CN108358447A - 一种耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料，包括交替设计的多层玻璃层、粘结层，所述玻璃层包括以下原料：水玻璃、氟硼酸镁、硼砂、氧化钙、三氧化二硼、氮化钛、二氧化硅；所述粘结层包括以下原料：透辉石、聚氯丙烯树脂、聚丙烯酸丁酯、聚碳酸酯纤维、乙烯基硅烷偶联剂、氟碳铈镧矿粉，本发明玻璃层与粘结层之间相互协同，有效的增强了复合玻璃冲击强度，解决了普通玻璃耐磨性和抗酸碱抗氧化性差的问题，提高了粘结层的与玻璃层间的粘合的同时，大大提高了复合玻璃的硬度抗冲击性能，有效的增强了复合玻璃的抗冲击性与化学稳定性，耐磨性能有效增强，表面压应力可达到850Mpa以上，莫氏硬度可到8.5。

Description

一种耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料
技术领域
本发明涉及玻璃制品技术领域，具体说是一种耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料。
背景技术
目前市面上的玻璃大多制造成较薄的玻璃来使用，因厚玻璃制造不易，使用不便和寿面不长，所以大部分玻璃尽量薄化，但这也带来了显而易见的弊端，就是玻璃的抗冲击强度明显降低。在薄化的同时，玻璃制造方面的难度也随之加大，普通材质的玻璃在抗折强度、表面硬度等力学性能指标上明显不能满足市场需求。玻璃是一种透明的半固体、半液体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料，但是其受到冲击很容易破碎。普通玻璃在受到少许外力的冲击时，即会产生破碎的情况。同时，普通的玻璃的抗弯强度也较低，弯曲强度过大时，玻璃也会破碎，要满足市场的需求，提升普通玻璃的抗氧化性和抗冲击性能，还需进一步改进。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提出了一种耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料，耐磨性能有效增强，具有优良的抗冲击韧性与化学稳定性，抗氧化性。
为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：
一种耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料，包括交替设计的多层玻璃层、粘结层，所述玻璃层包括以下原料：水玻璃、氟硼酸镁、硼砂、氧化钙、三氧化二硼、氮化钛、二氧化硅；所述粘结层包括透辉石、聚氯丙烯树脂、聚丙烯酸丁酯、聚碳酸酯纤维、乙烯基硅烷偶联剂、氟碳铈镧矿粉。
优选的，所述玻璃层至少有两层，粘结层至少有一层。
优选的，所述氟碳铈镧矿粉中La2O＞75％wt，CeO2＜0.1％wt，氟碳铈镧矿粉粒径为0.5～1.2mm。
优选的，所述透辉石中CaO+MgO＜45.5％wt，SiO22＞20％wt，Al2O3＜7.5％，透辉石粒径为0.3～0.5mm。
优选的，所述乙烯基硅烷偶联剂采用乙烯基三氯硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷中的一种或多种组合物。
优选的，所述玻璃层中各原料百分含量为水玻璃3～5％、氟硼酸镁5～8％、硼砂10～15％、氧化钙5～10％、三氧化二硼1.5～3％、氮化钛5～8％、二氧化硅余量。
优选的，所述粘结层中各原料百分含量为透辉石10～15％、聚氯丙烯树脂2～5％、聚丙烯酸丁酯5～～12％、聚碳酸酯纤维5～8％、乙烯基硅烷偶联剂5～8％、氟碳铈镧矿粉余量。
玻璃的制备步骤具体如下：先将反应釜温度调至780～900℃，待反应釜温度稳定后，再将玻璃层原料混合均匀投入反应釜中，以15℃/min的升温速率升温直至呈熔融态(1490～1510℃)，保温15～30min后，倾入模具设备中成型，将成型完的玻璃放入退火炉中进行退火，分别在550℃、540℃、530℃、520℃、510℃下依次退火，降温至80～90℃，空冷后切件，再将切件逐渐升温至玻璃软化点，控制升温速率为15℃/min，每过10min停止升温并保温15min，温度升至700℃停止升温，保温5min后降至温。
粘结层的制备步骤具体如下：先将聚碳酸酯纤维、聚氯丙烯树脂置于反应炉中升温至熔融态(150～175℃)，保温15min再将透辉石、乙烯基硅烷偶联剂、氟碳铈镧矿粉加入，混合搅拌均匀，保温5～10min，以5℃/min降温速率降温至65～85℃并加入聚丙烯酸丁酯，搅拌均匀，保温1～1.5h。
复合玻璃的制备步骤具体如下:将玻璃均匀升温至200℃，再将玻璃置于压合设备中，并将熔融态的粘结层注入玻璃表面，依次叠加玻璃并注入熔融态的粘结层进行压合，压合后保温20～25min，以5℃/min降温速率降至80～90℃后空冷至室温。
由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：玻璃层与粘结层之间相互协同，有效的增强了复合玻璃冲击强度，由于粘结层中加入的氟碳铈镧矿粉优化了复合玻璃整体表面的平整度，以及氮化钛可在玻璃面形成成一层耐磨抗氧化的水平膜层，存在的稀土元素对这种膜层具有有效的改性效果，解决了普通玻璃耐磨性和抗酸碱抗氧化性差的问题，乙烯基硅烷偶联剂将机械性能较差的聚碳酸酯纤维与聚氯丙烯树脂进一步交联，聚丙烯酸丁酯承载在其网状的结构内，提高了粘结层的与玻璃层间的粘合的同时，大大提高了复合玻璃的抗冲击性能，通过合理设定组分及其含量，有效的增强了复合玻璃的抗冲击性与化学稳定性，耐磨性能有效增强，复合玻璃表面压应力可达到850Mpa以上，莫氏硬度可到8.5。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料，包括交替设计的多层玻璃层、粘结层，所述玻璃层包括以下原料：水玻璃、氟硼酸镁、硼砂、氧化钙、三氧化二硼、氮化钛、二氧化硅；所述粘结层包括透辉石、聚氯丙烯树脂、聚丙烯酸丁酯、聚碳酸酯纤维、乙烯基硅烷偶联剂、氟碳铈镧矿粉。
其中，所述玻璃层至少有两层，粘结层至少有一层，氟碳铈镧矿粉中La2O＞75％wt，CeO2＜0.1％wt，氟碳铈镧矿粉粒径为0.5～1.2mm；透辉石中CaO+MgO＜45.5％wt，SiO2＞20％wt，Al2O3＜7.5％，透辉石粒径为0.3～0.5mm；乙烯基硅烷偶联剂采用乙烯基三氯硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷。
玻璃层中各原料百分含量为水玻璃5％、氟硼酸镁8％、硼砂15％、氧化钙5％、三氧化二硼3％、氮化钛8％、二氧化硅余量。
玻璃的制备步骤具体如下：先将反应釜温度调至780～900℃，待反应釜温度稳定后，再将玻璃层原料混合均匀投入反应釜中，以15℃/min的升温速率升温直至呈熔融态(1490～1510℃)，保温15～30min后，倾入模具设备中成型，将成型完的玻璃放入退火炉中进行退火，分别在550℃、540℃、530℃、520℃、510℃下依次退火，降温至80～90℃，空冷后切件，再将切件逐渐升温至玻璃软化点，控制升温速率为15℃/min，每过10min停止升温并保温15min，温度升至700℃停止升温，保温5min后降至温。
粘结层中各原料百分含量为透辉石10％、聚氯丙烯树脂5％、聚丙烯酸丁酯5％、聚碳酸酯纤维8％、硅烷偶联剂8％、氟碳铈镧矿粉余量。
粘结层的制备步骤具体如下：先将聚碳酸酯纤维、聚氯丙烯树脂置于反应炉中升温至熔融态(150～175℃)，保温15min再将透辉石、乙烯基硅烷偶联剂、氟碳铈镧矿粉加入，混合搅拌均匀，保温5～10min，以5℃/min降温速率降温至65～85℃并加入聚丙烯酸丁酯，搅拌均匀，保温1～1.5h。
复合玻璃的制备步骤具体如下:将玻璃均匀升温至200℃，再将玻璃第一层置于压合设备中，并将熔融态的粘结层注入玻璃表面，依次叠加玻璃并注入熔融态的粘结层进行压合，压合后保温20～25min，以5℃/min降温速率降至80～90℃后空冷至室温。
实施例2：
一种耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料，包括交替设计的多层玻璃层、粘结层，所述玻璃层包括以下原料：水玻璃、氟硼酸镁、硼砂、氧化钙、三氧化二硼、氮化钛、二氧化硅；所述粘结层包括透辉石、聚氯丙烯树脂、聚丙烯酸丁酯、聚碳酸酯纤维、乙烯基硅烷偶联剂、氟碳铈镧矿粉。
其中，所述玻璃层至少有两层，粘结层至少有一层，氟碳铈镧矿粉中La2O＞75％wt，CeO2＜0.1％wt，氟碳铈镧矿粉粒径为0.5～1.2mm；透辉石中CaO+MgO＜45.5％wt，SiO2＞20％wt，Al2O3＜7.5％，透辉石粒径为0.3～0.5mm；乙烯基硅烷偶联剂采用乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷。
玻璃层中各原料百分含量为水玻璃3％、氟硼酸镁7.5％、硼砂10％、氧化钙10％、三氧化二硼1.7％、氮化钛7％、二氧化硅余量。
玻璃的制备步骤具体如下：先将反应釜温度调至780～900℃，待反应釜温度稳定后，再将玻璃层原料混合均匀投入反应釜中，以15℃/min的升温速率升温直至呈熔融态(1490～1510℃)，保温15～30min后，倾入模具设备中成型，将成型完的玻璃放入退火炉中进行退火，分别在550℃、540℃、530℃、520℃、510℃下依次退火，降温至80～90℃，空冷后切件，再将切件逐渐升温至玻璃软化点，控制升温速率为15℃/min，每过10min停止升温并保温15min，温度升至700℃停止升温，保温5min后降至温。
粘结层中各原料百分含量为透辉石12％、聚氯丙烯树脂3％、聚丙烯酸丁酯7％、聚碳酸酯纤维6％、硅烷偶联剂6％、氟碳铈镧矿粉余量。
粘结层的制备步骤具体如下：先将聚碳酸酯纤维、聚氯丙烯树脂置于反应炉中升温至熔融态(150～175℃)，保温15min再将透辉石、乙烯基硅烷偶联剂、氟碳铈镧矿粉加入，混合搅拌均匀，保温5～10min，以5℃/min降温速率降温至65～85℃并加入聚丙烯酸丁酯，搅拌均匀，保温1～1.5h。
复合玻璃的制备步骤具体如下:将玻璃均匀升温至200℃，再将玻璃第一层置于压合设备中，并将熔融态的粘结层注入玻璃表面，依次叠加玻璃并注入熔融态的粘结层进行压合，压合后保温20～25min，以5℃/min降温速率降至80～90℃后空冷至室温。
实施例3：
一种耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料，包括交替设计的多层玻璃层、粘结层，所述玻璃层包括以下原料：水玻璃、氟硼酸镁、硼砂、氧化钙、三氧化二硼、氮化钛、二氧化硅；所述粘结层包括透辉石、聚氯丙烯树脂、聚丙烯酸丁酯、聚碳酸酯纤维、乙烯基硅烷偶联剂、氟碳铈镧矿粉。
其中，所述玻璃层至少有两层，粘结层至少有一层，氟碳铈镧矿粉中La2O＞75％wt，CeO2＜0.1％wt，氟碳铈镧矿粉粒径为0.5～1.2mm；透辉石中CaO+MgO＜45.5％wt，SiO2＞20％wt，Al2O3＜7.5％，透辉石粒径为0.3～0.5mm；乙烯基硅烷偶联剂采用乙烯基三叔丁氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷。
玻璃层中各原料百分含量为水玻璃4.5％、氟硼酸镁6％、硼砂11％、氧化钙6％、三氧化二硼1.9％、氮化钛6％、二氧化硅余量。
玻璃的制备步骤具体如下：先将反应釜温度调至780～900℃，待反应釜温度稳定后，再将玻璃层原料混合均匀投入反应釜中，以15℃/min的升温速率升温直至呈熔融态(1490～1510℃)，保温15～30min后，倾入模具设备中成型，将成型完的玻璃放入退火炉中进行退火，分别在550℃、540℃、530℃、520℃、510℃下依次退火，降温至80～90℃，空冷后切件，再将切件逐渐升温至玻璃软化点，控制升温速率为15℃/min，每过10min停止升温并保温15min，温度升至700℃停止升温，保温5min后降至温。
粘结层中各原料百分含量为透辉石15％、聚氯丙烯树脂2％、聚丙烯酸丁酯11％、聚碳酸酯纤维5％、硅烷偶联剂5％、氟碳铈镧矿粉余量。
粘结层的制备步骤具体如下：先将聚碳酸酯纤维、聚氯丙烯树脂置于反应炉中升温至熔融态(150～175℃)，保温15min再将透辉石、乙烯基硅烷偶联剂、氟碳铈镧矿粉加入，混合搅拌均匀，保温5～10min，以5℃/min降温速率降温至65～85℃并加入聚丙烯酸丁酯，搅拌均匀，保温1～1.5h。
复合玻璃的制备步骤具体如下:将玻璃均匀升温至200℃，再将玻璃第一层置于压合设备中，并将熔融态的粘结层注入玻璃表面，依次叠加玻璃并注入熔融态的粘结层进行压合，压合后保温20～25min，以5℃/min降温速率降至80～90℃后空冷至室温。
实施例4
一种耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料，包括交替设计的多层玻璃层、粘结层，所述玻璃层包括以下原料：水玻璃、氟硼酸镁、硼砂、氧化钙、三氧化二硼、氮化钛、二氧化硅；所述粘结层包括透辉石、聚氯丙烯树脂、聚丙烯酸丁酯、聚碳酸酯纤维、乙烯基硅烷偶联剂、氟碳铈镧矿粉。
其中，所述玻璃层至少有两层，粘结层至少有一层，氟碳铈镧矿粉中La2O＞75％wt，CeO2＜0.1％wt，氟碳铈镧矿粉粒径为0.5～1.2mm；透辉石中CaO+MgO＜45.5％wt，SiO2＞20％wt，Al2O3＜7.5％，透辉石粒径为0.3～0.5mm；乙烯基硅烷偶联剂采用乙烯基三氯硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷。
玻璃层中各原料百分含量为水玻璃3.5％、氟硼酸镁5％、硼砂12％、氧化钙8％、三氧化二硼2.4％、氮化钛5％、二氧化硅余量。
玻璃的制备步骤具体如下：先将反应釜温度调至780～900℃，待反应釜温度稳定后，再将玻璃层原料混合均匀投入反应釜中，以15℃/min的升温速率升温直至呈熔融态(1490～1510℃)，保温15～30min后，倾入模具设备中成型，将成型完的玻璃放入退火炉中进行退火，分别在550℃、540℃、530℃、520℃、510℃下依次退火，降温至80～90℃，空冷后切件，再将切件逐渐升温至玻璃软化点，控制升温速率为15℃/min，每过10min停止升温并保温15min，温度升至700℃停止升温，保温5min后降至温。
粘结层中各原料百分含量为透辉石14％、聚氯丙烯树脂4％、聚丙烯酸丁酯12％、聚碳酸酯纤维7％、硅烷偶联剂6％、氟碳铈镧矿粉余量。
粘结层的制备步骤具体如下：先将聚碳酸酯纤维、聚氯丙烯树脂置于反应炉中升温至熔融态(150～175℃)，保温15min再将透辉石、乙烯基硅烷偶联剂、氟碳铈镧矿粉加入，混合搅拌均匀，保温5～10min，以5℃/min降温速率降温至65～85℃并加入聚丙烯酸丁酯，搅拌均匀，保温1～1.5h。
复合玻璃的制备步骤具体如下:将玻璃均匀升温至200℃，再将玻璃第一层置于压合设备中，并将熔融态的粘结层注入玻璃表面，依次叠加玻璃并注入熔融态的粘结层进行压合，压合后保温20～25min，以5℃/min降温速率降至80～90℃后空冷至室温。
实施例5
一种耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料，包括交替设计的多层玻璃层、粘结层，所述玻璃层包括以下原料：水玻璃、氟硼酸镁、硼砂、氧化钙、三氧化二硼、氮化钛、二氧化硅；所述粘结层包括透辉石、聚氯丙烯树脂、聚丙烯酸丁酯、聚碳酸酯纤维、乙烯基硅烷偶联剂、氟碳铈镧矿粉。
其中，所述玻璃层至少有两层，粘结层至少有一层，氟碳铈镧矿粉中La2O＞75％wt，CeO2＜0.1％wt，氟碳铈镧矿粉粒径为0.5～1.2mm；透辉石中CaO+MgO＜45.5％wt，SiO2＞20％wt，Al2O3＜7.5％，透辉石粒径为0.3～0.5mm；乙烯基硅烷偶联剂采用乙烯基三氯硅烷。
玻璃层中各原料百分含量为水玻璃4％、氟硼酸镁7％、硼砂13％、氧化钙9％、三氧化二硼2.8％、氮化钛6.5％、二氧化硅余量。
玻璃的制备步骤具体如下：先将反应釜温度调至780～900℃，待反应釜温度稳定后，再将玻璃层原料混合均匀投入反应釜中，以15℃/min的升温速率升温直至呈熔融态(1490～1510℃)，保温15～30min后，倾入模具设备中成型，将成型完的玻璃放入退火炉中进行退火，分别在550℃、540℃、530℃、520℃、510℃下依次退火，降温至80～90℃，空冷后切件，再将切件逐渐升温至玻璃软化点，控制升温速率为15℃/min，每过10min停止升温并保温15min，温度升至700℃停止升温，保温5min后降至温。
粘结层中各原料百分含量为透辉石13％、聚氯丙烯树脂2％、聚丙烯酸丁酯9％、聚碳酸酯纤维5％、硅烷偶联剂7％、氟碳铈镧矿粉余量。
粘结层的制备步骤具体如下：先将聚碳酸酯纤维、聚氯丙烯树脂置于反应炉中升温至熔融态(150～175℃)，保温15min再将透辉石、乙烯基硅烷偶联剂、氟碳铈镧矿粉加入，混合搅拌均匀，保温5～10min，以5℃/min降温速率降温至65～85℃并加入聚丙烯酸丁酯，搅拌均匀，保温1～1.5h。
复合玻璃的制备步骤具体如下:将玻璃均匀升温至200℃，再将玻璃第一层置于压合设备中，并将熔融态的粘结层注入玻璃表面，依次叠加玻璃并注入熔融态的粘结层进行压合，压合后保温20～25min，以5℃/min降温速率降至80～90℃后空冷至室温。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料，其特征在于，包括交替设计的多层玻璃层、粘结层，所述玻璃层包括以下原料：水玻璃、氟硼酸镁、硼砂、氧化钙、三氧化二硼、氮化钛、二氧化硅；所述粘结层包括以下原料：透辉石、聚氯丙烯树脂、聚丙烯酸丁酯、聚碳酸酯纤维、乙烯基硅烷偶联剂、氟碳铈镧矿粉。
2.一种耐氧化冲击性能强的复合玻璃，其特征在于：所述玻璃层至少有两层，粘结层至少有一层。
3.根据权利要求1所述的耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料，其特征在于：所述氟碳铈镧矿粉中La2O＞75％wt，CeO2＜0.1％wt，氟碳铈镧矿粉粒径为0.5～1.2mm。
4.根据权利要求1所述的耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料，其特征在于：所述透辉石中CaO+MgO＜45.5％wt，SiO2＞20％wt，Al2O3＜7.5％，透辉石粒径为0.3～0.5mm。
5.根据权利要求1所述的耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料，其特征在于：所述乙烯基硅烷偶联剂采用乙烯基三氯硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷中的一种或多种组合物。
6.根据权利要求1所述的耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料，其特征在于：所述玻璃层中各原料百分含量为水玻璃3～5％、氟硼酸镁5～8％、硼砂10～15％、氧化钙5～10％、三氧化二硼1.5～3％、氮化钛5～8％、二氧化硅余量。
7.根据权利要求1所述的耐氧化冲击性能强的复合玻璃材料，其特征在于：所述粘结层中各原料百分含量为透辉石10～15％、聚氯丙烯树脂2～5％、聚丙烯酸丁酯5～12％、聚碳酸酯纤维5～8％、乙烯基硅烷偶联剂5～8％、氟碳铈镧矿粉余量。
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