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0 引言
防火玻璃于20世紀(jì)70年代初首先出現(xiàn)于歐洲，屬于建筑安全玻璃之一。隨著本世紀(jì)的經(jīng)濟(jì)騰飛，人類科技文明和物質(zhì)文化生活水平得到了高速發(fā)展，世界各國(guó)對(duì)建筑住宅及公用建筑物的要求越來(lái)越高。歐洲的英、法、德等國(guó)相繼制訂了《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、《建筑物件防火性能測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)》及《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等法規(guī)，這些法規(guī)的出臺(tái)極大地提高了防火玻璃的安全性能，并促進(jìn)了防火玻璃研發(fā)的步伐，目前建筑安全玻璃和防火隔熱玻璃的市場(chǎng)需求在世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家逐年呈上升態(tài)勢(shì)。
防火玻璃屬于安全玻璃的一種，是采用物理與化學(xué)方法對(duì)浮法玻璃進(jìn)行處理而得到的，在火災(zāi)情況下，能在一定時(shí)間內(nèi)保持玻璃的耐火完整性和隔熱性。因具有透光性好、強(qiáng)度高、能阻擋和控制熱輻射、煙霧及防止火災(zāi)火焰蔓延等特點(diǎn)，被大量用于各類高層建筑、大空間建筑的幕墻、防火隔墻、防火隔斷、防火窗、防火門等方面。
1 防火玻璃的類型
根據(jù)GB 15763.1-2001《建筑用安全玻璃防火玻璃》的規(guī)定，建筑用防火玻璃可按照產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分類：
（1）單片防火玻璃（DFB）：由單層玻璃構(gòu)成，并滿足相應(yīng)耐火等級(jí)要求的特種玻璃。市場(chǎng)上常見產(chǎn)品有硼硅酸鹽防火玻璃、鋁硅酸鹽防火玻璃、微晶防火玻璃、單片銫鉀防火玻璃、低輻射鍍膜防火玻璃等。
（2）復(fù)合防火玻璃（FFB）：由2層或2層以上玻璃復(fù)合而成或由1層玻璃和有機(jī)材料復(fù)合而成，并滿足相應(yīng)耐火等級(jí)要求的特種玻璃。主要有復(fù)合型防火玻璃、灌注型防火玻璃、夾絲防火玻璃、中空防火玻璃等。
按照耐火性能分類：
（1）A類防火玻璃：能同時(shí)滿足耐火完整性和耐火隔熱性要求的玻璃，其耐火等級(jí)分為四級(jí)，即Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)，對(duì)應(yīng)的耐火時(shí)間分別為90min、60min、45min、30min；
（2）B類防火玻璃：能同時(shí)滿足耐火完整性和耐熱輻射強(qiáng)度要求的玻璃，其耐火等級(jí)分為四級(jí)，即Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)，對(duì)應(yīng)的耐火時(shí)間分別為90min、60min、45min、30min；
（3）C類防火玻璃：能滿足耐火完整性要求的玻璃，其耐火等級(jí)可分為四級(jí)，即Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)，對(duì)應(yīng)的耐火時(shí)間分別為90min、60min、45min、30min。
2 不同類型防火玻璃的生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)
2.1 單片防火玻璃
2.1.1傳統(tǒng)單片防火玻璃
按制備方法分類，單片防火玻璃可分3類：一類是通過(guò)高溫熔融金屬鹽對(duì)玻璃進(jìn)行離子交換之后進(jìn)行物理鋼化處理得到，一般稱為物理化學(xué)鋼化法，主要產(chǎn)品有銫鉀單片防火玻璃；另一類是通過(guò)對(duì)玻璃高溫加熱后急冷得到，采用方法為純物理鋼化法，主要產(chǎn)品有鋼化防火玻璃；第三類是通過(guò)改變玻璃原料組分，按照浮法玻璃的熔化、成形工藝生產(chǎn)防火玻璃，主要產(chǎn)品為特種防火玻璃。具體工藝如下：
（1）物理化學(xué)鋼化法
其特點(diǎn)在于借助化學(xué)方法在玻璃表面形成一種膨脹系數(shù)比中間層低的表面低膨脹層，冷卻時(shí)膨脹系數(shù)較高的中間層對(duì)膨脹系數(shù)較低的表面層產(chǎn)生拉伸作用，使得兩者收縮不一致，表面層被置于壓應(yīng)力之下，中間層則產(chǎn)生了補(bǔ)償作用的張應(yīng)力，通過(guò)相互作用提高了玻璃的抗熱應(yīng)力性能，在此過(guò)程中存在著化學(xué)離子交換，即用大離子置換小離子，在離子交換過(guò)程中增強(qiáng)了玻璃的強(qiáng)度，還可引入物理鋼化手段進(jìn)一步增強(qiáng)玻璃強(qiáng)度。此法可按照工藝流程分類：
① 浸漬法此法是將玻璃基片浸 在高溫鹽浴槽內(nèi)，經(jīng)過(guò)8-72 h離子交換后，再進(jìn)行物理鋼化，最后制備成防火玻璃。此技術(shù)為傳統(tǒng)的物理化學(xué)鋼化過(guò)程，技術(shù)成熟、可靠，在我國(guó)應(yīng)用多年，但由于工藝問(wèn)題無(wú)法生產(chǎn)大板面玻璃，而且此工藝污染環(huán)境。專利CN01124523.9，CN1491911A及CN1840495都涉及使用浸漬法生產(chǎn)單片防火玻璃，其中CN01124523.9的工藝流程。專利CN02146553.3在此基礎(chǔ)上對(duì)傳統(tǒng)浸漬法進(jìn)行了改進(jìn)，在鹽浴池中引入輔助電場(chǎng)，加速池中離子擴(kuò)散速度，縮短離子交換時(shí)間，輔助電壓40-70V，交換時(shí)間雖在1-8h之間，但對(duì)整個(gè)工藝沒有大的改進(jìn)，且實(shí)施較困難。
② 噴涂法此法是在玻璃基片上噴涂有機(jī)鹽，干燥后放入鋼化爐中直接鋼化成防火玻璃。專利CN00118950.6，CN1378988A都涉及用噴涂法制備防火玻璃，CN00118950.6的工藝流程見圖2。玻璃原片經(jīng)精選、切割、磨邊后，置于鋼化爐中，在高溫下將高濃度的K、Cs鹽溶液輔以SO氣體噴濺于2玻璃表面，同時(shí)鋼化爐內(nèi)進(jìn)行超強(qiáng)風(fēng)物理鋼化。此法為國(guó)內(nèi)最常采用的生產(chǎn)單片玻璃工藝，其優(yōu)點(diǎn)為能耗低、產(chǎn)量大、成品率高，可生產(chǎn)大板面玻璃。缺點(diǎn)是設(shè)備投資大，陶瓷輥?zhàn)訐p傷大，玻璃下表面離子交換穩(wěn)定性差。專利CN021I7908.5在此基礎(chǔ)上嘗試在玻璃基片上噴涂有機(jī)鹽，干燥后放入加熱爐內(nèi)加熱，之后經(jīng)物理鋼化成防火玻璃，此項(xiàng)技術(shù)將離子交換工藝從鋼化爐內(nèi)轉(zhuǎn)移到熱處理爐內(nèi)進(jìn)行，這樣降低了設(shè)備投資，改善了玻璃下表面的離子交換狀況，但增加能耗。
③蒸汽法此法是將玻璃基片置于熔鹽蒸汽中，經(jīng)過(guò)0.5-3h玻璃表面上的離子交換后，化學(xué)鋼化為防火玻璃。專利CN03140371.9涉及此法，工藝流程見圖3。該技術(shù)過(guò)程較復(fù)雜，不宜實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
（2）純物理鋼化法此法是采用純物理的超強(qiáng)風(fēng)鋼化技術(shù)，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)玻璃表面達(dá)到210MPa以上的壓應(yīng)力，就可抵消玻璃因受熱膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力，從而達(dá)到增加玻璃強(qiáng)度及防火的要求。此工藝技術(shù)在日本、德國(guó)等國(guó)的專利中均有介紹，我國(guó)專利CN1562839 也涉及了應(yīng)用純物理鋼化法制備防火玻璃，該防火玻璃耐火時(shí)間可達(dá)89 min。其工藝特點(diǎn)是在冷卻過(guò)程中，玻璃表面迅速冷卻固化，內(nèi)部冷卻較慢，當(dāng)內(nèi)部繼續(xù)收縮時(shí)，玻璃表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，而內(nèi)部為張應(yīng)力。當(dāng)火災(zāi)的熱輻射或火焰（高溫?zé)煔猓┲苯幼饔糜诓ＡП砻鏁r(shí)，造成玻璃表面急劇受熱，由于玻璃耐熱沖擊性能的提高，在火災(zāi)時(shí)更能保證其完整性。因此，鋼化玻璃的耐火性能要比普通玻璃好得多。目前國(guó)內(nèi)多數(shù)風(fēng)鋼化爐尚不能滿足此工藝參數(shù)的要求。
2.1.2 特種單片防火玻璃
針對(duì)普通防火玻璃在火災(zāi)早期能阻擋火勢(shì)蔓延但后期因高溫軟化變形的缺點(diǎn)，特種防火玻璃應(yīng)運(yùn)而生，此類防火玻璃的軟化溫度都在780 ℃以上，熱膨脹系數(shù)小，在強(qiáng)火焰下一般不會(huì)因高溫而炸裂或變形，使得火災(zāi)中玻璃不因軟化而從門框脫落失去防火性能。主要有硼硅酸鹽防火玻璃、鋁硅酸鹽防火玻璃、微晶防火玻璃等。
（1）硼硅酸鹽防火玻璃硼硅酸鹽防火玻璃的化學(xué)組成為SiO、BO、223AlO、RO等，它的熱膨脹系數(shù)在0-300 ℃時(shí)為232-7（3-40）×10/℃，耐火極限在60-120 min，因此可達(dá)到BS6206 A級(jí)安全等級(jí)，在德國(guó)和歐洲各國(guó)的建筑中被廣泛地應(yīng)用，可以用于民用及商業(yè)建筑物的立面、隔斷墻、窗戶及防火門等。
（2）鋁硅酸鹽防火玻璃鋁硅酸鹽防火玻璃的化學(xué)組成為SiO、BO、223AlO、RO、CaO、MgO等，此類防火玻璃主要特征232是AlO含量高，堿含量低，該玻璃軟化點(diǎn)在23900-920 ℃之間，熱膨脹系數(shù)在25~300 ℃為36×-710/℃，耐火極限在80min以上，甚至放到火焰上加熱不會(huì)炸裂或變形，可直接用作防火玻璃。
（3）微晶防火玻璃在玻璃原料中加入一定量的LiO、TiO、ZrO等222晶核劑，待熔化后再進(jìn)行熱處理的防火玻璃，該玻
-7璃具有極低的膨脹系數(shù)，為（0±5）×10/℃以內(nèi)，理論上視為零膨脹，由于熱膨脹系數(shù)小，該玻璃對(duì)加熱過(guò)程中所出現(xiàn)的溫差并不十分敏感，軟化點(diǎn)溫度達(dá)900 ℃，耐火極限可達(dá)到240min，是一種極為理想的防火玻璃。
2.2 復(fù)合防火玻璃
近年來(lái)，復(fù)合防火玻璃以優(yōu)異的性能日益受到人們的青睞，其隔熱和防熱輻射功能可使火災(zāi)發(fā)生時(shí)玻璃背火面區(qū)域內(nèi)的逃生或求援人員免遭高溫?zé)崃康那趾蜔彷椛涞淖苽?，同時(shí)防止該區(qū)域內(nèi)的可燃材料和物品如木制品、地毯等在一定的時(shí)間內(nèi)被高溫和熱輻射所引燃，而屬于C類防火級(jí)別的單片防火玻璃難以達(dá)到此種要求。圖5是以英國(guó)Pilkington公司的復(fù)合防火玻璃產(chǎn)品Pyrostop和Pyrodur為例，將復(fù)合玻璃的隔熱性能與普通玻璃及單片防火玻璃進(jìn)行比較，由該圖可見復(fù)合玻璃的防火隔熱性能十分顯著。
目前市場(chǎng)上復(fù)合防火玻璃的夾層數(shù)最高可達(dá)8層，其安全性能更高，價(jià)格也相對(duì)昂貴。復(fù)合防火玻璃的生產(chǎn)方法分為夾層法（drying法）和灌漿法（casting in place法）。
2.2.1 復(fù)合型防火玻璃（干法/夾層法）
復(fù)合型防火玻璃是在2層或多層玻璃上附1層或多層水溶性無(wú)機(jī)防火膠夾層，經(jīng)固化、干燥，復(fù)合而成，成品可磨邊、打孔、改尺寸切割，適用于房間、走廊、通道的防火門窗及防火分區(qū)和重要部位防火隔斷墻。無(wú)機(jī)防火夾層多選擇硅酸鈉水玻璃或鋰、鉀硅酸鹽水玻璃的混合物，在火災(zāi)時(shí)會(huì)發(fā)泡膨脹，形成堅(jiān)硬的乳白色泡狀防火膠板，從而有效阻斷火焰、隔絕高溫和有害氣體。近年來(lái)，復(fù)合型防火玻璃研究主要圍繞提高夾層防火效率和改善夾層機(jī)械強(qiáng)度展開。美國(guó)專利US 4190698通過(guò)在水玻璃溶液中添加尿素，多元醇、單糖、多糖、磷酸鈉、鋁酸鈉、硼砂、硼酸、硅膠等物質(zhì)提高夾層防火效率。中國(guó)專利WO 2001/10638、WO 2004/014813分別涉及加入一種含鋯聚集體[M]n+[Zr（A）×（OH）y]n-和鋁酸鹽添加劑，歐洲專利EP0705685、EP2014740及WO 2010014362都嘗試將金屬離子或金屬有機(jī)化合物引入水玻璃夾層體系，但加入后都易導(dǎo)致防火玻璃霧化，降低透光性。專利US2007/0026242嘗試在體系中加入適量甘油提高夾層韌性，美國(guó)專利US 4，626，301及US5，766，770涉
及將多元醇有機(jī)化合物引入水玻璃溶液中，能有效降低干燥后夾層的破裂幾率，但有機(jī)化合物具有可燃性，會(huì)降低夾層的防火效率。
2.2.2 灌注型防火玻璃（灌漿法）
灌注型防火玻璃是將2層（或3層）玻璃原片的四周以特制阻燃膠條密封，中間灌注防火膠液，經(jīng)固化后形成透明膠凍狀，并與玻璃黏接。灌漿法制備的防火玻璃可加工成弧形，且隔音效果極佳，適用于防火門窗、建筑天井、中庭、共享空間、計(jì)算機(jī)機(jī)房防火分區(qū)隔斷墻。防火膠液可分為聚丙烯酰胺有機(jī)膠液和水玻璃無(wú)機(jī)膠液。專利EP590978涉及將丙烯酰胺凝膠用灌漿法制備防火玻璃，先將丙烯酰胺單體、金屬氧化物及光引發(fā)劑引入玻璃，后進(jìn)行輻照引發(fā)單體聚合；專利EP 620781涉及用灌注法制造硅酸鹽夾層防火玻璃，首先將硅酸鹽溶液灌入密封條和玻璃組成的空腔中，之后通過(guò)升高溫度加速固化。研究者對(duì)灌注型防火玻璃也進(jìn)行了提高其夾層耐火效率和機(jī)械強(qiáng)度的研究，專利US20100129669、EP1206349和WO 2004/041613都涉及在灌漿法制備的硅酸鹽夾層中引入多價(jià)金屬離+3+4子（如Al、Zr）改善夾層的防火性能，專利EP 2 192 249通過(guò)添加有機(jī)黏接劑改善堿金屬硅酸鹽水凝膠夾層的強(qiáng)度，提高粘接力。
3 單片防火玻璃與復(fù)合防火玻璃性能的綜合比較
根據(jù)公安部消防產(chǎn)品合格評(píng)定中心網(wǎng)上公布的數(shù)據(jù)顯示，目前國(guó)內(nèi)正規(guī)防火玻璃的生產(chǎn)企業(yè)約有140多家。其中生產(chǎn)高強(qiáng)度單片防火玻璃的企業(yè)有90多家，生產(chǎn)灌漿、復(fù)合防火玻璃的企業(yè)約40多家，近年來(lái)國(guó)內(nèi)廠家較多地關(guān)注單片防火玻璃耐候性好，美觀、輕便等特點(diǎn)，卻忽略了復(fù)合防火玻璃優(yōu)異的隔熱性能，火災(zāi)發(fā)生時(shí)能避免熱輻射灼傷人體，保證背火面人員的安全逃生。單片及復(fù)合防火玻璃各有所長(zhǎng)，需根據(jù)使用場(chǎng)所不同，合理選用，表1對(duì)單片防火玻璃與復(fù)合防火玻璃的性能進(jìn)行了綜合比較。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，防火玻璃的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，同時(shí)對(duì)其性能的要求也愈來(lái)愈高，總體來(lái)說(shuō)，防火玻璃的發(fā)展趨勢(shì)將體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
（1）利用降低特種防火玻璃的生產(chǎn)成本，讓性能優(yōu)異的防火玻璃在市場(chǎng)上最大程度的推廣；
（2）單片防火玻璃和復(fù)合防火玻璃各有所長(zhǎng)，不能相互取代，單片防火玻璃輕便、耐候性佳的特點(diǎn)是復(fù)合防火玻璃不能比擬的，復(fù)合防火玻璃優(yōu)異的隔熱性能以及抗壓特性也是單片防火玻璃難以達(dá)到的，因此生產(chǎn)出兼具兩者優(yōu)點(diǎn)的防火玻璃將有巨大的市場(chǎng)潛力；
（3）開發(fā)更加綠色環(huán)保、耐候性佳、耐火性能優(yōu)異的新型耐火夾層材料；
（4）開展防火夾層透明性降低的機(jī)理研究，為今后復(fù)合防火玻璃夾層材料的研發(fā)提供理論依據(jù)。
