本发明涉及有机玻璃领域，尤其涉及一种具有强抗冲击性能且受到超性能上限冲击后不发生爆裂的抗冲击有机玻璃及其制备工艺。
背景技术
能够抵抗强冲击的玻璃通常也被为防爆玻璃，它是利用特殊的添加剂和中间的夹层由机器加工做成的特种玻璃，即使玻璃打破也不会轻易掉落。但防爆玻璃按照生产加工工艺不同，分为以下两类：普通型防爆玻璃和加强型防爆玻璃。其中，普通型防爆玻璃玻璃结构多以单片浮法玻璃通过强化处理而做成的特种玻璃，强化处理后的玻璃表面具有较强的抗暴力冲击能力，此类玻璃随着玻璃厚度不断增厚，其防爆效果得到不断增强，厚度一般最厚为20mm；加强型防爆玻璃是将两片或多片浮法玻璃中间夹以强韧pvb胶片，经热压机压合并尽可能地排出中间空气，然后放入高压蒸汽釜内利用高温高压将残余的少量空气溶入胶膜而成，厚度8mm～10mm、12mm～14mm、16mm～18mm、20mm～22mm、24mm～26mm、30mm～32mm、38mm～40mm等多种规格。加强型防爆玻璃的抗冲击性能一般更优于普通型防爆玻璃，且在受到强冲击破碎后更不易发生爆裂，能够避免破碎为碎片。
但是，普通型防爆玻璃抗冲击性能虽优于普通玻璃，但在受到强冲击后仍容易发生爆裂，破碎为碎片，不能有效抵挡风压或二次重物冲击，因此其严格意义上来讲并不能完全算是“防爆玻璃”，而加强型防爆玻璃虽在抗冲击性能和防止玻璃爆裂破碎等方面均优于普通型防爆玻璃，能够对风压或二次重物冲击等进行有效抵挡，但是其加工工艺难度极高，价格十分昂贵。
中国专利局于2016年1月6日公开了一种pvb薄膜夹层防爆玻璃的制备方法，包括以下步骤：第1步、按重量份计，用挤出机流延法制备pvb薄膜，薄膜厚度0.30～0.90mm；第2步、以聚酯改性有机硅树脂和聚酯丙烯酸树脂为基料制备表层涂层材料；第3步、高温高压制备pvb夹层玻璃，在pvb夹层玻璃上下表面喷涂表层涂层材料，即制备得到pvb薄膜夹层防爆玻璃。其是对中间层pvb薄膜进行改进，同时在夹层玻璃表面涂覆高强度树脂薄膜，使防爆玻璃具备更为理想的对抗暴力冲击性能，有效减少了遭遇暴力冲击时对人员及贵重物品的伤害。但其与现有的加强型防爆玻璃的区别不大，仅对pvb层进行改良，同样存在着加工工艺难度极高和价格昂贵的问题。
技术实现要素：
为解决现有技术中普通型防爆玻璃抗冲击性能虽优于普通玻璃，但在受到强冲击后仍容易发生爆裂，破碎为碎片，不能有效抵挡风压或二次重物冲击，因此其严格意义上来讲并不能完全算是“防爆玻璃”，而加强型防爆玻璃虽在抗冲击性能和防止玻璃爆裂破碎等方面均优于普通型防爆玻璃，能够对风压或二次重物冲击等进行有效抵挡，但是其加工工艺难度极高，价格十分昂贵的问题，本发明提供了一种具有强抗冲击性能且受到超性能上限冲击后不发生爆裂的抗冲击有机玻璃。
本发明的第二目的是提供了一种可用于大规模制造生产的抗冲击有机玻璃的制备工艺。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种抗冲击有机玻璃的制备工艺，所述制备工艺包括以下制备步骤：
1)原料预处理：利用0.5～1.1wt％的氢氧化钠或氢氧化钾溶液对甲基丙烯酸甲酯单体进行超声清洗或搅拌清洗8～12次，每次清洗时间为5～10min，再置于水中浸泡10～15min后分液分离出洗净的甲基丙烯酸甲酯单体并向其中加入无水硫酸镁粉末，震荡至无水硫酸镁粉末结块后过滤，再次加入无水硫酸镁粉末震荡，反复以上操作至无水硫酸镁粉末不完全结块后过滤得到高纯净度的甲基丙烯酸甲酯单体；
2)增强剂的制备：将经浸泡活化后的单质硅粘稠液体在搅拌条件下加入至过量碱液中热反应10～15min，随后冷却并静置15～25min，以微滤膜进行过滤后对滤液进行减压浓缩并震荡至其形成分散液，将分散液、甲基三甲氧基硅烷和稀盐酸混合，搅拌至其形成均一相后进行离心分离杂质后以醇液萃取得到萃取液，向萃取液中加入聚甲基苯基硅油得到增强剂；
3)单层玻璃片的制备：对步骤1)所制得高纯净度的甲基丙烯酸甲酯单体进行热震荡，在热震荡的同时缓慢滴加偶氮二异丁氰，至其形成类硅油状的油状液，将油状液置于38～41℃条件下恒温反应20～22h，恒温反应完成后将其置于130～160℃条件下固化3～5h，固化完成后趁热利用热压机热压成单层玻璃片；
4)抗冲击有机玻璃的制备：在步骤3)所制备的单层玻璃片表面均匀喷洒γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷，对单层玻璃片表面进行活化处理10～25min，随后在经表面活化后的单层玻璃片表面涂覆步骤2)所制得的增强剂，在35～45℃条件下干燥成膜，取3～6片表面成膜的单层玻璃片相互叠加贴合，置于热压机中进行热压贴合，热压结束后再置于气压1.25～1.35mpa、温度80～90℃条件下保温1～2h，取出冷却得到抗冲击有机玻璃。
以甲基丙烯酸甲酯单体单体聚合形成的聚甲基丙烯酸甲酯制备的单层玻璃片，具有透明性、稳定性和耐候性，易染色加工，且具备机械性能十分优秀和质轻的优点，透光率高达92％。其本身作为有机玻璃分子量约为200万左右，是一种长链高分子化合物，而且形成分子的链十分柔软，因此其强度比十分高，抗拉伸和抗冲击能力约为普通玻璃的7～18倍，且相较于普通无机矿物玻璃，该单层玻璃片受其分子长链的束缚即便在受到强冲击破损后，其也较不容易发生爆裂。此外，在单层玻璃片外所制备涂覆的增强剂是一种含硅树脂，其由二氧化硅和甲基三甲氧基硅烷在盐酸酸性条件下催化缩合形成的树脂，形成分子链较长且具备一定柔性，分子链上存在大量羟基，涂覆时容易与单层玻璃片上连有羟基的基团发生再连接，进一步形成牢固且稳定的保护膜，而其硬度更优于被涂覆的单层玻璃片，受到强冲击时膜层首先可吸收部分冲击力并将经削弱后的冲击力传导至单层玻璃片，而单层玻璃片再进行二次吸收缓冲，再有单层玻璃片另一面的膜层进行对冲击力的第三次吸收缓冲，仅单层玻璃片即可对暴力冲击形成三次的减弱，且由于被膜层包覆的内部有机玻璃硬度低于膜层含硅树脂，膜层初次受到冲击时有机玻璃还能起到一定缓冲垫层的作用，对保护有机玻璃的膜层反向起到一定的保护作用，防止其破碎掉落。单层玻璃片表面喷洒γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷可对其表面进行活化，提高膜层与基体单层玻璃片的粘结牢固程度，两者形成的脱水缩合反应更加完全且连接有更大的基团。多片表面成膜的单层玻璃片在热压条件下压制成单块多层的抗冲击有机玻璃，膜层与膜层之间的羟基同样发生反应产生连接，形成十分牢固的稳定粘结。
作为优选，步骤2)单质硅活化步骤为将单质硅浸泡于85～95℃热水中处理15～20min，形成粘稠液体。
作为优选，步骤2)所述所述微滤膜孔径为0.1μm，所述碱液为1.1wt％～1.5wt％的氢氧化钾或氢氧化钠溶液，所形成分散液ph值为9.1～10.5，密度为1.22～1.29g·cm-3。
作为优选，所述分散液和甲基三甲氧基硅烷所用质量比为(1～1.35)：(1～1.15)。
作为优选，步骤3)所述热压机热压温度为145～155℃，并在20～25mpa压力下保压10～15min。
作为优选，步骤4)所述增强剂涂覆厚度为0.5～1.15mm。
作为优选，步骤4)所述取3～6片表面成膜的单层玻璃片相互叠加贴合前在贴合面均匀喷洒β-(3，4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷。
贴合面均匀喷洒β-(3，4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷后膜层之间的羟基不再发生直接脱水缩合的连接反应，而是与β-(3，4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷上的环氧基团发生反应，形成一个类似弓状的分子结构，能够提高膜层与膜层之间的粘结牢固程度且在膜层与膜层之间再形成一层缓冲层，提高整体抗冲击性能。
作为优选，热压机热压温度为105～110℃，并在10～15mpa压力下保压10～15min。
一种抗冲击有机玻璃，所述抗冲击有机玻璃由3～6片单层玻璃片相互叠加贴合制成，单层玻璃片厚度为1～2mm。
作为优选，所述单层玻璃片表面经γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷活化处理后涂覆增强剂，各单层玻璃片的贴合面均喷涂有β-(3，4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷。
本发明的有益效果是：
1)表面成膜的单层玻璃片即具备三次缓冲暴力冲击的能力，膜层高硬度而基体有机玻璃硬度较低，使得基体对膜层起到一定保护效果防止膜层破碎；
2)抗冲击性能十分优异，可承受多次高强度的冲击，在受到冲击过程中膜层与膜层具备一定回弹力，可使得膜层实现复位以保证在多次冲击中其抗冲击性能能够保持在一个较优水平；3)制备工艺简单，可大规划产业化制造。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步清楚详细的说明。
实施例1
一种抗冲击有机玻璃的制备工艺，所述制备工艺包括以下制备步骤：
1)原料预处理：利用0.5wt％的氢氧化钠溶液对甲基丙烯酸甲酯单体进行超声清洗8次，每次清洗时间为5min，再置于水中浸泡10min后分液分离出洗净的甲基丙烯酸甲酯单体并向其中加入无水硫酸镁粉末，震荡至无水硫酸镁粉末结块后过滤，再次加入无水硫酸镁粉末震荡，反复以上操作至无水硫酸镁粉末不完全结块后过滤得到高纯净度的甲基丙烯酸甲酯单体；
2)增强剂的制备：将单质硅浸泡于85℃热水中处理15min，形成粘稠液体，粘稠液体在搅拌条件下加入至过量1.1wt％的氢氧化钾溶液中热反应10min，随后冷却并静置15min，以孔径为0.1μm的微滤膜进行过滤后对滤液进行减压浓缩并震荡至其形成分散液，分散液ph值为9.1，密度为1.22g·cm-3，将分散液、甲基三甲氧基硅烷和稀盐酸混合，其中分散液和甲基三甲氧基硅烷所用质量比为1.35：1，稀盐酸调节ph值为5，搅拌至其形成均一相后进行离心分离杂质后以醇液萃取得到萃取液，向萃取液中加入聚甲基苯基硅油得到增强剂；
3)单层玻璃片的制备：对步骤1)所制得高纯净度的甲基丙烯酸甲酯单体进行热震荡，在热震荡的同时缓慢滴加偶氮二异丁氰，至其形成类硅油状的油状液，将油状液置于38℃条件下恒温反应20h，恒温反应完成后将其置于130℃条件下固化3h，固化完成后趁热利用热压机热压成厚度为2mm的单层玻璃片，热压温度为145℃，并在20mpa压力下保压10min；
4)抗冲击有机玻璃的制备：在步骤3)所制备的单层玻璃片表面均匀喷洒γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷，对单层玻璃片表面进行活化处理10min，随后在经表面活化后的单层玻璃片表面涂覆厚度为0.5mm的步骤2)所制得的增强剂，在35℃条件下干燥成膜，取3片表面成膜的单层玻璃片相互叠加贴合，并在相互叠加贴合前在贴合面均匀喷洒β-(3，4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷，置于热压机中进行热压贴合，热压温度为105℃，并在10mpa压力下保压10min，热压结束后再置于气压1.25mpa、温度80℃条件下保温1h，取出冷却得到抗冲击有机玻璃。
实施例2
一种抗冲击有机玻璃的制备工艺，所述制备工艺包括以下制备步骤：
1)原料预处理：利用1.1wt％的氢氧化钠溶液对甲基丙烯酸甲酯单体进行搅拌清洗12次，每次清洗时间为10min，再置于水中浸泡15min后分液分离出洗净的甲基丙烯酸甲酯单体并向其中加入无水硫酸镁粉末，震荡至无水硫酸镁粉末结块后过滤，再次加入无水硫酸镁粉末震荡，反复以上操作至无水硫酸镁粉末不完全结块后过滤得到高纯净度的甲基丙烯酸甲酯单体；
2)增强剂的制备：将单质硅浸泡于95℃热水中处理20min，形成粘稠液体，粘稠液体在搅拌条件下加入至过量1.5wt％的氢氧化钾溶液中热反应15min，随后冷却并静置25min，以孔径为0.1μm的微滤膜进行过滤后对滤液进行减压浓缩并震荡至其形成分散液，分散液ph值为10.5，密度为1.29g·cm-3，将分散液、甲基三甲氧基硅烷和稀盐酸混合，其中分散液和甲基三甲氧基硅烷所用质量比为1：1.15，稀盐酸调节ph值为5，搅拌至其形成均一相后进行离心分离杂质后以醇液萃取得到萃取液，向萃取液中加入聚甲基苯基硅油得到增强剂；
3)单层玻璃片的制备：对步骤1)所制得高纯净度的甲基丙烯酸甲酯单体进行热震荡，在热震荡的同时缓慢滴加偶氮二异丁氰，至其形成类硅油状的油状液，将油状液置于41℃条件下恒温反应22h，恒温反应完成后将其置于160℃条件下固化5h，固化完成后趁热利用热压机热压成厚度为3mm的单层玻璃片，热压温度为155℃，并在25mpa压力下保压15min；
4)抗冲击有机玻璃的制备：在步骤3)所制备的单层玻璃片表面均匀喷洒γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷，对单层玻璃片表面进行活化处理25min，随后在经表面活化后的单层玻璃片表面涂覆厚度为1.15mm的步骤2)所制得的增强剂，在45℃条件下干燥成膜，取6片表面成膜的单层玻璃片相互叠加贴合，并在相互叠加贴合前在贴合面均匀喷洒β-(3，4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷，置于热压机中进行热压贴合，热压温度为110℃，并在15mpa压力下保压15min，热压结束后再置于气压1.35mpa、温度90℃条件下保温2h，取出冷却得到抗冲击有机玻璃。
实施例3
一种抗冲击有机玻璃的制备工艺，所述制备工艺包括以下制备步骤：
1)原料预处理：利用0.5wt％的氢氧化钾溶液对甲基丙烯酸甲酯单体进行超声清洗12次，每次清洗时间为5min，再置于水中浸泡15min后分液分离出洗净的甲基丙烯酸甲酯单体并向其中加入无水硫酸镁粉末，震荡至无水硫酸镁粉末结块后过滤，再次加入无水硫酸镁粉末震荡，反复以上操作至无水硫酸镁粉末不完全结块后过滤得到高纯净度的甲基丙烯酸甲酯单体；
2)增强剂的制备：将单质硅浸泡于85℃热水中处理15min，形成粘稠液体，粘稠液体在搅拌条件下加入至过量1.5wt％的氢氧化钾溶液中热反应10min，随后冷却并静置25min，以孔径为0.1μm的微滤膜进行过滤后对滤液进行减压浓缩并震荡至其形成分散液，分散液ph值为9.5，密度为1.26g·cm-3，将分散液、甲基三甲氧基硅烷和稀盐酸混合，其中分散液和甲基三甲氧基硅烷所用质量比为1.35：1.15，稀盐酸调节ph值为5，搅拌至其形成均一相后进行离心分离杂质后以醇液萃取得到萃取液，向萃取液中加入聚甲基苯基硅油得到增强剂；
3)单层玻璃片的制备：对步骤1)所制得高纯净度的甲基丙烯酸甲酯单体进行热震荡，在热震荡的同时缓慢滴加偶氮二异丁氰，至其形成类硅油状的油状液，将油状液置于40℃条件下恒温反应20h，恒温反应完成后将其置于140℃条件下固化3.5h，固化完成后趁热利用热压机热压成厚度为3mm的单层玻璃片，热压温度为155℃，并在25mpa压力下保压15min；
4)抗冲击有机玻璃的制备：在步骤3)所制备的单层玻璃片表面均匀喷洒γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷，对单层玻璃片表面进行活化处理10min，随后在经表面活化后的单层玻璃片表面涂覆厚度为0.5mm的步骤2)所制得的增强剂，在45℃条件下干燥成膜，取4片表面成膜的单层玻璃片相互叠加贴合，并在相互叠加贴合前在贴合面均匀喷洒β-(3，4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷，置于热压机中进行热压贴合，热压温度为105℃，并在15mpa压力下保压15min，热压结束后再置于气压1.25mpa、温度85℃条件下保温1.5h，取出冷却得到抗冲击有机玻璃。
实施例4
一种抗冲击有机玻璃的制备工艺，所述制备工艺包括以下制备步骤：
1)原料预处理：利用1.1wt％的氢氧化钾溶液对甲基丙烯酸甲酯单体进行搅拌清洗11次，每次清洗时间为7min，再置于水中浸泡12min后分液分离出洗净的甲基丙烯酸甲酯单体并向其中加入无水硫酸镁粉末，震荡至无水硫酸镁粉末结块后过滤，再次加入无水硫酸镁粉末震荡，反复以上操作至无水硫酸镁粉末不完全结块后过滤得到高纯净度的甲基丙烯酸甲酯单体；
2)增强剂的制备：将单质硅浸泡于85℃热水中处理15min，形成粘稠液体，粘稠液体在搅拌条件下加入至过量1.1wt％的氢氧化钠溶液中热反应10min，随后冷却并静置15min，以孔径为0.1μm的微滤膜进行过滤后对滤液进行减压浓缩并震荡至其形成分散液，分散液ph值为9.5，密度为1.26g·cm-3，将分散液、甲基三甲氧基硅烷和稀盐酸混合，其中分散液和甲基三甲氧基硅烷所用质量比为1：1，稀盐酸调节ph值为5，搅拌至其形成均一相后进行离心分离杂质后以醇液萃取得到萃取液，向萃取液中加入聚甲基苯基硅油得到增强剂；
3)单层玻璃片的制备：对步骤1)所制得高纯净度的甲基丙烯酸甲酯单体进行热震荡，在热震荡的同时缓慢滴加偶氮二异丁氰，至其形成类硅油状的油状液，将油状液置于39℃条件下恒温反应22h，恒温反应完成后将其置于145℃条件下固化3.5h，固化完成后趁热利用热压机热压成厚度为2.5mm的单层玻璃片，热压温度为150℃，并在23mpa压力下保压10min；
4)抗冲击有机玻璃的制备：在步骤3)所制备的单层玻璃片表面均匀喷洒γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷，对单层玻璃片表面进行活化处理25min，随后在经表面活化后的单层玻璃片表面涂覆厚度为1.15mm的步骤2)所制得的增强剂，在45℃条件下干燥成膜，取6片表面成膜的单层玻璃片相互叠加贴合，并在相互叠加贴合前在贴合面均匀喷洒β-(3，4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷，置于热压机中进行热压贴合，热压温度为110℃，并在10mpa压力下保压15min，热压结束后再置于气压1.25mpa、温度80℃条件下保温2h，取出冷却得到抗冲击有机玻璃。
实施例5
一种抗冲击有机玻璃的制备工艺，所述制备工艺包括以下制备步骤：
1)原料预处理：利用1.1wt％的氢氧化钠溶液对甲基丙烯酸甲酯单体进行超声清洗12次，每次清洗时间为10min，再置于水中浸泡10min后分液分离出洗净的甲基丙烯酸甲酯单体并向其中加入无水硫酸镁粉末，震荡至无水硫酸镁粉末结块后过滤，再次加入无水硫酸镁粉末震荡，反复以上操作至无水硫酸镁粉末不完全结块后过滤得到高纯净度的甲基丙烯酸甲酯单体；
2)增强剂的制备：将单质硅浸泡于95℃热水中处理15min，形成粘稠液体，粘稠液体在搅拌条件下加入至过1.5wt％的氢氧化钠溶液中热反应15min，随后冷却并静置15min，以孔径为0.1μm的微滤膜进行过滤后对滤液进行减压浓缩并震荡至其形成分散液，分散液ph值为9.8，密度为1.23g·cm-3，将分散液、甲基三甲氧基硅烷和稀盐酸混合，其中分散液和甲基三甲氧基硅烷所用质量比为1.35：1.15，稀盐酸调节ph值为5，搅拌至其形成均一相后进行离心分离杂质后以醇液萃取得到萃取液，向萃取液中加入聚甲基苯基硅油得到增强剂；
3)单层玻璃片的制备：对步骤1)所制得高纯净度的甲基丙烯酸甲酯单体进行热震荡，在热震荡的同时缓慢滴加偶氮二异丁氰，至其形成类硅油状的油状液，将油状液置于41℃条件下恒温反应20h，恒温反应完成后将其置于155℃条件下固化4.5h，固化完成后趁热利用热压机热压成厚度为3mm的单层玻璃片，热压温度为155℃，并在25mpa压力下保压15min；
4)抗冲击有机玻璃的制备：在步骤3)所制备的单层玻璃片表面均匀喷洒γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷，对单层玻璃片表面进行活化处理25min，随后在经表面活化后的单层玻璃片表面涂覆厚度为1.15mm的步骤2)所制得的增强剂，在35℃条件下干燥成膜，取5片表面成膜的单层玻璃片相互叠加贴合，并在相互叠加贴合前在贴合面均匀喷洒β-(3，4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷，置于热压机中进行热压贴合，热压温度为110℃，并在15mpa压力下保压10min，热压结束后再置于气压1.35mpa、温度85℃条件下保温1.5h，取出冷却得到抗冲击有机玻璃。
对实施例1～5进行测量和检测，并以普通市售的加强型防爆玻璃作为对比对象，其结果如下。
其中霰弹袋冲击力度以一次冲击恰好使对比对象9mm厚度的普通市售加强型防爆玻璃受损为准。
从上表可明显看出，本发明所制得的抗冲击有机玻璃具有非常优异的抗冲击性能，在同等厚度的条件下抗冲击能力更优于普通市售加强型防爆玻璃，且在连续受到冲击的情况下其受损程度远低于普通市售加强型防爆玻璃。