一种增强型玻璃弹丸及其生产方法和应用与流程

1.本发明属于应急救援技术领域，具体涉及增强型玻璃弹丸的生产方法和应用方法。


背景技术：

2.随着城市的发展，玻璃尤其是钢化玻璃、半钢化玻璃(热增强玻璃)、夹胶玻璃被越来越多地应用在高层楼宇或汽车等交通工具上，但在应急救援时，由于玻璃强度高，尤其钢化玻璃等安全玻璃的抗冲击强度是普通玻璃的3～5倍，抗弯强度是普通玻璃的3～5倍，难以快速破折这些玻璃结构，严重影响救援行动的及时展开，增加了现场救援的难度。
3.目前应急破折玻璃窗、玻璃幕墙的主要方法是依靠特定的弹射器发射或人力抛掷尖锐物体，如果抛掷的是金属弹丸，容易对现场人员造成伤害；如果抛掷的是普通无机材料的，如石子、玻璃、陶瓷，即使是尖锐形状的，由于它们密度一般≤2.45g/cm3；严重影响了破折速度和效果；尤其突出的是还没有快速破折夹胶安全玻璃的有效方法。
4.研究表明使用玻璃弹丸是能破折这些玻璃结构，如玻璃窗、玻璃幕墙，玻璃弹丸的侵彻力主要决定于其强度、质量、截面密度、命中物体时的速度以及命中区域的集中度；弹丸强度越大、质量越大，密度越大，在同等速度下的能量就越高，侵彻力就越高，飞行后的存速也会越高；弹丸几何对称性越高，喷出阻力越小，飞行速度也会越好。


技术实现要素：

5.发明目的
6.提供一种针对玻璃尤其是钢化玻璃、半钢化玻璃(热增强玻璃)、夹胶玻璃快速破折用增强型玻璃弹丸及其生产方法。
7.技术方案
8.一种增强型玻璃弹丸，其特征在于：所述玻璃弹丸为微晶玻璃弹丸，包括mg2 、zn2 、ti4 、v5 、mn2 、f-、s2-p5 中的一种或几种的成分，使玻璃易于分相或析晶；通过选择玻璃体系和控制其氧化物成分，从化学组成上使增强型玻璃弹丸的密度≥2.45g/cm3、莫氏硬度＞5、抗压强度＞90mpa，以提高玻璃弹丸的侵彻力。
9.所述玻璃弹丸包括氧化物组成范围是硅酸盐玻璃、硅铝酸盐、硼硅酸盐和微晶玻璃的一种或几种，主要氧化物组成范围(质量百分数)如下：
10.sio2＝7.50％-81％；b2o3＝0％-14.5％；na2o k2o li2o＝5.0％-15％；al2o3＝0.5％-20.0％；cao mgo＝8％-25.0％；tio2＝0-36％；mno bao＝0-50％；＝0-15.0％；cr2o3 fe2o3＝0-14％；sb2o3＝0-0.6％；zro2＝0-2.8％；p2o5＝0-1.0％；f＝0-3.5％；s＝0-1.5％。
11.一种增强型玻璃弹丸的生产方法，包括以下步骤：
12.(1)配料：
13.按照所述氧化物组成换算原料配方，将多种原料称量后混合均匀；
14.(2)熔制：
15.将配好的原料投入玻璃熔窑，在1350-1600℃熔化成均匀的无可见气泡、无不熔物，无分离相或失透的玻璃液；
16.(3)成形：
17.将熔制好的玻璃液由供料道引出形成连续的流股流入模具，模具上有单排或多排的多面体或半球形的凹形坑，坑的深度3-30mm；玻璃液流股被挤压紧贴到模具的凹形坑壁中，压制形成单面凸出或双面凸出的连排的坯片；玻璃液由粘性液态转变为可塑态，再转变成具有形状固定的坯片，经网带式输送机送入集料箱中堆积慢冷；
18.(4)坯片去边：
19.冷却后的坯片送入打边机破碎，利用坯粒的强度大于坯粒间隙的特点，在机械力的作用下使坯片被破碎成为单个坯粒和边渣，并通过筛分机将坯粒和边渣分离；
20.(5)修边：
21.将坯粒或混合一定量研磨剂后送入旋转的金属筒中反复旋转滚动，去除掉坯粒上残留的边渣，对坯粒的边缘被修整；
22.(6)精磨：
23.利用磨床对修边后的坯粒进行磨面加工，使其棱和角更锐化，得到增强型玻璃弹丸；
24.(7)微晶化或钢化
25.为进一步提高玻璃弹丸的力学性能，将其进行微晶化或钢化处理，得到微晶化增强或钢化增强玻璃弹丸。
26.步骤(5)中，所述研磨剂是通常的无机物磨料，如金刚砂，黑刚玉磨料，棕刚玉磨料等。
27.步骤(7)中，所述微晶化的具体步骤为将玻璃弹丸在650-900℃下核化1-2小时，再在750-1000℃下晶化1-2小时，析出微晶相，然后缓慢冷却至室温，得到微晶化增强玻璃弹丸。
28.步骤(7)中，所述钢化处理包括化学钢化和物理钢化两种，所述化学钢化为将玻璃弹丸浸泡在硝酸钾熔盐中5-20小时，然后缓慢冷却至室温，用水清洗去除表面残留的硝酸钾，得到化学钢化增强玻璃弹丸。
29.所述物理钢化为将玻璃弹丸在接近软化点，620-750℃下保温6-9分钟，立即多角度喷吹压缩冷空气2-7分钟，在使其快速冷却，得到物理钢化增强玻璃弹丸。
30.将所述玻璃弹丸应用于紧急救援，设计和通过模具成型有棱角的多面体玻璃弹丸，并通过精磨多面体坯粒，进一步提高其棱角的尖锐程度。
31.在应急救援现场通过工作压力不小于3-9公斤/平方厘米的高压水或高压空气，或弹射器喷射玻璃弹丸，获得比弹射器更大、更连续和反复持久的冲击侵彻力，在玻璃窗、玻璃幕墙上形成划痕、擦伤、微裂纹；微裂纹在连续和反复持久的冲击侵彻力进一步扩展，直至玻璃窗、玻璃幕墙破碎。
32.通过直桶形喷嘴或文丘里形喷嘴使高速喷出的增强型玻璃弹丸形成更集中的命中区域。
33.有益效果
34.与现有技术相比，本发明的增强型玻璃弹丸的生产方法，制备的增强型玻璃弹丸，可快速击穿玻璃、钢化玻璃、半钢化玻璃、甚至夹胶玻璃；可避免金属弹丸散落对现场人员的伤害；针对玻璃尤其是钢化玻璃、半钢化玻璃、夹胶玻璃的窗、幕墙紧急救援情况下难快速破折的问题，通过高压空气或高压水或弹射器作动力将增强型玻璃弹丸高速喷出，冲击穿刺玻璃窗、玻璃幕墙等，以快速破折，方便迅速展开救援。
附图说明
35.图1为增强型玻璃弹丸的形状；
36.图2为连排的坯片的示意图；
37.图3为实施例1的玻璃弹丸击穿5mm厚玻璃；
38.图4为实施例2的玻璃弹丸击穿6mm厚的热增强玻璃；
39.图5为实施例3的玻璃弹丸击穿6mm厚的钢化玻璃；
40.图6为实施例4的玻璃弹丸击穿(6t 1pvb 6t)mm夹胶玻璃。
41.图7为实施例7的玻璃弹丸击穿击穿8mm厚的热增强玻璃。
具体实施方式
42.下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
43.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
44.实施例1
45.一种玻璃弹丸的主要化学组成为：
46.sio2＝61％；na2o＝13.4％；k2o＝3.32％；al2o3＝17％；cao＝0.4％；mgo＝3.4％。其密度2.455g/cm3，莫氏硬度5.8，抗张强度6.9mpa，抗压强度104.5mpa，弹性模量11.02。
47.使用工作压力5.3公斤/平方厘米的压缩空气作喷射动力，用直桶形喷嘴喷射出尺寸大约5mm的玻璃弹丸，击穿5mm厚的玻璃(如见图3)。
48.实施例2
49.一种玻璃弹丸的主要化学组成为：
50.sio2＝72.241％；na2o＝14.316％；al2o3＝0.692％；cao＝8.658％；mgo＝3.923％。其密度2.482g/cm3，莫氏硬度6.31，抗张强度8.61mpa，抗压强度103.3mpa，弹性模量7.20。
51.使用工作压力8.8公斤/平方厘米的高压水作喷射动力，用直桶形喷嘴喷射出尺寸大约10mm的玻璃弹丸，击穿6mm厚的热增强玻璃(如见图4)。
52.实施例3
53.一种玻璃弹丸的主要化学组成为：
54.sio2＝81％；b2o3＝11.344％，na2o＝4.494％；al2o3＝2.869％；k2o＝0.040％；mgo＝0.044％。密度2.30g/cm3，莫氏硬度8.54，抗张强度8.28mpa，抗压强度115.34mpa，弹性模量6.878。
55.使用工作压力5公斤/平方厘米的高压水作喷射动力，用文丘里形喷嘴喷射出尺寸大约15mm的玻璃弹丸，击穿6mm厚的钢化玻璃(如见图5)。
56.实施例4
57.一种玻璃弹丸的主要化学组成为
58.sio2＝56.321％；na2o＝4.567％；k2o＝3.435％；al2o3＝11.068％；cao＝9.404％；tio2＝0.063％；mno＝0.046％；zno＝0.007％；mgo＝8.632％；bao＝0.814％；fe2o3＝1.011％；zro2＝0.333％；p2o5＝2.393；密度2.463g/cm3，莫氏硬度4.38，抗张强度8.01mpa，抗压强度98.49mpa，弹性模量7.29；经过微晶化处理后密度2.488g/cm3，抗张强度80mpa；抗压强度300mpa.抗冲击韧性1.8-2.2kj/m2。
59.使用工作压力5公斤/平方厘米的高压水作喷射动力，用直筒形喷嘴喷出尺寸大约15mm的玻璃弹丸，击穿(6t 1pvb 6t)mm夹胶玻璃(如见图6)。
60.实施例5
61.一种玻璃弹丸的主要化学组成为
62.sio2＝7.211％；na2o＝0.326％；al2o3＝3.514％；cao＝0.25.0％；tio2＝35.445％；zno＝0.070％；bao＝48.07％；zro2＝0.116％；其它＝5.0％。密度4.65g/cm3，莫氏硬度5.38，6.9，抗张强度8.00mpa，抗压强度90.49mpa，弹性模量10.51。
63.使用工作压力5公斤/平方厘米的高压水作喷射动力，用直筒形喷嘴喷出尺寸大约15mm的玻璃弹丸，击中(6t 1pvb 6t)mm夹胶玻璃。使用工作压力4公斤/平方厘米的高压水作喷射动力，用直筒形喷嘴喷出尺寸大约15mm的玻璃弹丸，击中(8t 1pvb 8t)mm夹胶玻璃。
64.实施例6
65.一种玻璃弹丸的主要化学组成为：
66.sio2＝72.5％；b2o3＝14.6％；na2o＝5.210％；li2o＝3.000％；al2o3＝6.000％；cao＝8.00％；tio2＝2.000％；mgo＝1.000％；bao＝5.95％；zro2＝0.5％。经过化学强化处理后密度2.5733g/cm3，莫氏硬度6.68，抗张强度18.653mpa，抗压强度302.9mpa，弹性模量12.95。
67.使用工作压力6.8公斤/平方厘米的高压水作喷射动力，用直桶形喷嘴喷射出尺寸大约10mm的玻璃弹丸，击穿8mm厚的热增强玻璃。
68.实施例7
69.一种玻璃弹丸的主要化学组成为：
70.sio2＝53.44％；b2o3＝14.60％；na2o＝5.21％；k2o＝5.0％；li2o＝2.6％；al2o3＝4.40％；cao＝8.000％；mgo＝5.200％；bao＝5.950％；sb2o3＝0.6％。经过物理钢化后密度2.5733g/cm3，莫氏硬度5.50，抗张强度18.032mpa，抗压强度197.17mpa，弹性模量9.34。使用工作压力6.8公斤/平方厘米的高压水作喷射动力，用直筒形喷嘴喷射出尺寸大约10mm的玻璃弹丸，击穿8mm厚的热增强玻璃。
71.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优先实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其他任何其他变体意在
涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还是包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
72.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施条例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。