第七章真空玻璃

1、第七章 真空玻璃 7.1 7.1 概述概述1、原理： 真空玻璃是基于保溫瓶的原理將兩片平板玻璃四周密封起來，將其間隙抽成真空并密封排氣口。 2、真空玻璃與中空玻璃的比較 真空玻璃是與中空玻璃結(jié)構(gòu)完全不同的新產(chǎn)品。簡單地說，最基本的差別在于兩片玻璃之間的間隔內(nèi)是“有氣”還是“無氣”。這一基本差別形成兩種不同工藝及技術(shù)含量的產(chǎn)品。 中空玻璃大多用鋁框四周封邊、間隔2塊玻璃，內(nèi)含空氣或充氬氣，總厚度最薄的12（363）mm。 真空玻璃用適當(dāng)分布的微粒支柱做間隔，間隙層只有0.10.2毫米，空腔內(nèi)抽真空無氣體，真空度達到0.1Pa以上，總厚度最薄只有6mm左右。 真空玻璃空間殘余氣體有極少對流和傳導(dǎo)傳

2、熱；間隔支柱的傳導(dǎo)傳熱。真空玻璃傳熱主要是輻射傳熱和邊部傳導(dǎo)傳熱。用鍍有透明低輻射膜玻璃做的真空玻璃，像杜瓦瓶鍍銀一樣又大大降低了輻射傳熱。顯而易見，真空玻璃節(jié)能窗，具有比中空玻璃窗等目前所有玻璃材料制成的門窗更優(yōu)越的隔熱、隔聲、保溫、抗風(fēng)壓等性能。3、國內(nèi)外真空玻璃發(fā)展現(xiàn)狀 1913年世界第一個平板真空玻璃專利發(fā)布?？茖W(xué)家們相繼進行了大量的探索，誕生了一批專利。20世紀80年代起，世界對真空玻璃的研發(fā)逐漸活躍起來。一個是美國克羅拉多太陽能研究所由DKBenson教授領(lǐng)導(dǎo)的真空玻璃研究組，創(chuàng)立了許多值得讓后人借鑒的技術(shù)理論、思路和實驗室數(shù)據(jù)，但因項目無實質(zhì)性突破而下馬。 另 一 個 是 悉 尼

3、 大 學(xué) 應(yīng) 用 物 理 系RECollins教授19891994年領(lǐng)導(dǎo)的研究組，進一步改進工藝，1989年試制出樣品，1993年研制出第一塊米米的實用真空玻璃，并申請了4項專利。北京大學(xué)物理系原教授唐健正也是參與者之一。 1994年年底，日本板硝子玻璃株式會社最先從悉尼大學(xué)購得真空玻璃專利使用權(quán)，1996年在京都工廠內(nèi)進行工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)量10萬平方米。 1997年1月29日，板硝子正式宣告推出真空玻璃產(chǎn)品。 現(xiàn)在，日本板硝子公司的真空玻璃產(chǎn)品最大尺寸24001350毫米，最小尺寸350200毫米,還有一種夾絲型真空玻璃。（北京新立基的真空玻璃產(chǎn)品最大尺寸20001200毫米，最小600400

4、毫米。） 要實現(xiàn)從杜瓦瓶到真空平板玻璃的飛躍，三大難題擺在人們面前：（1）與杜瓦瓶不同，真空平板玻璃是一個小容積、大表面積而又狹窄扁平的玻璃真空腔體，但又要快速抽真空以使殘余氣體降到可以對熱傳導(dǎo)忽略不計的程度，并長期保持其真空度； （2） 與杜瓦瓶圓柱體容易抗壓不同，平板真空玻璃只有使用支撐物來承受10噸m2的壓力，該支撐物使真空玻璃產(chǎn)品滿足建筑玻璃設(shè)計標(biāo)準所要求的強度和力學(xué)壽命，這就必須對支撐物的物理化學(xué)性能以及幾何形狀、幾何分布做出精心設(shè)計。 （3） 比杜瓦瓶更難的是，真空玻璃是門窗用透明材料，在抽氣口、支撐物的設(shè)計和選料上，要不影響透明和美觀。 7.2 真空玻璃的性能及應(yīng)用7.2.1 7

5、.2.1 真空玻璃的性能真空玻璃的性能（1）傳熱系數(shù)?。簡螌悠桨宀ＡУ膫鳠嵯禂?shù)為6Wm2K，充氬氣中空玻璃的傳熱系數(shù)為3.5Wm2K，普通平板玻璃制造的真空玻璃的傳熱系數(shù)為2.6 Wm2K。國產(chǎn)單面低輻射膜真空玻璃的傳熱系數(shù)為1.55 Wm2K，雙面低輻射真空玻璃的傳熱系數(shù)為1.30 Wm2K。 （2）隔音性能好：真空玻璃在大部分音域的隔音性能，優(yōu)于中空玻璃。雙層中空玻璃平均衰減噪音為28分貝，真空玻璃平均可使噪聲降低31分貝以上。（3）抗風(fēng)壓性能好：真空玻璃抗風(fēng)壓性能達到級，約是中空玻璃的1.5倍。 （4）防結(jié)露性能好：室內(nèi)外溫差太大時，玻璃窗常常會結(jié)霜結(jié)露。中空玻璃在內(nèi)表面結(jié)露，無法擦拭，

6、真空玻璃的空腔里無氣體，無水汽，內(nèi)表面不會結(jié)露。真空玻璃與中空玻璃防結(jié)露性能比較 樣 品類 別 厚度（mm） 室外氣溫（結(jié)露溫度） 室內(nèi)濕度 60室內(nèi)濕度 70 室內(nèi)濕度 80 真 空 玻 璃30.136.1 21 8 2 中 空 玻 璃3 36 63 31212 1 1 5 22 條件：室內(nèi)溫度20、室內(nèi)自然對流、戶外風(fēng)速3.5m/s。真空玻璃一面為低輻射玻璃。 即室內(nèi)濕度為60時，中空玻璃在室外氣溫為1時結(jié)露，而真空玻璃在室外氣溫為21時才會結(jié)露。 （5）耐久性能好：對國產(chǎn)真空玻璃分別經(jīng)高溫、高濕、低溫及浸水、紫外線照射處理，將處理前后熱絕緣系數(shù)變化值進行對比，以衡量其耐久性。經(jīng)過測試，得

7、出結(jié)論：真空玻璃保溫性能優(yōu)良，耐久性好。 （6）節(jié)能：采用單、雙面低輻射膜真空玻璃及低輻射膜真空中空組合玻璃，其保溫性能大大提高，傳熱系數(shù)分別為1.66 Wm2K、1.24 Wm2K、1.37 Wm2K，能滿足嚴寒地區(qū)節(jié)能保溫的要求。7.2.2 真空玻璃的應(yīng)用（1）降低噪音的場所：現(xiàn)代化交通系統(tǒng)采用了高架、立交、軌道列車等形式，在方便快捷的同時，也帶來了噪音，今后如能采用真空玻璃，就將大幅度降低噪音。 （2）冰柜、玻璃櫥窗：如冷藏展示柜的玻璃柜門既要美觀、透視，又要在高溫高濕環(huán)境下不結(jié)霜，還要節(jié)能，目前的中空玻璃產(chǎn)品厚度大而熱阻低，達不到這么苛求的要求。 （3）交通工具門窗：火車車廂窗玻璃、輪

8、船、汽車甚至飛機的窗玻璃，都有待改善，這表明真空玻璃有極好的應(yīng)用前景。因此，真空玻璃的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，將是玻璃深加工工業(yè)良好的發(fā)展機遇。 （4）太陽能集熱器蓋板：真空玻璃作蓋板的集熱器能達到140，比普通雙層玻璃作蓋板的高1520以上，而且真空玻璃蓋板的內(nèi)外表面溫差可達30以上，普通雙層玻璃一般只有510左右，這無疑大大提高了太陽能集熱器的效率。（5）建筑物門窗：上海等大城市的新上市商品房樓盤，有的已開始使用中空玻璃窗戶，將中空玻璃作為新的賣點之一?？梢灶A(yù)計，隨著真空玻璃的發(fā)展，將真空玻璃作為建筑物門窗為時不遠。 把真空玻璃與目前日趨成熟的鍍膜玻璃、夾層玻璃、貼膜玻璃、中空玻璃等玻璃深加工產(chǎn)品結(jié)

9、合，或與不同厚度玻璃、不同性能鍍膜玻璃組合成各種系列、多元化的“超級玻璃”，將生產(chǎn)出各種具有更高物理性能的玻璃新產(chǎn)品，以適應(yīng)更廣泛的應(yīng)用新要求。 7.3 真空玻璃生產(chǎn)技術(shù)7.3.1 7.3.1 工藝流程工藝流程 原片磨邊、鉆孔 清洗 烘干 放支柱 邊部涂漿 加熱封邊 抽真空 封口 冷卻檢驗 入庫 1、支柱（1）作用：由于保溫瓶是圓形，本身能承受大氣壓力的不平衡作用力，而平板玻璃在受到大氣壓力作用時會使兩片平行的相鄰玻璃板向內(nèi)靠攏，影響真空層。為了保證在外界大氣壓力下真空層的存在，在兩片玻璃板之間要放置支柱。 （2）材料及形狀：不銹鋼、碳化鎢鋼、鉻鋼、鋁合金、鎳、鉬、鉭、陶瓷、玻璃等。形狀多為圓

10、柱狀，或方狀、橢圓形、線狀、格子狀。 （3）大小及排列：支柱的設(shè)計是制造真空玻璃的關(guān)鍵因素，它與玻璃板的接觸面積過大時會增加導(dǎo)熱率，同時影響玻璃的透明度，因此要盡量減少單個支柱的體積以及支柱總數(shù)量。但是它與玻璃板的接觸面積過小時會在接觸部位形成集中載荷，造成支柱上方玻璃板外表面的拉應(yīng)力增大，容易造成玻璃板破裂。 支柱的大小和排列設(shè)計應(yīng)滿足以下條件：a. 支柱附近外部的拉應(yīng)力小于4MPa，b. 支柱附近的玻璃不產(chǎn)生錐形裂紋，c. 支柱的傳熱系數(shù)低于0.3 Wm2K，d. 希望肉眼看不見支柱，或支柱對玻璃透過率和外觀影響小。 直徑0.35mm，高度與直徑相等，間距23mm的玻璃支柱容易制作，也符合

11、以上設(shè)計要求。 2、封邊與封口 材料要求：a. 本身具有低放氣性能；b. 對各種氣體均有低滲透性；c. 具有低熔性。 抽氣口設(shè)計必須精巧細小，不影響平板玻璃的美觀。 3、真空玻璃的工作壓強 在特定空間內(nèi)形成一定的氣體稀薄狀態(tài)可以有效地降低直至斷絕氣體的對流和傳導(dǎo)傳熱，形成所謂“真空隔熱”。因此，氣體的稀薄程度（真空度）是影響真空隔熱效果的決定性因素。 當(dāng)真空玻璃內(nèi)的壓力為7102 Pa和7103Pa時，氣體的熱傳導(dǎo)分別為大氣壓下的1和1，由此確定真空玻璃內(nèi)的壓力不能高于5102 Pa。 為保證真空玻璃在長期使用中始終保持良好的真空隔熱性能，Collins等認為， 應(yīng)保證P2 101 Pa P1 350的高溫抽真空，無法滿足真空度0.1 Pa的要求。即使玻璃表面只殘留一個水分子層，腔內(nèi)的壓力也將高達530Pa。） 7.3.2 真空玻璃生產(chǎn)設(shè)備 真空玻璃生產(chǎn)設(shè)備尚無定型設(shè)備，主要應(yīng)包括以下設(shè)備：1、洗滌干燥機2、封