隔热型防火玻璃夹层材料和结构的应用现状

崔建强 邱鑫 熊柯 唐欣雨 翟福强

摘要：本文重点对国内外隔热性防火玻璃夹层材料及结构应用进行了分析和探讨，对目前常见的集中隔热性防火玻璃展开详细分析，了解其特征和优势，以期为日后生产和应用提供可靠的依据和支持。

关键词：隔热型防火玻璃;夹层材料;结构应用

复合防火玻璃是目前公认的隔热型防火玻璃，也是较常使用的新型隔热防火玻璃，性能和利用价值不言而喻。本文就通过国内外资料的对比分析，对隔热性防火玻璃实行进一步了解和掌握，积累足够经验和资料，进而为日后材料生产及性能提升提供助力。

1国内隔热型复合防火玻璃的防火胶材料和结构

1.1有机复合隔热型防火玻璃夹层材料与结构应用现状

有机复合隔热型防火玻璃的夹层材料以防火胶材料为主，主要成分包括丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、硫酸铝钾、氯化镁、氯化钠、过硫酸铵这几种。这些元素决定了该玻璃具有成本低廉、生产工艺简单等优势特征，但其中存在的问题也较为显著：

首先，丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺这两个元素在应用中会产生反应，使得生产出的产品呈现果冻型特征，内部含水量较高，强度不足，很难抵挡外界压力，容易出现收缩或变形问题。

其次，防火玻璃一直都是采用两玻一胶的方式制作的，在防火等级提高、防火层厚度日益增加的当下，很难确保内部夹层材料的稳固性，进而增加了玻璃胀裂的可能。

在了解有机复合隔热型防火玻璃结构应用现状时，选取现有的263份调查检验报告作为参考对象，发现其中有181个产品可应用于室内，只有82个产品能够应用在室外。结合室外应用情况分析可知，该类型玻璃在预防紫外线照射上的效果普遍不理想，随着使用时间的延长，夹层内的凝胶材料会出现严重的老化、开裂、发乌等现象。综上所述，有机复合隔热型防火玻璃因其价格低廉，性价比高，在国内市场占比较大，但相应的带来的性能上的问题也是不容忽视的。在使用丙烯酰胺材料时会产生污染，对生态环境构成了威胁。

1.2无机复合隔热型防火玻璃夹层材料与结构应用现状

1）晾板法

晾板法是无机复合隔热玻璃制作中常见的工艺手法，原材料主要以硅酸钠为主，之后添加适量添加剂，如聚磷酸铵、氯化钠、氯化镁、尿素、硼砂、硫酸铝钾等生成晾板液，涂抹在玻璃原片表层，再采取恒温脱水方式形成防火胶，提升玻璃隔热防火性能。该类型玻璃优势在于层数多、防火厚度大、防火等级高。目前对于无机复合隔热型防火玻璃的划分会按照层数、防火胶厚度进行。按照层数划分有四玻三胶、五玻四胶、六玻五胶、八玻七胶等形态;按照防火胶厚度划分有1.4毫米、3毫米、16毫米、25毫米这几种。对于后两种厚度较大的玻璃结构，多是采取中空复合的方式完成制作的，耐火等级、隔热性明显高于其他类型的玻璃结构。

晾板法生产的隔热型复合防火玻璃在我国的发展时间较早，但在市面上的应用却相对较少，这与其独特的生产工艺有着直接联系。该类型玻璃优势为：在制作中，玻璃板会选择厚度在3-4毫米的非钢化性玻璃，切割作业较为方便;防火胶材料因为是在恒温状态下通过蒸发凝固的方式实现的，胶固效果可达到70%以上，玻璃具有较好的抵抗性，减少胀裂变形问题的产生;防火胶自身低含水量和低模数的特征，可增强玻璃耐寒性，即使是在零下50摄氏度的温度下，也能够保证结构不出现结冰现象;含水量低，在遇到明火时不会出现明显的流动情况，保证了夹层的密封效果，延长了使用寿命。

除众多优点外，该类型玻璃也存在较大劣势，如制作工艺更加复杂，生产周期有所延长，对生产环境及温度有着较高要求。另外，由于水玻璃的摊铺和凝胶过程需在极平的玻璃原片上进行，目前尚且无法采用钢化玻璃予以生产，也不能用于生产异形玻璃;该类型玻璃采用的主要原料为低模数钠水玻璃，防火玻璃的耐紫外线辐照性能差，无法直接用于室外。

2）灌浆法

灌浆法是将科学配比调配好的硅酸盐溶液灌入到多层玻璃腔体中，值得注意的是，灌注的多层玻璃腔体要利用特制的阻燃胶条对其四周实施密封处理，改善浆液在内部的凝固效果。灌浆法制作的复合型防火玻璃以纳米硅和水景硅这两种为主。该类型玻璃夹层中选用的防火胶材料仍以硅酸钠为主，制作中添加适量的氯化镁、氯化钠、硫酸铝钾等元素，提高防火等级。同时因防火胶厚度的不同，防火等级也会存在一定差异。该类型防火玻璃的防火胶多是以钠水玻璃为基础，采取添加固化剂的方式处理凝胶化而得到。

由于水玻璃的含水量高，形成的防火胶强度较低，耐火隔热性能较差。其中单层防火胶的耐火和隔热性能最差。近几年随着技术的发展，灌浆法制成的复合型防火玻璃还有采用纳米二氧化硅和碱溶液混合材料作为防火胶的结构类型，特点在于防火胶层数及耐火等级有所提升，结构以两层或三层平板玻璃中夹防火胶为主，防火胶的厚度可控制在5-8毫米左右。

此外，灌浆法生产出的玻璃材料，制作工艺简单，曲面处理到位，结构外形良好，且防紫外线照射能力较强。但与晾板法相比，该方法生产的玻璃在抵抗性能及防火胶的硬度上明显低于前者，且由于防火胶厚度较大，玻璃尺寸会有所增大，存在变形的可能性上升。同样的，由于防火胶含水量较高导致玻璃耐寒性能较差，市场上的大多数产品仅能在零下10摄氏度以上使用，只有极个别产品的耐寒性能达到零下30摄氏度，这几乎是灌浆法制备隔热型复合防火玻璃耐寒性能的极限。需特别注意的是，防火胶含水量越高，越可能引发脱胶、气泡、鼓包等问题，降低玻璃防火隔热性能。

2国外无机复合防火玻璃设计理念

当前国内经常看到的进口无机复合防火玻璃种类有两种，一是英国的Pyrostop系列产品，二是圣戈班旗下的Contraflam产品。前者制作工艺选用晾板法，后者制作工艺采用的是灌浆法。这两款玻璃的耐火等级在A0.50-A3.00不等。以Contraflam产品来说，不同耐火等级的玻璃结构各不相同。A0.50耐火等级的玻璃是由三层平板玻璃中间夹梁层防火胶构成的;A1.00耐火等级的玻璃则采用四层三膠的方式制成;A1.50耐火等级的玻璃采用五层四胶结构。可以看出随着耐火等级的增加，层数增多，当耐火等级达到A2.00以上后，则采用中空复合方式制作而成。其是将两块耐火等级A1.00的隔热型复合防火玻璃通过一个6毫米的中空进行复合。而耐火等级达到A3.00时，则是两块耐火等级A0.50的玻璃和一块耐火等级A1.00的玻璃形成双中空结构。

同国内现有的复合型防火玻璃相比，Contraflam产品特点在于：相同耐火等级条件下，防火胶层数的增多，厚度会有所降低;在耐火等级达到A2.00后，制作工艺发生改变，以优化玻璃结构性能;玻璃尺寸会因结构的不同而发生改变，在设计中需充分考虑这点，维持玻璃选用合理性。虽然防火胶厚度的增加，会提升玻璃防火隔热效果，但相应的玻璃尺寸也会增加，这时可能会影响到建筑外观。所以在选择中，需从多方面考量，维护建筑安全性。国外对于防火玻璃性能要求严格，在设计中，会重点考虑性能特点，之后再考虑美观性和经济性。而本国设计更趋向于经济性和美观性的体现。为了提高本国建筑质量，应借鉴国外现有资料和经验，转变设计理念，增加防火玻璃应用率。

3结语

希望本文的论述可以使专业人员对隔热型防火玻璃夹层材料和结构有进一步了解，进而更为全面的掌握该类型材料制作方法及应用现状，并在日后设计和使用中，革新经验技术，优化玻璃性能，以降低危险系数。

致谢：

（1）重庆机器人与智能制造领域技术创新成果产业化公共服务平台（2019-00900-1-1）项目资助;（2）重庆市教委科学技术研究项目（KJQN201901348）资助，（3）“成渝地区双城经济圈建设”科技创新项目（KJCX2020048）资助;（4）重庆文理学院引进人才项目（R2019FXC06）资助。

参考文献：

[1]丁敏.防火玻璃在当前建筑工程应用中存在的问题分析[J].科技创新导报，2019（17）.

重庆文理学院材料科学与工程学院 重庆 402160