离子交换法制备玻璃钢

离子交换法制备玻璃钢

玻璃具有透明、坚硬、良好的耐腐蚀性、耐、耐、光学性等特点。可以用各种加工方法制作不同形状和大小的产品。可以通过调整化学组成来改变性质，满足不同的使用要求，得到广泛应用。随着人们对生活环境的要求不断提高,人们已经不再满足于普通浮法玻璃的性能,对玻璃又有了更高的要求。在目前的研究中,玻璃表面改性的方法很多,如物理钢化,热钢化,化学钢化和酸处理增强等。化学钢化(又称离子交换增强)是一种借助交换离子间的体积差产生“挤塞”,表面生成压应力而提高玻璃强度的增强方法。但是,玻璃本身的缺陷对化学钢化玻璃的强度具有重大的影响。而酸处理是常用的表面处理方法,通过腐蚀除掉含有裂纹或其他缺陷的表面层,消除造成降低强度的因素,恢复或提高玻璃的强度。本实验结合了酸处理增强和化学钢化法2种方法来改善玻璃的强度,并希望获得较好的增强效果。1材料的预处理和强度测试方法实验用玻璃原片为洛阳玻璃有限责任公司生产的3mm厚平板玻璃,品种为白玻。所使用的预处理方式是通过酸溶液对玻璃表面进行处理。处理溶液是用40%HF和98%H2SO4配制而成的。把玻璃片放入不同浓度的HF和H2SO4和混合酸溶液中进行处理,处理时间也不同。浓度选择为3%,5%,8%,10%,15%,20%和30%,分别以A,B,C,D,E,F和G表示;时间选择为1min,2min,3min,4min,5min,10min,30min和60min分别以a,b,c,d,e,f,g和h表示。将预处理过的玻璃放入450℃的混合熔盐中3h进行离子交换。强度测试方法采用三点弯曲法,使用的仪器是SKZ数显式抗折仪。样品规格L×a×b=60mm×24mm×3mm。2结果和讨论2.1玻璃的离子交换对强度的影响将玻璃片经清洗干燥后直接放入硝酸钾的熔盐中进行离子交换,不经过其他处理,使其成为钢化玻璃,交换温度为450℃,交换时间不同,以此作为预处理后再钢化的玻璃的对比将玻璃片经清洗干燥后直接放入硝酸钾的熔盐中进行离子交换,不经过其他处理,使其成为钢化玻璃,交换温度为450℃,交换时间不同,以此作为预处理后再钢化的玻璃的对比实验。强度测试结果见表1。从表1中可以发现交换时间长短对钢化玻璃强度的影响很大。随着离子交换时间的延长,玻璃的抗折强度都在增加。特别是在交换时间为4h时,强度为交换时间8h的1/2还不到。这说明了,玻璃中的Na+与熔盐中的K+交换需要一定时间来完成。随着时间延长,交换得越充分,强度也越大。2.2与s-a-g性能比较,对检测效果好。在早玻璃在不同浓度的硫酸溶液中,处理不同的时间,温度为室温(25℃)。然后将玻璃片取出,清洗干燥,进行离子交换。强度测试结果如表2所示。与原始玻璃的强度(80.68MPa)相比,强度得到大幅度的提高。由于这组实验中,所实施的离子交换时间为3h,就将其与S-1组的强度相比较。从表2和图1中不难看出,经过硫酸预处理后再离子交换的玻璃,比单纯的用离子交换来制出的钢化玻璃的强度要大。S-A-g在处理30min时强度增加的最多,其他几组都可以在比原离子交换时间缩短的情况下,达到相同强度,甚至使强度有所增加。这也可以看出,为了达到一定的强度,可以通过预处理的方式来缩短交换时间。2.3玻璃的强度和厚度玻璃片在不同浓度的HF酸溶液中,处理不同的时间,温度为室温(25℃)。然后将玻璃片取出,清洗干燥,进行离子交换和强度测试。强度数据如表3和表4所示。由表3、表4和图2、图3可以观察出,用HF酸预处理过的钢化玻璃片的强度与原始玻璃和只用离子交换来使玻璃增强的玻璃相比较,除F-B-f之外都得到了较大的提高。F-A-c、F-A-d、F-B-b、F-B-c、F-B-d这几组使玻璃的强度较原始玻璃S-0和S-1有了很大程度的提高,还达到了S-2组的强度。用8%的HF酸处理,处理时间为1min和2min所得到的玻璃强度有较大的区别,使用5%和8%的HF酸都会使强度有不同程度的改变。浓度过高或处理时间太长,酸腐蚀厚度增加,玻璃的结构受到破坏。根据前期实验发现,经过15%的HF酸处理过5min的玻璃表面有一层白色物质,这是玻璃表面结构破坏,造成强度下降。,虽然HF酸处理能使玻璃增强,但要对时间和浓度进行严格控制。2.4璃的强度由以上数据显示,用硫酸和HF混合酸预处理同样会使原始玻璃和化学钢化玻璃的强度增加。当HF的浓度在3%和5%的时候可以较好的增强玻璃,而使用20%的HF则对化学钢化增加不明显,基本是没有效果,甚至还可能会因为浓度高和处理时间长而使化学钢化玻璃降低强度,所以更应该控制好浓度和时间。3预处理和酸处理对玻璃的作用a.酸预处理工艺的控制对于玻璃的强度具有很大的影响。在使用酸处理时必须严格把握酸的浓度,处理时间。尤其是使用氢氟酸时,大浓度和长时间会破坏玻璃表面,当时间超过10min,将大大降低玻璃的强度。b.用不同酸处理的玻璃片的增强的效果:HF酸>混合酸>硫酸。预处理能够很大程度上的对玻璃进行增强。酸处理得到的新鲜表面,表面能