真空玻璃及其发展前景

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1、200112http:!技 术样品类别厚度(mm) 玻璃+间隔+玻璃不同频段的透过衰减分贝 （dB）100160 200315 400630 8001250 6002500 31505000积分平均值达到日本JIS标准等级真空玻璃3+0.1+3“62227313537313130中空玻璃3+6+3“122022202938232820中空玻璃3+12+3:181917203240302820表3隔声性能 （引用国外数据）样品类别厚度 （mm） 玻璃+间隔 +玻璃室外气温 （结露温度）（C）室内湿度 50%室内湿度 60%室内湿度70%室内湿度 80%真空玻璃 （普通玻璃）3+0.1+3“6-1

2、6-638中空玻璃 （普通玻璃）3+6+3“12-80611表2防结露特性 （引用国外数据）条件： 室温20C， 室内自然对流， 户外风速3.5m/s。1真空玻璃概述真空玻璃 （Vacuum Glazing） 不同于目前已广泛应用的中空玻璃 （Double Glazing） 。它是基于真空杜瓦瓶（保温瓶） 原理拓展而来的最新型透明保温材料， 可广泛应用于建筑物及车船门窗、 保温箱柜 （如展示柜、 冷藏柜） 等各种需要透明隔热材料的领域， 达到保温、 防结露、 结霜、 隔声等目的， 是一种新型绿色环保建材。真空玻璃和中空玻璃的结构完全不同。粗浅地说， 最基本的差别在于两片玻璃之间的间隔内是 “有

3、气” 还是 “无气” 。 这一基本差别形成两种不同工艺及技术含量的产品。中空玻璃可以说是第二代透明门窗材料， 性能比第一代的单层或双层窗优良得多，而与中空玻璃相比， 真空玻璃又具有很高的综合性能优势。2真空玻璃的优良性能2.1真空玻璃的隔热性能表1所示为在同样条件下的热阻、 表观导热系数及传热系数 （U值） 对照表。由表中可见， 同样建筑用门窗玻璃制成的产品， 真空玻璃的热阻值高于中空玻璃。因此， 按国际标准计算出的传热系数则低于中空玻璃。由于真空玻璃的真空间隔只有0.1-0.2mm， 其总厚度比中空玻璃小2至3倍， 所以其表观导热系数大大低于中空玻璃。由表中数据还可以看出， 使用带有低幅射膜

4、玻璃制作的真空玻璃， 优势更为明显 （注： 热阻值越高，U值越低则隔热性能越好） 。2.2真空玻璃的防结露结霜性能由于真空玻璃热阻高， 其防结露结霜性能也相应提高。表2数据显示， 与同类中空玻璃相比， 真空玻璃在室外温度更低时才结露。2.3真空玻璃的隔声性能表3数据显示， 在大多数频段， 特别是中低频段， 真空玻璃的隔声性能优于中空玻璃， 总体隔声等级高于中空玻璃。2.4真空玻璃的抗风压性能表4数据显示， 由于真空玻璃是将两片玻璃牢固结合成的 “结构体” ， 刚性很强， 其抗风压强度超过同样厚度玻璃制成的中空玻璃两倍。 新立基公司生产的1500X600X6mm真空玻璃 （带铝合金窗扇） 经国家

5、建筑工程质量检测中心检验，抗风压强度达到国际GB/T7106-86一级标准。使用真空玻璃可以使窗户变薄， 窗框变窄， 整窗变轻， 这不仅使建筑师的设计空间更大、 节约了窗框材料，也减轻了建筑物的承重。唐健正贾玉英杨捍东样品类别厚度 （mm） 玻璃+间隔+玻璃热阻 (w-1m2K)表观导热系数 (wm-1K-1)U值 (wm-2K-1)真空玻璃 （普通玻璃）3+0.1+3“60.18850.03152.921中空玻璃 （普通玻璃）3+6+3“120.10710.1123.833中空玻璃 （普通玻璃）3+12+3“180.13330.1353.483真空玻璃 （单面低辐 射膜e:0.23）4+0.

6、1+4“80.45120.01551.653中空玻璃 （单面低辐 射膜e:0.23）6+12+6:240.32190.07462.102表1热阻、 表观导热系数与U值* U值计算根据美国ASTM标准E1423（1991）真空玻璃及其发展前景新材料应用45122001http:!样品类别厚度(mm) 最大容许载重 （kg） 玻璃+间隔+玻璃真空玻璃3+0.1+3480中空玻璃3+A+3 （A表示空气间隔）231单层平板玻璃3168表4面积为1m2样品的最大容许载重综上所述， 真空玻璃在保温隔热、 隔声、 抗震抗风压、 防结露结霜及厚度、 重量等方面的综合性能优势是明显的。2.5真空玻璃的超级组合

7、特性特别值得强调的是， 如果把真空玻璃与目前已趋于成熟的中空玻璃、 镀膜玻璃、 夹层玻璃、 贴膜玻璃等玻璃深加工技术结合， 组合成各种 “超级玻璃” ， 则各种具有更高超物理性能的门窗将会出现在各种应用领域。将夹层玻璃技术与真空玻璃技术结合，生产出的单面或双面的 “夹层真空玻璃” ， 可以安装到高层建筑物、 展示柜、 冷藏柜等任何需要安全玻璃的位置， 达到既节能又安全的目的。“真空中空” 玻璃， 热阻基本上可视为真空玻璃与相应的中空玻璃相加， 隔声性能又大大提高。如使用钢化玻璃及夹丝玻璃与真空玻璃组合，可大幅度提高其抗风压和抗冲击强度。在真空玻璃和超级玻璃中使用各种镀膜玻璃， 可获得低红外辐射

8、、 低紫外穿透等各种具有特殊光学和热学性能的玻璃，来满足不同领域的需要。例如， 冷藏展示柜的玻璃柜门既要求美观、 透视度高， 又要求节能， 还要求在高温高湿环境下不结霜结露， 这就要求门的热阻高。目前， 市场上的产品多为两层或三层玻璃或有机玻璃构成中空玻璃结构，厚度大但热阻仍不够高， 达不到上述要求。 如果采用超级玻璃技术， 就可以根据需要设计出各种结构来满足要求。实验证明，如果把一台展示柜的中空玻璃门的其中一块玻璃换成真空玻璃， 可以节能约20%， 抗结露特性也相应提高。另外， 也可以用双面镀膜的高热阻真空玻璃门来替代中空玻璃门， 不仅热阻、 节能、 抗结露性能好，在气压低的高原地区也不会发

9、生中空玻璃常有的“涨裂” 问题。在冷藏展示柜等家电领域使用真空玻璃的研究刚刚起步， 还有许多工作要做。综上所述可见，广阔的市场前景将带动玻璃深加工行业走上一个新台阶。由于真空玻璃属绿色节能环保产品， 它不仅将带来巨大的经济效益， 还将带来巨大的社会效益。3发展真空玻璃事业3.1真空玻璃的起源如何才能更快更好地发展真空玻璃事业？要回答这一问题， 不妨先从真空玻璃的发展历史中得到一些借鉴。首先要充分认识到真空玻璃是高新技术产品， 它的研发生产需要多种学科、 多种技术、 多种工艺的配合， 否则难以成功。从1893年占姆士杜瓦 （Sir. J. Deuar） 发明杜瓦瓶后， 关于真空玻璃的专利就不断出

10、现， 详情可参阅悉尼大学研究组的综述性文献1。尤其是进入二十世纪八十年代以后， 受世界性能源危机和环保呼声的推动， 使真空玻璃的研发出现了高潮， 大量有关专利涌现。而绝大部分未能成功， 除了社会经济等因素外， 另一个主要原因就是许多专利是个人行为， 缺乏多学科的配合。从杜瓦瓶到真空平板玻璃必须解决多方面的科技难题， 例如： 与杜瓦瓶不同， 真空玻璃是一个具有小容积、 大表面积且形状狭扁的玻璃真空腔体， 一块尺寸为1mx1m的真空玻璃，两片玻璃间隔只有0.1-0.2mm， 则其真空容积约为0.0001-0.0002m3， 而其表面积大于2m2（其中主要是两块玻璃板的内表面，还有所占比例不高的支撑

11、物等其它非玻璃表面） 。这样就必须解决两个问题： 一是对如此狭小空间能否快速获得使气体对热传导的贡献可忽略不计的真空度； 二是对如此大的表面积能否充分排气以保持该真空度。这两个问题不解决， 就不可能生产出真正意义的 “真空玻璃” 。又如， 与杜瓦瓶圆柱形抗压结构不同， 平板型真空玻璃必须使用支撑物来承受10吨/m2的压力，同时要保持真空间隔并使该支撑物在整体结构中产生的各种应力在建筑玻璃设计标准允许的范围内。 这样才能保持真空玻璃产品必需的强度和力学寿命。 这就要求对支撑物的材料的物理化学特性及其几何形状、 几何分布都要做出精心地选择和设计。再如， 与杜瓦瓶不同， 真空玻璃是门窗用透明材料，因

12、此在进行抽气口、 支撑物和镀膜层的设计和选料时必须不影响结构的透光和美观，这是真空玻璃的又一难题。3.2真空玻璃的发展回顾近几十年真空玻璃研发史， 有两个研究集体的成就和影响是显著的。 一个是美国克罗拉多太阳能研究所 （SERI） 由D.K. Benson教授领导的真空玻璃研究组。他们早在1985年至1991年期间投入人力物力对真空玻璃进行研发， 做了大量理论和实验工作。虽然最终未能成功， 但取得了宝贵的经验， 提出的许多理论和思路都值得借鉴。他们的典型专利2提出， 用玻璃珠 （直径0.3-0.5mm， 间距25-35mm） 阵列作为支撑物把两块玻新材料应用46200112http:!技 术样

13、品编号封边材料支柱材料样品厚度（mm）热阻 （平均值）（W-lm2K）U值(Wm-2K-l)l0.38mmPVB膜!0.38mm合金丝3+0.38+30.02l5.7220.38mmPVB膜!0.38mmPVB膜3+0.38+3有真空0.02l5.72无真空0.0235.6630.25mmEN膜0.25mmEN条3+0.25+30.0l45.9640.25mmEN膜!0.l4mm合金丝+锡纸3+0.25+30.0l45.9650.38mmPVB全夹层玻璃3+0.38+30.0l26.036两片3mm玻璃自然叠放3+30.0096.l47单片6mm玻璃60.0066.25表5负压玻璃热阻测试结果

14、璃隔开， 放进真空加热炉中烘烤排气， 达到要求的真空度后用二氧化碳激光束在红外探测照相机指引下沿玻璃边缘加热， 使两块玻璃熔合而制成真空玻璃。该设备已达到了很高的水平。现在看来，该研究组未能制成真空玻璃的主要原因是玻璃边缘在激光束高温加热时产生气泡，而这些气泡破坏了两片玻璃间隔在真空炉内已达到的高真空度。其次， 该研究组试图用普通玻璃珠阵列做支撑也是不可能成功的。后来的实验证明， 在此条件下玻璃珠无法承受极大的大气压而破碎，当初该研究组由于未制成真空玻璃而不可能深入认识到这一点。另一个继SERI之后的研究组是悉尼大学应用物理系R.E. Coiiins教授领导的真空玻璃研究组。在总结SERI经验

15、基础上， 他们又回到了传统的电真空器件 （如灯泡、 显像管等） 制作理念上。比如， 两块玻璃边沿用低熔点玻璃粉熔封；设置一个抽气管对玻璃间隔内抽真空； 选用金属和陶瓷材料制作支撑物实验证明， 上述方案是可行的。尽管真空玻璃腔体狭窄， 但由于腔体体积很小，通过小口径抽气口快速达到要求的真空度是可能的。后来又用计算机模拟计算， 从理论上证明了这一点，这就解决了前面提到的第一个难题的一个方面 （如何快速获取高真空度） 。在此基础上， 该研究组做了大量实验和理论工作，申请了几个具有代表性的专利3。l992年又发表的文章 透明真空隔热材料4。 该文虽然现在看来深度远远不够，但由于其极具开创性及后来该研究

16、组的贡献， 该文于l997年被国际太阳能协会授予 “鲁道夫最佳论文奖” 。应该指出的是， 虽然该研究组在l989年以后一再声称已研制成功真空玻璃， 但实际上，真正称得上达到实用阶段的第一块lmxlm尺寸的真空玻璃是在l993年初才真正研制出来。这是在对真空玻璃另一个难题应力问题，特别是边缘应力有了较深入的认识之后才做到的。而在l997年前，由于缺乏玻璃专家、 电真空专家的配合， 该研究组对真空玻璃中大面积表面的排气问题的认识还是不足的。直到l994年底， 日本板硝子株式会社 （以下简称板硝子） 得到悉尼大学专利使用权并进行工业化生产后， 认识才逐步深化。该研究组的研究报告总结了真空玻璃的研发成果5。l997年l月29日，日本板硝子（Nippon Sheet GiassCo.） 正式宣告推出真空玻璃产品。 日本各大媒体争相报导 “神奇玻璃” 问世。但是， 也值得引起关注的是， 国内外都有一些专利试图把夹层玻璃技术和设备稍加改动来制作真