U型真空玻璃 系列技術(shù)轉(zhuǎn)讓

消除行業(yè)瓶頸、高安全性，真空壽命、力學(xué)壽命長(zhǎng)

U型真空玻璃 系列技術(shù)轉(zhuǎn)讓

一、U型真空玻璃與現(xiàn)有真空玻璃的主要差異

（一）U型真空玻璃

1.由真空玻璃面與閉環(huán)結(jié)構(gòu)的復(fù)合翼構(gòu)成U型立體結(jié)構(gòu)；復(fù)合翼與真空玻璃面約呈90°；復(fù)合翼中設(shè)有10～80mm高的翼真空層；封接部位處于復(fù)合翼中；封接料、結(jié)構(gòu)膠共同作用將復(fù)合翼結(jié)合為剛韌相濟(jì)的一體。

2.集保溫、采光、結(jié)構(gòu)功能與一體，作為建筑構(gòu)件集成于建筑，屬典型的結(jié)構(gòu)功能一體化產(chǎn)品。

3.即適用于建筑，亦適用于客車、列車、船舶的窗戶和冷柜玻璃門。

單真空層構(gòu)造示意圖

1-翼真空層. 2-封接部位. 3-結(jié)構(gòu)膠. 4-真空層. 5-外原片玻璃. 6-內(nèi)原片玻璃.

7-真空玻璃面. 8-復(fù)合翼.

（二）現(xiàn)有真空玻璃

1.由“平板”玻璃復(fù)合為“平板狀”真空玻璃，封接部位處于“平板”的邊緣。

2.用于建筑尚存在多項(xiàng)致命瓶頸，不具備拓展應(yīng)用領(lǐng)域的綜合性能。

構(gòu)造示意圖

1-封接部位. 2-真空層. 3-平板原片玻璃.

二、U型真空玻璃的特殊優(yōu)勢(shì)及對(duì)應(yīng)的行業(yè)瓶頸

（一）集結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與材料強(qiáng)度于一體，力學(xué)性能長(zhǎng)。

1. U型真空玻璃所用基片為閉環(huán)結(jié)構(gòu)的U型立體結(jié)構(gòu)，故基片本身即具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

2.封接料、結(jié)構(gòu)膠的共同作用，將二片或二片以上U型原片玻璃的翼結(jié)合為復(fù)合翼，復(fù)合翼在真空玻璃面周邊構(gòu)成閉環(huán)立體結(jié)構(gòu)。故U型真空玻璃具有極其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、剛性。

3.復(fù)合翼將真空玻璃面的邊緣構(gòu)造為立體結(jié)構(gòu)，且封接部位處于與邊緣呈90°的復(fù)合翼中，邊緣不因封接而產(chǎn)生應(yīng)力交匯，故邊緣強(qiáng)度、穩(wěn)定性極其優(yōu)良。

4.所述封接方法，更利于保持原片玻璃的全部鋼化性能，且在450～550℃封接中仍可保持真空玻璃面及翼真空層的全部鋼化性能，故U型真空玻璃同時(shí)具有優(yōu)良的材料強(qiáng)度。

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與材料強(qiáng)度的共同作用，賦予U型真空玻璃極強(qiáng)的力學(xué)性能。

——強(qiáng)度低、邊緣易破裂，是現(xiàn)有真空玻璃瓶頸之一：

1.受“平板狀”制約，即使實(shí)現(xiàn)全鋼化也僅是提高了原片玻璃的材料強(qiáng)度。

2.僅有將原片玻璃連為一體的封接料必須具備柔性，從而在原片玻璃之間形成強(qiáng)度“短板效應(yīng)”，加之原片玻璃、真空玻璃均為“平板”狀，導(dǎo)致真空玻璃的強(qiáng)度只能以單片平板玻璃計(jì)。

3.4～10mm厚的鋼化平板玻璃，必然存在板片狀材料抗彎強(qiáng)度低，邊緣易破裂，在風(fēng)載荷、碰撞等外力作用下極易產(chǎn)生大幅度晃動(dòng)、扭轉(zhuǎn)、振動(dòng)的嚴(yán)重弊端。

（二）溫差產(chǎn)生的熱脹應(yīng)力得以有效釋放，真空性能、力學(xué)性能不受溫差影響。

1.當(dāng)外片玻璃受熱產(chǎn)生膨脹時(shí)，熱能在外片玻璃的翼上同時(shí)產(chǎn)生由外至內(nèi)由高至低的溫度梯度、膨脹梯度，加之翼與外片玻璃面為90°角，故在翼逐漸膨脹的同時(shí)自然地釋放了外片玻璃受熱產(chǎn)生的膨脹。且翼真空層越高，釋放的膨脹值越大，封接部位所受影響越小。

2.U型真空玻璃的應(yīng)用為無框、全玻構(gòu)造，外片玻璃面受熱、膨脹均勻，邊緣沒有框的約束，周邊又為柔性密封材料，翼的膨脹不受約束，故在真空玻璃周邊不產(chǎn)生破拉應(yīng)力。

3.內(nèi)、外片玻璃的翼、封接料均處于相同的室內(nèi)環(huán)境，加之翼真空層、翼高的作用，故封接部位無溫差。

翼釋放外片玻璃熱應(yīng)力的示意圖

1-翼真空層. 2-隔離帶. 3-封接材料. 4-結(jié)構(gòu)膠. 5-外片玻璃面. 6-真空層.

另外，處于復(fù)合翼的封接部位距真空玻璃面一般為30～80mm，故冷、熱產(chǎn)生的溫差對(duì)封接部位產(chǎn)生的影響均微乎其微。

——溫差導(dǎo)致破裂，是現(xiàn)有真空玻璃瓶頸之二：

1.受“平板狀”限制，外片玻璃受陽光照射產(chǎn)生的熱量，經(jīng)封接部位直接傳導(dǎo)至內(nèi)片玻璃邊緣，且傳導(dǎo)的熱量幾乎無衰減，而內(nèi)片玻璃大面積的中部受真空層隔熱作用，溫度遠(yuǎn)比外片玻璃低，導(dǎo)致在內(nèi)外片玻璃之間、內(nèi)片玻璃邊緣與中部之間均存在強(qiáng)烈溫差。溫差，導(dǎo)致膨脹系數(shù)明顯差異形成膨脹應(yīng)力，而“平板狀”真空玻璃的周邊已被同一平面的封接料連為一體，“膨脹應(yīng)力完全沒有釋放途徑”，必然導(dǎo)致真空玻璃產(chǎn)生球面彎曲變形，在封接部位形成拉應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致破裂。

2.因“平板狀”真空玻璃抗彎強(qiáng)度低，應(yīng)用中必須以框補(bǔ)強(qiáng)，而框在補(bǔ)強(qiáng)的同時(shí)對(duì)真空玻璃邊緣產(chǎn)生約束作用，加大了溫差作用下真空玻璃邊緣的拉應(yīng)力，加之真空玻璃邊緣正是封接部位，本就承受多種破壞性應(yīng)力。

（三）風(fēng)載荷給U型真空玻璃造成的彎曲、晃動(dòng)、扭曲微小，對(duì)氣密性封接無影響。

在工程應(yīng)用中，風(fēng)載荷是真空玻璃所受的主要側(cè)向載荷（除地震載荷）。

U型真空玻璃具有極其優(yōu)良的抗彎強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、剛性，故風(fēng)載荷給U型真空玻璃造成的彎曲、晃動(dòng)、扭曲微��；側(cè)向載荷在翼之間轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫Σ⒂山Y(jié)構(gòu)膠、封接料共同承擔(dān)，且結(jié)構(gòu)膠的強(qiáng)度大于封接料，對(duì)封接料形成保護(hù)，故風(fēng)載荷在封接部位不產(chǎn)生拉應(yīng)力，對(duì)氣密性封接無影響。

——風(fēng)載荷導(dǎo)致真空失效，是現(xiàn)有真空玻璃瓶頸之三：

1.“平板狀”真空玻璃的抗彎強(qiáng)度、剛度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性低，在瞬時(shí)風(fēng)壓作用下易產(chǎn)生較大彎曲、晃動(dòng)、扭曲。

2.“平板狀”真空玻璃中，封接料是僅有將內(nèi)外玻璃連為一體的連接材料，且與真空玻璃面在同一平面，故彎曲、晃動(dòng)、扭曲產(chǎn)生的拉應(yīng)力必然直接作用于封接料，故較大的局部風(fēng)壓對(duì)封接氣密性的破壞是致命的。

（四）封接部位不產(chǎn)生剪切力。

封接部位處于垂直于U型真空玻璃面的復(fù)合翼中，加之結(jié)構(gòu)膠的保護(hù)作用，故基片玻璃的自重力在翼與翼之間轉(zhuǎn)換為壓力，壓力全部由結(jié)構(gòu)膠、翼承擔(dān)，故封接部位不產(chǎn)生剪切力，且受結(jié)構(gòu)膠保護(hù)的封接料亦不受壓力影響。

——剪切力導(dǎo)致氣密性喪失，是現(xiàn)有真空玻璃瓶頸之四：

1.“平板狀”，使豎向放置的真空玻璃中二片以上原片玻璃自重產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，必然全部由封接料直接承受。

2.在“平面狀”真空玻璃中，封接料是僅有將內(nèi)外玻璃連接一體的材料。應(yīng)用中，封接料必然承受多種變形應(yīng)力的疊加作用，要求封接料必須具備足夠柔性，以釋放變形應(yīng)力，而承擔(dān)原片玻璃自重產(chǎn)生的剪切力，又要求封接料、封接料與玻璃間的封接強(qiáng)度都必須具備足夠強(qiáng)度。

在“平面狀”真空玻璃中，封接料柔性與強(qiáng)度之間的矛盾“根本無法解決”。

（五）曲率半徑大，彎曲對(duì)氣密性封接無影響。

真空玻璃的彎曲曲率半徑與原片玻璃的厚度成正比，原片玻璃厚度越小其曲率半徑越小，真空玻璃的弓型彎曲越嚴(yán)重，造成的危害越大。

1.U型真空原片玻璃的翼，等同于增加了原片玻璃的厚度。例如，厚度4mm、翼高60mm的原片玻璃，其厚度等同于增加了15倍。

2.U型真空玻璃產(chǎn)生弓型彎曲時(shí)，其彎曲方向與復(fù)合翼中的封接部位呈90°，使封接部位的封接料、內(nèi)玻璃、外玻璃的曲率半徑完全相同，故彎曲在封接料、內(nèi)玻璃、外玻璃之間不產(chǎn)生拉應(yīng)力。加之U型構(gòu)造形式為選用高柔性封接料創(chuàng)造了條件，而高柔性可充分釋放彎曲應(yīng)力。故彎曲對(duì)氣密性封接無影響。

——曲率半徑小導(dǎo)致氣密封接失效，是現(xiàn)有真空玻璃瓶頸之五：

1.在“平面狀”真空玻璃中，4mm厚基片制作的真空玻璃，其曲率半徑就以4mm為基準(zhǔn)，直接導(dǎo)致真空玻璃曲率半徑太小，彎曲嚴(yán)重。

2.“平面狀”真空玻璃的彎曲，必然造成同一平面的封接料、內(nèi)玻璃、外玻璃的曲率半徑不同，進(jìn)而在封接料、內(nèi)玻璃、外玻璃之間產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致封接料與內(nèi)外玻璃產(chǎn)生剝離或斷裂，導(dǎo)致氣密封接失效。

3.在“平面狀”真空玻璃中，僅有將內(nèi)外玻璃連接一體的封接料，無法解決柔性與強(qiáng)度之間的矛盾，更易導(dǎo)致封接料與內(nèi)外玻璃產(chǎn)生剝離或斷裂。

（六）保溫性能極其優(yōu)良，尤其應(yīng)用中，更加彰顯極強(qiáng)的保溫性能。

1.翼真空層與真空層共同作用，顯著隔阻室外冷能、熱能的傳導(dǎo)。

2.翼的高度使沿外原片玻璃翼傳導(dǎo)的冷能、熱能顯著衰減。

3.應(yīng)用中，在保溫密封條的協(xié)同作用下，U型真空玻璃及由其構(gòu)成的門窗、幕墻、屋頂?shù)谋匦阅軜O強(qiáng)。

室外冷能、熱能向室內(nèi)傳導(dǎo)、衰減的示意圖

1-墻或框. 2-保溫密封料. 3-翼真空層. 4-外原片玻璃面. 5-外原片玻璃翼. 6-透明保溫密封片.

（七）隔聲性能更好

良好的強(qiáng)度及綜合力學(xué)性能，為選用不同厚度的內(nèi)外原片玻璃創(chuàng)造了前提條件，從而解決同等厚度玻璃間產(chǎn)生音頻共振的行業(yè)瓶頸，故隔聲性能更好。

由于內(nèi)外原片玻璃等厚時(shí)的強(qiáng)度高于不同厚度，而現(xiàn)有真空玻璃強(qiáng)度低是其致命瓶頸。故現(xiàn)有真空玻璃被迫二害相權(quán)取其輕，選用等厚玻璃，犧牲部分隔聲性能。

綜上，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與材料強(qiáng)度的共同作用，賦予U型真空玻璃良好的力學(xué)性能。加之U型構(gòu)造的顯著優(yōu)勢(shì)，使各項(xiàng)應(yīng)力得以有效釋放并確保氣密性封接完好，更賦予U型真空玻璃良好的力學(xué)壽命、真空壽命。

筆者認(rèn)為：以“平板”玻璃構(gòu)成“平板狀”真空玻璃，是導(dǎo)致行業(yè)瓶頸的根源，且即使保持合片前原片玻璃的全部鋼化性能仍然不能解決。

JC/T 1079-2008 標(biāo)準(zhǔn)將真空玻璃定義為：二片或二片以上平板玻璃以支撐物隔開，周邊密封......”，直至GB/T 38586-2020標(biāo)準(zhǔn)，才將定義中的“平板”刪除。

三、封接方法與作用（詳見發(fā)明文獻(xiàn)）

（一）翼位封接

在封接溫度可保持合片前玻璃鋼化性能時(shí)，選用“翼位封接”。

封接示意圖

1-封接料. 2-熱源. 3-隔離條.

（二）液體沸點(diǎn)控溫封接

1.保障真空玻璃面、翼真空層、內(nèi)結(jié)構(gòu)膠所受溫度始終處于液體沸點(diǎn)以下。

2.即使在400～600℃封接中仍可保持真空玻璃面及翼真空層的全部鋼化性能。

3.液體：為水或水溶液。如：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.66%的CaCL2水溶液的沸點(diǎn)為101℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為64.91%時(shí)沸點(diǎn)為200℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為81.63%時(shí)沸點(diǎn)為300℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為86.18%時(shí)沸點(diǎn)為340℃。（熔鹽是化肥，在生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用環(huán)節(jié)都沒有環(huán)境污染和安全隱患）

液體沸點(diǎn)控溫封接示意圖

1.7-液體. 2-外封接料. 3-分隔條. 4-內(nèi)封接料. 5-隔熱帶. 6-內(nèi)結(jié)構(gòu)膠. 8-翼真空層.9-分層玻璃的翼. 10-外結(jié)構(gòu)膠空腔（封接后再加結(jié)構(gòu)膠）. 11-熱源.

四、應(yīng)用方式（詳見發(fā)明文獻(xiàn)）

（一）全玻門窗I型示意圖

平面示意圖

A-A結(jié)構(gòu)示意圖

1-墻或框. 2-旋轉(zhuǎn)保溫密封凸條. 3-保溫密封條. 4-扣邊. 5-門窗扇. 6-扇間透明密封片. 7-保溫密封凹條. 8-玻璃槽或框的槽. 9-旋轉(zhuǎn)軸套. 10-托板.

（二）全玻內(nèi)開窗I型結(jié)構(gòu)示意圖

1-外框. 2-凹保溫密封片. 3-凸保溫密封片. 4-內(nèi)窗臺(tái). 5-下卡固件. 6-透明保溫密封片. 7-下旋轉(zhuǎn)軸. 8-U型真空玻璃扇. 9-窗打開后扇的位置.

（三）有框門窗

翼高20mm～40mm的U型真空玻璃可采用有框應(yīng)用，應(yīng)用方式與中空玻璃相似。

（四）幕墻及成墻示意圖

1-翼真空層. 2-夾膠. 3-隔熱條. 4-內(nèi)封接料. 5-隔離層. 6-外封接料. 7-結(jié)構(gòu)膠. 8-透明嵌縫膏. 9-透明柔性保溫嵌縫片.

（五）屋頂及安裝示意圖

1-安裝肋. 2-結(jié)構(gòu)膠及增強(qiáng)絲. 3-安裝螺栓. 4-保溫嵌縫料. 5-嵌縫膏. 6-彈性套. 7-粘接膠.

（六）展示冷柜玻璃門

1.優(yōu)勢(shì)獨(dú)有的翼真空層，賦予極其優(yōu)良的保溫性能。

2.U型真空玻璃為單面開口的腔體結(jié)構(gòu)，以其制作的展示冷柜門更美觀、實(shí)用。

3.邊緣為立體結(jié)構(gòu)，抗沖擊、碰撞強(qiáng)度極其優(yōu)良，且應(yīng)用方式簡(jiǎn)便、成本低。

4.構(gòu)造形式為選用高柔性封接料創(chuàng)造了條件，而高柔性可更好地吸收晃動(dòng)、振動(dòng)、碰撞產(chǎn)生的變形應(yīng)力。

結(jié)構(gòu)示意圖

1-翼. 2-翼真空層. 3-保溫密封邊. 4-U型真空玻璃門. 5-柜體. 6-鉸鏈.

（七）用于客車、列車、船舶的窗戶

1.如上所述，U型真空玻璃具有極其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、材料強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、剛性，綜合性能優(yōu)良，足以承受正常的人、物的碰撞、沖擊。

2.車、船因剎車、啟動(dòng)、晃動(dòng)、振動(dòng)產(chǎn)生的側(cè)向載荷，由復(fù)合翼、結(jié)構(gòu)膠、封接料共同承擔(dān)，封接料受結(jié)構(gòu)膠保護(hù)，U型結(jié)構(gòu)使側(cè)向載荷在封接部位不產(chǎn)生拉應(yīng)力、剪切應(yīng)力。高柔性封接料可充分吸收晃動(dòng)、振動(dòng)、碰撞產(chǎn)生的變形應(yīng)力，確保真空壽命。

用于客車、列車、船舶的窗戶結(jié)構(gòu)示意圖

1-柔性密封材料. 2-翼真空層. 3.5-結(jié)構(gòu)膠. 4-封接料. 6-U型真空玻璃窗. 7-內(nèi)窗臺(tái).

五、U型原片玻璃的成型

（一）在錫槽或壓延中拉伸成型

1-凹模. 2-保持一定溫度，具有拉伸性的玻璃. 3-錫槽或壓延線. 4-凸模

（二）拉伸成型

1-加熱件. 2-凸模. 3-保持一定溫度，具有拉伸性的玻璃. 4-退讓模. 5-凹模

（三）擠壓成型

1-加熱件. 2-凸模. 3-凹模. 4-熔融玻璃

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1990年，在北京大學(xué)物理系已任教30多年的唐健正作為訪問學(xué)者來到澳大利亞悉尼大學(xué)，開始與該校時(shí)任應(yīng)用物理系主任的R．E．Collins教授聯(lián)合研究平板真空玻璃。經(jīng)過3年的努力，1993年，世界上首塊1米×1米的平板真空玻璃樣品問世。但發(fā)明人雖是唐健正與R．E．Collins兩人，專利權(quán)卻屬于悉尼大學(xué)。1996年，悉尼大學(xué)把專利轉(zhuǎn)讓給日本板硝子玻璃公司，日本人在次年即開始批量生產(chǎn)真空玻璃。