專利名稱：一種玻璃綜合增強方法
技術領域：
本發(fā)明闡述一種能夠大幅度提高玻璃彎曲強度的增強方法，它的特征是采用化學鋼化、化學腐蝕和涂層保護相結合的綜合途徑，來增強玻璃的韌性和強度。
普通平板玻璃實際強度只有50～80Mpa左右，而玻璃的理論強度可達到10000～20000Mpa。這之間2～3個數(shù)量級的巨大差異，主要是由于玻璃內、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，玻璃增強主要采取在表面造成壓縮應力層的方法，如風鋼化、液體鋼化、固體微粒鋼化、化學鋼化等，已取得廣泛的實際應用。表面壓應力增強方法的局限在于表層產(chǎn)生壓縮應力的同時，在玻璃內部產(chǎn)生相應的與之平衡的張應力，因而，引入的壓應力值不能過高，增強效果受到限制。依據(jù)工藝方法的不同，玻璃彎曲強度一般可提高到150～450MPa之間；化學腐蝕也是玻璃增強的一種方法，它是通過化學處理，去除玻璃表面缺陷層，使表面趨于“無缺陷”的理想狀態(tài)，從而恢復玻璃固有的高強度。化學腐蝕存在的主要問題，一是腐蝕過程經(jīng)常引起玻璃表面光學性能的降低；二是恢復的強度不能持久，衰減十分嚴重。
為提高玻璃強度，前人在綜合增強方面做過一些探索。US3287200，采用風鋼化結合化學鋼化的方式。風鋼化形成的壓縮應力層厚但表面應力??；化學鋼化的表面應力層薄但表面應力大。該專利希望能夠綜合兩種鋼化增強方法的優(yōu)點，形成表面應力大并且應力層厚的制品。但實際上，該專利的可行性存在問題，實踐表明，在450℃的化學鋼化溫度下，風鋼化產(chǎn)生的應力會迅速松弛，失去增強效果，無法形成復合應力層。
用化學溶液特別是酸溶液如HF酸腐蝕增強玻璃的案例更多的見于實驗室結果，實際商業(yè)應用很少。主要原因是表面腐蝕增強雖然暫時都能得到較高的強度值，但玻璃表面由于環(huán)境作用產(chǎn)生缺陷后，強度會急劇喪失，失去增強效果。即便在玻璃腐蝕后用有機涂層形成保護，這種單純依靠表面增強的結構仍然具有很大的脆弱性，強度值分散程度較大。RU649672提供一種用HF酸和熔鹽先后腐蝕、再進行化學鋼化的綜合增強方法，可以提高增強后制品強度的高溫穩(wěn)定性。從數(shù)據(jù)看，其強度僅能提高3～4倍，與單純化學鋼化的效果相差不大。
本專利更加完善地提出表面預處理、鋼化、表面后處理、表面保護的綜合增強方法。其目的就是穩(wěn)定地大幅度提高并保持玻璃(制品)的強度。
本發(fā)明的具體描述如下玻璃的預處理。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，提高玻璃強度，并且增加表面離子可交換性，促進化學鋼化。預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溶液總重的5～8％，起緩沖作用的NH4F加入量8～10％。表面處理時間是室溫下5～15分鐘，表面去除厚度50～90微米。以下是最佳參數(shù)表1
化學鋼化。表面預處理后的制品用去離子水洗凈，在無塵的潔凈環(huán)境下自然干燥后進行鋼化增強。化學鋼化的最佳工藝參數(shù)控制為交換溫度420～480℃，交換時間6～30小時。推薦參數(shù)為交換溫度450℃，交換時間20小時。
表面后處理。目的是在已形成應力層的玻璃表面進一步消除缺陷。后處理液可以與預處理液成分相同，但處理時間要短。表面腐蝕深度不能超過鋼化應力層的厚度。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水乙醇或異丙醇脫水10～20分鐘，在無塵的潔凈環(huán)境下自然干燥。
表面保護。表面保護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度的下降。形成保護層的材料為有機涂料，特別推薦有機硅改性丙烯酸、改性環(huán)氧樹脂和PVB醇溶液。保護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或綜合增強方法相比，顯著優(yōu)點是解決了增強后的玻璃制品強度衰減問題，降低了強度分散性，能夠大幅度提高普通平板玻璃或制品的強度，玻璃雙環(huán)抗彎強度可以穩(wěn)定地提高到800～1000Mpa，最大達到1400Mpa。
實施例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，之后在450℃的KNO3熔鹽中離子交換增強(化學鋼化)20小時。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，之后用有機硅改性丙烯酸液浸涂兩次。涂層后的制品在紅外干燥箱80℃下干燥24小時。
干燥后的樣品用WD-5A萬能材料試驗機采用雙環(huán)抗彎方法測試。原片玻璃及增強后的玻璃強度測試結果分別見表3和表4表3
表權利要求
1.一種大幅度提高玻璃強度的增強方法，該方法包括以下步驟(a)用腐蝕性溶液對玻璃進行表面處理；(b)對處理過的玻璃進行化學鋼化增強；(c)對化學鋼化后的玻璃進行表面后處理；(d)在處理后玻璃表面形成保護層。
2.按權利要求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酸為主的對玻璃表面具有腐蝕性的液體。
4.按權利要求1的方法，玻璃在表面處理后要經(jīng)過一個溶劑脫水過程。
5.按權利要求1的方法，其中步驟(d)是指用有機硅改性丙烯酸涂料在玻璃表面形成保護涂層。
6.按權利要求3的方法，處理液中的其它組分為磷酸、鹽酸和NH4F。
7.按權利要求4的方法，脫水溶劑為無水乙醇或異丙醇。
8.按權利要求5的方法，有機保護涂層是在新形成的無損傷的玻璃表面形成。
全文摘要
采用化學鋼化與表面處理、表面保護相結合,來增強平板玻璃或玻璃制品的方法。它包括玻璃表面預處理、化學鋼化、表面后處理、表面保護四個過程,可以將普通平板玻璃的彎曲強度提高到1000MPa以上。
文檔編號C03C21/00GK1369449SQ02116248
公開日2002年9月18日 申請日期2002年3月26日 優(yōu)先權日2002年3月26日
發(fā)明者苗向陽, 張保軍, 龔方田 申請人:中國建筑材料科學研究院