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爱播速影院文苑

大麵積可鋼高性能LOW-E節能玻璃

發布:2019-02-12 作者:新材料公司 王俊 瀏覽:207次

創新成果(項目)概要

Low-E鍍膜玻璃又稱低輻射鍍膜玻璃,是在普通浮法玻璃表麵鍍製含有銀的多層複合納米功能薄膜而構成的節能建築產品。Low-E鍍膜玻璃可以發揮自然采光,保溫和隔熱三重功效,在夏季阻隔太陽能直接進入室內以及阻隔室外二次輻射,在冬季減少室內熱量的外散流失,是目前市麵上節能效果較好的節能玻璃之一。本項目主要開發低成本可鋼化單銀LOW-E鍍膜玻璃以及光熱高選擇性可鋼化雙銀LOW-E鍍膜玻璃產品,以滿足門窗和高端幕牆對節能玻璃的要求,推動節能玻璃的普及使用,使得我國節能減排工作持續前進。本項目主要通過改造鍍膜線陰極排布、增加靶材厚度使得生產周期由30天延長至45天,優化工藝參數提高鍍膜速度30%,單位麵積的單銀 LOW-E鍍膜玻璃的生產成本明顯降低,產品的市場競爭力不斷增強,更重要的是讓節能玻璃走進千家萬戶,成為親民產品。另一方麵,本項目開發了最適合夏熱冬冷地區使用的光熱高選擇性(光熱比1.83),低光汙染(反射率<12%)的可鋼化雙銀LOW-E鍍膜產品,光熱性能達到國內外同類產品的領先水平,使得公司成功打入在高端節能玻璃產品市場,成為公司又一個新的增長點,為國家節能事業做貢獻。

可鋼化LOW-E鍍膜玻璃開發過程受到“十二五”國家科技支撐計劃項目,湖北省重點新產品新工藝項目,武漢市關鍵技術攻關項目,武漢市黃鶴英才計劃的支持。相關技術已獲得國家實用新型專利8項,並申請了國家發明專利3項。公司積極參與湖北省地方標準《建築節能門窗工程技術規範》,中國建築材料聯合會《Low-E玻璃建築應用質量檢驗標準》的編寫,推動LOW-E鍍膜玻璃的普及和發展。2018年公司可鋼LOW-E鍍膜玻璃產品預計銷售麵積達到1700m2,全國市場占有率達到8%

 

實施背景

我國建築能耗已占全社會總能耗約30%,其中玻璃維護結構的能耗占整個建築能耗的40%左右。《建築節能與綠色建築發展“十三五”規劃》指出,到2020年,城鎮新建建築能效水平比2015年提升20%,部分地區及建築門窗等關鍵部位建築節能標準達到或接近國際現階段先進水平。因此,建築節能勢在必行。建築節能是一項係統工程,使用具有節能、安全、環保特性的建築節能玻璃則是這一係統工程中重要的環節之一。璃作為門窗的主要核心部件,是室內外熱量交換的集中地,其采光和保溫遮陽性能對建築的能耗影響非常大。LOW-E鍍膜玻璃因其有對可見光高透過及對中遠紅外線高反射的特性,使其與普通玻璃及傳統的建築用鍍膜玻璃相比,具有優異的隔熱和遮陽效果,是理想的綠色節能建築材料。因此,LOW-E鍍膜玻璃的使用對於滿足建築節能的需求、確保國家未來能源戰略實施和社會可持續發展意義重大。

目前按照生產工藝順序可以將LOW-E鍍膜玻璃分為非鋼LOW-E鍍膜玻璃和可鋼LOW-E鍍膜玻璃。非鋼LOW-E鍍膜玻璃即先將浮法原片裁切成所需的尺寸鋼化,然後在鋼化的玻璃上鍍製LOW-E膜及後續合中空。該產品因後續不需經過高溫鋼化處理導致膜層耐受環境能力和抗劃傷能力差,熱穩定性差。另一方麵,該產品對於沒有LOW-E鍍膜生產設備的玻璃加工企業無法使用,隻能自己公司使用無法解決異地加工問題,不利於LOW-E節能玻璃的推廣和普及。此外,非鋼化LOW-E鍍膜玻璃還存在裝載率低,生產效率低,無法彎鋼化等缺陷,使得其發展受到了限製。而可鋼化LOW-E鍍膜玻璃直接在浮法玻璃大板上鍍製LOW-E膜,生產效率高,並且該LOW-E膜可彎鋼化、耐高溫、抗氧化能力優異,可以長距離運輸至絕大多數玻璃加工企業進行後續加工,是LOW-E鍍膜玻璃發展的趨勢。

隨著國家節能政策和法規的出台以及節能玻璃的普及,Low-E鍍膜玻璃的使用量越來越大,各廠家主要通過新建鍍膜生產線提高產能以滿足市場的需求,這樣使得企業投資成本成倍增加。據統計,目前中國有Low-E鍍膜玻璃生產線130餘條,市場競爭越來越大,LOW-E鍍膜玻璃由2005年的120/m2下降至如今的38/m2,企業利潤空間不斷的被壓縮。與此同時,隨著原料和人工成本的不斷上漲,用於LOW-E鍍膜玻璃的浮法原片價格上漲了近50%,許多無自身浮法原片支持的LOW-E鍍膜玻璃生產線無法持續經營。鑒於當今浮法原片價格居高不下,市場競爭激烈的大環境下,隻有不斷發展可鋼LOW-E鍍膜玻璃新技術,提高 LOW-E鍍膜玻璃的生產效率,才能降低LOW-E鍍膜玻璃成本,促進企業不斷發展的同時,推動節能玻璃的普及使用。

在夏熱冬冷地區、公共以及超低能耗建築領域,普通的單銀LOW-E鍍膜玻璃無法滿足節能標準對門窗和幕牆光熱性能要求,必須要選擇高光熱比的雙銀LOW-E鍍膜玻璃。目前國內能穩定生產雙銀Low-E鍍膜玻璃的廠家不多,而能真正掌握可鋼雙銀Low-E鍍膜玻璃生產技術的廠家更是鳳毛麟角。即使少數廠家可以生產可鋼雙銀LOW-E鍍膜玻璃,其光熱比在1.55-1.70左右,光熱選擇性不夠高,性能一般。

成果內涵和具體做法

針對市場上可鋼單銀LOW-E鍍膜玻璃性價比低,雙銀LOW-E鍍膜玻璃性能一般的情況,我司從增加生產周期,提高生產效率著手,開發了高性價比的單銀LOW-E鍍膜玻璃,並重新設計優化膜係,開發除了高光熱比的可鋼化雙銀LOW-E鍍膜玻璃。

一、鍍膜工藝速度提升

    主要通過增加旋轉陰極和提高靶材濺射效率現實LOW-E鍍膜玻璃的高效生產。項目核心技術在於增加旋轉陰極後分子泵位排布優化,隔艙設計等方法保證金屬區濺射氣壓的穩定,以及介質層和金屬區的隔氣效果。通過對各膜層厚度計算,濺射氣壓試驗以及隔氣效果模擬,對LOW-E玻璃生產線配置進行改造優化。通過本項目的技術攻關,對現有LOW-E鍍膜線的配置進行優化改進,使得單銀LOW-E鍍膜玻璃的鍍膜工藝速度由現有5.5m/min提升至7.2m/min,日產單銀LOW-E鍍膜玻璃麵積提升30%31000m2,月產量可突破900000m2

二、延長單銀LOW-E鍍膜玻璃生產周期

LOW-E鍍膜玻璃生產周期主要受靶材消耗製約,靶材消耗完就要停機進行更換,其中銀靶為消耗使用瓶頸。由於工藝靶位分配限製鍍膜玻璃生產線一般設置3副銀靶,生產周期約為30天左右。本項目在不增加鍍膜線腔室的前提下,采用以下措施延長生產周期:

(1) 增加銀靶厚度:將銀靶厚度由22mm增加至25mm,使得單副靶材消耗時間延長

   至11天,並調節銀靶平麵陰極磁場,消除因靶材厚度增加造成的濺射效率降

   低,膜層結合力變差等問題。

(2)增加銀靶:在金屬區增加1副銀靶,增加金屬區的分子泵,並對泵位排布進行

   優化,保證金屬區與介質層區之間的隔氣,保證膜層質量和穩定性。

通過本項目的實施生產周期延長至45天,年增加生產工時360小時,年產量增加480000m2,增長率5%

三、高光熱比可鋼雙銀LOW-E鍍膜玻璃
    我國夏熱冬冷地區涵蓋了長三角地區與中南部地區,是經濟比較發達的地區,其LOW-E鍍膜玻璃的消費比例占到全國的35%,平均年增長率達到48%,展示了該地區對LOW-E鍍膜玻璃的強勁需求。而對於氣候複雜的夏熱冬冷地區必須得使用光熱性能優異的節能,以滿足夏季隔熱冬季保溫的要求。從技術上來講,夏熱冬冷地區建議選用雙銀、甚至三銀LOW-E鍍膜玻璃以達到門窗節能的要求。但由於目前大多數雙銀LOW-E鍍膜玻璃為非鋼產品,成本高,市場供給量十分有限,導致夏熱冬冷地區對雙銀LOW-E鍍膜玻璃接受度不夠,還是以單銀LOW-E鍍膜玻璃為主,建築節能效果不夠理想。

結合市場上對雙銀LOW-E鍍膜玻璃光熱性能的要求以及公司實際單銀LOW-E

膜玻璃的技術儲備,本項目從產品的膜層硬度、抗氧化性、光熱比、顏色四方麵出發進行膜係選型,以獲得高光熱選擇性大麵積可鋼雙銀LOW-E鍍膜玻璃產品。在生產裝備上,主要通過以下幾個方麵進行改進以獲得高效穩定的磁控濺射鍍膜係統。

(1)對工藝區分子泵進行優化,增加隔氣板以維持各膜層區域膜層成分和濺射的穩定性,膜層穩定性和生產穩定性大幅提高。

(2)平麵陰極位采用九段供氣係統,提高整板均勻性,降低邊緣效應,色差變小。

(3)將第一銀層與第二銀層厚度的比例進行優化,同時在AZO的濺射氣氛中通入H2,產品光熱比由1.6升高至1.83,光熱選擇性優異,性能處於同類產品前列。

(4)將第一、第二銀層的上下保護層NiCr薄膜的厚度進行優化,雙銀LOW-E鍍膜玻璃的抗劃傷、抗氧化性能大幅提高,可滿足加工條件一般的玻璃製品廠加工。

上述技術已獲得實用新型專利一項(高性能可鋼雙銀LOW‑E玻璃,ZL201621434477.1),另申請國家發明專利一項(高性能可鋼雙銀LOW‑E玻璃及其製造方法,ZL201611215619.X)。通過對膜層材料、結構的設計,鍍膜裝備的優化改造,可以穩定生產出可見光透過率48%-62%,可見光反射比小於14%,光熱比高達1.83的可鋼化LOW-E鍍膜玻璃產品,填補了湖北省本土玻璃生產企業無高端建築節能玻璃產品的空白。

 

成果實施後所產生的效果

隨著我國對於節能環保政策的落實,LOW-E鍍膜玻璃在我國需求越來越大,高效大麵積可鋼玻璃技術的開發,不僅滿足高質量,高產量的需求,還能滿足各玻璃加工企業的後期深加工生產,對於這一產業鏈有巨大的推動作用。大麵積可鋼Low-E鍍膜玻璃高效生產技術的成功開發可以在不新增加企業投資建線的情況下提高產品的產量,是鍍膜技術上新的突破。該技術的成功應用使得LOW-E鍍膜玻璃成本降低,產品的利潤空間增加,企業的競爭力加強,LOW-E鍍膜玻璃價格下降,有助於節能玻璃的推廣和使用,這對我國節能環保具有重要意義。高光熱選擇性雙銀可鋼LOW-E鍍膜玻璃的成功開發,使得夏熱冬冷地區的節能玻璃有了更好的選擇,有助於公共和低能耗建築等高端項目的整體提升,也填補了我省本土企業在高端建築節能玻璃領域的空白。

 

持續改進措施

隨著國家政策法規的具體實施,LOW-E鍍膜玻璃的使用量不斷攀升,尤其是雙銀LOW-E鍍膜玻璃產品。由於公司原有的LOW-E鍍膜生產線兼顧單銀和雙銀LOW-E鍍膜玻璃產品,為保證單銀LOW-E鍍膜玻璃市場供給,雙銀LOW-E鍍膜玻璃生產時間較少,製約了公司在高端節能玻璃領域的發現。在產品架構方麵,公司需要在更高端的三銀可鋼LOW-E鍍膜玻璃尋求更新的突破。

一、可鋼雙銀LOW-E鍍膜玻璃產能升級

公司於20187月投資2億元新建成年產1000m2LOW-E鍍膜生產線一條,該生產線采用當前最先進的鍍膜裝備和鍍膜技術,將玻璃間距縮短至3cm,使得生產穩定性大幅提高,裝載率也大幅升高。新的產線增加不僅可以滿足當前市場對可鋼單銀LOW-E鍍膜玻璃的需要,更重要的是可以使可鋼雙銀LOW-Ed鍍膜玻璃的產量得到大幅提升。

二、可鋼三銀LOW-E鍍膜玻璃產品開發

對可鋼三銀LOW-E鍍膜玻璃的膜係結構和生產工藝進行研究,開發光熱比大於2.1的可鋼三銀LOW-E鍍膜玻璃膜係,將可見光的射入與太陽能的控製達到了最佳的配比,以滿足超低能耗建築的要求。(本文刊載於《2018中小企業創新成果“名企名家名品”》首頁)

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