隔热型防火玻璃夹层材料和结构的应用现状

　　摘　要　复合防火玻璃是目前唯一能够起到隔热作用的防火玻璃，近年来受到玻璃行业和科研机构越来越多的关注。本文综述了国内外隔热型防火玻璃夹层材料和结构的应用现状，以期对国内隔热型防火玻璃的研究、生产和应用提供一些借鉴。

　　关键词　隔热型防火玻璃;夹层材料;结构;应用现状

　　0　引言

　　复合防火玻璃是目前唯一能够起到隔热作用的防火玻璃，近年来受到玻璃行业和科研机构越来越多的关注。复合防火玻璃由两片或两片以上的平板玻璃中间夹以透明的防火胶组成，遇火时迎火面玻璃首先破裂，防火胶在高温下快速发泡形成隔热层，从而起到防火隔热的作用。因此，防火胶材料和玻璃结构是决定复合防火玻璃各项性能的主要因素。目前常见的防火胶材料主要有两类，一类是以聚丙烯酰胺为基体的有机材料[1-3]，另一类是硅酸盐基的无机材料[4-9]。不同的防火胶材料用于生产防火玻璃的工艺也不相同，主要有晾板法和灌浆法两种生产工艺[10]，不同的生产工艺也会带来玻璃结构的差异。

　　玻璃论文范例：金属玻璃微观结构与变形的关联性

　　防火胶材料、生产工艺和玻璃结构的差别，造成了复合防火玻璃性能上的巨大差异，包括外观质量、耐火隔热性能、耐紫外线辐照、耐寒、耐热等性能方面。自从上世纪70年代防火玻璃在欧洲出现并应用至今，国外防火玻璃在研发、生产和规范制定等方面都积累了大量的数据和经验，并形成了以皮尔金顿、圣戈班为代表的专业大型防火玻璃供应商。先进的技术、完善的体系，系统的防火玻璃设计和法律法规的推动，使复合防火玻璃在工程应用上获得了很大的成功。

　　相比之下，我国防火玻璃技术发展缓慢、市场混乱、产品质量良莠不齐。近几年，国家标准GB50016—2014《建筑设计防火规范》的实施和《关于深化消防执法改革的意见》的颁布极大地推动了国内防火玻璃产业的技术进步和行业发展。随着我国对建筑防火的重视，国内高校和研究院对防火玻璃技术的研究越来越多[2-10]，市场对产品的质量要求越来越高，产品迭代不断加快。但是很少有人关注复合防火玻璃的结构设计，也忽略了防火玻璃耐火隔热的本质特征，导致现在一味的追求防火玻璃尺寸越大越好、厚度越薄越好，严重违背了防火玻璃的设计初衷。本文简要论述了国内复合防火玻璃的防火胶材料和玻璃结构应用现状，同时对比分析国外复合防火玻璃产品特点，以期给我国复合防火玻璃的发展提供一些借鉴。

　　1　隔热型复合防火玻璃的防火胶材料和结构

　　1.1　国内隔热型复合防火玻璃数据统计

　　根据中国消防产品信息网公布的消防产品信息统计，目前在国内获得隔热型复合防火玻璃检验报告并取得中国国家强制性产品认证证书的厂家有136家，包括国内135家公司和德国皮尔金顿股份有限公司，其中有机复合防火玻璃生产厂家111家，无机复合防火玻璃生产厂家34家;查询到主型产品的隔热型防火玻璃检验报告359份(不包含德国皮尔金顿4份报告)，其中有机复合防火玻璃的检验报告263份，无机复合防火玻璃的检验报告96份，涉及0.5h、1.0h、1.5h、2.0h和3.0h五个防火等级的复合防火玻璃产品。

　　1.2　有机复合防火玻璃的防火胶材料及结构应用现状

　　有机复合防火玻璃的防火胶材料主要由丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、硫酸铝钾、氯化镁、氯化钠、过硫酸铵等成分组成，采用灌浆法将防火胶液灌注到四周以阻燃胶条密封的玻璃腔体中，其中丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺交联固化形成的有机网络结构作为基体，阻燃剂、膨胀剂等添加剂被固定在上述有机网络中。据统计，在主型产品的263份有机复合防火玻璃的检验报告中，有259份检验报告中的玻璃结构为两玻一胶结构，即两片平板玻璃夹单层防火胶，随着防火等级的增加，防火胶层的厚度在不断增加，厚度范围为6～35mm。

　　仅有3份检验报告的玻璃结构为三玻两胶，1份检验报告的玻璃结构为四玻三胶。有机复合防火玻璃的防火胶材料和结构决定了其最大的优点是原材料价格低廉、生产工艺简单，从而使整个生产成本降低。同时其缺点也是很明显的：首先，由丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺交联形成的基体状态类似于果冻，含水量高，强度低，抗流变性能差，极易造成收缩缺陷和坠胀变形;其次，随着防火等级的增加，防火层厚度不断增加，而防火玻璃的结构始终是两玻一胶，两层平板玻璃无法有效抵抗防火层材料的流动下坠，从而造成防火玻璃的坠胀变形甚至胀裂，这也限制了该类型产品的应用尺寸。

　　另外，在主型产品的263份有机复合防火玻璃的检验报告中，有181个产品用于室内，可用于室外的产品报告仅有82份，这是因为有机复合防火玻璃的抗紫外线辐照性能很差，即使用于室内，聚丙烯酰胺凝胶材料在常温情况下的耐老化性能也不容乐观，实际应用表明，部分产品应用于室内6个月后防火胶已经严重开裂、发乌。从检验报告的数量上可以看出来，有机复合防火玻璃在国内还是有着比较庞大的市场，这跟其低廉的价格是分不开的。由于原材料中丙烯酰胺单体对人体的毒性和对环境的污染，玻璃的耐候性能和耐火隔热性能都比较差，使用寿命短、烧检通过率低等因素，有机复合防火玻璃的使用受到很大的限制。

　　1.3　无机复合防火玻璃的防火胶材料及结构应用现状

　　1.3.1　晾板法

　　在主型产品的96份无机复合防火玻璃的检验报告中，采用晾板法生产工艺的产品报告有28份，原材料以硅酸钠(水玻璃或泡花碱)为主，添加工业聚磷酸铵、氯化钠、氯化镁、尿素、硼砂、硫酸铝钾等添加剂后形成晾板液，将其浸渍或涂覆至玻璃原片表面，在恒温恒湿条件下脱去水分后形成防火胶，再通过合片液将另一玻璃原片与其粘接在一起，升温增压制得复合防火玻璃。

　　2　国外无机复合防火玻璃设计理念分析

　　国内市场上比较常见的进口无机复合防火玻璃有英国Pilkington的Pyrostop系列产品和圣戈班集团旗下Vetrotech公司的Contraflam系列产品。其中Pyrostop系列复合防火玻璃采用晾板法生产，Contraflam系列复合防火玻璃采用灌浆法生产，圣戈班的Contraflam系列产品，其耐火等级A0.50的玻璃结构为三层平板玻璃夹两层防火胶，耐火等级A1.00玻璃结构为四层平板玻璃夹三层防火胶，耐火等级为A1.50的玻璃结构为五层平板玻璃夹四层防火胶。

　　当其耐火等级达到A2.00时，玻璃结构并没有直接在耐火等级A1.50的玻璃结构上直接增加一层防火胶，而是两块耐火等级A1.00的隔热型复合防火玻璃通过一个6mm的中空进行复合，耐火等级达到A3.00时，玻璃结构也没有简单的将三块耐火等级A1.00的玻璃中空复合，而是两块耐火等级A0.50的玻璃和一块耐火等级A1.00的玻璃形成双中空结构。与国内隔热型复合防火玻璃结构相比，圣戈班Contraflam系列复合防火玻璃有以下三个特点：①在相同耐火等级下，增加了防火胶层的数量，同时降低了防火胶层的厚度;②当耐火等级达到A2.00及以上时，选择采用多个低耐火等级的防火玻璃进行中空复合，这一点与皮尔金顿的Pyrostop系列产品设计理念是相同的;③相同耐火等级、不同结构设计的防火玻璃，其推荐的应用尺寸是不同的，显然应用尺寸受到了结构的限制。

　　前两点结构设计方面的考虑均在一定程度上增加了防火玻璃的整体厚度，应用尺寸的限制也会在一定程度上对建筑物整体的美观造成影响，但却在更大程度上保证了玻璃的耐火隔热性能，使其更加安全可靠。隔热型复合防火玻璃的发展还没有达到尺寸和结构可任意设计的程度，防火玻璃的目的是为了最大程度发挥其耐火隔热性能，保障人们的生命财产安全，这是防火玻璃进行结构设计的初衷。目前国内相关数据积累还比较少，国外的设计理念和现实应用值得借鉴。

　　2　结论

　　本文通过对国内已获得中国国家强制性产品认证证书的厂家及其隔热型复合防火玻璃检验报告进行大数据统计分析，从防火胶材料、生产工艺和玻璃结构几个方面综述了国内复合防火玻璃的发展现状，并与国外同类型产品进行了比较。

　　主要结论为：

　　(1)目前国内有机灌浆防火玻璃产品仍有大量的生产企业和工程应用，该类型防火玻璃结构设计简单、生产工艺简单、成本低廉，在特定应用领域仍可满足隔热性防火要求，但由于其防火胶特性和结构设计等因素，导致其应用受到很大的限制;(2)以无机硅酸钾、硅酸钠材料为基础的隔热型复合防火玻璃具有优异的耐火隔热性能，并且满足大尺寸、耐紫外线辐照的应用需求，在隔热型防火玻璃的市场占有率快速提升，其中硅酸钾基复合防火玻璃系列发展迅猛;(3)与国外的隔热型复合防火玻璃产品相比，无论是晾板法还是灌浆法，国内产品还存在一定的差距。主要体现在，防火胶材料的性能尚有提升空间，防火玻璃的结构设计不够严谨，实际应用数据积累不够多，对应用场景的匹配认识尚浅，需要特别注意的是，防火玻璃的设计理念应更加注重功能性。

　　参考文献

　　[1]何俊章.聚丙烯酰胺凝胶改性及高性能防火玻璃制备[D].成都:西南科技大学,2018:28-84.

　　[2]何俊章,卢忠远,卢国建,等.高隔热性防火玻璃凝胶夹层的研制[J].新型建筑材料,2018:142-145.

　　[3]张晓琴,卢志安.酸性水凝胶防火玻璃[J].玻璃,2019(9):37-42.

　　[4]徐磊,穆元春,安远,等.无机复合防火玻璃的耐候性能分析[J].硅酸盐通报,2017(36):233-236.

　　[5]胡云婷.防火玻璃用K2·nSiO2基材料的反应机制和耐低温性研究[D].北京:中国建筑材料科学研究总院,2019:36-58.

　　[6]纪毅璞,左岩,成惠峰,等.高透明无微泡复合防火玻璃研究[J].武汉理工大学学报,2010(32):141-145.

　　作者：徐磊　李要辉　穆元春　陈玮　张凡　王晋珍　徐志伟　祖成奎

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