CN102241473A - 钢化真空玻璃的生产方法及装备 - Google Patents

Abstract

一种钢化真空玻璃的工业化生产方法及装备。本发明的生产方法包括在钢化玻璃上，用玻璃焊料印制支撑点和焊接带-两片钢化玻璃分别快速加热-合片加压焊接-在真空焊接炉内排气和真空焊接-冷却-检验的生产过程。本发明的钢化真空玻璃生产装备为工业化连续生产线，由两台钢化玻璃快速加热炉、合片加压焊接机、立式真空焊接炉、冷却机和监测控制系统等组成。本发明的钢化真空玻璃生产方法和装备，减少了加热时间和提高了加热效率，降低了能源消耗，生产效率可以提高到原技术的3倍以上。可以生产建筑门窗、玻璃幕墙用钢化真空玻璃以及交通工具用、温室、太阳能集热器用、家用电器和工业设备等用的、具有良好绝热保温性能、抗冲击强度高和抗急冷急热性好的钢化真空玻璃。

Description

钢化真空玻璃的生产方法及装备

技术领域

本发明涉及一种钢化真空玻璃的工业化生产方法及装备，特别是用于建筑物、车辆、温室和工业设备的、具有良好的绝热保温性能、抗冲击强度高和抗急冷急热性好的钢化真空玻璃的工业化生产方法及装备。

背景技术

具有保温瓶真空腔结构的真空玻璃，有良好的绝热保温性能，是节能减排、实现低碳经济的极好材料。

进十几年来，建筑物保温节能、隔声的需求推动了真空玻璃生产技术的发展。已公开了几十个真空玻璃的实用新型和发明专利，特别是澳大利亚悉尼大学的PCT/AU94/00305(申请号94192667.2《制造真空玻璃窗的方法》)和PCT/AU1995/000640(申请号9519665.1《真空玻璃窗的结构改进》)的发明，为真空玻璃的生产开创了先河。随后，围绕上述真空玻璃专利，国内外还公开了一些补充类型的发明或实用新型，它们的共同点是真空玻璃带有抽气口，采用的生产方法主要是制备抽气口、制备并布放金属/陶瓷支撑物、涂敷周边焊料、加热焊结、加热抽真空、封接抽气口和用保护帽保护抽气口等。由于这种生产方法复杂、工艺路线很长，成品率低、成本很高，至今没能大批量工业化生产，不能满足建筑业批量大、价格适当的需求。更重要的是这种技术无法生产钢化真空玻璃，这也是真空玻璃发明十几年来未能快速发展、广泛应用的重要原因。除此以外，也出现大量假发明，例如使用橡胶、塑料等有机材料为封接材料和支撑物的所谓真空玻璃，由于有机材料放气性很高、透气性极大，这类所谓真空玻璃会很快失去绝热保温和隔声等性能，因为，真正绝热保温和隔声等的真空玻璃的空腔真空度必须保持在3×10^-6大气压以上。所以可以断定这些所谓的专利，是具有没有科学性、没有可行性的假发明。

ZL 200520005603.7《建筑真空玻璃》发明了一种不设抽气口的新型结构的建筑真空玻璃。ZL 200510069186.7《建筑真空玻璃板的生产方法》发明了这种玻璃的工业化生产方法。ZL 200510087373.8《生产建筑真空玻璃板的真空焊接炉》发明了工业化生产这种玻璃的设备。这种新型建筑真空玻璃结构形式简单、实用，从而能够实现低成本、大批量地工业化生产，而且使用印制玻璃焊料为封接材料和支撑物、在真空焊接炉内焊接，不仅生产效率大为提高，而且保证真空玻璃具有良好、可靠的性能。这种真空玻璃板比有抽气口的真空玻璃具有更好的绝热、隔声性能和具有较高的抗风压强度。进行的工业化中试生产线实践证明了这几个专利的可行性、实用性和新颖性。

但是，工业化生产实践和进一步的研究表明，ZL 200510069186.7《建筑真空玻璃板的生产方法》和ZL 200510087373.8《生产建筑真空玻璃板的真空焊接炉》还存在着一些不足，主要是难以高效率生产钢化真空玻璃，而钢化真空玻璃所具有的高强度和抗急冷急热性是高层建筑、交通工具和工业设备应用所必须的性能。上述生产方法和真空焊接炉难以工业化生产钢化真空玻璃的原因是：真空玻璃生产过程中，钢化玻璃在350～460℃的温度范围时间较长，玻璃网络结构发生应力松弛现象，即退火使玻璃钢化程度下降，相应地，其强度和热稳定性显著下降。另外，上述生产方法及装备的生产效率还应该进一步提高，以满足工业化生产和市场的需求。

发明内容

本发明的目的是：在ZL 200510069186.7《建筑真空玻璃板的生产方法》和ZL 200510087373.8《生产建筑真空玻璃板的真空焊接炉》基础上，实现重大的技术突破，发明新的生产方法和装备，改变和加快工艺流程，尽可能的在真空玻璃生产过程中，减少钢化玻璃处于340℃以上的时间，防止钢化玻璃原片在真空玻璃生产过程中发生不能容忍的应力松弛，实现大批量、低成本、工业化地生产没有抽气口的钢化真空玻璃。同时，显著的提高生产效率、降低能耗，以满足市场对钢化真空玻璃的巨大需求。

本发明的技术方案是：钢化真空玻璃采用如下的生产方法：

1.印制支撑点和焊接带。用钢化玻璃为生产钢化真空玻璃的原片。把ZL200510087374.2《生产建筑真空玻璃板用的玻璃焊料》发明的低熔点玻璃焊料，在一片钢化玻璃上均匀印制出直径0.3mm～0.8mm、高0.3mm～1.0mm的支撑点，支撑点的纵横间隔均为25mm～50mm，并在玻璃的三个边部印制出宽5mm～10mm、高0.4mm～1.2mm的焊接带。

2.快速加热。把印制好支撑点和边部焊接带的钢化玻璃送入加热炉快速加热至焊接温度390℃～430℃，即低熔点玻璃焊料熔融体的粘度(η)达到logη＝3～7。另一钢化玻璃原片送入另一加热炉快速加热至焊接温度390℃～430℃。

3.合片、加压焊接。把两片加热到焊接温度的钢化玻璃精确的叠合在一起，支撑点和边部焊接带位于两片玻璃之间，经加压/冷却过程，低熔点玻璃焊料把两片钢化玻璃焊接在一起，并形成一定间隔的空腔。间隔的最小尺寸由玻璃焊料中的微珠的直径决定。

4.真空排气和真空焊接。把三边焊接好的钢化玻璃送入真空焊接炉，真空度应高于3×10^-1Pa(～3×10^-6大气压)，排出两片钢化玻璃之间空腔的空气和玻璃表面吸附的气体。然后用熔融的低熔点焊接玻璃注入未焊接边的两片钢化玻璃的间隙中，在真空条件下完成钢化真空玻璃的焊接。

5.冷却、检验。把焊接好的钢化真空玻璃冷却到室温，经检验合格，即成为钢化真空玻璃产品。

钢化真空玻璃的生产流程如下：

根据上述生产方法，本发明创造性的开发了完全新颖、实用的钢化真空玻璃生产装备，它是适合于工业化生产的连续生产线。本发明的钢化真空玻璃生产装备由两台钢化玻璃快速加热炉、合片加压焊接机、立式真空焊接炉、冷却机和监测控制系统组成。它将实现钢化玻璃的快速加热——合片加压焊接——真空排气焊接——冷却的生产过程。工艺流程中的印制焊接带和支撑点的设备已有另外的专利技术，即以ZL 200720003499.7《生产建筑真空玻璃板的焊料膏点印头》和ZL 200610081299.3《生产建筑真空玻璃板的数控焊料点布机》等来实现；检验则使用另外的仪器，它们不包括在本发明的生产装备之内。

钢化玻璃快速加热炉由水平辊道输送系统、远红外加热系统、保温炉体结构和监测控制系统组成。钢化玻璃快速加热炉有两台，分别快速地加热两块钢化玻璃原片，3～5分钟把钢化玻璃升高到焊接温度390～430℃，即玻璃焊料熔融体的粘度(η)达到logη＝3～7。远红外加热系统最好用石英玻璃远红外加热器，上下双向加热，可以提高加热效率和能源利用率。

合片加压焊接机由合片机械手、加压焊接机构、辊道输送/转向系统、加热系统、保温炉体结构和测量控制系统组成。合片加压焊接机的合片机械手把两片已加热的钢化玻璃原片精确的对正、叠合在一起。加压焊接机构对两片玻璃钢化玻璃实施加压/冷却，低熔点玻璃焊料把两片钢化玻璃原片的三个边可靠的焊接在一起，并保证焊接边具有极好的真空气密性，支撑点隔开两片钢化玻璃形成空腔。辊道转向/输送系统可以把焊接在一起的钢化玻璃半焊接件，从水平输送转向成垂直状态输送，以便进入立式真空焊接炉。钢化玻璃半焊接件的未焊接边朝上，以便在真空焊接炉内进行最后一边的焊接。加热系统保证合片加压焊接机内的温度为250℃～320℃。

立式真空焊接炉是本发明的关键部分，为了实现被焊接的钢化玻璃由大气环境到高真空焊接环境，然后又回到大气环境，并保持良好的工况，立式真空焊接炉由4个真空室组成，真空室与大气之间，真空室与真空室之间，均设有真空闸门。

第一真空室为真空过渡室，它由真空闸门、真空室结构体、真空获得系统、立式输送系统、加热系统和监测控制系统等组成。被焊接的钢化玻璃半焊接件进入后，关闭1#真空闸门，由机械式真空泵及真空管道组成的真空获得系统在2～4分钟内，把真空度从常压(～10⁵Pa)提高到1～10Pa左右，即可开启2#真空闸门，立式输送系统把钢化玻璃半焊接件送入第二真空室。加热系统使第一真空室的温度保持在300℃～340℃，同时用石英玻璃远红外加热器对将要焊接的钢化玻璃半焊接件排气边进行局部加热，达到340℃～370℃。打开2#真空闸门，立式输送系统把被焊接的钢化玻璃半焊接件送入第二真空室。

第二真空室为高真空室，它由真空闸门、真空室结构体、真空获得系统、立式输送系统、加热系统和监测控制系统组成。立式输送系统把被焊接的钢化玻璃半焊接件送入后，关闭2#真空闸门，由机械式或增压扩散真空泵及真空管道组成的真空获得系统在2～4分钟内，把真空度提高到1×10^-1Pa左右，把两片钢化玻璃之间空腔的空气和玻璃表面吸附的气体排出，到达真空玻璃要求的真空度。加热系统把第二真空室的温度保持在300℃～340℃，同时用石英玻璃远红外加热器对钢化玻璃半焊接件的将要焊接的排气边进行局部加热，达到370℃～410℃。打开3#真空闸门，立式输送系统把被焊接的钢化玻璃半焊接件送入第三真空室。

第三真空室为高真空焊接室。由真空闸门、真空室结构体、真空获得系统、立式输送系统、加热系统、焊接系统和监测控制系统组成。由机械式或增压扩散真空泵及真空管道组成的真空获得系统把第三真空室的真空度保持在1×10^-1Pa左右。立式输送系统把被焊接的钢化玻璃半焊接件送入的过程中，玻璃焊料熔融焊接系统把玻璃焊料熔融成粘度logη＝3～5的流体，注射在钢化玻璃半焊接件将要焊接的两片钢化玻璃边部的间隙中，进行真空玻璃最后的焊接。然后，真空度降低到10Pa～100Pa，打开4#真空闸门，输送系统把完成真空焊接的钢化真空玻璃送入第四真空室。加热系统把第二真空室的温度保持在300℃～340℃。

第四真空室为真空过渡室。它由真空闸门、真空室结构体、真空获得系统、立式输送系统、加热/冷却系统和监测控制系统组成。焊接好的钢化真空玻璃进入后，关闭4#真空闸门，加热/冷却系统使本室的温度保持在200℃～250℃。控制系统把真空室的真空度从10Pa～100Pa左右，降低到常压，打开5#真空闸门，把钢化真空玻璃输送到冷却机。然后关闭5#真空闸门，真空获得系统把真空室的真空度迅速地提高到10Pa～100Pa左右，装备接受下一批真空玻璃。

立式真空焊接炉的四个真空室，可以分别有各自的真空获得机组，也可以根据真空室的工况和真空获得机组的性能，2个真空室共用1个真空获得机组。

冷却机由辊道输送系统、加热/冷却系统和监测控制系统组成。其作用是使真空玻璃均匀的冷却到室温，以便进行下一步的检验、包装等操作。

监测控制系统由计算机、各种传感器、各种执行器等组成。各种传感器监测以上各部分的温度、真空度、输送速度、玻璃状态等参数，并由计算机按照预定程序发出指令，各种执行器实施各部分的操作。

本发明的有益效果是：(1)可以高效率的生产ZL 1200520005603.7《建筑真空玻璃》发明的没有抽气口的钢化真空玻璃。比有抽气口真空玻璃的技术生产效率大大提高，产品质量更好。(2)与ZL 200510069186.7《建筑真空玻璃板的生产方法》和ZL 200510087373.8《生产建筑真空玻璃板的真空焊接炉》相比，由于采用两片玻璃分开常压下加热、合片加压焊接、在真空炉内排气/焊接单边(原专利技术是先合片，后在真空室内加热、焊接)的技术方法和相应装备，加热速率提高4倍以上，钢化玻璃处于340℃以上的时间减少到原来的1/15以上，钢化玻璃的应力松弛大为减少，保证钢化真空玻璃的强度、抗急冷急热性没有明显的降低，可以达到有关标准的规定。(3)减少了加热时间和提高了加热效率，降低了能源消耗，生产效率可以提高到原技术的3倍以上。

结合附图对本发明的进一步说明

图1是本发明钢化真空玻璃工业化生产流程和装备布局图。图2是在一片钢化玻璃上，用玻璃焊料印制的支撑点和焊接带的图案。图3是立式焊接炉第二、第三真空室的部分结构和用熔融焊接玻璃焊接抽气边的示意图。图中1-生产真空玻璃板的数控焊料点布机，2-快速加热炉，3-合片加压焊接机，4-立式真空焊接炉、5-冷却机，6-检验装备，7-监测控制系统，8-钢化玻璃，9-用玻璃焊料印制的焊接带，10-用玻璃焊料印制的支撑点，11-焊接边局部加热器，12-真空闸门，13-玻璃焊料熔融焊接系统，14-真空获得系统，15-工业视频监视器，16-真空室结构体，17-立式输送系统，18-加热系统。

下面结合附图进一步对本发明加以说明。

从图1可以概括地看到本发明的钢化真空玻璃工业化生产线的全貌。

本发明的钢化玻璃生产方法和装备的工作过程如下：

取检验合格的一片钢化玻璃(8)，经过清洗、干燥，进入洁净环境的玻璃焊料印制工序，在生产真空玻璃板的数控焊料点布机(1)中，钢化玻璃(8)的表面上，用玻璃焊料印制好如图2所示焊接带(9)和支撑点(10)，并干燥，排出玻璃焊料膏中的有机低挥发份物质。自动送入快速加热炉(2)中，最好使用石英玻璃远红外加热器组成的远红外加热系统，把钢化玻璃快速地加热，3～5分钟升高到焊接温度390～430℃，即玻璃焊料熔融体的粘度(η)达到1ogη＝3～7。另一片洁净的钢化玻璃送入另一台快速加热炉(2)中，3～5分钟升高到焊接温度390～430℃。

然后，两片钢化玻璃被送入合片加压焊接机(3)中。合片加压焊接机的合片机械手把两片已加热的钢化玻璃原片精确的对正、叠合在一起。加压焊接机构对叠合在一起的两片玻璃钢化玻璃组成的合片进行加压/冷却，把两片钢化玻璃原片的三个边可靠的焊接在一起，支撑点隔开两片钢化玻璃形成空腔，并保证焊接边具有极好的真空气密性。加热系统保证合片加压焊接机内的温度为250℃～340℃。辊道转向/输送系统可以把焊接在一起的钢化玻璃半焊接件，从水平输送转向成垂直状态输送，以便进入立式真空焊接炉(4)。钢化玻璃半焊接件的未焊接边朝上，以便在立式真空焊接炉内进行最后一边的焊接。

接着，立式真空焊接炉(4)的第一真空室(A)的1#真空闸门打开，输送系统把钢化玻璃合片送入第一真空室(A)，第一真空室(A)为真空过渡室，它由真空闸门(12)、真空室结构体(16)、真空获得系统(14)、立式输送系统(17)、加热系统(18)和监测控制系统(7)组成。钢化玻璃半焊接件进入后，关闭1#真空闸门，由机械式真空泵及真空管道组成的真空获得系统(14)在2～4分钟内，把真空度从常压(～10⁵Pa)提高到10Pa左右。加热系统(18)使第一真空室的温度保持在300℃～340℃，同时用焊接边局部加热器(11)——石英玻璃远红外加热器，对将要焊接的钢化玻璃半焊接件排气边进行局部加热，到达340℃～370℃。打开2#真空闸门，立式输送系统(17)把被焊接的钢化玻璃半焊接件送入第二真空室(B)中。

第二真空室(B)为高真空室，它由真空闸门(12)、真空室结构体(16)、真空获得系统(14)、立式输送系统(17)、加热系统(18)和监测控制系统(7)组成。立式输送系统(17)把被焊接的钢化玻璃半焊接件送入后，关闭2#真空闸门，由机械式或增压扩散真空泵及真空管道组成的真空获得系统(14)在1～3分钟内，把真空度提高到1×10^-1Pa左右，把两片钢化玻璃之间空腔的空气排出，到达真空玻璃要求的真空度。加热系统(18)把第二真空室的温度保持在300℃～340℃，同时用焊接边局部加热器(11)——石英玻璃远红外加热器，对钢化玻璃半焊接件的将要焊接的排气边进行局部加热，到达370℃～410℃。打开3#真空闸门(12)，立式输送系统(17)把钢化玻璃半焊接件送入第三真空室(C)中。

第三真空室(C)为高真空焊接室，由真空闸门(12)、真空室结构体(16)、真空获得系统(14)、立式输送系统(17)、加热系统(18)、焊接系统(13)和监测控制系统(7)组成。由机械式或增压扩散真空泵及真空管道组成的真空获得系统(14)把第三真空室(C)的真空度保持在1×10^-1Pa左右。立式输送系统(17)把被焊接的钢化玻璃半焊接件送入的过程中，玻璃焊料熔融焊接系统(13)把玻璃焊料熔融成粘度logη＝3～5的流体，注射在钢化玻璃半焊接件将要焊接的两片钢化玻璃边部的间隙中，进行真空玻璃最后的焊接，工业视频监视器(15)用于监测焊接情况。然后，真空度降低到10Pa～100Pa，打开4#真空闸门(12)，输送系统(17)把完成真空焊接的钢化真空玻璃送入第四真空室(D)。加热系统把第三真空室(C)的温度保持在300℃～340℃。

第四真空室(D)为真空过渡室，它由真空闸门(12)、真空室结构体(16)、真空获得系统(14)、立式输送系统(17)、加热/冷却系统(18)和监测控制系统(7)组成。焊接好的钢化真空玻璃进入后，关闭4#真空闸门。加热/冷却系统(18)使本室的温度保持在200℃～250℃。监测控制系统(7)把真空度从10Pa～100Pa左右降低到常压，打开5#真空闸门，把生产好的钢化真空玻璃输送到冷却机。然后关闭5#真空闸门，真空获得系统(14)把真空室的真空度迅速地提高到10Pa～100Pa左右，准备接受下一批真空玻璃。

立式真空焊接炉(4)的四个真空室，可以分别有各自的真空获得机组，也可以根据真空室的工况和真空获得机组的性能，2个真空室共用1个真空获得机组。

冷却机(5)由辊道输送系统、加热/冷却系统和监测控制系统组成。其作用是把钢化真空玻璃均匀的冷却到室温，以便进行下一步的检验、包装等操作。

监测控制系统(6)由计算机、各种传感器、各种执行器等组成。各种传感器监测以上各部分的温度、真空度、输送速度、玻璃状态等参数，并由计算机按照预定程序发出指令，各种执行器实施相应的操作。

本发明的钢化真空玻璃生产方法和装备，可以生产建筑门窗、玻璃幕墙用钢化真空玻璃、列车、汽车等交通工具用车窗钢化真空玻璃、温室用钢化真空玻璃、太阳能集热器用、家用电器及工业设备等用的钢化真空玻璃。

Claims (3)

1.一种钢化真空玻璃的工业化生产方法及装备，其特征在于生产方法包括在钢化玻璃上，用玻璃焊料印制支撑点和焊接带——两片钢化玻璃分别快速加热——合片加压焊接——在真空焊接炉内排气和真空焊接——冷却——检验的生产过程。

2.根据权利要求1所述的钢化真空玻璃的工业化生产方法及装备，其特征在于生产装备由两台钢化玻璃快速加热炉、合片加压焊接机、立式真空焊接炉、冷却机和监测控制系统等组成。

3.根据权利要求1所述的钢化真空玻璃的工业化生产方法及装备，其特征在于可以生产建筑门窗、幕墙用钢化真空玻璃以及交通工具用、温室、太阳能集热器用、家用电器和工业设备等用的钢化真空玻璃。

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