本体吸收型高透明隔热玻璃的配方研究

论文总字数：14632字

目 录

1研究目的和意义 1

　　1.1 研究目的 1

1.2 研究意义 1

2隔热玻璃的研究现状 1

2.1 隔热玻璃的特点及应用 1

2.2 隔热玻璃的技术作用原理 2

2.3国外隔热玻璃的研究现状 2

2.4国内隔热玻璃的研究现状 3

2.5研究思路和内容 4

　　　　2.5.1 研究思路 4

2.5.2 研究内容 4

3 实验过程 4

3.1主要原料及测试设备 4

3.2玻璃隔热性能计算公式 5

3.3实验过程 6

4 结果与讨论 6

4.1不同添加剂种类对玻璃透过率的影响 7

4.2复合添加剂不同掺入量对玻璃透过率的影响 8

4.3复合添加剂配方的进一步优化 9

4.4添加复合添加剂后玻璃的物化性能 10

4.5玻璃熔制工艺的确定 12

4.5.1熔制温度和时间的设定 12

5 结论与展望 14

5.1 结论 14

5.2 展望 14

参考文献 14

致谢 16

本体吸收型高透明隔热玻璃的配方研究

于浩程

，China

Abstract: Due to the increasingly serious problem of environmental pollution, people gradually pay attention to energy conservation, the common glass made by simple process has failed to meet people’s demand for environmental protection, so there comes insulating glass. Insulating glass is through the indoor and outdoor infrared barrier, to achieve control of heat transfer, thus make the indoor cooling or heating equipment work efficiently, and ultimately achieve the purpose of energy saving and environmental protection. Currently there are many tapes of heat-protecting glass, but its cost or effectiveness are not very satisfactory, so the self-innovation and improvement of heat-protecting glass has become an important topic in the glass industry. The insulating glass studied in this paper is body to absorb and high-transparent, which has ideal cost and effectiveness. Through the experimental study of adulterating to the glass material and using the data analysis, and finally get high visible light, infrared and UV barrier glass formulations.

Key words: environmental protection； insulating glass；high transparent；formula

1 研究目的和意义

1.1 研究目的

本课题的目的是研究一种新型的兼具高透明度和高隔热性能的隔热玻璃，期望其可见光波段透射比超过70%、近红外波段透射比低于20%、紫外波段透射比低于25%的高透明隔热玻璃配方。

1.2 研究意义

建筑、工业、交通能耗是当今社会三大主要能耗，其中建筑能耗约占总的30%，减少建筑能耗对节能减排目标的实现具有很大的影响。在建筑总能耗中，通过门窗洞口散失的热量达到30～40％。由于窗墙比越来越大的趋势，建筑节能的实现也越来越依赖于门窗节能的实现，而玻璃材料是解决门窗节能的关键，玻璃节能效果将直接影响着最终建筑的整体节能效果。

我们都知道，日光主要是由可见光、红外线和紫外线三部分组成，对于汽车而言，红外线的直接影响是造成车内温度上升，增加车用空调负荷，增加用油量；而紫外线的照射则会加速车内饰品褪色，塑料部件老化，并给乘坐人员皮肤带来伤害。

因此，就有了新型的节能玻璃材料，它既能保持良好的透光性，又能尽量减少阳光热辐射和紫外线的通过，该种节能玻璃材料是当今社会的迫切需求。

本课题研究在不显著改变普通浮法玻璃制备工艺的基础上，仅添加少量外加剂即可实现高隔热玻璃的生产，以便于快速产业化并显著降低成本。本课题的研究意义在于新型的高隔热浮法玻璃可显著提高吸热玻璃的节能效果、扩大应用范围、节约生产成本，更好地服务于我国的环保事业。

2 隔热玻璃的研究现状

2.1 隔热玻璃的特点及应用

隔热玻璃是指通过本体吸收方式能吸收热量的玻璃，通过该玻璃能隔去大部分或一部分的热量。当太阳光和许多光源在发射出可见光线的同时，伴随着发射出大量的紫外光线和红外光线。紫外线是指200nm~380nm之间的波长范围，200nm~360nm范围的紫外辐射对人体的皮肤、有机织物或皮具均具有一定的损伤作用，因此希望能够阻隔，而360-400nm的紫外线具有能提神醒脑、杀菌消毒促进健康的作用，在日光照射中希望能够保留；红外射线是指波长为780nm~2500nm波段范围，如果通过窗户玻璃阻隔这部分红外线，则可达到隔热的效果。因此在大多情况下我们需要的是既能透过可见光, 又能吸收红外线带来热量的玻璃材料，另外对紫外线也要具有一定的控制。

隔热玻璃是平面玻璃高新技术的发展，具有降低红外热辐射和紫外线透过，并提供良好采光的主要特性。隔热玻璃与普通玻璃相比有如下优点：

(1)显著吸收太阳能辐射热。超吸热平板玻璃能挡住50％左右太阳辐射的热量，夏季可大大降低室内温度，降低空调设备的能耗。

(2)可见光透过率高。与普通着色玻璃对比，高透明隔热玻璃的可见光透过率可以达到70％左右甚至更高，可使建筑的自然采光保持在较高的水平，降低照明能耗。

(3)隔热玻璃适量地削弱了入射日光的强度，有一定的防眩功效，在天气炎热时，使室内温度适宜，氛围清爽。

(4)吸收紫外线。它可以显著降低紫外线的透过率进而防止家具、日用品、商品、档案资料与书籍等的褪色、变质。

(5)隔热玻璃有着透亮纯净的天兰色或绿色， 能使建筑物更加的美观，是非常好的装饰材料。

隔热玻璃可以广泛用于现代化的大型建筑物，例如大型运动场所、博物馆、展览场所、纪念馆、商业大厦、办公写字楼、公共车站、机场候机室、商场、旅馆等以及热带或炎热地区还有带有空调的建筑物门窗、外墙及汽车、火车等交通工具的风挡，起到隔热、防眩、美化并与周围环境相搭配的作用。此外，本体吸收型隔热玻璃按照不同的用途还可以进行加工，如钢化、热弯、夹层或镀膜等。

2.2 隔热玻璃的技术作用原理

本体吸热型的隔热玻璃，主要有硅酸盐玻璃系统和磷酸盐玻璃系统，硅酸盐主要以二氧化硅为主体^[1]，磷酸盐主要以五氧化二磷为玻璃形成剂。尽管磷酸盐玻璃的熔制温度较低，但由于其原料成本很高，而且该系统玻璃耐水性较差，因此磷酸盐吸热玻璃一般用于比较特殊的光学系统中，不适用于成本低廉且大规模生产的窗户玻璃应用中。现有的适用于窗玻璃的吸热玻璃基本都是硅酸盐玻璃系统。在现有技术中，本体着色的吸热玻璃基本都是利用铁离子的着色机理来实现吸热作用的。其吸热机理主要是通过Fe² 离子在近红外波段的吸收作用达到的。图1列出了铁离子掺杂普通窗玻璃系统的透过曲线^[2]。可以看出，Fe² 在近红外区有显著的吸收，而Fe³ 在紫外区吸收明显，因此，在玻璃系统中，Fe² 含量越高则隔热效果越好。

图1 铁离子在普通钠钙硅玻璃中的吸收系数（1：Fe² ，2：Fe³ ）

2.3国外隔热玻璃的研究现状

发达国家跟我国相比较早意识到了建筑节能的巨大意义，而且在这方面给予了重视和大量的研究，使得国外的发展较为迅速。美国有研究数据表明^[3]，一栋未采用节能改造的建筑，它的年耗电量将近百万美元，12年左右就能达到大楼的全部投资，并且这种全封闭建筑中的空调系统对人体也有很多不利的影响，总的来说这种没有节能措施的建筑对人对自然都是有损害的。对节能玻璃技术在建筑中的应用，发达国家取得了很多的成果。外国多通过科学实验、研发技术、法律制定、知识普及等方法，大大降低了建筑能源消耗，对节能减排做出了贡献。美国上个世纪末，低辐射玻璃就占据全部双层玻璃市场的四分之一以上。欧洲年用量在5000万平米以上，全世界已经超过1.2亿平米。德国在上世纪90年代制定法规，所有房屋必须采用低辐射镀膜玻璃。日本和美国相关协会也采取了行动，鼓励使用节能玻璃^[4]。

国外的相关企业以美国的PPG为代表，在吸收近红外和紫外线的隔热玻璃方面做出了很多的研究。国际上申请这方面专利的有300多个，其中日本就占有100多个，占世界玻璃减排技术方面的三分之一，日本申请专利的主要公司有CENTRAL GLASS COLTD、 SHEETGLASS COLTD和ASAHI GIASS公司等等。其中中央硝子株式会社(NIPPON SHEET GLASS COLTD)研究的能吸收近红外线和紫外线玻璃系统为钠钙硅碱性玻璃，其着色成份以Fe₂O₃计算在0.4%-0.58%之间，20%-30%为FeO，CeO₂在0.8%-1.8%之间，TiO₂则在0%-0.5%之间，以及CoO在0.0001%-0.002%之间，该玻璃有着很好的隔热透明性能，可用于汽车和建筑玻璃，但由于氧化亚铁的获取问题，成本太高无法批量生产。近年来，美国申请了近50篇关于吸收近红外和紫外线玻璃的专利，其中采用标准以钠钙硅为基础的玻璃组合物着色剂为铁、钴、铬、钛等，该玻璃颜色为兰色有较好的透明隔热效果。总而言之，以美国PPG公司为代表的隔热玻璃具有较好个隔热性能，最高透过率可达到70%，并具有多种颜色和品种，在国外已经有比较广泛的应用。但是，获得高比例Fe² 的隔热玻璃技术难度大、工艺复杂，对设备要求也较高，目前推广难度较大。

2.4国内隔热玻璃的研究现状

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