專(zhuān)利名稱(chēng)：一種玻璃綜合增強(qiáng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明闡述一種能夠大幅度提高玻璃彎曲強(qiáng)度的增強(qiáng)方法，它的特征是采用化學(xué)鋼化、化學(xué)腐蝕和涂層保護(hù)相結(jié)合的綜合途徑，來(lái)增強(qiáng)玻璃的韌性和強(qiáng)度。
普通平板玻璃實(shí)際強(qiáng)度只有50～80Mpa左右，而玻璃的理論強(qiáng)度可達(dá)到10000～20000Mpa。這之間2～3個(gè)數(shù)量級(jí)的巨大差異，主要是由于玻璃內(nèi)、外部的缺陷造成的，其中表面缺陷特別是裂紋的影響更為顯著。目前，玻璃增強(qiáng)主要采取在表面造成壓縮應(yīng)力層的方法，如風(fēng)鋼化、液體鋼化、固體微粒鋼化、化學(xué)鋼化等，已取得廣泛的實(shí)際應(yīng)用。表面壓應(yīng)力增強(qiáng)方法的局限在于表層產(chǎn)生壓縮應(yīng)力的同時(shí)，在玻璃內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的與之平衡的張應(yīng)力，因而，引入的壓應(yīng)力值不能過(guò)高，增強(qiáng)效果受到限制。依據(jù)工藝方法的不同，玻璃彎曲強(qiáng)度一般可提高到150～450MPa之間；化學(xué)腐蝕也是玻璃增強(qiáng)的一種方法，它是通過(guò)化學(xué)處理，去除玻璃表面缺陷層，使表面趨于“無(wú)缺陷”的理想狀態(tài)，從而恢復(fù)玻璃固有的高強(qiáng)度。化學(xué)腐蝕存在的主要問(wèn)題，一是腐蝕過(guò)程經(jīng)常引起玻璃表面光學(xué)性能的降低；二是恢復(fù)的強(qiáng)度不能持久，衰減十分嚴(yán)重。
為提高玻璃強(qiáng)度，前人在綜合增強(qiáng)方面做過(guò)一些探索。US3287200，采用風(fēng)鋼化結(jié)合化學(xué)鋼化的方式。風(fēng)鋼化形成的壓縮應(yīng)力層厚但表面應(yīng)力小；化學(xué)鋼化的表面應(yīng)力層薄但表面應(yīng)力大。該專(zhuān)利希望能夠綜合兩種鋼化增強(qiáng)方法的優(yōu)點(diǎn)，形成表面應(yīng)力大并且應(yīng)力層厚的制品。但實(shí)際上，該專(zhuān)利的可行性存在問(wèn)題，實(shí)踐表明，在450℃的化學(xué)鋼化溫度下，風(fēng)鋼化產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)迅速松弛，失去增強(qiáng)效果，無(wú)法形成復(fù)合應(yīng)力層。
用化學(xué)溶液特別是酸溶液如HF酸腐蝕增強(qiáng)玻璃的案例更多的見(jiàn)于實(shí)驗(yàn)室結(jié)果，實(shí)際商業(yè)應(yīng)用很少。主要原因是表面腐蝕增強(qiáng)雖然暫時(shí)都能得到較高的強(qiáng)度值，但玻璃表面由于環(huán)境作用產(chǎn)生缺陷后，強(qiáng)度會(huì)急劇喪失，失去增強(qiáng)效果。即便在玻璃腐蝕后用有機(jī)涂層形成保護(hù)，這種單純依靠表面增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)仍然具有很大的脆弱性，強(qiáng)度值分散程度較大。RU649672提供一種用HF酸和熔鹽先后腐蝕、再進(jìn)行化學(xué)鋼化的綜合增強(qiáng)方法，可以提高增強(qiáng)后制品強(qiáng)度的高溫穩(wěn)定性。從數(shù)據(jù)看，其強(qiáng)度僅能提高3～4倍，與單純化學(xué)鋼化的效果相差不大。
本專(zhuān)利更加完善地提出表面預(yù)處理、鋼化、表面后處理、表面保護(hù)的綜合增強(qiáng)方法。其目的就是穩(wěn)定地大幅度提高并保持玻璃(制品)的強(qiáng)度。
本發(fā)明的具體描述如下玻璃的預(yù)處理。目的是為了在鋼化前最大程度去除玻璃表面的微裂紋、劃傷等微觀宏觀缺陷，提高玻璃強(qiáng)度，并且增加表面離子可交換性，促進(jìn)化學(xué)鋼化。預(yù)處理液的適宜組分為HF酸濃度6.0N～8.5N，磷酸和硫酸分別占總?cè)芤嚎傊氐?～8％，起緩沖作用的NH4F加入量8～10％。表面處理時(shí)間是室溫下5～15分鐘，表面去除厚度50～90微米。以下是最佳參數(shù)表1
化學(xué)鋼化。表面預(yù)處理后的制品用去離子水洗凈，在無(wú)塵的潔凈環(huán)境下自然干燥后進(jìn)行鋼化增強(qiáng)?；瘜W(xué)鋼化的最佳工藝參數(shù)控制為交換溫度420～480℃，交換時(shí)間6～30小時(shí)。推薦參數(shù)為交換溫度450℃，交換時(shí)間20小時(shí)。
表面后處理。目的是在已形成應(yīng)力層的玻璃表面進(jìn)一步消除缺陷。后處理液可以與預(yù)處理液成分相同，但處理時(shí)間要短。表面腐蝕深度不能超過(guò)鋼化應(yīng)力層的厚度。最佳的條件是在室溫下處理1～2分鐘，腐蝕深度5～15微米。表面后處理后的制品用無(wú)水乙醇或異丙醇脫水10～20分鐘，在無(wú)塵的潔凈環(huán)境下自然干燥。
表面保護(hù)。表面保護(hù)的目的是保持酸液后處理的效果，防止在外界影響下制品強(qiáng)度的下降。形成保護(hù)層的材料為有機(jī)涂料，特別推薦有機(jī)硅改性丙烯酸、改性環(huán)氧樹(shù)脂和PVB醇溶液。保護(hù)層的施加方法為噴涂或浸漬。涂層后的制品在紅外干燥箱于60～100℃下干燥。
本發(fā)明與已知的玻璃增強(qiáng)或綜合增強(qiáng)方法相比，顯著優(yōu)點(diǎn)是解決了增強(qiáng)后的玻璃制品強(qiáng)度衰減問(wèn)題，降低了強(qiáng)度分散性，能夠大幅度提高普通平板玻璃或制品的強(qiáng)度，玻璃雙環(huán)抗彎強(qiáng)度可以穩(wěn)定地提高到800～1000Mpa，最大達(dá)到1400Mpa。
實(shí)施例100×100×3mm浮法玻璃樣品，成分如下表2
用去離子水清洗干凈自然干燥，在環(huán)境溫度25℃，濕度40％條件下，在表1所示地腐蝕液中處理12分鐘，其中前10分鐘用潔凈氣體鼓泡攪拌，后2分鐘停止攪拌。處理后的樣品在25℃的潔凈環(huán)境自然干燥1小時(shí)，之后在450℃的KNO3熔鹽中離子交換增強(qiáng)(化學(xué)鋼化)20小時(shí)。鋼化后的制品用清水和去離子水洗凈，在同樣成分的處理液中處理1分鐘。處理后的樣品在25℃的潔凈環(huán)境自然干燥0.5小時(shí)，之后用有機(jī)硅改性丙烯酸液浸涂?jī)纱?。涂層后的制品在紅外干燥箱80℃下干燥24小時(shí)。
干燥后的樣品用WD-5A萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)采用雙環(huán)抗彎方法測(cè)試。原片玻璃及增強(qiáng)后的玻璃強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果分別見(jiàn)表3和表4表3
表權(quán)利要求
1.一種大幅度提高玻璃強(qiáng)度的增強(qiáng)方法，該方法包括以下步驟(a)用腐蝕性溶液對(duì)玻璃進(jìn)行表面處理；(b)對(duì)處理過(guò)的玻璃進(jìn)行化學(xué)鋼化增強(qiáng)；(c)對(duì)化學(xué)鋼化后的玻璃進(jìn)行表面后處理；(d)在處理后玻璃表面形成保護(hù)層。
2.按權(quán)利要求1的方法，玻璃是指普通Na-Ca-Si平板玻璃或玻璃制品。
3.按權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)和步驟(c)所指表面處理液是以HF酸為主的對(duì)玻璃表面具有腐蝕性的液體。
4.按權(quán)利要求1的方法，玻璃在表面處理后要經(jīng)過(guò)一個(gè)溶劑脫水過(guò)程。
5.按權(quán)利要求1的方法，其中步驟(d)是指用有機(jī)硅改性丙烯酸涂料在玻璃表面形成保護(hù)涂層。
6.按權(quán)利要求3的方法，處理液中的其它組分為磷酸、鹽酸和NH4F。
7.按權(quán)利要求4的方法，脫水溶劑為無(wú)水乙醇或異丙醇。
8.按權(quán)利要求5的方法，有機(jī)保護(hù)涂層是在新形成的無(wú)損傷的玻璃表面形成。
全文摘要
采用化學(xué)鋼化與表面處理、表面保護(hù)相結(jié)合,來(lái)增強(qiáng)平板玻璃或玻璃制品的方法。它包括玻璃表面預(yù)處理、化學(xué)鋼化、表面后處理、表面保護(hù)四個(gè)過(guò)程,可以將普通平板玻璃的彎曲強(qiáng)度提高到1000MPa以上。
文檔編號(hào)C03C21/00GK1369449SQ02116248
公開(kāi)日2002年9月18日 申請(qǐng)日期2002年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月26日
發(fā)明者苗向陽(yáng), 張保軍, 龔方田 申請(qǐng)人:中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院