真空玻璃

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)沈阳真空技术研究所 作者:董镛

  通过理论计算及测试数据,说明真空玻璃具有良好的保温(隔热)性能,良好的隔声性能及防结露性能,节能效果明显;介绍真空玻璃“一步法”生产工艺流程及主要技术装备;论述目前制约真空玻璃推广应用的三大瓶颈(安全、价格、自动化)以及突破瓶颈的途径;指出:借鉴中空玻璃的发展经验,积极开发满足不同需求的真空玻璃新品种,将推动真空玻璃产业发展得更好,更快。

  1892 年剑桥大学教授詹姆士·杜瓦(SirJames Dewar)在从事气体液化的研究中发明了“真空瓶”, 当初的真空瓶由玻璃制成且无内表面涂层。在随后的工作中他发现真空瓶内表面的银色涂层可以减少热辐射。真空绝热的两项基本原则由此确立:通过高真空消除绝大部分气体传热;通过高反射涂层降低辐射传热。

  杜瓦的发明并没有立即转化为产品,12 年后两名德国吹玻璃工人注册成立了“Thermos(保温瓶)”公司,1907 年又将“Thermos”商标分别出售给美国、加拿大、英国的三家公司以扩大生产。如今圆柱形的保温瓶已走过百年历程,其应用领域早已从初期的低温工艺、科研、医药等部门走进了千家万户的日常生活。

  沿着杜瓦开辟的道路,1913 年卓勒(A·Zoller)在其专利中首次提出了真空玻璃的概念,按照他提出的透明平板真空玻璃的设计方案, 为承受每平方米高达十吨的大气压力, 在抽成真空状态的两片平板玻璃之间要有许多小的“构件”;他还设想将玻璃制成“瓦楞板”形状以形成真空空间同时又能承受大气压力。

  经过70 余年的不懈努力,1989 年澳大利亚悉尼大学(S.J.Robinson and R.E.Collins)向世人宣告首先制成真空玻璃。在随后发表的一系列论文中,《透明的真空隔热材料》一文全面地介绍了真空玻璃的结构、性能、制作及检测方法。鉴于该文开创性的贡献,1997 年国际太阳能协会授予“鲁道夫最佳论文奖”,在该文的三名作者中,有一位来自中国北京大学的唐健正(J- Z Tang)先生。1994 年日本第二大玻璃厂商———日本板硝子株式会社(NSG)购得悉尼大学真空玻璃专利使用权,三年后(1997)正式宣告真空玻璃投放市场。

  我国真空玻璃研发及产业化进程始于1998年唐先生回国。历经10 年努力已形成10 多项专利和10 万米2/年的产能。在推广应用方面,已有20 余座大型建筑物采用真空玻璃幕墙或真空玻璃外窗。图1 为国内首座全真空玻璃大楼———北京天恒大厦的外观。

天恒大厦

图1 天恒大厦

1、真空玻璃的热工性能

  做为“透明的平板保温瓶”-真空玻璃的结构如图2 所示。真空玻璃的突出优点在于其良好的保温(隔热)性能,具体表征的技术参数是“传热系数”U 值———“表示热量通过玻璃中心部位而不考虑边缘效应,稳态条件下,玻璃两面单位空气温度差时,单位时间通过单位面积的热量。U 值的单位是:W/(m2·K)”。同样条件下若是玻璃两表面的单位温度差时就是玻璃的热导C(W/m2·K)。热导的倒数即为热阻R (m2K/W)。

真空玻璃构造简图

图2 真空玻璃构造简图

  真空玻璃传热由3 部分即:辐射传热、支撑物传热及残余气体传热构成。图3 比较了真空玻璃与中空玻璃在传热机理上的差异。

  真空玻璃的传热系数U 值可依据下述方法进行理论计算

  本方法是以下列公式为计算基础:

  式中he———玻璃室外表面至外部空间的换热系数,he=23 W/m2K
    hi———玻璃室内表面至内部空间的换热系数,hi=8 W/m2K
    ht———多层玻璃系统热导,按下式计算:

  式中hs———真空玻璃热导, 单位W/m2·K
    N———真空层的数量
    M———玻璃层的数量
    dm———每一层玻璃的厚度,单位m
    rm———每一层玻璃的热阻

真空玻璃与中空玻璃的传热机理

图3 真空玻璃与中空玻璃的传热机理

1.1、真空玻璃中的残余气体热导

  为了使残余气体的热导降低到可以忽略不计的程度,真空玻璃中的压强应该低于0.1 Pa。分子流状态下气体的热传导与压强成正比,(Corrucini,1957)用公式表述如下:

  限于篇幅,文章中间章节的部分内容省略,详细文章请http://bbs.chvacuum.com/thread-131-1-1.html

6、结语鉴往开来前景可期

  1865 年首份中空玻璃专利在美国诞生。在此后的数十年间先后出现了三种生产技术,目前在全球的中空玻璃生产中, 胶接法占55%~60%,焊接法占30%~35%,熔接法占10%。中空玻璃生产技术的进步与新材料的出现密不可分。我国中空玻璃研发始于1964 年, 兴于1994 年以后, 至今已有50 多年的历史,目前上规模的中空玻璃生产厂百余家,装备中空玻璃生产线570 条(其中引进线约80 条),年产能约1.5 亿平方米。

  反观真空玻璃:国际上1997 年日本板硝子公司最早推出真空玻璃产品,至今不过十几年,国内真空玻璃成批量地推向市场不过5~6 年,与中空玻璃走过的百年长路相比,真空玻璃不过是蹒跚学步刚刚上路。

  做为玻璃深加工领域的后来者,真空玻璃在未来的发展进程中亟须海纳百川,充分吸收国内外材料科学、真空技术、机电一体化技术等相关领域的最新成果,攻坚克难,接受考验,在竞争中完善技术、扩大市场,最终形成一套具有中国特色的、拥有自主知识产权的真空玻璃生产技术及相应的装备体系。

  真空玻璃为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/application/else/021936.html

  与 真空应用 真空玻璃 相关的文章请阅读:

  真空应用http://www.chvacuum.com/application/else/