體中，值得注意的是，灌注的多層玻璃腔體要利用特制的阻燃膠條對其四周實施密封處理，改善漿液在內部的凝固效果。灌漿法制作的復合型防火玻璃以納米硅和水景硅這兩種為主。該類型玻璃夾層中選用的防火膠材料仍以硅酸鈉為主，制作中添加適量的氯化鎂、氯化鈉、硫酸鋁鉀等元素，提高防火等級。同時因防火膠厚度的不同，防火等級也會存在一定差異。該類型防火玻璃的防火膠多是以鈉水玻璃為基礎，采取添加固化劑的方式處理凝膠化而得到。

由于水玻璃的含水量高，形成的防火膠強度較低，耐火隔熱性能較差。其中單層防火膠的耐火和隔熱性能最差。近幾年隨著技術的發(fā)展，灌漿法制成的復合型防火玻璃還有采用納米二氧化硅和堿溶液混合材料作為防火膠的結構類型，特點在于防火膠層數(shù)及耐火等級有所提升，結構以兩層或三層平板玻璃中夾防火膠為主，防火膠的厚度可控制在5-8毫米左右。

此外，灌漿法生產出的玻璃材料，制作工藝簡單，曲面處理到位，結構外形良好，且防紫外線照射能力較強。但與晾板法相比，該方法生產的玻璃在抵抗性能及防火膠的硬度上明顯低于前者，且由于防火膠厚度較大，玻璃尺寸會有所增大，存在變形的可能性上升。同樣的，由于防火膠含水量較高導致玻璃耐寒性能較差，市場上的大多數(shù)產品僅能在零下10攝氏度以上使用，只有極個別產品的耐寒性能達到零下30攝氏度，這幾乎是灌漿法制備隔熱型復合防火玻璃耐寒性能的極限。需特別注意的是，防火膠含水量越高，越可能引發(fā)脫膠、氣泡、鼓包等問題，降低玻璃防火隔熱性能。

2國外無機復合防火玻璃設計理念

當前國內經?？吹降倪M口無機復合防火玻璃種類有兩種，一是英國的Pyrostop系列產品，二是圣戈班旗下的Contraflam產品。前者制作工藝選用晾板法，后者制作工藝采用的是灌漿法。這兩款玻璃的耐火等級在A0.50-A3.00不等。以Contraflam產品來說，不同耐火等級的玻璃結構各不相同。A0.50耐火等級的玻璃是由三層平板玻璃中間夾梁層防火膠構成的;A1.00耐火等級的玻璃則采用四層三膠的方式制成;A1.50耐火等級的玻璃采用五層四膠結構?？梢钥闯鲭S著耐火等級的增加，層數(shù)增多，當耐火等級達到A2.00以上后，則采用中空復合方式制作而成。其是將兩塊耐火等級A1.00的隔熱型復合防火玻璃通過一個6毫米的中空進行復合。而耐火等級達到A3.00時，則是兩塊耐火等級A0.50的玻璃和一塊耐火等級A1.00的玻璃形成雙中空結構。

同國內現(xiàn)有的復合型防火玻璃相比，Contraflam產品特點在于：相同耐火等級條件下，防火膠層數(shù)的增多，厚度會有所降低;在耐火等級達到A2.00后，制作工藝發(fā)生改變，以優(yōu)化玻璃結構性能;玻璃尺寸會因結構的不同而發(fā)生改變，在設計中需充分考慮這點，維持玻璃選用合理性。雖然防火膠厚度的增加，會提升玻璃防火隔熱效果，但相應的玻璃尺寸也會增加，這時可能會影響到建筑外觀。所以在選擇中，需從多方面考量，維護建筑安全性。國外對于防火玻璃性能要求嚴格，在設計中，會重點考慮性能特點，之后再考慮美觀性和經濟性。而本國設計更趨向于經濟性和美觀性的體現(xiàn)。為了提高本國建筑質量，應借鑒國外現(xiàn)有資料和經驗，轉變設計理念，增加防火玻璃應用率。

3結語

希望本文的論述可以使專業(yè)人員對隔熱型防火玻璃夾層材料和結構有進一步了解，進而更為全面的掌握該類型材料制作方法及應用現(xiàn)狀，并在日后設計和使用中，革新經驗技術，優(yōu)化玻璃性能，以降低危險系數(shù)。

致謝：

（1）重慶機器人與智能制造領域技術創(chuàng)新成果產業(yè)化公共服務平臺（2019-00900-1-1）項目資助;（2）重慶市教委科學技術研究項目（KJQN201901348）資助，（3）“成渝地區(qū)雙城經濟圈建設”科技創(chuàng)新項目（KJCX2020048）資助;（4）重慶文理學院引進人才項目（R2019FXC06）資助。

參考文獻：

[1]丁敏.防火玻璃在當前建筑工程應用中存在的問題分析[J].科技創(chuàng)新導報，2019（17）.

重慶文理學院材料科學與工程學院 重慶 402160