CN102503158A - 一种无机纳米透明隔热涂膜玻璃在线制造装置及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无机纳米透明隔热涂膜玻璃在线制造装置及其生产工艺。该装置由送粉系统、粉末熔化系统和玻璃传送系统组成；送粉系统由粉料仓、输送器和送粉头组成；粉末熔化系统由加热器和能量传导组件组成；玻璃传送系统由支架和滚轮组成；送粉头和能量传导组件沿玻璃的运动方向依次排列在玻璃传送系统的正上方。送粉头向传送的玻璃表面喷送隔热功能粉体随着玻璃一起通过粉末熔化系统的能量传导组件的工作区被快速熔融，并随之快速固化成薄膜；表面熔覆无机纳米透明隔热薄膜的玻璃经过退火冷却和切割，即获得性能优良的无机纳米透明隔热涂膜玻璃。本发明可充分利用浮法玻璃制造中玻璃所含的热能，降低生产成本和节能，利于大规模生产。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种可与浮法玻璃制造工艺相结合进行无机纳米透明隔热涂膜玻璃在线制造装置及其生产工艺，属于玻璃制造技术领域。
背景技术
为解决建筑物、汽车玻璃等场所的透明隔热问题，国内外进行了广泛的研究和尝试，目前市场上常见的主要有金属镀膜热反射玻璃和各种热反射贴膜等产品，以达到玻璃隔热降温的目的，但是这些产品存在价格高、施工不便等问题，影响了它们的应用推广。纳米透明隔热涂料兼有良好的透明和隔热效果且成本低，在解决玻璃的隔热问题和节能环保方面具有广阔的应用价值和市场前景。但是，现有的纳米透明隔热涂料的基体材料均为高分子树脂基，如专利CN101186781B、CN101230234报道的透明隔热涂料均采用水性聚氨酯作为成膜物质，ZL200710075879.6采用聚丙烯酸树脂作为纳米隔热功能粒子的粘结剂。树脂基纳米透明隔热涂料只能在玻璃冷态状态下进行薄膜的涂敷，无法充分利用浮法玻璃制造过程中玻璃固化时所释放的热能，实现与浮法玻璃制造工艺的匹配，实现纳米透明隔热涂膜玻璃的大规模在线连续制造。
由于我国基础建设规模和汽车工业发展迅速，建筑及汽车所需的隔热玻璃的用量大，因此有必要研制发明一种先进的、能够与浮法玻璃制造工艺相结合的能够规模化、产业生产纳米透明隔热涂膜玻璃的装备及其生产工艺。
以纳米半导体和玻璃化合物的复合功能粉体为纳米透明隔热薄膜材料，利用激光、微波或火焰加热方式进行在线规模化制备无机纳米透明隔热涂膜玻璃的装置和生产工艺目前尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种可与浮法玻璃制造工艺相结合进行无机纳米透明隔热涂膜玻璃在线制造装置及其生产工艺，能有效利用浮法玻璃制造过程中玻璃固化时所释放的热能，实现纳米透明隔热涂膜玻璃的大规模在线连续制造。
为实现以上目的，本发明采用了以下技术方案：一种无机纳米透明隔热涂膜玻璃在线制造装置，其特征在于所述的无机纳米透明隔热涂膜玻璃在线制造装置由送粉系统、粉末熔化系统和玻璃传送系统组成；其中，送粉系统由粉料仓(1)、输送器(2)和送粉头(3)组成，粉料仓(1)中装有隔热功能粉体(9)；粉末熔化系统由加热器(4)和能量传导组件(5)组成；玻璃传送系统由玻璃传送系统支架(6)和滚轮(7)组成，滚轮(7)安放在支架(6)，玻璃(8)放在滚轮(7)上，由滚轮(7)向前传输；送粉系统的送粉头(3)和粉末熔化系统的能量传导组件(5)沿玻璃(8)的运动方向依次排列在玻璃传送系统的正上方。
上述送粉系统中以压缩空气为隔热功能粉体载体，通过送粉头(3)将隔热功能粉体(9)均匀地喷送在玻璃传送系统上传送玻璃(8)表面。
优选所述的加热器(4)为激光加热器、微波加热器、火焰加热器或电加热器中的任意一种；其中激光加热器由半导体激光器、Nd:YAG激光器或二氧化碳激光器中任意一种；激光光束功率密度为104～108W/cm2；微波加热器的微波工作频率为2.45GHz，功率为10～700kW；火焰加热器的火焰为乙炔火焰或氢氧火焰，火焰温度为1800～3000℃。优选所述的半导体激光器输出的激光波长为0.8μm和0.98μm中的任意一种，Nd:YAG激光器输出的激光波长为1.06μm，二氧化碳激光器输出的激光波长为10.6μm。所述的电加热器为硅碳棒或硅钼棒加热，加热温度为1400～1800℃。采用激光、微波、火焰或电加热的时间一般为1-300秒；优选5-100秒。
传导组件(5)根据加热器的不同而不同，对于激光加热器，传导组件(5)为棱镜组；对于火焰加热器，传导组件(5)为火焰管道；对于微波加热器，传导组件(5)为微波导管；对于电加热器，传导组件(5)为导热腔体。
优选所述的隔热功能粉体(9)由纳米半导体和玻璃化合物组成；纳米半导体占隔热功能粉体重量百分数为1～10％。优选所述的纳米半导体至少为纳米氧化铟锡(ITO)或纳米氧化锡锑(ATO)中的一种；纳米半导体平均粒径分布为5～100nm，优选10～80nm，更优选15～40nm；所述的玻璃化合物为硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、铋酸盐玻璃或铅酸盐玻璃中的任意一种；玻璃化合物平均颗粒尺寸分布为0.1～20μm，优选0.5～15μm，更优选1～10μm；根据隔热性能要求，通过控制玻璃化合物和纳米半导体混合物的用量可调节无机纳米透明隔热薄膜厚度，薄膜厚度介于0.5～100μm，优选1～50μm，更优选8～30μm。
本发明还提供了上述的装置生产无机纳米透明隔热涂膜玻璃工艺，其具体步骤为：
a)利用送粉系统的送粉头(3)向玻璃传送系统上传送的玻璃(8)表面连续、均匀地喷送用于制备无机纳米隔热薄膜的隔热功能粉体(9)；
b)用于制备无机纳米隔热薄膜的隔热功能粉体(9)随着玻璃(8)一起匀速通过粉末熔化系统的能量传导组件(5)的工作区被快速熔融，并随之快速固化成均匀的无机纳米透明隔热薄膜(10)；
c)表面熔覆无机纳米透明隔热薄膜的玻璃在生产线上经过退火冷却和切割，即获得无机纳米透明隔热涂膜玻璃。
有益效果：
本发明装置可与浮法玻璃制造工艺相结合，充分利用浮法玻璃制造中玻璃所含的热能，进行无机纳米透明隔热涂膜玻璃的在线制造，降低生产成本和节能，利于规模化和工业化生产。
附图说明
图1无机纳米透明隔热涂膜玻璃在线制造装置示意图；其中：(1)粉料仓；(2)输送器；(3)送粉头；(4)加热器；(5)能量传导组件；(6)玻璃传送系统支架；(7)滚轮；(8)玻璃；(9)隔热功能粉体；(10)无机纳米透明隔热薄膜。
具体实施方式
实施例1、一种无机纳米透明隔热涂膜玻璃在线制造装置由送粉系统、粉末熔化系统和玻璃传送系统组成。其中，送粉系统由粉料仓(1)、输送器(2)和送粉头(3)组成，粉料仓(1)中装有隔热功能粉体(9)；粉末熔化系统由加热器(4)和能量传导组件(5)组成；玻璃传送系统由玻璃传送系统支架(6)和滚轮(7)组成，滚轮(7)安放在支架(6)，玻璃(8)放在滚轮(7)上，由滚轮(7)向前传输。送粉系统的送粉头(3)和粉末熔化系统的能量传导组件(5)沿玻璃(8)的运动方向依次排列在玻璃传送系统的正上方。
实施例2、以压缩空气为载体的送粉系统和以Nd:YAG激光器为加热器(激光波长为1.06μm，脉宽10ns，激光平均功率密度为8×104kW/cm2)的粉末熔化系统依次布置在玻璃传送系统的正上方。利用送粉系统(2)的送粉头(4)向玻璃传送系统(1)上传送的玻璃(6)表面均匀喷送隔热功能粉体(7)(隔热功能粉体由平均粒径为35nm的半导体ATO和平均粒径为13μm的硅酸盐玻璃化合物共同组成，隔热功能粉体中纳米ATO的重量百分数为7.5％，硅酸盐玻璃化合物重量百分数组成为70SiO2-0.5Al2O3-0.2Fe2O3-9.3CaO-4MgO-16(K2O，Na2O)，两种粉体均为市售)，玻璃表面上隔热功能粉体的堆积厚度控制在35μm左右。在传送系统上，隔热功能粉体(7)随玻璃(6)一起通过粉末熔化系统(3)的加热区(5)时，由于吸收大量的激光能量在10s内快速熔化。熔融的隔热功能粉体(7)随着玻璃(6)离开粉末熔化系统(3)工作区(5)，并随之快速凝固成厚度约为24μm的无机纳米透明隔热薄膜(8)；表面熔覆纳米ATO透明隔热薄膜的玻璃在生产线上经过进一步退火冷却和切割，即可获得性能优良的无机纳米透明隔热涂膜玻璃，纳米透明隔热玻璃薄膜在500℃下能够稳定不破坏，可见光的透射比和红外光的屏蔽率分别达到75％和83％。
实施例3、以压缩空气为载体的送粉系统(2)和以二氧化碳激光器为加热器(辐射波长为10.6μm，连续激光，调节使激光束的平均功率密度达到1.2×107kW/cm2)的粉末熔化系统(3)依次布置在玻璃传送系统(1)的正上方。利用送粉系统(2)的送粉头(4)向玻璃传送系统(1)上传送的玻璃(6)表面均匀喷送隔热功能粉体(7)(隔热功能粉体由平均粒径为27nm的半导体ITO和平均粒径为6.3μm的磷酸盐玻璃化合物共同组成，隔热功能粉体中纳米ATO的重量百分数为4.5％，磷酸盐玻璃化合物重量百分组成为77P2O5-15.5Al2O3-7.5Li2O，市售)，功能粉体堆积厚度控制在26μm左右。在传送系统上，隔热功能粉体(7)随玻璃(6)一起通过粉末熔化系统(3)的加热区(5)时，由于吸收大量的激光能量在8s内快速熔化。熔融的隔热功能粉体(7)随着玻璃(6)离开粉末熔化系统(3)工作区(5)，并随之快速凝固成厚度约为20μm的无机纳米透明隔热薄膜(8)；表面熔覆纳米透明隔热薄膜的玻璃在生产线上经过进一步退火冷却和切割，即可获得性能优良的无机纳米透明隔热涂膜玻璃。纳米透明隔热玻璃薄膜在500℃下能够稳定不破坏，可见光的透射比和红外光的屏蔽率分别达到77％和80％。
实施例4、以压缩空气为载体的送粉系统(2)和以氢氧火焰为加热器(火焰最高温度达1800℃)的粉末熔化系统(3)依次布置在玻璃传送系统(1)的正上方。利用送粉系统(2)的送粉头(4)向玻璃传送系统(1)上传送的玻璃(6)表面均匀喷送隔热功能粉体(7)(隔热功能粉体由平均粒径为27nm的半导体ITO、平均粒径为35nm的半导体ATO和平均粒径为3μm的铅玻璃化合物共同组成，隔热功能粉体中纳米ATO重量百分含量为1.5％，纳米ITO重量百分含量为0.5％，铅玻璃化合物的重量百分组成为37.5PbO-47SiO2-2.5Al2O3-13(K2O，Na2O)，市售)，功能粉体堆积厚度控制在20μm左右。在传送系统上，隔热功能粉体(7)随玻璃(6)一起通过粉末熔化系统(3)的加热区(5)时，由于吸收大量的热量在20s内快速熔化。熔融的隔热功能粉体(7)随着玻璃(6)离开粉末熔化系统(3)工作区(5)，并随之快速凝固成厚度约为15μm的无机纳米透明隔热薄膜(8)；表面熔覆纳米透明隔热薄膜的玻璃在生产线上经过进一步退火冷却和切割，即可获得性能优良的无机纳米透明隔热涂膜玻璃。纳米透明隔热玻璃薄膜在500℃下能够稳定不破坏，可见光的透射比和红外光的屏蔽率分别达到81％和75％。
实施例5、以压缩空气为载体的送粉系统(2)和以大功率微波为加热器(工作频率为2.45GHz，加热功率为30kW)的粉末熔化系统(3)依次布置在玻璃传送系统(1)的正上方。利用送粉系统(2)的送粉头(4)向玻璃传送系统(1)上传送的玻璃(6)表面均匀喷送隔热功能粉体(7)(隔热功能粉体由平均粒径为27nm的半导体ITO、平均粒径为35nm的半导体ATO和平均粒径为3μm的铅玻璃化合物共同组成，隔热功能粉体中纳米ATO重量百分含量为0.5％，纳米ITO重量百分含量为4.5％，铅玻璃化合物的重量百分组成为40PbO-45SiO2-2.5Al2O3-12.5(K2O，Na2O)，市售)，功能粉体堆积厚度控制在18μm左右。在传送系统上，隔热功能粉体(7)随玻璃(6)一起通过粉末熔化系统(3)的加热区(5)时，由于吸收大量的微波能量在30s内快速熔化。熔融的隔热功能粉体(7)随着玻璃(6)离开粉末熔化系统(3)工作区(5)，并随之快速凝固成厚度约为12μm的无机纳米透明隔热薄膜(8)；表面熔覆纳米透明隔热薄膜的玻璃在生产线上经过进一步退火冷却和切割，即可获得性能优良的无机纳米透明隔热涂膜玻璃。纳米透明隔热玻璃薄膜在500℃下能够稳定不破坏，可见光的透射比和红外光的屏蔽率分别达到85％和70％。
实施例6、以压缩空气为载体的送粉系统(2)和以乙炔火焰为加热器(火焰最高温度达2500℃)的粉末熔化系统(3)依次布置在玻璃传送系统(1)的正上方。利用送粉系统(2)的送粉头(4)向玻璃传送系统(1)上传送的玻璃(6)表面均匀喷送隔热功能粉体(7)(隔热功能粉体由平均粒径为27nm的半导体ITO、平均粒径为35nm的半导体ATO和平均粒径为3μm的铅玻璃化合物共同组成，隔热功能粉体中纳米ATO重量百分含量为2.5％，纳米ITO重量百分含量为1.5％，铅玻璃化合物的重量百分组成为37.5PbO-47SiO2-2.5Al2O3-13(K2O，Na2O)，市售)，功能粉体堆积厚度控制在30μm左右。在传送系统上，隔热功能粉体(7)随玻璃(6)一起通过粉末熔化系统(3)的加热区(5)时，由于吸收大量的热量在60s内快速熔化。熔融的隔热功能粉体(7)随着玻璃(6)离开粉末熔化系统(3)工作区(5)，并随之快速凝固成厚度约为23μm的无机纳米透明隔热薄膜(8)；表面熔覆纳米透明隔热薄膜的玻璃在生产线上经过进一步退火冷却和切割，即可获得性能优良的无机纳米透明隔热涂膜玻璃。纳米透明隔热玻璃薄膜在700℃下能够稳定不破坏，可见光的透射比和红外光的屏蔽率分别达到71％和80％。
实施例7、以压缩空气为载体的送粉系统(2)和以大功率微波为加热器(工作频率为2.45GHz，加热功率为700kW)的粉末熔化系统(3)依次布置在玻璃传送系统(1)的正上方。利用送粉系统(2)的送粉头(4)向玻璃传送系统(1)上传送的玻璃(6)表面均匀喷送隔热功能粉体(7)(隔热功能粉体由平均粒径为27nm的半导体ITO、平均粒径为35nm的半导体ATO和平均粒径为3μm的铅玻璃化合物共同组成，隔热功能粉体中纳米ATO重量百分含量为0.5％，纳米ITO重量百分含量为4.5％，铅玻璃化合物的重量百分组成为40PbO-45SiO2-2.5Al2O3-12.5(K2O，Na2O)，市售)，功能粉体堆积厚度控制在28μm左右。在传送系统上，隔热功能粉体(7)随玻璃(6)一起通过粉末熔化系统(3)的加热区(5)时，由于吸收大量的微波能量在20s内快速熔化。熔融的隔热功能粉体(7)随着玻璃(6)离开粉末熔化系统(3)工作区(5)，并随之快速凝固成厚度约为19μm的无机纳米透明隔热薄膜(8)；表面熔覆纳米透明隔热薄膜的玻璃在生产线上经过进一步退火冷却和切割，即可获得性能优良的无机纳米透明隔热涂膜玻璃。纳米透明隔热玻璃薄膜在700℃下能够稳定不破坏，可见光的透射比和红外光的屏蔽率分别达到80％和75％。
实施例8、以压缩空气为载体的送粉系统(2)和电加热器(硅碳棒，温度达1450℃)的粉末熔化系统(3)依次布置在玻璃传送系统(1)的正上方。利用送粉系统(2)的送粉头(4)向玻璃传送系统(1)上传送的玻璃(6)表面均匀喷送隔热功能粉体(7)(隔热功能粉体由平均粒径为27nm的半导体ITO、平均粒径为35nm的半导体ATO和平均粒径为10μm的铅玻璃化合物共同组成，隔热功能粉体中纳米ATO重量百分含量为5.5％，纳米ITO重量百分含量为3.5％，铅玻璃化合物的重量百分组成为37.5PbO-47SiO2-2.5Al2O3-13(K2O，Na2O)，市售)，功能粉体堆积厚度控制在12μm左右。在传送系统上，隔热功能粉体(7)随玻璃(6)一起通过粉末熔化系统(3)的加热区(5)时，由于吸收大量的热量在280s内快速熔化。熔融的隔热功能粉体(7)随着玻璃(6)离开粉末熔化系统(3)工作区(5)，并随之快速凝固成厚度约为9μm的无机纳米透明隔热薄膜(8)；表面熔覆纳米透明隔热薄膜的玻璃在生产线上经过进一步退火冷却和切割，即可获得性能优良的无机纳米透明隔热涂膜玻璃。纳米透明隔热玻璃薄膜在500℃下能够稳定不破坏，可见光的透射比和红外光的屏蔽率分别达到74％和85％。
实施例9、以压缩空气为载体的送粉系统(2)和电加热器(硅钼棒，温度达1700℃)的粉末熔化系统(3)依次布置在玻璃传送系统(1)的正上方。利用送粉系统(2)的送粉头(4)向玻璃传送系统(1)上传送的玻璃(6)表面均匀喷送隔热功能粉体(7)(隔热功能粉体由平均粒径为27nm的半导体ITO、平均粒径为35nm的半导体ATO和平均粒径为10μm的铅玻璃化合物共同组成，隔热功能粉体中纳米ATO重量百分含量为5.5％，纳米ITO重量百分含量为3.5％，铅玻璃化合物的重量百分组成为37.5PbO-47SiO2-2.5Al2O3-13(K2O，Na2O)，市售)，功能粉体堆积厚度控制在18μm左右。在传送系统上，隔热功能粉体(7)随玻璃(6)一起通过粉末熔化系统(3)的加热区(5)时，由于吸收大量的热量在200s内快速熔化。熔融的隔热功能粉体(7)随着玻璃(6)离开粉末熔化系统(3)工作区(5)，并随之快速凝固成厚度约为12μm的无机纳米透明隔热薄膜(8)；表面熔覆纳米透明隔热薄膜的玻璃在生产线上经过进一步退火冷却和切割，即可获得性能优良的无机纳米透明隔热涂膜玻璃。纳米透明隔热玻璃薄膜在500℃下能够稳定不破坏，可见光的透射比和红外光的屏蔽率分别达到80％和81％。
Claims (8)
1.一种无机纳米透明隔热涂膜玻璃在线制造装置，其特征在于所述的无机纳米透明隔热涂膜玻璃在线制造装置由送粉系统、粉末熔化系统和玻璃传送系统组成；其中，送粉系统由粉料仓(1)、输送器(2)和送粉头(3)组成，粉料仓(1)中装有隔热功能粉体(9)；粉末熔化系统由加热器(4)和能量传导组件(5)组成；玻璃传送系统由玻璃传送系统支架(6)和滚轮(7)组成，滚轮(7)安放在支架(6)，玻璃(8)放在滚轮(7)上，由滚轮(7)向前传输；送粉系统的送粉头(3)和粉末熔化系统的能量传导组件(5)沿玻璃(8)的运动方向依次排列在玻璃传送系统的正上方。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于送粉系统中以压缩空气为隔热功能粉体载体，通过送粉头(3)将隔热功能粉体(9)均匀地喷送在玻璃传送系统上传送玻璃(8)表面。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的加热器(4)为激光加热器、微波加热器、火焰加热器或电加热器中的任意一种；其中激光加热器由半导体激光器、Nd:YAG激光器或二氧化碳激光器中任意一种；激光光束功率密度为104～108W/cm2；微波加热器的微波工作频率为2.45GHz，功率为10～700kW；火焰加热器的火焰为乙炔火焰或氢氧火焰，火焰温度为1800～3000℃；所述的电加热器为硅碳棒或硅钼棒加热，加热温度为1400～1800℃。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述的半导体激光器输出的激光波长为0.8μm和0.98μm中的任意一种，Nd:YAG激光器输出的激光波长为1.06μm，二氧化碳激光器输出的激光波长为10.6μm。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的隔热功能粉体(9)由纳米半导体和玻璃化合物组成；纳米半导体占隔热功能粉体重量百分数为1～10％。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述的纳米半导体至少为纳米氧化铟锡(ITO)或纳米氧化锡锑(ATO)中的一种；纳米半导体平均粒径分布为5～100nm；所述的玻璃化合物为硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、铋酸盐玻璃或铅酸盐玻璃中的任意一种；玻璃化合物平均颗粒尺寸分布为0.1～20μm。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述的纳米半导体平均粒径为15～40nm；玻璃化合物平均颗粒尺寸分布为1～10μm。
8.一种利用如权利要求1所述的装置生产无机纳米透明隔热涂膜玻璃工艺，其具体步 骤为：
a)利用送粉系统的送粉头(3)向玻璃传送系统上传送的玻璃(8)表面连续、均匀地喷送用于制备无机纳米隔热薄膜的隔热功能粉体(9)；
b)用于制备无机纳米隔热薄膜的隔热功能粉体(9)随着玻璃(8)一起匀速通过粉末熔化系统的能量传导组件(5)的工作区被快速熔融，并随之快速固化成均匀的无机纳米透明隔热薄膜(10)；
c)表面熔覆无机纳米透明隔热薄膜的玻璃在生产线上经过退火冷却和切割，即获得无机纳米透明隔热涂膜玻璃。
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