近幾年來(lái)，國內外高層建筑火災不斷，從幾年前的中央電視臺新址北配樓大火，到上海靜安區教師公寓特大火災，再到今年6月14日，英國倫敦高層居民建筑火災……一場(chǎng)場(chǎng)大火，火勢蔓延的速度令人驚駭，現場(chǎng)仿佛“人間煉獄”。
大尺寸曲面復合防火玻璃
“幾次高層建筑大火觸目驚心，也給中國的建筑安全敲響了警鐘。”正如中國建筑材料科學(xué)研究總院玻璃科學(xué)研究院院長(cháng)左巖所說(shuō)，頻繁發(fā)生的大火，引發(fā)了全社會(huì )對高層建筑防火設施的拷問(wèn)。2015年，國家出臺《建筑設計防火規范》，對耐火窗等防火設備作出了強制規定。
在災難發(fā)生時(shí)，如果有更好的防火玻璃，是否人們就能多一點(diǎn)獲救的希望?這個(gè)問(wèn)題，一直敲打著(zhù)中國建材總院玻璃院的科研團隊。他們歷時(shí)三年蟄伏，終于啃下了這塊“硬骨頭”，打破了國外廠(chǎng)商對該領(lǐng)域高端市場(chǎng)的壟斷，做出了具有國際競爭力的復合防火玻璃。
小氣泡大難題
按照結構劃分，防火玻璃分為單片和復合防火玻璃兩大類(lèi)。單片玻璃不但成本高、質(zhì)量良莠不齊，且具有自爆風(fēng)險，可能帶來(lái)意想不到的人身傷害。相比之下，復合防火玻璃安全系數更高、用途更廣泛，更受市場(chǎng)歡迎。
然而，優(yōu)良的性能勢必需要更高的科技含量。目前，國內復合防火玻璃存在的主要技術(shù)問(wèn)題是微氣泡難以消除，外觀(guān)不如國外品牌;耐紫外線(xiàn)輻照性能較差，大部分產(chǎn)品長(cháng)時(shí)間在戶(hù)外使用，會(huì )出現發(fā)烏、出泡等問(wèn)題。
復合防火玻璃技術(shù)的核心是兩層玻璃之間的無(wú)機防火液，目前常規的生產(chǎn)技術(shù)是直接利用低模數的鉀水玻璃作為防火液，但這種物質(zhì)化學(xué)穩定性差，在使用過(guò)程中會(huì )出現透過(guò)率下降、氣泡、流膠等缺陷，影響玻璃外觀(guān)質(zhì)量和對火場(chǎng)狀況的判斷。
那么，將鉀水玻璃的模數增加，就能解決這些問(wèn)題嗎?中國建材總院玻璃院高級工程師穆元春告訴記者：“高模數鉀水玻璃溶液固體含量低、黏度大，排泡和鋪展成型難度極大，在防火玻璃制備過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量微泡，降低外觀(guān)質(zhì)量，無(wú)法直接作為防火層基材使用。”
因此，研發(fā)無(wú)微泡、耐候性能優(yōu)異的高性能復合防火玻璃，實(shí)現產(chǎn)品性能質(zhì)的飛躍，擴大產(chǎn)品的應用范圍，既是我國防火玻璃技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，也是建筑節能、安全玻璃產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的一個(gè)重要方向。
在充分了解到行業(yè)的痛點(diǎn)后，從2012年開(kāi)始，穆元春團隊走上了復合式無(wú)機防火玻璃的研發(fā)之路。
玻璃“芯”不脆弱
但是，事情并非一帆風(fēng)順。復合防火玻璃的主流制作技術(shù)是平板式晾制法，也就是把一塊玻璃水平放置，上面涂上防火液，然后晾干，最后再蓋一層玻璃。
“國外是用專(zhuān)門(mén)的大型精密設備來(lái)生產(chǎn)，但進(jìn)口這樣一整套設備，需要花費上千萬(wàn)歐元。”穆元春承認，為了節省經(jīng)費，最初他們的實(shí)驗都是“徒手”做的。
防火液中間層只有1毫米厚，這就要求玻璃必須放得非常平，有一點(diǎn)誤差，防火液就無(wú)法均勻平鋪。整個(gè)團隊在實(shí)驗室里蹲了一個(gè)星期，終于把誤差調到0.1毫米以下。
但這還是不能完全解決微泡、印痕等問(wèn)題。由于國外廠(chǎng)家對核心技術(shù)的封鎖，團隊很長(cháng)時(shí)間都找不到突破點(diǎn)，走了很多彎路。
直到2015年夏天，事情才出現了轉機。在與客戶(hù)的交流中，對方提出將一種固含量較低的二氧化硅分散液應用于玻璃外表面拋光的想法。
這讓穆元春突發(fā)奇想：如果能利用這種二氧化硅分散液，直接在玻璃層間與氫氧化鉀溶液反應，生成高模數的鉀水玻璃，不就能一箭雙雕地避免平板晾制法的缺點(diǎn)和低模數防火液的缺點(diǎn)了嗎?
但這一切的前提，是需要制備低粘度、高固含量的二氧化硅分散液才能實(shí)現灌裝。如果直接使用普通納米二氧化硅與氫氧化鉀混合，黏度過(guò)大，無(wú)法成型。
攻關(guān)再次陷入僵局。這時(shí)，穆元春想到了自己讀博士期間做過(guò)的涂料實(shí)驗，他曾經(jīng)通過(guò)粒子設計，解決了涂料成膜性的問(wèn)題。“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這種方法就是用一層物質(zhì)把二氧化硅顆粒給包裹起來(lái)，這樣二氧化硅顆粒就不會(huì )彼此團聚在一起，而是均勻地分散開(kāi)。”
同時(shí)要求低黏度和高固含量，這幾乎是一項不可能完成的任務(wù)。左巖承認，當初穆元春提出這個(gè)想法時(shí)，他的內心是打鼓的：“我們老百姓和面，都知道加水少了，面團就黏糊糊的，但穆元春要做的事，是要求少加水，多加面，還得做成均勻的稀湯，一點(diǎn)面疙瘩都不能有。”
他拿著(zhù)這個(gè)方案咨詢(xún)了一圈玻璃深加工領(lǐng)域的專(zhuān)家，大家都說(shuō)不可能。
不過(guò)，左巖還是選擇了相信這個(gè)年輕人。在他看來(lái)，玻璃加工技術(shù)本來(lái)就是多學(xué)科融合交叉的，想要創(chuàng )新，就應該鼓勵科研人員大膽嘗試。
科研團隊對二氧化硅的粒徑、比表面積、功能單體的組成等因素進(jìn)行了優(yōu)化，終于攻克了低粘度、高固含、高模數的鉀水玻璃基防火溶液的制備難題。利用這種全新方法制備的復合防火玻璃，徹底解決了微氣泡、不能物理鋼化、不能用于幕墻、不能具備曲面異形結構等局限。
就這樣，穆元春團隊“四兩撥千斤”，研發(fā)出了超薄型復合式無(wú)機防火玻璃。他們成功研制出了滿(mǎn)足國家A類(lèi)標準、C類(lèi)標準要求的各種規格尺寸產(chǎn)品，順利通過(guò)第三方檢測機構耐火極限試驗檢驗;在知識產(chǎn)權方面共申請了十余項專(zhuān)利(包括PCT國際專(zhuān)利1項)，獲授權3件發(fā)明專(zhuān)利、2項實(shí)用新型專(zhuān)利。
成長(cháng)中的“隱形冠軍”
這種能夠使生產(chǎn)效率提高5倍以上、生產(chǎn)成本降低近一半、價(jià)格僅為國外產(chǎn)品1/3，還能夠實(shí)現連續化生產(chǎn)的新型復合防火玻璃制備技術(shù)，很快受到了市場(chǎng)的青睞。
2017年5月，中國建材總院攜新研發(fā)的不同規格新型復合式無(wú)機防火玻璃參加第28屆中國國際玻璃工業(yè)技術(shù)展覽會(huì )，其中4200mm×2000mm大尺寸、曲面結構超薄型復合式防火玻璃剛剛亮相就驚艷全場(chǎng)，受到國內外客戶(hù)的廣泛關(guān)注。
合作與訂單如雪花般紛沓而至，由于掌握核心技術(shù)并實(shí)現關(guān)鍵設備國產(chǎn)化，目前中國建材總院已和國內十余家玻璃深加工企業(yè)簽訂技術(shù)服務(wù)協(xié)議，為其提供防火溶液，并指導復合防火玻璃的工業(yè)化生產(chǎn)，計劃年產(chǎn)耐火窗用復合防火玻璃100萬(wàn)平方米，帶動(dòng)相關(guān)玻璃門(mén)窗行業(yè)的產(chǎn)值超過(guò)15億元，成為化解當地玻璃深加工產(chǎn)業(yè)“高能耗、低附加值”等弊端的利器。
作為中國成立時(shí)間最早、承擔型號最多、技術(shù)水平領(lǐng)先的航空玻璃生產(chǎn)基地，玻璃院在歷史上創(chuàng )造了一個(gè)又一個(gè)“中國第一”，被譽(yù)為“中國航空玻璃的搖籃”。近年來(lái)，玻璃院實(shí)施軍民結合的發(fā)展戰略，憑借創(chuàng )新，牢牢把握玻璃深加工領(lǐng)域的技術(shù)制高點(diǎn)。
“我們是國家的研究院，國家急需的就是我們要做的。”左巖說(shuō)，“我們的研究團隊會(huì )緊跟科技最前沿，在產(chǎn)學(xué)研一體化的道路上砥礪前行。”
目前，中國建材總院玻璃院已承擔了“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“智能玻璃與高安全功能玻璃關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)”項目，將繼續完善防火玻璃的生產(chǎn)技術(shù)，起草相關(guān)行業(yè)標準，醞釀成立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，推動(dòng)中國防火玻璃行業(yè)的轉型和有序可持續發(fā)展。
三年不飛，一飛沖天;三年不鳴，一鳴驚人。借助穆元春團隊的創(chuàng )新科技，中國建材總院在復合防火玻璃領(lǐng)域成功實(shí)現了“逆襲”，不但正在成長(cháng)為該領(lǐng)域的“隱形冠軍”，更為中國在這一關(guān)系到人民生命財產(chǎn)安全的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域贏(yíng)得了一席之地，真正讓中國防火玻璃“火”了起來(lái)。
