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半鋼化真空玻璃—高效節能玻璃研發的新突破

來源:北京新立基真空玻璃技術有限公司  作者:唐健正 李洋 李楠  日期:2010-7-26
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摘要:新近研制成功的半鋼化真空玻璃解決了普通真空玻璃強度不夠的技術瓶頸。經檢測,多項指標都大大超過普通真空玻璃和中空玻璃。復合夾層半鋼化真空玻璃的安全性、節能性、隔聲性等綜合性能優勢更為明顯,將成為建筑門窗幕墻玻璃的新星。一條自動化半鋼化真空玻璃生產線即將設計完成,與現有中試線相比,該生產線可實現規;B續生產,將大大提高產品質量和成品率,降低生產能耗和成本。投產后將解決真空玻璃產業化的另一瓶頸—硬件設備落后的問題,使真空玻璃產業化邁向新的臺階。
 
  一、什么是“半鋼化真空玻璃

  在圖1所示的真空玻璃結構中,兩片玻璃不是普通玻璃而是鋼化玻璃,則稱為“半鋼化真空玻璃”。
    普通玻璃通過深加工處理,使玻璃表面形成壓應力層,玻璃強度會大大提高,可稱為強化玻璃。又依表面壓應力不同,分為鋼化玻璃和半鋼化玻璃兩個品種[1],其表面應力如表1所列。

  二、為什么要研制“半鋼化真空玻璃”
    鋼化玻璃強度高,抗沖擊強度抗彎強度比普通玻璃高3—5倍,抗熱沖擊性能也大大提高,而且破碎后形成不帶尖銳刀鋒的小顆粒,對人傷害小。但由于多種復雜的原因,鋼化玻璃發生“自爆”的機率較高,研究表明,特別是當表面壓應力≥52.0MPa時,由于玻璃內部雜質引起的自爆機率大大增加。
    測試結果表明,按特定工藝制成的半鋼化玻璃的抗彎強度比普通玻璃高約4倍,雖然比鋼化玻璃略低,但不會發生自爆,對于高層門窗幕墻,使用半鋼化夾層玻璃,即使撞碎也不會有尖銳碎片傷人。因此,我國很多幕墻專家呼吁使用表面壓應力50 MPa左右的半鋼化夾層玻璃作為高層幕墻玻璃的首選,既有一定強度,又達到安全、可靠的目的[2]。因此,近年來,特別是對于高層幕墻建筑,不用鋼化玻璃的呼聲日高。新近建成或將要建成的上海環球金融中心、中央電視臺新址等一批大型公共建筑物都全部采用半鋼化玻璃。表2給出一些建筑使用半鋼化玻璃的概況。

    目前生產的真空玻璃都是普通玻璃制成的,存在強度不足的弱點,能否制成半鋼化真空玻璃和夾層半鋼化真空玻璃代替上述這些中空玻璃,成為一個瓶頸性課題。
  三、研制半鋼化真空玻璃的難點在哪里
  由于用于真空玻璃邊緣和抽氣口封接的玻璃釬焊料的工作溫度高于430℃,如果用鋼化或半鋼化玻璃制作真空玻璃,在如此高溫條件下,它們將會“退火”成普通玻璃。如果用制成的普通真空玻璃,進行高溫后驟冷的鋼化處理,則真空玻璃會失去真空度或破裂。所以,數十年來研制半鋼化真空玻璃是真空玻璃技術發展中的一個世界性難題,也是影響真空玻璃產業化的技術瓶頸之一。
  國內外廠商多年來試圖解決此難題的各種方法可歸納為[3]:
  1、用各種低溫封接材料(如軟金屬、樹脂等)代替玻璃釬焊料。
  2、用分區加熱的方法在保持玻璃主體溫度不高的條件下,以微波、高頻、紅外射線、激光等手段對封接部位重點加熱。
  3、研制較低溫度的玻璃釬焊料并控制加熱時間。
  但至今尚未見有成功的產品問世。
  我們經過長時間攻關,通過創新工藝技術和設備,取得突破性進展,在2008年試制成半鋼化真空玻璃,初步測試結果表明,各方面性能均比普通真空玻璃大幅提高,有很大的發展潛力和空間。
  四、半鋼化真空玻璃的優點
  研制成的半鋼化真空玻璃的表面應力可在50—100MPa間選擇調控,實際已包含鋼化玻璃范圍,我們選擇表面應力不同的樣品做測試。雖然大量的實驗和測試還正在進行中,但從初步測試數據看,與普通真空玻璃相比,半鋼化真空玻璃的優點已非常明顯,表現在:
  1、強度大幅提高
  1)按國標要求的四點彎曲法對半鋼化真空玻璃的玻璃板進行破壞拉應力檢測,結果表明,在表面應力為50—80MPa范圍內,強度約為普通玻璃4倍,約50MPa時沖擊后裂縫為輻射狀,半鋼化特性最顯著。當表面應力約為95MPa時,強度約為普通玻璃5倍,沖擊后粉碎為小顆粒,呈完全鋼化玻璃特征。
  2)抗風壓強度達到國家標準最高級
  表3列出半鋼化真空玻璃及普通真空玻璃抗風壓強度的測試結果。

  測試結果顯示半鋼化真空玻璃風壓變形性小,破壞風壓高,已達到國家標準最高級。
  如果在上述半鋼化玻璃兩側再用兩塊玻璃作成復合夾層真空玻璃,抗風壓強度將更高。
  3)抗溫差強度提高
  用如圖2所示熱箱對真空玻璃作溫差試驗。

  圖2中上蓋玻璃為800×800mm的單LOW-E真空玻璃。箱內加熱器加熱功率可調控,由溫差引起玻璃彎曲的變形量可由千分表測出。測量結果如表4所示。

  由表4可見,半鋼化真空玻璃在內表面溫度達到100℃,內外表面溫差△T將近80℃時仍能保持完好,實驗中保溫時間超過半小時,試驗后真空玻璃K值無變化。而普通真空玻璃在此溫差時破裂。
    4)抗沖擊強度提高
    試驗表明,半鋼化真空玻璃抗沖擊性能有明顯提高,但根據我國標準規定半鋼化玻璃不能列入安全玻璃類別。
    目前,建議在高層門窗幕墻等要求安全玻璃的場合使用如圖3所示的夾層半鋼化真空玻璃或外夾層內貼膜半鋼化真空玻璃。

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