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真空玻璃:节能降耗、隔声降噪
加入时间:2020-12-29        来源:科技日报        作者:王晋珍


助力建筑节能“再披玻璃新衣”

  “重点基础材料技术提升与产业化”重点专项“高效低成本全钢化真空玻璃成套制备技术及产业化示范”课题示范线现场验收会

 

钢化真空玻璃红外快速连续封接炉

  真空玻璃是两片平板玻璃四周用封接焊料密封起来,中间用高度约为0.3mm的支撑物呈矩阵排列隔开,其中一片玻璃上留有抽气孔,真空排气后将抽气口封住形成真空腔。由于真空腔的存在,可阻断玻璃中的热导和对流传热,从而获得优异的保温效果,同时具有很好的隔音性能,能够起到保温隔热、防止结露、节能降耗、隔声降噪的作用,是当今及未来节能玻璃产品的突出代表。
  
  中国建筑材料科学研究总院有限公司创建于1950年,是国内建筑材料与无机非金属材料专业领域的综合型研究机构和技术开发中心,总院所属玻璃科学研究院(以下简称玻璃院)是集玻璃材料研究、结构与功能设计、试制与生产、性能检验于一体的专业机构,是我国钢化玻璃、夹层玻璃、热弯曲面玻璃的发源地,是航空透明件研制定点单位。近年来,本着立足军品、拓展民品的发展思路,玻璃院积极致力特种玻璃及建筑节能玻璃产品的开发,在真空玻璃领域先后承担“十二五”国家科技支撑计划项目和“十三五”国家重点研发计划项目,围绕全钢化真空玻璃新技术新产品研发、规模化生产关键技术等领域取得了诸多成果,已成为该领域国内技术龙头企业和产业隐形领军力量。
  
  真空玻璃助力超低能耗建筑简单易行
  
  在中国,未来城市要走绿色低碳循环的可持续发展路线已得到各界的共识。因此,发展超低能耗建筑符合中国国情,是建筑节能发展的必经之路,它将改变人们的室内外环境,改变建筑对传统能源的依赖,改变我们的生活和生态环境,成为未来主流建筑的一场革命。建筑节能作为低碳经济的重要组成部分,已经列入国家中长期科学和技术发展规划纲要的优先发展项目。
  
  建筑节能的关键之一是新型建筑节能玻璃的研发与应用,节能玻璃和超低能耗建筑也成为国家重点鼓励和扶持发展的绿色产业。作为超低能耗建筑的外围护结构主要材料,真空玻璃使得能耗计算和能耗控制变得简单易行。与中空玻璃相比,真空玻璃的绝热性能更好、隔声性能更高,使用寿命更长,同时真空玻璃超薄轻量化设计还可节省窗框用料,降低建筑成本。真空玻璃是绝热、保温性能最好的节能建筑玻璃,大力发展和应用真空玻璃对建筑节能、对人类社会的可持续发展具有重大的社会意义和巨大的经济效益。
  
  方兴未艾的真空玻璃研发和产业
  
  真空玻璃研发和生产在中国已发展近20年,中国在此领域的研究和应用水平已处于世界前列,大量的研究成果和专利技术解决了国内外多年未能解决的难题,也奠定了我国真空玻璃产业的独立自主知识产权地位。然而,同时由于真空腔的存在,真空玻璃在大气环境中作为负压器件,自然状态下,承受一个标准大气压强,在受到外界冲击时极易损坏,在产生一定安全隐患的同时也极大地影响了其使用寿命。虽然早在上世纪末就实现了真空玻璃产业化,但是安全真空玻璃的稳定制造技术和高效低成本规模化生产一直没有得到解决,大规模应用推广在一定程度上受到限制。因而,提高真空玻璃自身抗冲击性能,解决其安全性问题和产品质量稳定性问题,是真空玻璃大规模推广应用的必经之路,钢化真空玻璃应运而生。此外,为满足环保和家电食品领域应用安全需要,无铅全钢化真空玻璃还需采用低温无铅封接焊料封接,无铅、无毒、无污染,制造能耗低,也是真空玻璃研究和发展的方向。
  
  因为独特的性能优势和日益扩大的市场需求,近几年在全球范围内出现了真空玻璃研发和产业建设的新热潮,国内外建立真空玻璃生产线的单位“前赴后继”。美国佳殿(Guardian)公司持续研发真空玻璃并建成小型真空玻璃生产线,并在Low-E镀膜产品SunGuard®系列基础上生产出钢化真空玻璃产品,开始进入美国建筑和冷柜市场;日本AGC玻璃分公司也与松下(Panosonic)合作在比利时建成真空玻璃生产线,产品供应美国冷柜玻璃门,松下也计划在日本深入借用等离子显示屏(PDP)研发和制造过程中积累的经验,研发新型真空玻璃;韩国Eagon公司也着手建设真空玻璃生产线。在国内,上世纪创立的真空玻璃企业经过多年发展,已经将中国真空玻璃的产业规模和产品创新做到国际的龙头地位。随着新形势的发展,真空玻璃市场需求和应用规模也呈现跃迁式增长,市场作为产业的催化剂,目前国内从事真空玻璃研发和生产的企业及团队数量多达10家以上,呈现出了新老企业、大小企业争相建设投产的红火局面。随着真空玻璃国家标准的颁布实施,我国真空玻璃产业也将逐步走向成熟和规模化之路。
  
  红外辐射加热快速封接技术的攻克突围
  
  中国建材总院玻璃院长期致力特种玻璃及建筑节能玻璃产品的开发,在国家科研项目支持下,连续多年开展高效低成本全钢化真空玻璃成套制备技术研究与产业化示范,围绕真空玻璃制备支撑物布放、封边、抽气封口三个关键工序,相继提出了以红外辐射加热快速封接技术为核心的高效制备解决方案,结合新型无铅红外吸收封接材料、支撑点快速印制系统等关键材料与装备的研发,形成无铅全钢化真空玻璃规模化制造集成技术,生产效率和产品质量的提升有效降低了真空玻璃制造成本,加速新一代高品质安全环保型真空玻璃的推广应用。
  
  以中国建材总院李要辉博士为代表的真空玻璃研发团队,经过十多年持续投入开发,目前已经形成集材料、工艺、装备于一体的整套真空玻璃技术,实现建筑、家电用全钢化真空玻璃高效低成本生产示范,技术团队联合北京明日之星玻璃机械有限公司建成的年产5万平方米以上钢化真空玻璃生产示范线,近期顺利通过国家重点研发计划项目的现场验收。在解决真空玻璃安全性及高效快速生产方面,项目代表性技术是采用光辐射快速加热和选择性吸收封接焊料组合技术,实现了热量的定向快速传递,封接焊料比玻璃基片更易吸收辐射热量,快速升温熔化,而玻璃基片吸收率低,升温速度慢,温度低,显著降低了钢化玻璃的应力损失,产品自身抗冲击强度大大提升。此外,光辐射加热技术在突破光源波长与封接焊料吸收性能的匹配等关键技术的基础上,产品质量稳定一致性好,满足国家标准各项技术指标要求。
  
  产学研成果转化引领行业发展
  
  “真空玻璃在寿命、节能和轻量化方面优势明显,国家和行业的相关政策也给与了真空玻璃很大支持。今天看到这条生产线我感到很高兴。”11月20日,参观完位于北京明日之星玻璃机械有限公司厂区验收示范线项目,中国建筑玻璃与工业玻璃协会会长张佰恒发出由衷感慨。中国建材总院联合北京工业大学、武汉理工大学等专业高校,在核心材料和关键工艺突破基础上,与北京明日之星玻璃机械有限公司强强联合,发挥各自优势,科学分工、集中攻关,成功塑造了产学研为一体的成果转化鲜活案例。
  
  真空玻璃具有优异的保温和隔音性能,成熟、稳定的真空玻璃制造技术和生产设备的推出,将为我国相关产业政策的实施提供强大支撑。未来国家及地方的相关产业政策都将会大力鼓励发展节能真空玻璃,国内真空玻璃需求量也将快速增长,真空玻璃产品也会在节能建筑、节能家电和相关绿色低碳制造装备领域中迎来前所未有的发展契机。研发创新作为产业技术进步的原始驱动力,中国建材总院真空玻璃研发团队通过综合材料学、热工技术、机械设计等跨学科能力建设和人才团队培养,十年磨一剑,通过基础材料研发和工艺技术革新为实现真空玻璃品质提升和安全可靠性提供有力保障,未来中国建材总院也将继续向着世界一流真空玻璃制造商和成套技术与装备供应商而努力。

  (数据来源:中国建材总院玻璃科学研究院)
  
  科技日报(2020年12月29日第03版)  
  


(责任编辑:李铁民)
 
 
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