新型高性能防火玻璃复合夹层胶的制备及性能研究

发布时间：2020-08-11 12:42

【摘要】：随着城市化的发展,越来越多的人迁入城市,各类大型建筑、地下建筑,高层、超高层建筑等多种具有综合功能的建筑大量涌现,在新建筑落成的同时新的消防安全问题也随之出现,城市建筑的防火问题成为重中之重。防火玻璃是一类在规定的耐火测试中能够保持其完整性甚至隔热性的特种玻璃。从组成和制造工艺方面考虑防火玻璃有很多种类,其中硅酸盐类防火玻璃防火保护方面是目前最为安全的防火玻璃。不仅具有可靠的耐火完整性,而且还能形成热屏障,具有优异的隔热性。硅酸盐类防火玻璃主要有K_2O·nSiO_2基和Na_2O·nSiO_2基两种,但这两种硅酸盐类防火玻璃究竟那个更好,国际、国内还没有进行过相关研究。防火玻璃中的夹层胶对防火玻璃的防火性能起着决定性的作用。本文的主要研究目的在于通过对硅酸钾和硅酸钠两种防火玻璃的夹层胶进行对比研究,寻找一种更为合适的原料配方,并探究硅酸盐夹层防火玻璃的防火机理和影响防火玻璃透明的因素;解决硅酸盐类防火玻璃中普遍存在的气泡问题;通过添加防冻剂、阻燃剂来提高防火玻璃的耐寒和防火性能,为生产出更好更安全的防火玻璃提供理论支持和依据。主要的工作包括以下几方面内容:1.本文以硅溶胶和碱两种试剂作为配制防火浆料的主要原料成分,硅溶胶选用40%、45%、50%三种浓度成分,并分别进行了粒径测试,碱试剂选用KOH、NaOH、LiOH。通过正交实验和粒径测试结果综合考虑,优化了防火浆料的配方组合为50%的硅溶胶、氢氧化钠、氢氧化钾,其优化后的摩尔配比为SiO_2/MOH=2.6:1(M=Na,K;KOH/NaOH=3:1),反应温度为80oC,固化温度为70oC。2.为了对比硅酸钾和硅酸钠防火玻璃夹层胶的性能,并探讨其防火机理及影响透光率的因素,通过单因素实验分别考察了SiO_2/MOH(M=K或Na)摩尔比、碱试剂、固化温度对于防火玻璃的透光率、防火性能、凝胶的发泡性能及凝胶含水量的影响。采用红外(FTIR)对凝胶和发泡层的化学结构进行了表征,采用TG-DSC和X射线衍射仪(XRD)测试了两种凝胶的含水量和发泡层的耐高温性能,利用扫描电镜(SEM)对发泡层表面和内部形貌进行了表征。结果表明:防火玻璃的透光率随着摩尔比SiO_2/MOH(M=Na,K)的增大而降低;其耐火性能随着摩尔比的增加相应提高;同摩尔比条件下硅酸钠基比硅酸钾基防火玻璃的耐火性能要好,但其透光率比硅酸钠基防火玻璃的要低;随着摩尔比的增大其发泡层更加致密,具有更多、更小的密闭孔隙。发泡层具有很好的高温稳定性。硅酸钾和硅酸钠凝胶之间的差异主要是凝胶中-Si-O-Si-键的含量以及Na~+和K~+粒径的不同造成的。硅酸盐类防火玻璃的防火机理如下:在高温冲击下,向火面玻璃首先破碎,夹层胶中的水分吸收热量变为水蒸气,同时作为发泡的动力形成很多密闭的小孔,使夹层胶体积膨胀,膨胀的发泡层起到阻挡火焰、烟雾和降低热辐射的作用。防火玻璃的透光率与其夹层胶的均匀性有关,均匀性越好其透光率也越高。3.为提高防火玻璃的低温适用性和耐火极限,通过添加5%乙二醇实现了灌浆玻璃在-50oC条件下依然具有很好的耐寒性能,通过添加4%的硼酸使15mm厚的灌浆玻璃的耐火极限在62min的基础上提高了6min,其硅酸盐凝胶层厚为5mm。4.本文分析了灌浆玻璃中气泡的来源:浆料的配制过程和固化过程;利用低压制备和低温固化或高压固化来消除凝胶中的气泡,并利用高温高压固化条件实现了高摩尔高透光率硅酸盐凝胶的制备。耐辐照测试表明复合硅酸盐基防火玻璃在经过了100h的测试后,其透光率减少了1.89%,远远小于国标GB15763.3-2009中10%的要求,表明其有很好的耐候性。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ171.72
【图文】：

高层建筑火灾,图片

伦敦西部拉蒂默（latimer）大街24层高的格兰菲塔（GrenfellTower）住宅楼发生火灾。火灾首先出现在四层，15分钟过后，大火迅速蔓延至24层（楼顶）其火灾状况如图1-1a所示。格兰菲塔住宅楼在建造时使用的是非防火的玻璃，不具备防火功能，火灾发生时速度蔓延的很快。大火肆虐近12个小时之后才慢慢被扑灭，整栋建筑几乎被烧穿。这次火灾共有40辆消防车和200名消防队员参与扑救工作。6月28日，英国警方称这场火灾造成至少80人死亡[7]。2009年2月9日晚8时27分，在元宵节晚上燃放的烟花火焰图 1-1 高层建筑火灾图片Fig. 1-1 High-rise building fire picture点燃了建设中的央视大楼，在27个消防队、85辆消防车、近600名消防官兵的共同努力下，经过6个小时的艰辛奋斗才将大火扑灭。灾后的央视大楼如图1-1b所示，从图中看出门窗全部被大火烧毁

分布情况,人员伤亡,场所,分布情况

人员被困在楼内。经过消防官兵7个多小时的浴血中消防官兵共抢救疏散群众470余名[11]。2015年8月民的高度关注，本次火灾的起因是位于天津市滨海生爆炸，这次事故共造成165人遇难、8人失踪，7汽车、7533个集装箱受损[12]。根据《企业职工伤亡定统计，截至到2015年12月10日，经核实这次事故,13]。华人民共和国公安部消防局的统计数据，2014年全，受伤 1513 人，直接财产损失 47 亿元[14]。2015.7 万起，死亡 1899 人，受伤 1213 人，直接财产损火灾 31.2 万起，死亡 1582 人，伤 1065 人，直接财2.60.5场所火灾伤亡人数分布

耐火级,欧盟标准,防火玻璃

图 1-3 欧盟标准 EN 13501-2 中的耐火级别Fig.1-3 Fire resistance ratings in EN 13501-2国外防火玻璃起步早，20 世纪 70 年代初，防火玻璃首先出现在英国，尤其是英国和德国防火玻璃发展最为迅速，先后制定了“建筑防火规范”和“建筑构件防火试方法”以及“高层民用建筑设计防火标准和规定”[51]。欧美发达国家防火玻发，生产和应用都居世界前列。目前国内绝大多数企业主要生产单片铯钾防火玻丙烯酰胺类有机复合防火玻璃[39,54-55]。高端复合防火玻璃市场基本上被国外厂商顿、圣哥班、Schott、AGC 所垄断。英国皮尔金顿集团有限公司成立于 1826 年，作为世界上最大的跨国玻璃制造公，皮尔金顿主要生产建筑玻璃、汽车玻璃和太阳能玻璃。皮尔金顿为全球提供各产品。皮尔金顿提供了全面的防火玻璃产品，皮尔金顿公司旗下有五种防火玻璃别是：Pilkington Pyrostop 、Pilkington Pyrodur 、Pilkington Pyrodur Plus、Pilkingtclear 、Pilkington Pyroshield 2 。

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