国内目前“真空玻璃”发展情况介绍

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 上海耀江实业有限公司 ?刘杰  陈萍 ?王雪忠

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自1893年保温瓶闻世以来,许多科学工作者对如何将保温瓶的保温隔热原理用于平板玻璃一直在进行着研究。1913年出版的专利文献就提出了这一设想。但直到1996年澳大利亚悉尼大学才取得了突破性的进展。

真空玻璃是将两片平板玻璃四周密闭起来,将其间隙抽成真空并密封排气孔,两片玻璃之间的间隙为0.1-0.2mm,真空玻璃的两片一般至少有一片是低辐射玻璃,这样就将通过真空玻璃的传导、对流和辐射方式散失的热降到最低,其工作原理与玻璃保温瓶的保温隔热原理相同。真空玻璃是玻璃工艺与材料科学、真空技术、物理测量技术、工业自动化及建筑科学等,多种学科、多种技术、多种工艺协作配合的硕果。

强度不能满足建筑安全玻璃的要求,这是长期以来阻碍真空玻璃发展的主要因素之一,也导致这一高效节能玻璃未能得到大规模推广应用。2017年以来,国内关于全钢化真空玻璃生产的好消息不断传出。  9月21日,青岛乐克玻璃科技股份有限公司正式对外宣布,由企业自主研发的世界首条全钢化真空玻璃生产线建成并投入使用。这条生产线最大生产规格为2m×1m,年产能15万m2,能够满足建筑门窗、冷链门体、平板式太阳能热水器等产业的需求。为了进一步引导行业的规范发展, 11月18日,中国建筑玻璃与工业玻璃协会在北京召开了《钢化真空玻璃》会标和《真空玻璃传热系数检测方法》行标的标准讨论会议。

为什么一定要全钢化?保温隔热、防结霜结露、节能降耗、隔声降噪,真空玻璃的优势已无需赘述,但相关的厂家多年来在建筑领域推广真空玻璃始终面临全钢化的难点。  真空玻璃没有实现全钢化之前,主要采用真空复合钢化中空玻璃的办法来解决安全问题,这不仅增加了物料成本、玻璃厚度,更因为复合时所用胶的寿命只有15年,所以真空玻璃复合钢化中空之后,使用寿命也就只有15年。“寿命与中空玻璃一样了。”真空玻璃的使用寿命从理论上来说能达到30年以上。冰箱、冷柜等家电方面的应用也是一样,单片使用真空玻璃减少了玻璃厚度、内结露、箱体承重、框材,但因为其安全性能不过关,应用时也受到制约。在平板太阳能热水器方面,原来的玻璃管已经渐渐地不适合市场需求,太阳能热水器厂家已经开始大规模推广平板太阳能热水器,但这一产品要解决的最大难题是水在通过太阳能加热以后如何长效保温。“太阳能热水器内,水在白天加热后温度是很高的,到了晚上热量会散失,所以要求太阳能盖板既要高透,又需要具有良好的保温性能,所以一些人想到使用真空玻璃作为平板太阳能热水器基板。”事实证明,真空玻璃用在太阳能上的效果显着,解决了高透与保温的双重问题,但因为太阳能热水器用于高层建筑时也面临安全问题,而且有的用户是将其挂在阳台外侧,需要更好的抗风压性能,这都逼着真空玻璃厂家尽快推出全钢化真空玻璃。真空玻璃要大规模投向市场必须要解决安全问题,这也成为真空玻璃发展最后的症结。然而,加工方式的复杂使得真空玻璃要实现全钢化异常艰难。迎难而上,近年来,用钢化玻璃替代普通玻璃制备安全型真空玻璃,已经成为真空玻璃领域的研究热点。真空玻璃与中空玻璃相比,除密封方式外,真空玻璃最大的不同点是二次热加工。钢化真空玻璃的制备难点是在真空玻璃生产过程中钢化玻璃的退火。“在封边的过程中,因为温度过高会造成应力衰退。”另辟蹊径改进生产工艺,由于钢化真空玻璃的制备难点是在真空玻璃生产过程中钢化玻璃的退火,所以目前解决钢化真空玻璃生产问题主要有两个途径:一是采用封接温度低的焊接玻璃粉;二是改变真空玻璃生产工艺,大幅度地减少钢化玻璃处于360℃(680℉)以上的时间。在此理念的指导下,以青岛亨达、北京新立基、天津沽上、洛阳兰迪、河南龙旺为代表的真空玻璃生产企业均提出了各自的技术解决方案。低温玻璃焊料封接抽空法作为目前国内外主流的真空玻璃制作方法,也是经过多年应用验证后安全可靠的工艺方法。近年来,围绕该工艺改进、升级以制备钢化真空玻璃做了诸多探索,如用各种超低温玻璃焊料,甚至软金属、树脂橡胶等代替玻璃钎焊料,以及以微波、高频、红外射线、激光等手段对封接部位重点加热等。“但沿着这些思路都没完全走通,有的办法需要的制备时间更长,有的需要巨额投资验证。”

低熔点玻璃粉的封接温度如能降到300℃以内,全钢化真空玻璃的生产难题就迎刃而解。因为深刻了解真空玻璃的市场潜力,国内外很多的玻璃粉生产厂家都在研究低温玻璃粉,试图保证基本性能的前提下降低它的熔点。“从原来的480℃左右降到420℃,现在已经降到380℃,还有更低的,但再往下降的话,成本会非常高。成本高了就非常不利于真空玻璃产品的推广。比如说现在1kg玻璃粉百八十块钱,1m2真空玻璃可能只需要10块钱玻璃粉;但如果更低温的玻璃粉要一两千元1kg,那1m2真空玻璃就要用一二百元玻璃粉,这对于市场来说很难接受。”为了让真空玻璃更好地走向市场,生产企业目前的主要任务是要降低原材料和加工成本,如果材料成本大幅增加,就更加不利于真空玻璃的推广应用。

此外玻璃粉在降低熔点温度的同时,其粘接力度也会同时降低,这会影响真空玻璃的气密性。后来,青岛亨达另辟蹊径,更换思路,即选择一种新的加热方式,采取一定波长的红外加热装置,同时在玻璃粉中添加一种不影响其粘接力度和气密性的吸波材料。这样一来,在钢化真空玻璃焊接时,在钢化玻璃退火之前,玻璃粉能更快地吸收热量并熔化,然后快速降温。这也算是一种局部加热方式,但不是通过改变热源或增大功率对玻璃边缘局部加热。

2011年,青岛亨达与中国建筑材料科学研究总院一起承担了两项“十二五”国家科技支撑项目课题:《低能耗玻璃外窗成套技术开发与应用》以及《真空玻璃规模化生产关键技术研究》。在这些课题中,对真空玻璃的安全性能研究是一个主要内容,青岛亨达为此做了很多工作,包括和美国嘉殿一起交流,获得一些灵感,后来自筹资金做小试设备、出小样、中试、出大板等,样品送检相关指标也全部达到钢化玻璃的要求。有了第三方权威检测报告后,2014年11月20日,亨达钢化真空玻璃及生产线项目在中国科技会堂通过了国家级科技成果鉴定,专家组成员一致鉴定该项目达到国际领先水平。“用单体设备证明工艺是没有问题的,之后我们就要考虑产业化,于是就和建材总院开发连续化生产设备。除了课题之外,双方还签订了合作协议,共同研发这个项目。”

目前亨达钢化真空玻璃及生产线项目,生产线的制备效率是6min/片。公司原来的钢化真空玻璃生产依靠的是单体炉。“像蒸馒头一样,进去一屉出来一屉,能源浪费得比较严重,将来会实现连续生产,封口方式也会改为平封口。”全钢化真空玻璃的技术问题解决之后,在被动房以及其他绿色建筑上都可以单片使用真空玻璃。由此,建筑墙体承重、框体材料等都会相应发生一些变革;家电、太阳能基板、太阳能热水器等产品遇到的问题都能得到解决。

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