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长利文苑

大面积可钢高性能LOW-E节能玻璃

发布:2019-02-12 作者:新材料公司 王俊 浏览:410次

创新成果(项目)概要

Low-E镀膜玻璃又称低辐射镀膜玻璃,是在普通浮法玻璃表面镀制含有银的多层复合纳米功能薄膜而构成的节能建筑产品。Low-E镀膜玻璃可以发挥自然采光,保温和隔热三重功效,在夏季阻隔太阳能直接进入室内以及阻隔室外二次辐射,在冬季减少室内热量的外散流失,是目前市面上节能效果较好的节能玻璃之一。本项目主要开发低成本可钢化单银LOW-E镀膜玻璃以及光热高选择性可钢化双银LOW-E镀膜玻璃产品,以满足门窗和高端幕墙对节能玻璃的要求,推动节能玻璃的普及使用,使得我国节能减排工作持续前进。本项目主要通过改造镀膜线阴极排布、增加靶材厚度使得生产周期由30天延长至45天,优化工艺参数提高镀膜速度30%,单位面积的单银 LOW-E镀膜玻璃的生产成本明显降低,产品的市场竞争力不断增强,更重要的是让节能玻璃走进千家万户,成为亲民产品。另一方面,本项目开发了最适合夏热冬冷地区使用的光热高选择性(光热比1.83),低光污染(反射率<12%)的可钢化双银LOW-E镀膜产品,光热性能达到国内外同类产品的领先水平,使得公司成功打入在高端节能玻璃产品市场,成为公司又一个新的增长点,为国家节能事业做贡献。

可钢化LOW-E镀膜玻璃开发过程受到“十二五”国家科技支撑计划项目,湖北省重点新产品新工艺项目,武汉市关键技术攻关项目,武汉市黄鹤英才计划的支持。相关技术已获得国家实用新型专利8项,并申请了国家发明专利3项。公司积极参与湖北省地方标准《建筑节能门窗工程技术规范》,中国建筑材料联合会《Low-E玻璃建筑应用质量检验标准》的编写,推动LOW-E镀膜玻璃的普及和发展。2018年公司可钢LOW-E镀膜玻璃产品预计销售面积达到1700m2,全国市场占有率达到8%

 

实施背景

我国建筑能耗已占全社会总能耗约30%,其中玻璃维护结构的能耗占整个建筑能耗的40%左右。《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》指出,到2020年,城镇新建建筑能效水平比2015年提升20%,部分地区及建筑门窗等关键部位建筑节能标准达到或接近国际现阶段先进水平。因此,建筑节能势在必行。建筑节能是一项系统工程,使用具有节能、安全、环保特性的建筑节能玻璃则是这一系统工程中重要的环节之一。璃作为门窗的主要核心部件,是室内外热量交换的集中地,其采光和保温遮阳性能对建筑的能耗影响非常大。LOW-E镀膜玻璃因其有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性,使其与普通玻璃及传统的建筑用镀膜玻璃相比,具有优异的隔热和遮阳效果,是理想的绿色节能建筑材料。因此,LOW-E镀膜玻璃的使用对于满足建筑节能的需求、确保国家未来能源战略实施和社会可持续发展意义重大。

目前按照生产工艺顺序可以将LOW-E镀膜玻璃分为非钢LOW-E镀膜玻璃和可钢LOW-E镀膜玻璃。非钢LOW-E镀膜玻璃即先将浮法原片裁切成所需的尺寸钢化,然后在钢化的玻璃上镀制LOW-E膜及后续合中空。该产品因后续不需经过高温钢化处理导致膜层耐受环境能力和抗划伤能力差,热稳定性差。另一方面,该产品对于没有LOW-E镀膜生产设备的玻璃加工企业无法使用,只能自己公司使用无法解决异地加工问题,不利于LOW-E节能玻璃的推广和普及。此外,非钢化LOW-E镀膜玻璃还存在装载率低,生产效率低,无法弯钢化等缺陷,使得其发展受到了限制。而可钢化LOW-E镀膜玻璃直接在浮法玻璃大板上镀制LOW-E膜,生产效率高,并且该LOW-E膜可弯钢化、耐高温、抗氧化能力优异,可以长距离运输至绝大多数玻璃加工企业进行后续加工,是LOW-E镀膜玻璃发展的趋势。

随着国家节能政策和法规的出台以及节能玻璃的普及,Low-E镀膜玻璃的使用量越来越大,各厂家主要通过新建镀膜生产线提高产能以满足市场的需求,这样使得企业投资成本成倍增加。据统计,目前中国有Low-E镀膜玻璃生产线130余条,市场竞争越来越大,LOW-E镀膜玻璃由2005年的120/m2下降至如今的38/m2,企业利润空间不断的被压缩。与此同时,随着原料和人工成本的不断上涨,用于LOW-E镀膜玻璃的浮法原片价格上涨了近50%,许多无自身浮法原片支持的LOW-E镀膜玻璃生产线无法持续经营。鉴于当今浮法原片价格居高不下,市场竞争激烈的大环境下,只有不断发展可钢LOW-E镀膜玻璃新技术,提高 LOW-E镀膜玻璃的生产效率,才能降低LOW-E镀膜玻璃成本,促进企业不断发展的同时,推动节能玻璃的普及使用。

在夏热冬冷地区、公共以及超低能耗建筑领域,普通的单银LOW-E镀膜玻璃无法满足节能标准对门窗和幕墙光热性能要求,必须要选择高光热比的双银LOW-E镀膜玻璃。目前国内能稳定生产双银Low-E镀膜玻璃的厂家不多,而能真正掌握可钢双银Low-E镀膜玻璃生产技术的厂家更是凤毛麟角。即使少数厂家可以生产可钢双银LOW-E镀膜玻璃,其光热比在1.55-1.70左右,光热选择性不够高,性能一般。

成果内涵和具体做法

针对市场上可钢单银LOW-E镀膜玻璃性价比低,双银LOW-E镀膜玻璃性能一般的情况,我司从增加生产周期,提高生产效率着手,开发了高性价比的单银LOW-E镀膜玻璃,并重新设计优化膜系,开发除了高光热比的可钢化双银LOW-E镀膜玻璃。

一、镀膜工艺速度提升

    主要通过增加旋转阴极和提高靶材溅射效率现实LOW-E镀膜玻璃的高效生产。项目核心技术在于增加旋转阴极后分子泵位排布优化,隔舱设计等方法保证金属区溅射气压的稳定,以及介质层和金属区的隔气效果。通过对各膜层厚度计算,溅射气压试验以及隔气效果模拟,对LOW-E玻璃生产线配置进行改造优化。通过本项目的技术攻关,对现有LOW-E镀膜线的配置进行优化改进,使得单银LOW-E镀膜玻璃的镀膜工艺速度由现有5.5m/min提升至7.2m/min,日产单银LOW-E镀膜玻璃面积提升30%31000m2,月产量可突破900000m2

二、延长单银LOW-E镀膜玻璃生产周期

LOW-E镀膜玻璃生产周期主要受靶材消耗制约,靶材消耗完就要停机进行更换,其中银靶为消耗使用瓶颈。由于工艺靶位分配限制镀膜玻璃生产线一般设置3副银靶,生产周期约为30天左右。本项目在不增加镀膜线腔室的前提下,采用以下措施延长生产周期:

(1) 增加银靶厚度:将银靶厚度由22mm增加至25mm,使得单副靶材消耗时间延长

   至11天,并调节银靶平面阴极磁场,消除因靶材厚度增加造成的溅射效率降

   低,膜层结合力变差等问题。

(2)增加银靶:在金属区增加1副银靶,增加金属区的分子泵,并对泵位排布进行

   优化,保证金属区与介质层区之间的隔气,保证膜层质量和稳定性。

通过本项目的实施生产周期延长至45天,年增加生产工时360小时,年产量增加480000m2,增长率5%

三、高光热比可钢双银LOW-E镀膜玻璃
    我国夏热冬冷地区涵盖了长三角地区与中南部地区,是经济比较发达的地区,其LOW-E镀膜玻璃的消费比例占到全国的35%,平均年增长率达到48%,展示了该地区对LOW-E镀膜玻璃的强劲需求。而对于气候复杂的夏热冬冷地区必须得使用光热性能优异的节能,以满足夏季隔热冬季保温的要求。从技术上来讲,夏热冬冷地区建议选用双银、甚至三银LOW-E镀膜玻璃以达到门窗节能的要求。但由于目前大多数双银LOW-E镀膜玻璃为非钢产品,成本高,市场供给量十分有限,导致夏热冬冷地区对双银LOW-E镀膜玻璃接受度不够,还是以单银LOW-E镀膜玻璃为主,建筑节能效果不够理想。

结合市场上对双银LOW-E镀膜玻璃光热性能的要求以及公司实际单银LOW-E

膜玻璃的技术储备,本项目从产品的膜层硬度、抗氧化性、光热比、颜色四方面出发进行膜系选型,以获得高光热选择性大面积可钢双银LOW-E镀膜玻璃产品。在生产装备上,主要通过以下几个方面进行改进以获得高效稳定的磁控溅射镀膜系统。

(1)对工艺区分子泵进行优化,增加隔气板以维持各膜层区域膜层成分和溅射的稳定性,膜层稳定性和生产稳定性大幅提高。

(2)平面阴极位采用九段供气系统,提高整板均匀性,降低边缘效应,色差变小。

(3)将第一银层与第二银层厚度的比例进行优化,同时在AZO的溅射气氛中通入H2,产品光热比由1.6升高至1.83,光热选择性优异,性能处于同类产品前列。

(4)将第一、第二银层的上下保护层NiCr薄膜的厚度进行优化,双银LOW-E镀膜玻璃的抗划伤、抗氧化性能大幅提高,可满足加工条件一般的玻璃制品厂加工。

上述技术已获得实用新型专利一项(高性能可钢双银LOW?E玻璃,ZL201621434477.1),另申请国家发明专利一项(高性能可钢双银LOW?E玻璃及其制造方法,ZL201611215619.X)。通过对膜层材料、结构的设计,镀膜装备的优化改造,可以稳定生产出可见光透过率48%-62%,可见光反射比小于14%,光热比高达1.83的可钢化LOW-E镀膜玻璃产品,填补了湖北省本土玻璃生产企业无高端建筑节能玻璃产品的空白。

 

成果实施后所产生的效果

随着我国对于节能环保政策的落实,LOW-E镀膜玻璃在我国需求越来越大,高效大面积可钢玻璃技术的开发,不仅满足高质量,高产量的需求,还能满足各玻璃加工企业的后期深加工生产,对于这一产业链有巨大的推动作用。大面积可钢Low-E镀膜玻璃高效生产技术的成功开发可以在不新增加企业投资建线的情况下提高产品的产量,是镀膜技术上新的突破。该技术的成功应用使得LOW-E镀膜玻璃成本降低,产品的利润空间增加,企业的竞争力加强,LOW-E镀膜玻璃价格下降,有助于节能玻璃的推广和使用,这对我国节能环保具有重要意义。高光热选择性双银可钢LOW-E镀膜玻璃的成功开发,使得夏热冬冷地区的节能玻璃有了更好的选择,有助于公共和低能耗建筑等高端项目的整体提升,也填补了我省本土企业在高端建筑节能玻璃领域的空白。

 

持续改进措施

随着国家政策法规的具体实施,LOW-E镀膜玻璃的使用量不断攀升,尤其是双银LOW-E镀膜玻璃产品。由于公司原有的LOW-E镀膜生产线兼顾单银和双银LOW-E镀膜玻璃产品,为保证单银LOW-E镀膜玻璃市场供给,双银LOW-E镀膜玻璃生产时间较少,制约了公司在高端节能玻璃领域的发现。在产品架构方面,公司需要在更高端的三银可钢LOW-E镀膜玻璃寻求更新的突破。

一、可钢双银LOW-E镀膜玻璃产能升级

公司于20187月投资2亿元新建成年产1000m2LOW-E镀膜生产线一条,该生产线采用当前最先进的镀膜装备和镀膜技术,将玻璃间距缩短至3cm,使得生产稳定性大幅提高,装载率也大幅升高。新的产线增加不仅可以满足当前市场对可钢单银LOW-E镀膜玻璃的需要,更重要的是可以使可钢双银LOW-Ed镀膜玻璃的产量得到大幅提升。

二、可钢三银LOW-E镀膜玻璃产品开发

对可钢三银LOW-E镀膜玻璃的膜系结构和生产工艺进行研究,开发光热比大于2.1的可钢三银LOW-E镀膜玻璃膜系,将可见光的射入与太阳能的控制达到了最佳的配比,以满足超低能耗建筑的要求。(本文刊载于《2018中小企业创新成果“名企名家名品”》首页)

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