本发明涉及防火玻璃生产技术领域，尤其涉及一种防火玻璃及其加工方法。
背景技术：
防火玻璃属于建筑安全玻璃之一，被广泛应用于防火隔断、防火玻璃门、防火屏门、防火玻璃窗、钢质或木制防火门、建筑外墙。防火玻璃按照结构形式可分为四种：夹层复合防火玻璃、夹丝防火玻璃、中空防火玻璃和高强度单片防火玻璃。现有防火玻璃中，复合防火玻璃以良好的隔热、隔音和抗压性能崭露头角，但其不易加工和运输，在紫外线长时间照射下容易发生老化；而单片防火玻璃具有轻便、易于深加工(如镀膜、中空等)，且具有高耐侯性，抗紫外线、抗老化、适用寿命长久的优点，在玻璃市场占据重要角色。随着科技飞速发展，人们对防火玻璃的防火性能提出更高要求。但是目前的单片防火玻璃通常以铯钾玻璃、或硼硅酸玻璃为主，其制备需要进行化学钢化和物理钢化两种过程，不仅原料成本较高，工艺复杂，产能较低，市场价格高昂，并且生产过程产生的废液对环境污染较严重，不符合现有倡导环境友好的工业发展趋势。
因此，现有单片防火玻璃技术还有待进一步优化。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种采用纯物理钢化方法制备防火玻璃的加工方法，不仅简化防火玻璃的加工方法、降低原料成本、提高生产效率，实现流水化作业，并且显著提高防火玻璃的耐火性能。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种防火玻璃的加工方法，其包括以下步骤：
s1、预处理：对玻璃基片进行切割，随后进行精磨处理。
可选地，所述玻璃基片采用汽车级以上浮法玻璃，优选采用超白玻璃。现有浮法玻璃可分为建筑级、汽车级和制镜级。超白玻璃是一种超透明低铁玻璃，具有透光性可达91.5％以上，自爆率低等优点，制备而成的防火玻璃综合性能更佳。
具体地，玻璃基片的精磨处理为倒棱处理、圆边处理或圆角处理。玻璃基片的精磨处理消除玻璃侧边的瑕疵，避免玻璃在物理钢化过程中由于瑕疵存在导致自爆，上述处理提高玻璃在钢化过程中承受的最高表面预应力，得以配合后续步骤生产出高性能的防火玻璃。
s2、预热前处理：将待处理的玻璃置于预热炉中，从以每5-10min升温100℃，直至升温至400-450℃。
s3、高温软化：将预热处理后的玻璃放入加热炉进行高温软化，炉内温度为650～720℃，处理120～350s。
s4、急冷处理：
a、初级高压急冷处理：将软化后的玻璃以220～400mm/s的传送速度进入到10～100kpa风压的初级高压环境下(即风栅区)，处理时间不大于2.5s，使玻璃基片的温度降低50℃左右。
优选地，在初级高压风栅区的风机前加设水幕进行降温，保证初级高压风栅区的出风温度低于室温，对玻璃基片起到更好的降温效果。系统中还设置有供水装置、以及与水幕出水管和进水管相连的循环系统，供水装置上设置温控装置，将水幕水温控制在4-10℃。上述循环系统实现对水幕中的水体进行重复利用的作用，降低水幕的使用成本。
b、二级高压急冷处理：接着将玻璃基片以同样的速度进入到二级高压环境中，此阶段的风压为初级高压环境风压的70％；处理时间不大于5.5s，使玻璃基片的温度再降50℃左右。
c、三级常压急冷处理：将玻璃基片以同样的速度进入到三级常压环境中，此阶段的风压为二级高压环境风压的70％；处理时间不大于8.5s，使玻璃基片的温度再降50℃～100℃。
上述过程中，先通过将玻璃基片加热到650～720℃，消除玻璃自身的内应力；进行快速的初级高压急冷处理时，10～100kpa风压条件下，玻璃的内层与玻璃外层产生很大的温度差，玻璃表面收缩，而内层未收缩，从而玻璃表面层收缩受到内层抑制，表面层受到张应力，内层形成压应力；接下来，在进行快速的二级和三级常压急冷处理时，每次风压逐渐降低30％，玻璃表层一次又一次地逐步降温并收缩，逐步地加大玻璃内外层间的温差，导致表层张应力加大；在进行后续冷却过程中，内层降温进行收缩，受到已冷却外层的抑制，导致表层产生极大的压应力，而内层形成张力，形成防火玻璃，使其具有更高的抗外界冲击的机械强度、热稳定性能等。
通过高压急冷、次高压急冷和常压急冷处理，使玻璃进行三次快速降温，在玻璃内外层之间累计更大的表面应力，提高玻璃的机械性能和耐火性能。同时，也避免了一次性快速降温过多导致玻璃自爆率高的问题。
s5、退火处理：将玻璃基片进行冷却，使其将至常温，得到防火玻璃。
优选地，将玻璃转移至400～450℃的退火炉中，并在20～30min内逐渐降温至100℃；接着在室温条件下冷却至常温。
优选地，在上述基础上，所述防火玻璃的加工方法，还包括以下步骤：
s6、对单片防火玻璃的外层涂布抗紫外涂层，得到带抗紫外涂层的单片防火玻璃，所述抗紫外涂层由以下质量份数的各组分制备而成：
n-乙烯基吡咯烷酮46～60份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯10～25份、邻羟基苯甲酸苯酯8～15份、光稳定剂gw-5401～5份、纳米二氧化钛1～5份、乙醇1～5份、流平剂1～3份；
优选地，所述流平剂为羧甲基纤维素1～3份。
工作原理：n-乙烯基吡咯烷酮不仅可自身发生自聚合，还可与含大量不饱和键的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯进行共聚，并与其他组分配合形成透明的高粘性能的凝胶材料(不易老化变黄)，作为抗紫外涂层的主体结构；而邻羟基苯甲酸苯酯、纳米二氧化钛作为复配紫外吸收剂与光稳定剂、以及上述凝胶材料协同作用，提高抗紫外涂层的抗紫外能力；而加入的乙醇不仅提高涂层的防冻能力，还具有清洁去污，提高透明度的作用。
具体地，所述抗紫外涂层的制备方法为：
将相应组分的n-乙烯基吡咯烷酮、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、邻羟基苯甲酸苯酯、光稳定剂、纳米二氧化钛混合，球磨40～60min后，加入乙醇和流平剂混合均匀后得到混合液体，将混合液体均匀喷涂或涂布到单片防火玻璃的表面，再将玻璃置于60～80度的条件下持续加热5～8h，自然冷却即得到带抗紫外涂层的单片防火玻璃。
优选地，在上述基础上，所述防火玻璃的加工方法，还包括以下步骤：
s7、通过灌注的方法在所述两单片防火玻璃(或带抗紫外涂层的单片防火玻璃)的中间灌注阻燃胶液，将两片防火玻璃粘接在一起，烘干固化后，在两层防火玻璃间形成一层阻燃胶层，形成防火夹层玻璃。
所述阻燃胶液由以下质量份数的各组分制备而成：酚醛树脂30-50份、磷酸二氢钾10-15份、聚苯并咪唑5-10份、聚硼硅氧烷5-10份、氢氧化铝1～5份、氢氧化镁1～5份、硅烷偶联剂1～5、羧甲基纤维素1～5、去离子水20-30份。
上述阻燃胶液中，酚醛树脂和聚苯并咪唑作为优良的成炭剂，成炭率高达60％，在高温下，形成具有阻隔热传递效果的活性炭，价格低廉，且成型加工性能好；而磷酸二氢钾作为成碳助剂，与酚醛树脂相配合，提高成炭效果好，在阻燃胶液中起到最主要的防火阻燃效果；而氢氧化铝、氢氧化镁作为无机阻燃剂与上述有机成炭剂相协同配合，大幅度提高阻燃胶液的阻燃效果；聚苯并咪唑、聚硼硅氧烷，与其他成分相配合，有效提高阻燃胶液的高温稳定性以及与玻璃表面的粘黏性；羧甲基纤维素作为流平剂，使阻燃胶液凝固后其表面能形成更平整、光滑，使两防火玻璃更好的贴合为一体。
所述阻燃胶液的制备方法为：称取相应质量份数的所有组分后，依次加入到搅拌釜中进行混合30-60min，搅拌速度为600-800r/min，再将混合液过筛后得到阻燃胶液，阻燃胶液固化后得到阻燃胶层。
本发明还提供一种防火玻璃，采用如上所述的方法制备得到。所述防火玻璃的颗粒度、表面压应力和耐火性能都得到极大的提高。
本发明还提供一种带抗紫外涂层的防火玻璃，其由上述的相应加工方法制备得到。所述带抗紫外涂层赋予防火玻璃更好的抗紫外老化性能。
本发明还提供一种夹层防火玻璃，其由前述的相应加工方法制备得到。所述夹层防火玻璃在所述单片防火玻璃的基础上，其防火阻燃性能、防爆性能得到进一步地提高。
本发明实施例提供的防火玻璃的加工方法具有以下有益效果：
本发明提供一种制备单片防火玻璃的物理钢化方法，该方法步骤简单，省去现有的物理化学钢化的化学处理步骤，可实现流水化作业，生产效率高；原料省去化学处理液，极大地降低生产成本；通过独有的先后三级不同高压段的急冷处理，使玻璃基片进行三次快速降温，在玻璃内外层之间累计极大的表面应力，同时降低自爆率，使制备的防火玻璃具备优异的机械性能和耐火性能显著高于现有单片防火玻璃，并且耐侯性能、透光率和安全性更高。本发明的玻璃加工方法还具有化学钢化法所不具有的绿色环保的优点。此外，还可对所述单片防火玻璃进行进一步的加工处理，以制备带抗紫外涂层的防火玻璃及夹层防火玻璃，以进一步改善防火玻璃的综合性能，以适应不同工作环境的需求。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供的防火玻璃的加工方法包括以下步骤：
s1、预处理：对表面完整的厚度为6mm的超白玻璃基片进行切割，随后进行精磨处理。具体地，玻璃基片的精磨处理为圆边处理。
s2、预热前处理：将待处理的玻璃置于预热炉中，以每5min升温100℃，直至升温至400℃。
s3、高温软化：将预热处理后的玻璃放入加热炉进行高温软化，炉内温度为720℃，处理120s。
s4、急冷处理：
(1)初级高压急冷处理：将软化后的玻璃以400mm/s的传送速度进入到100kpa风压的初级高压环境下(即风栅淬冷区)，处理时间为1s，使玻璃基片的温度降低50℃左右。在初级高压风栅区的风机前加设水幕进行降温，水幕水温为4℃。
(2)二级高压急冷处理：接着将玻璃基片以同样的速度进入到二级高压环境中，此阶段的风压为初级高压环境风压的70％；处理时间为3s，使玻璃基片的温度再降50℃左右。
(3)三级常压急冷处理：将玻璃基片以同样的速度进入到三级常压环境中，此阶段的风压为二级高压环境风压的70％；处理时间为7s，使玻璃基片的温度再降50℃～100℃。
s5、退火处理：将玻璃转移至450℃的退火炉中，并在30min内逐渐降温至100℃；接着在室温条件下使玻璃冷却至常温。
实施例2
本实施例提供的防火玻璃的加工方法包括以下步骤：
s1、预处理：对表面完整的厚度为7mm的超白玻璃基片进行切割，随后进行精磨处理。具体地，玻璃基片的精磨处理为倒棱处理、圆边处理或圆角处理。
s2、预热前处理：将待处理的玻璃置于预热炉中，以每8min升温100℃，直至升温至450℃。
s3、高温软化：将预热处理后的玻璃放入加热炉进行高温软化，炉内温度为700℃，处理250s。
s4、急冷处理：
(1)初级高压急冷处理：将软化后的玻璃以300mm/s的传送速度进入到70kpa风压的初级高压环境下，处理时间为2.5s，使玻璃基片的温度降低50℃左右。在初级高压风栅区的风机前加设水幕进行降温，水幕水温为8℃。
(2)二级高压急冷处理：接着将玻璃基片以同样的速度进入到二级高压环境中，此阶段的风压为初级高压环境风压的70％；处理时间为4s，使玻璃基片的温度再降50℃左右。
(3)三级常压急冷处理：将玻璃基片以同样的速度进入到三级常压环境中，此阶段的风压为二级高压环境风压的70％；处理时间为6.5s，使玻璃基片的温度再降50℃～100℃。
s5、退火处理：将玻璃转移至450℃的退火炉中，并在30min内逐渐降温至100℃；接着在室温条件下使玻璃冷却至常温。
实施例3
本实施例提供的防火玻璃的加工方法包括以下步骤：
s1、预处理：对表面完整的厚度为8mm的超白玻璃基片进行切割，随后进行精磨处理。具体地，玻璃基片的精磨处理为倒棱处理、圆边处理或圆角处理。
s2、预热前处理：将待处理的玻璃置于预热炉中，以每10min升温100℃，直至升温至450℃。
s3、高温软化：将预热处理后的玻璃放入加热炉进行高温软化，炉内温度为650℃，处理350s。
s4、急冷处理：
(1)初级高压急冷处理：将软化后的玻璃以220mm/s的传送速度进入到10kpa风压的初级高压环境下，处理时间为2s，使玻璃基片的温度降低50℃左右。在初级高压风栅区的风机前加设水幕进行降温，水幕水温为10℃。
(2)二级高压急冷处理：接着将玻璃基片以同样的速度进入到二级高压环境中，此阶段的风压为初级高压环境风压的70％；处理时间为4.5s，使玻璃基片的温度再降50℃左右。
(3)三级常压急冷处理：将玻璃基片以同样的速度进入到三级常压环境中，此阶段的风压为二级高压环境风压的70％；处理时间为8.5s，使玻璃基片的温度再降50℃～100℃。
s5、退火处理：将玻璃转移至400℃的退火炉中，并在20min内逐渐降温至100℃；接着在室温条件下使玻璃冷却至常温。
实施例4
本实施例提供一种防火玻璃及其加工方法，该防火玻璃是在前实施例1的基础上涂布抗紫外涂层后得到的带抗紫外涂层的单片防火玻璃，其加工方法包括以下步骤：
(1)按照实施例1的s1-s5的方法制备得到单片防火玻璃。
(2)带抗紫外涂层的配置及防火玻璃的加工：
将相应组分的n-乙烯基吡咯烷酮、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、邻羟基苯甲酸苯酯、光稳定剂、纳米二氧化钛混合，球磨50min后，加入乙醇和流平剂混合均匀后得到混合液体(抗紫外涂料)，将混合液体均匀喷涂或涂布到单片防火玻璃的表面，再将玻璃置于70度的条件下持续加热6h，自然冷却即得到带抗紫外涂层的单片防火玻璃。
其中，所述抗紫外涂层由以下质量份数的各组分制备而成：
n-乙烯基吡咯烷酮50份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯25份、邻羟基苯甲酸苯酯12份、光稳定剂gw-5403份、纳米二氧化钛2份、乙醇3份、羧甲基纤维素2份。
实施例5
本实施例提供一种防火玻璃及其加工方法，该防火玻璃是在前实施例1的基础上涂布抗紫外涂层后得到的带抗紫外涂层的单片防火玻璃，其加工方法包括以下步骤：
(1)按照实施例1的s1-s5的方法制备得到单片防火玻璃。
(2)带抗紫外涂层的配置及防火玻璃的加工：
将相应组分的n-乙烯基吡咯烷酮、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、邻羟基苯甲酸苯酯、光稳定剂、纳米二氧化钛混合，球磨40min后，加入乙醇和流平剂混合均匀后得到混合液体(抗紫外涂料)，将混合液体均匀喷涂或涂布到单片防火玻璃的表面，再将玻璃置于60度的条件下持续加热8h，自然冷却即得到带抗紫外涂层的单片防火玻璃。
其中，所述抗紫外涂层由以下质量份数的各组分制备而成：
n-乙烯基吡咯烷酮60份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯10份、邻羟基苯甲酸苯酯15份、光稳定剂gw-5403份、纳米二氧化钛5份、乙醇3份、羧甲基纤维素3份。
实施例6
本实施例提供一种防火玻璃及其加工方法，该防火玻璃是在实施例1的基础上涂布抗紫外涂层后得到的带抗紫外涂层的单片防火玻璃，其加工方法包括以下步骤：
(1)按照实施例1的s1-s5的方法制备得到单片防火玻璃。
(2)带抗紫外涂层的配置及防火玻璃的加工：
将相应组分的n-乙烯基吡咯烷酮、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、邻羟基苯甲酸苯酯、光稳定剂、纳米二氧化钛混合，球磨60min后，加入乙醇和流平剂混合均匀后得到混合液体(抗紫外涂料)，将混合液体均匀喷涂或涂布到单片防火玻璃的表面，再将玻璃置于80度的条件下持续加热5h，自然冷却即得到带抗紫外涂层的单片防火玻璃。
其中，所述抗紫外涂层由以下质量份数的各组分制备而成：
n-乙烯基吡咯烷酮46份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯25份、邻羟基苯甲酸苯酯10份、光稳定剂gw-5403份、纳米二氧化钛5份、乙醇3份、羧甲基纤维素1份。
实施例7
本实施例提供一种防火玻璃及其加工方法，该防火玻璃是在实施例4的基础上制备得到的防火夹层玻璃，其制备方法如下：
(1)按照实施例4的方法制备得到带抗紫外涂层的单片防火玻璃；
(2)通过灌注的方法在上述两单片防火玻璃的中间灌注阻燃胶液，将两片防火玻璃粘接在一起，烘干固化后，在两层单片防火玻璃间形成一层阻燃胶层，形成防火夹层玻璃。所述阻燃胶层的厚度为30um。
其中，所述阻燃胶液由以下质量份数的各组分制备而成：酚醛树脂42份、磷酸二氢钾13份、聚苯并咪唑8份、聚硼硅氧烷8份、氢氧化铝3份、氢氧化镁3份、硅烷偶联剂2、羧甲基纤维素1、去离子水25份。
实施例8
本实施例提供一种防火玻璃及其加工方法，该防火玻璃是在实施例4的基础上制备得到的防火夹层玻璃，其制备方法如下：
(1)按照实施例4的方法制备得到带抗紫外涂层的单片防火玻璃；
(2)通过灌注的方法在上述两单片防火玻璃的中间灌注阻燃胶液，将两片防火玻璃粘接在一起，烘干固化后，在两层单片防火玻璃间形成一层阻燃胶层，形成防火夹层玻璃。所述阻燃胶层的厚度为20um。
其中，所述阻燃胶液由以下质量份数的各组分制备而成：酚醛树脂30份、磷酸二氢钾15份、聚苯并咪唑10份、聚硼硅氧烷10份、氢氧化铝5份、氢氧化镁5份、硅烷偶联剂5、羧甲基纤维素5、去离子水20份。
实施例9
本实施例提供一种防火玻璃及其加工方法，该防火玻璃是在实施例4的基础上制备得到的防火夹层玻璃，其制备方法如下：
(1)按照实施例4的方法制备得到带抗紫外涂层的单片防火玻璃；
(2)通过灌注的方法在上述两单片防火玻璃的中间灌注阻燃胶液，将两片防火玻璃粘接在一起，烘干固化后，在两层单片防火玻璃间形成一层阻燃胶层，形成防火夹层玻璃。所述阻燃胶层的厚度为40um。
其中，所述阻燃胶液由以下质量份数的各组分制备而成：酚醛树脂50份、磷酸二氢钾10份、聚苯并咪唑6份、聚硼硅氧烷5份、氢氧化铝2份、氢氧化镁1.5份、硅烷偶联剂1份、羧甲基纤维素1.5份、去离子水20-30份。
对比例1
本对比例采用现有的化学钢化方法制备铯钾防火玻璃，按照以下方法进行制备：
在25℃下，将100kg氯化钾、2kg硝酸钠、1kg硝酸铯、0.5kg甲基纤维素、0.05kgla2o3和50kg水混合均匀制得铯钾盐涂液。
将6mm超白玻璃加热到650℃，并将上述的铯钾盐涂液喷涂在加热的玻璃上使得其喷涂厚度为1mm并保温250s，然后以125℃/min的冷却降温速率进行冷却，制得铯钾防火玻璃。
对比例2
此对比例与实施例1不同之处在于：省去二级高压急冷处理和三级常压急冷处理，其他步骤与实施例1相同。
对比例3
本实施例中，防火胶液为实施例7的防火胶液中省去磷酸二氢钾、聚硼硅氧烷后制备得到的，本实施例的防火夹层玻璃的制备方法具体参照实施例7。
测试实施例
1、根据gb15763.1-2009《建筑用安全玻璃第1部分：防火玻璃》，对实施例1-3以及对比例1-3制备的防火玻璃的性能进行测试，测试结果见表1；
表1防火玻璃的综合性能测试
2、抗紫外性能检测
按照以下检测方法对4-6的带抗紫外涂层的单片防火玻璃进行抗紫外性能检测，同时以实施例1制备的单片防火玻璃作为对照。
检测方法：紫外线、可见光、红外线透过率用nasenns10高精度太阳膜检测仪下检测；传热系数按照gb/t22476-2008《中空玻璃稳态u值(传热系数)的计算及测试》标准测试。
检测结果如下表2所示：
表2防火玻璃的抗紫外性能检测结果
3、下面对实施例7-9制备的防火夹层玻璃进行耐火隔热性能测试，其中以对比例3制备的玻璃作为对照。
实验方法：
(1)隔热性能
将四边包裹陶瓷纤维耐火棉的防火玻璃固定于马弗炉口，采用马弗炉对防火玻璃样品进行隔热性试验，炉内温度以20℃/min升温速率持续升温；试样背火面温度采用均匀分布于玻璃表面的5个接触性热电偶和高精度多通道测温仪测定,每隔1min记录一次温度值。通过记录不同时间试样背面的表面温度来表征防火玻璃的隔热性能。
(2)耐热性能
试验前，试样应在20℃下垂直放置6h以上，检查外观质量并记录缺陷情况。将试样放入恒温箱，保持50℃，恒温6h后取出。将取出的试样在20℃下垂直放置6h以上，检测其外观质量。
(3)耐寒性测试
试验前，试样应在20℃下垂直放置6h以上，检查外观质量并记录缺陷情况。将试样放入恒温箱，保持-20℃，恒温6h后取出。将取出的试样在20℃下垂直放置6h以上，检测其外观质量，测试结果如表3所示。
表3防火性能测试结果
从上述三个方面的测试结果可知，本发明制得的单片防火玻璃的耐火完整性时间、压应力、单位面积内的碎片数都远高于对比例，该防火玻璃的耐火性能、安全性得到大幅度的提高。在此基础上，带抗紫外涂层赋予上述防火玻璃以更优异的抗紫外辐射性能，而在此基础上，阻燃胶层赋予防火夹层玻璃以更优异的耐火、耐热性能及耐寒性能，使该夹层玻璃的综合性能得到更全面地提高，扩展其应用领域。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。