TW201307220A - 熱增強真空玻璃 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種熱增強真空玻璃，包括：複數個板玻璃，分隔規定間距而配置，複數個間隔物，介於上述板玻璃之間，用於維持上述板玻璃的間距，密封材，其沿著上述板玻璃的邊緣進行配置，用於密封黏結上述板玻璃；上述板玻璃的密封黏結後的表面壓縮應力具有20Mpa~55Mpa，從而不僅能夠保障高的耐熱性和高強度，而且在破損時還能夠保障穩定性。

Description

熱增強真空玻璃
本發明涉及一種真空玻璃，更詳細地，涉及一種表面壓縮應力滿足20Mpa~55Mpa的熱增強真空玻璃(HEAT STRENGTHENED VACUUM GLASS)。
為了建築物的製冷制熱而消耗的能量占總能量消耗量的25%左右。
其中，通過窗戶的能量損失達到建築物整體能量使用量的約35%。這是由於窗戶的傳熱率(coefficient of overall heat transmission)相比壁體或屋頂大2~5倍左右，因而窗戶在建築物外皮中絕熱方面最脆弱的部位。據此，是不僅在建築物中的能量節約，而且還在國家整體的能量節約方面也需要開發出具有與壁體類似的傳熱率的絕熱性能優秀的窗戶。
窗戶一般區分為形成框的框架和與框架相結合的玻璃，在窗戶中的熱能量的流出主要在佔有窗戶的大部分面積的玻璃發生，能夠大幅減少此現象的真空玻璃備受矚目。
真空玻璃為在兩張的板玻璃之間形成真空層的玻璃，與低輻射玻璃共同使用，由此是使因氣體的傳導、對流、輻射引起的熱損失最小化的玻璃。
就這樣的真空玻璃而言，最近有使用於需要高的抗風壓性的高層建築物的窗玻璃的情況，此種情況，真空玻璃的強度與絕熱性能一起發揮重要因素的作用。
另一方面，考慮到真空玻璃的強度時，有必要考慮破損狀態。作為強度高的玻璃根據表面壓縮應力可以區分為強化玻璃(Tempered Glass)和熱強化玻璃(Heat-Strengthened Glass)，觀察 上述強度高的玻璃的破損狀態，就強化玻璃而言，破損時破片的數量多，使用於高層建築物時由於具有飛散掉落的危險，因而在穩定性上存在問題，相反，就熱強化玻璃而言，在破損時破片的數量少且玻璃不脫離，從而適合使用於高層建築物。
本發明的目的在於，提供一種滿足絕熱性和高強度，在破損時能夠期待穩定性的熱增強真空玻璃。
本發明提供一種熱增強真空玻璃，根據本發明的一實施例的熱增強真空玻璃，其特徵在於，包括：複數個板玻璃，以規定距離分隔而配置，複數個間隔物，介於上述板玻璃之間，用於維持上述板玻璃的間隔；密封材，其沿著上述板玻璃的邊緣進行配置，用於密封黏結上述板玻璃；上述板玻璃的密封黏結後的表面壓縮應力為20Mpa~55Mpa。
優選地，上述板玻璃利用密封黏結前的表面壓縮應力為40Mpa~160Mpa的熱強化板玻璃。
上述密封材優選為熔融溫度為440℃~460℃的低熔點玻璃，這可以利用由Bi2O370.0重量%~80.0重量%、SiO25.0重量%以下、B2O35.0重量%~15.0重量%、Al2O35.0重量%以下、ZnO+BaO10.0重量%~15.0重量%、色素5.0重量%以下的組分組成的玻璃粉末。
依據本發明，提供通過利用具有規定熔融溫度的低熔點玻璃來密封的熱增強真空玻璃，不僅可以保障高的耐熱性和高強度而且破損時還可以保障穩定性的真空玻璃。
下面，參照附圖，對本發明的熱增強真空玻璃進行說明。
本發明的優點及特徵，還有達成這些的方法，參照與附圖 一起詳細後述的實施例可以明確。但是，本發明不限定於以下公開的實施例，而是將體現為相互不同的多種形態，只是本實施例使本發明的公開完全，是為了將發明的範疇完全告知於本發明所屬的技術領域的普通技術人員而提供，本發明僅借助權利要求的範疇而定義。在說明書全文中，相同的附圖標記指稱相同的結構元件。
並且，附圖中構成發明的結構元件的大小是為了說明書的明確性而放大說明的，記載為“某一結構元件存在於另一結構元件的內部，或者與另一結構元件相連接而設置”的情況，上述某一結構元件可以與另一結構元件相接地設置，也可以保留預定的分隔距離地設置，保留分隔距離地設置時，可能將省略對用於將上述某一結構元件固定乃至連接於上述另一結構元件的第三機構的說明。
圖1是根據本發明的熱增強真空玻璃的剖視圖，圖2是根據本發明的熱增強真空玻璃的俯視圖。
先於對根據本發明的熱增強真空玻璃進行觀察，簡單觀察真空玻璃的結構。
真空玻璃包括複數個板玻璃100、密封材200及間隔物300。
間隔物300介於上述複數個板玻璃100之間，以維持間隔。而且，為了防止外部的氣體侵入，在板玻璃100的邊緣塗敷密封材200來密封板玻璃100的內部空間，通過形成在板玻璃100的上部的排氣孔(未顯示)，對內部空間進行真空排氣。真空排氣後，通過密封排氣孔(未顯示)來將內部維持成真空狀態。
本發明的熱增強真空玻璃的特徵在於，密封黏結後的板玻 璃的表面壓縮應力滿足20Mpa~55Mpa。
板玻璃100的表面壓縮應力滿足20Mpa~55Mpa，從而具有在高層建築物所要求的抗風壓性，並且在因未預測到的外力而被破損時，玻璃破片的狀態從衝擊點開始破碎成三角形形狀而破損，也不會從窗框容易掉落，由此在高層建築物使用時可以謀取安全性。
在表面壓縮應力小於20Mpa的情況下，因不能滿足所要求的熱強化玻璃的性能而致使抗風壓性能降低，從而不適於高層建築物使用，在表面壓縮應力大於55Mpa的情況下，破損時玻璃破片的狀態飛散成小碎片而對步行者的安全可能帶來嚴重的問題，從而不適於高層建築物使用。
為了使上述密封黏結後的板玻璃100的表面壓縮應力滿足20Mpa~55Mpa，首先有必要理解熱增強真空玻璃的製備過程。
觀察熱增強真空玻璃的製備過程，為了密封經過熱強化處理的兩張板玻璃100，密封材200塗敷於經過熱強化處理的板玻璃100的一面。在塗敷有密封材200的經過熱強化處理的板玻璃100的上部貼合經過熱強化處理的另一板玻璃100後，為了進行黏結密封，將會經過高溫的加熱製程，以使密封材200能夠熔融。經過高溫的加熱製程的期間，經過熱強化處理的板玻璃100的表面壓縮應力緩解一部分，使得表面壓縮應力減少。因此，上述加熱製程不應在過高的溫度下執行，如此才能使經過熱強化處理的上述板玻璃100的密封黏結後的表面壓縮應力達到20Mpa以上。
上述加熱製程為用於為了利用上述密封材200黏結密封上述板玻璃100而熔融上述密封材200的製程，至少加熱到上述密封材200的熔融溫度以上。因此，通過降低上述密封材200 的熔融溫度，從而可以降低上述加熱製程的溫度。
圖3是表示測定本發明的熱增強真空玻璃的表面壓縮應力的試驗結果的圖。參照圖3，可以知道表面壓縮應力減少的程度隨著加熱溫度及板玻璃本身的表面壓縮應力而不同。
為了使經過熱強化處理的上述板玻璃100的密封黏結後的表面壓縮應力達到20Mpa至55Mpa，上述加熱製程可以在440℃~460℃下執行，可以使用熔融溫度為440℃~460℃的上述密封材220來實現該加熱製程。
上述密封材220可以是熔融溫度為440℃~460℃的低熔點玻璃。上述低熔點玻璃例如可以是包含選自由無機氧化物、金屬氧化物及這些的一種以上的組合組成的群中的一種的玻璃組合物熔融後被凝固而形成的玻璃。
具體地，可以將重新粉碎上述玻璃組合物熔融後被凝固而形成的玻璃來製成粉末形態的玻璃粉末用作上述密封材220。例如，為了將上述玻璃粉末塗敷於上述板玻璃100的一面，能夠以上述玻璃粉末與有機溶劑混合的糊劑組合物形態塗敷。接著，貼合上述板玻璃100後，執行乾燥製程來除去與上述玻璃粉末混合的有機溶劑後，可以通過執行高溫的加熱製程來熔融上述玻璃粉末。
在上述密封材220的熔融溫度超過460℃的情況下，通過強化處理來使殘餘於板玻璃100表面的表面壓縮應力消滅，從而發生了不能得到所需的強度的情況，在熔熔點小於440℃的情況下，由於表面壓縮應力比所需的強度大，從而破損時穩定性可能成為問題。
在另一實例中，上述密封材220使用作為熔融溫度為440℃~460℃且不包含鉛(Pb)成分的玻璃組合物的低熔點玻璃，從 而可以提高環保性。
為了製備低熔點玻璃而包含鉛(Pb)成分的情況下，能夠相對降低熔融溫度，但是長時間使用時可能會發生因鉛成分而對人體導致嚴重的問題。
作為不包含鉛成分的低熔點玻璃的密封材220組成的一例，可以是包含Bi2O370.0重量%~80.0重量%、SiO20重量%~5.0重量%、B2O35.0重量%~15.0重量%、Al2O3(220)0重量%~5.0重量%、ZnO+BaO10.0重量%~15.0重量%及色素0重量%~5.0重量%的玻璃組合物，上述玻璃組合物，例如能夠以玻璃粉末的形態使用。具有上述組成的低熔點玻璃的熔融溫度可以為440℃~460℃。
作為上述密封黏結後的板玻璃100的表面壓縮應力滿足20Mpa~55Mpa的一例，優選為使用板玻璃100本身的表面壓縮應力，即板玻璃100的密封黏結前的表面壓縮應力為40Mpa~160Mpa的熱強化板玻璃100。
在板玻璃100本身的表面壓縮應力小於40Mpa的情況下，經過高溫熱製程時，殘留的表面壓縮應力小於20Mpa而不能滿足所要求的強度條件，板玻璃100本身的表面壓縮應力大於160Mpa時，不僅增加板玻璃100本身的表面處理時間及處理費用，而且殘留的表面壓縮應力會超過55Mpa從而可能破損時在穩定性上也會發生問題。
並且，板玻璃100的密封黏結後的表面壓縮應力殘餘率可以是25%~60%。
本發明的熱增強真空玻璃的製備方法包括如下步驟。
在觀察本發明的真空玻璃的製備方法之前，簡單觀察通常的真空玻璃的製備方法。
就真空玻璃而言，在預先清洗的板玻璃100排列間隔物300，在板玻璃100的邊緣塗敷密封材200。在塗敷有密封材200的板玻璃100的上部貼合另一板玻璃100後，熔融密封材200來密封黏結板玻璃100之間。
為了將密封的板玻璃100的內部空間製成真空狀態，通過形成在板玻璃100的排氣孔(未顯示)來減壓內部空間後，密封排氣孔(未顯示)，由此製備出真空玻璃。
本發明的熱增強真空玻璃的製備方法是用於將完成的真空玻璃製備成表面壓縮應力滿足20Mpa~55Mpa，該熱增強真空玻璃的製備方法包括以下步驟。
將板玻璃配置在腔室的內部後，沿著板玻璃的邊緣塗敷低熔點玻璃(密封材塗敷步驟)。
就密封材塗敷步驟而言，塗敷熔融溫度滿足440℃~460℃的密封材200，使得往後密封材200在特定溫度為440℃~460℃範圍內熔融。作為這種密封材200可以使用不包含鉛成分的低熔點玻璃。不使用鉛(Pb)成分，從而可以防止長時間使用時可能發生在人體的嚴重的問題。
作為不包含鉛成分的密封材200可以利用由Bi2O370.0重量%~80.0重量%、SiO20重量%~5.0重量%、B2O35.0重量%~15.0重量%、Al2O30重量%~5.0重量%、ZnO+BaO10.0重量%~15.0重量%、色素0重量%~5.0重量%的玻璃組合物形成的玻璃粉末。
上述密封材塗敷步驟還可以包括通過乾燥塗敷的糊劑狀態的密封材200來除去黏結劑等不必要的有機成分的步驟。
其次，在塗敷有上述低熔點玻璃的板玻璃的上部配置另一板玻璃並貼合(板玻璃貼合步驟)。
在中間夾著作為密封材的低熔點玻璃貼合兩個板玻璃的狀態下，為了通過密封材進行密封黏結，在440℃~460℃範圍下加熱(密封黏結步驟)。
為了在貼合板玻璃100的狀態下借助密封材200來密封黏結，需要對作為密封材200的低熔點玻璃進行相變以使其處於熔融狀態，此時，應考慮隨著溫度上升，板玻璃100的表面壓縮應力隨之改變的狀況。因此，考慮板玻璃100的表面壓縮應力及密封材200的熔融狀態時，優選為以440℃~460℃加熱。
在上述密封黏結步驟中，還可以包括利用熔融的密封材200密封黏結板玻璃100後，為了維持板玻璃100的黏結強度，將密封材200冷卻成堅硬狀態的步驟。此時，冷卻溫度可能隨著密封材200的組成而不同，不包含上述鉛成分的低熔點玻璃能夠以360℃~380℃冷卻。
實施例
下面，通過本發明的優選實施例，對本發明的結構及作用進行更詳細的說明。這只是作為本發明的優選示例而提出的，根據任何意思也不能解釋為本發明局限於此。
就未在此記載的內容而言，只要是本技術領域的普通技術人員都可以充分進行技術性類推，故而省略其說明。
實施例1-實施例2及比較例1-比較例2
如下製作了本發明的熱增強真空玻璃。
就熱增強真空玻璃而言，將間隔物300介於一對板玻璃100之間並朝向厚度方向並設而構成。一對板玻璃100周邊部相互密封黏結，以氣密狀態密封。板玻璃100之間的內部空間設定為1.0×10-3托(torr)以下。
將上述板玻璃100以接近於軟化溫度的675℃進行加熱並 壓縮後迅速冷卻來壓縮、變形玻璃表面，由此製備了厚度為5mm的數十張的板玻璃100。為了與將要使用上述板玻璃100來製成的熱增強真空玻璃的表面壓縮應力進行比較，測定了如上所述得到的板玻璃100的表面壓縮應力，其結果，上述製成的板玻璃100的表面壓縮應力在40Mpa~160Mpa範圍內。
上述密封材200為不包含鉛(Pb)的材質，利用了由Bi2O375.0重量%、SiO22.5重量%、B2O39.0重量%、Al2O31.0重量%、ZnO+BaO12.5重量%、色素0重量%的組分組成的低熔點玻璃。該密封材200的熔融溫度為440℃，玻璃轉換溫度(Tg)為330℃。
以440℃的加熱溫度，對塗敷如上所述準備的密封材來貼合的板玻璃執行加熱製程，使板玻璃密封黏結後，通過製備熱增強真空玻璃的方法，使用上述準備的數十張的板玻璃100製備了14個熱增強真空玻璃樣品。通過測定各熱增強真空玻璃樣品的表面壓縮應力，與所使用的板玻璃100的表面壓縮應力進行對比來圖示於圖3。
實施例2
除了以460℃的加熱溫度執行加熱製程以外，與實施例1相同地製備了熱增強真空玻璃的19個樣品，通過測定製成的各樣品的熱增強真空玻璃樣品的表面壓縮應力，與所使用的板玻璃100的表面壓縮應力進行對比並圖示於圖3。
比較例1
除了以390℃的加熱溫度執行加熱製程以外，與實施例1相同地製備了多個熱增強真空玻璃樣品。測定了製成的各樣品的熱增強真空玻璃樣品的表面壓縮應力。
比較例2
除了以500℃的加熱溫度執行加熱製程以外，與實施例1相同地製備了多個熱增強真空玻璃樣品。測定了製成的各樣品的熱增強真空玻璃樣品的表面壓縮應力。
在以下表1記載了，針對在實施例1、實施例2、比較例1及比較例2中製成的各熱增強真空玻璃樣品測定的表面壓縮應力的值中熱增強真空玻璃的表面壓縮應力的最小值及最大值，並計算按各實施例1、實施例2、比較例1及比較例2的樣品測定的熱增強真空玻璃的表面壓縮應力的平均值。
由圖3的結果得知，圖4是，就在實施例1及實施例2中製成的各熱增強真空玻璃的樣品而言，以%單位計算對於所使用的板玻璃表面壓縮應力的真空玻璃的表面壓縮應力的程度，並計算為表面壓縮應力殘餘率(%)之後圖示的曲線圖。
由圖3的實施例1的結果可知，熱增強真空玻璃的表面壓縮應力比加熱製程前的板玻璃100的表面壓縮應力減少，但是熱增強真空玻璃樣品的平均表面壓縮應力測定為40Mpa，整體上在真空玻璃的表面壓縮應力所需的20Mpa~55Mpa範圍內。
由圖3的實施例2的結果可知，熱增強真空玻璃的表面壓縮應力比加熱製程前的板玻璃100的表面壓縮應力減小，但是 熱增強真空玻璃樣品的平均表面壓縮應力測定為34Mpa，整體上在真空玻璃的表面壓縮應力所需的20Mpa~55Mpa範圍內。
相反，在比較例1、比較例2中，將加熱溫度分別設為390℃、500℃並加熱40分鐘，其結果，真空玻璃的平均表面壓縮應力分別測定為75Mpa、6Mpa，由此可知不能滿足所需的範圍。
比較例2是，密封材的熔點達到500℃之後，即使將加熱製程的溫度以最大限度地調低也不能使該溫度低於500℃的情況下，用於瞭解熱增強真空玻璃的表面壓縮應力，即可以理解為以上表2的比較例2的結果表示在500℃中執行加熱製程時熱增強真空玻璃的表面壓縮應力。
就加熱製程而言，以下表2為將圖4的實驗結果整理為數值的表。參照圖4及表2，進行以下說明。
如實施例1、實施例2所述，在440℃、460℃下加熱40分鐘板玻璃100的結果，測定出了板玻璃100的表面壓縮應力的殘餘率滿足25%以上且60%以下的範圍的相當良好的結果。
以上，參照附圖，對本發明的實施例進行說明，但是本發明不限定於上述實施例，能夠以相互不同的多種形態製備，本發明所屬技術領域的普通技術人員應當理解，在不變更本發明的技術性思想或者必需的特徵也能夠以其他的具體實施方式來實施。因此，應理解為以上說明的實施例在所有方面僅是示 例性的，而不是限定性的。
100‧‧‧板玻璃
200‧‧‧密封材
300‧‧‧間隔物
圖1是根據本發明的熱增強真空玻璃的剖視圖。
圖2是根據本發明的熱增強真空玻璃的俯視圖。
圖3是表示測定根據本發明的熱增強真空玻璃的表面壓縮應力的試驗結果的圖。
圖4是表示測定根據本發明的加熱製程前後的板玻璃表面壓縮應力的殘餘率的試驗結果的圖。
100‧‧‧板玻璃
200‧‧‧密封材
300‧‧‧間隔物

Claims (11)

  1. 一種熱增強真空玻璃，包括：複數個板玻璃，分隔規定間距而配置，複數個間隔物，介於上述板玻璃之間，用於維持上述板玻璃的間距，密封材，其沿著上述板玻璃的邊緣進行配置，用於密封黏結上述板玻璃；上述板玻璃的密封黏結後的表面壓縮應力為20Mpa~55Mpa。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的熱增強真空玻璃，其中上述密封材是熔融溫度為440℃~460℃的低熔點玻璃。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的熱增強真空玻璃，其中上述密封材不包含鉛(Pb)成分。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的熱增強真空玻璃，其中上述密封材是包含Bi2O370.0重量%~80.0重量%、SiO25.0重量%以下、B2O35.0重量%~15.0重量%、Al2O35.0重量%以下、ZnO+BaO10.0重量%~15.0重量%及色素5.0重量%以下的玻璃組合物。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的熱增強真空玻璃，其中上述板玻璃是密封黏結前的表面壓縮應力為40Mpa~160Mpa的熱強化板玻璃。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的熱增強真空玻璃，其中上述板玻璃的密封黏結後的表面壓縮應力殘餘率為25%~60%。
  7. 一種熱增強真空玻璃的製備方法，包括以下步驟：沿著板玻璃的邊緣塗敷低熔點玻璃的密封材塗敷步驟，在塗敷有上述低熔點玻璃的板玻璃的上部貼合另一板玻 璃的步驟；及為了熔融配置於貼合的板玻璃之間的低熔點玻璃而在440℃~460℃範圍加熱的密封黏結步驟；密封黏結後的表面壓縮應力為20Mpa~55Mpa。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的熱增強真空玻璃的製備方法，其中在上述密封材塗敷步驟中，塗敷作為密封材不包含鉛成分的低熔點玻璃。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的熱增強真空玻璃的製備方法，其中在上述密封材塗敷步驟中，作為密封材利用由Bi2O370.0重量%~80.0重量%、SiO25.0重量%以下、B2O35.0重量%~15.0重量%、Al2O35.0重量%以下、ZnO+BaO10.0重量%~15.0重量%、色素5.0重量%以下的組分組成的玻璃粉末。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的熱增強真空玻璃的製備方法，其中上述板玻璃為密封黏結前的表面壓縮應力為40Mpa~160Mpa的熱強化板玻璃。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的熱增強真空玻璃的製備方法，其中上述板玻璃的密封黏結後的表面壓縮應力殘餘率為25%~60%。
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