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一种高透光高保温气凝胶玻璃及其制备方法
申请号	CN202410036051.3	申请日	2024-01-10	公开(公告)号	CN117823021A	公开(公告)日	2024-04-05
申请人	江苏城乡建设职业学院;			发明人	焦自保; 林改; 李晓波; 刘德喜;
摘要	本发明公开了一种高透光高保温气凝胶玻璃及其制备方法，该高透光气凝胶玻璃由玻璃、橡胶密封条、超强磁条及两玻璃板之间所夹的改性气凝胶颗粒组合而成。气凝胶颗粒预先通过电晕处理以带有电荷，改性的气凝胶颗粒在磁场作用下受洛伦兹力发生定向取向。定向取向的气凝胶颗粒一方面可以减少光线在气凝胶层内的散射，提高光线的透过率；另一方面，气凝胶颗粒的取向方向平行于玻璃，热量的传输方向垂直于玻璃，故气凝胶的取向方向与热量的传输方向相垂直，这种垂直热量传输方向的取向结构可有效阻碍热量的传输，进而有效地阻止热量在气凝胶玻璃中的传导。因此，通过本发明做制备的气凝胶玻璃展现出较高的可见光透过率及良好的保温隔热性能。
权利要求	1.一种高透光高保温气凝胶玻璃，其特征在于，包括间隔设置的两个玻璃(1)，两个玻璃(1)之间设有橡胶密封条(2)，使得橡胶密封条(2)及两个玻璃(1)之间形成密闭的中空腔(3)，中空腔(3)内填充有改性气凝胶颗粒(4)，中空腔(3)的一侧设置有第一磁条(5)，另一侧设置有第二磁条(6)，第一磁条(5)靠近气凝胶颗粒(4)的一端为N极，第二磁条(6)靠近气凝胶颗粒(4)的一端为S极；所述改性气凝胶颗粒是气凝胶颗粒表面进行电晕处理。 2.根据权利要求1所述的高透光高保温气凝胶玻璃，其特征在于，所述玻璃为普通玻璃、钢化玻璃、半钢化玻璃、Low‑e玻璃、镀膜玻璃或变色玻璃中的一种，玻璃设置形式为平板设置。 3.根据权利要求1所述的高透光高保温气凝胶玻璃，其特征在于，所述磁条为超强磁条；超强磁条的磁场强度为30特斯拉。 4.根据权利要求1所述的高透光高保温气凝胶玻璃，其特征在于，气凝胶颗粒是直径为 0.5mm的透明SiO2气凝胶颗粒。 5.根据权利要求1所述的高透光高保温气凝胶玻璃，其特征在于，气凝胶颗粒表面电晕处理条件为：电压为10000‑20000V，处理时间为30‑60s。 6.根据权利要求1‑5任一项所述高透光高保温气凝胶玻璃的制备方法，其特征在于，气凝胶玻璃的制备方法包括以下步骤：步骤一，将磁条与橡胶密封条粘接在一起，其中一根磁条将N极与密封条粘接，另一根S极与密封条粘接；步骤二，将粘接好的超强磁条向内，另将两平行玻璃使用橡胶密封条辅助相应的密封胶合在一起进行密封，以形成密封的中空玻璃；步骤三，对密封后的中空玻璃进行抽真空至负压状态，抽至气压为0.5‑0.7个大气压；步骤四，在真空作用下将已电晕处理好的气凝胶颗灌注至中空层内，即制得高透光高保温的气凝胶玻璃。
说明书全文	一种高透光高保温气凝胶玻璃及其制备方法技术领域 [0001] 本发明具体涉及一种高透光高保温气凝胶玻璃及其制备方法，属于节能保温玻璃领域。背景技术 [0002] 近年来，建筑业在我国取得了巨大的进步。建筑节能已经成为一个不能忽视的问题，这其中节能玻璃成为一个重要的研究热点。传统玻璃的传热系数较大，导致建筑围护结构耗能占据了整体建筑耗能的40％，这其中主要的原因是因为玻璃的导热系数大所导致的。气凝胶材料因其密度小、导热系数第、孔隙率高和隔音效果好等优点，将其填充在中空玻璃的空隙可有效提高玻璃的隔音和隔热效果。制备成的气凝胶玻璃具有极低的传热系数，能够有效地阻止室内外的热量传递，保持室内温度的稳定。这有助于减少建筑物的能耗，提高建筑的保温性能。 [0003] 对于气凝胶玻璃的研究目前主要有两个方面：(1)如何进一步提高气凝胶玻璃的隔热性能，减少热量传递，提高建筑物的保温性能；(2)气凝胶填充至玻璃的中空结构内，一般以杂乱无章的形式的存在，使得进入的可见光产生辐射扩散，导致其允许可见光辐射进入，但不允许所有的可见光辐射透过，从而呈现透光但不透明的状态，这使得气凝胶玻璃的适配建筑应用领域大大受限。因此如何进一步优化气凝胶玻璃的光学性能，提高其透光性和避免眩光现象，是研究人员需要关注的另一个问题。 [0004] 本发明的电晕处理利用高频率高电压在被处理的材料表面进行电晕放电，产生低温等离子体对材料表面进行改性处理。与此同时，大电流作用在材料表面后，会将大量的多余电荷残留在材料的表面从而使材料显电性。对气凝胶颗粒进行电晕处理使其表面显电性，然后再填充到带磁场的中空玻璃内以制备成气凝胶玻璃。在磁场作用下，改性的气凝胶颗粒会受洛伦兹力产生定向的取向，从而减少光线的散射现象，提高可见光的透过率。与此同时，气凝胶颗粒在定向取向后，取向方向平行于玻璃，而热量的传输方向垂直于玻璃，故气凝胶的取向方向与热量的传输方向相垂直，可有效阻碍热量的传输，从而进一步提高气凝胶玻璃的保温节能效果。按照本发明制备的气凝胶玻璃，在透光率和保温性能上比普通的气凝胶玻璃都有了很大的提高。发明内容 [0005] 本发明公开了一种高透光高保温气凝胶玻璃及其制备方法，该高透光高保温气凝胶玻璃由玻璃、橡胶密封条、超强磁条及两玻璃板之间所夹的改性气凝胶颗粒组合而成。气凝胶颗粒预先通过电晕处理以带有电荷，改性的气凝胶颗粒在磁场作用下受洛伦兹力发生定向取向。定向取向的气凝胶颗粒一方面可以减少光线在气凝胶层内的散射，提高光线的透过率；另一方面，气凝胶颗粒的取向方向平行于玻璃，而热量的传输方向垂直于玻璃，故气凝胶的取向方向与热量的传输方向相垂直，这种垂直热量传输方向的取向结构可有效阻碍热量的传输，进而有效地阻止热量在气凝胶玻璃中的传导。因此，通过本发明做制备的气凝胶玻璃展现出较高的可见光透过率及良好的保温隔热性能。相比于传统玻璃，能够有效地阻止室内外的热量传递，保持室内温度的稳定，节能效果大大提高。按照本发明制备的气凝胶玻璃，在透光率和保温性能上比普通的气凝胶玻璃都有了很大的提高。 [0006] 为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为： [0007] 高透光高保温气凝胶玻璃，包括间隔设置的两个玻璃1，两个玻璃1之间设有橡胶密封条2，使得橡胶密封条2及两个玻璃1之间形成密闭的中空腔3，中空腔3内填充有气凝胶颗粒4，中空腔3的一侧设有第一磁条5，另一侧设置有第二磁条6，第一磁条5靠近气凝胶颗粒4的一端为N极，第二磁条6靠近气凝胶颗粒4的一端为S极。 [0008] 所述玻璃为普通玻璃、钢化玻璃、半钢化玻璃、Low‑e玻璃、镀膜玻璃或变色玻璃中的一种，玻璃的形式为平板玻璃。 [0009] 所述的气凝胶颗粒的表面改性方式为电晕处理，电晕处理的电压为10000‑20000V，处理时间为30‑60s。 [0010] 所述的气凝胶颗粒是指中凝科技公司AG‑DP02型号直径为0.5mm的透明SiO2气凝胶颗粒。 [0011] 所述的超强磁条的磁场强度为30特斯拉。 [0012] 所述的气凝胶玻璃的制备包括以下步骤： [0013] 步骤一，将超强磁条与橡胶密封条粘接在一起，其中一根磁条将N极与密封条粘接，另一根S极与密封条粘接； [0014] 步骤二，将粘接好的超强磁条向内，另将两平行玻璃使用橡胶密封条辅助相应的密封胶合在一起进行密封，以形成密封的中空玻璃；如第一磁条5靠近中空腔3的一端为N极，第二磁条6靠近中空腔3的一端为S极； [0015] 步骤三，对密封后的中空玻璃进行抽真空至负压状态，抽至气压为0.5‑0.7个大气压； [0016] 步骤四，在真空作用下将已电晕处理好的气凝胶颗灌注至中空层内，即制得高透光高保温的气凝胶玻璃。 [0017] 与现有技术相比，本发明的优异效果为： [0018] 本发明中制备的高透光高保温气凝胶玻璃，首先对气凝胶颗粒进行电晕处理使其表面显电性，然后再填充到玻璃的中空空隙之内制备成气凝胶玻璃。带电荷的气凝胶颗粒受洛伦兹力发生定向取向，一方面可以减少光线在气凝胶层内的散射，提高光线的透过率；另一方面，气凝胶颗粒的取向方向平行于玻璃，而热量的传输方向垂直于玻璃，故气凝胶的取向方向与热量的传输方向相垂直，这种垂直热量传输方向的取向结构可有效阻碍热量的传输，进而有效地阻止热量在气凝胶玻璃中的传导。因此，通过本发明做制备的气凝胶玻璃展现出较高的可见光透过率及良好的保温隔热性能。按照本发明制备的气凝胶玻璃，在透光率和保温性能上比普通的气凝胶玻璃都有了很大的提高。附图说明 [0019] 图1为实施例1高透光高保温气凝胶玻璃的结构图； [0020] 图2为实施例2气凝胶玻璃的结构图； [0021] 图3为实施例1高透光高保温气凝胶玻璃的截面图。具体实施方式 [0022] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行下一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0023] 图3为实施例1高透光高保温气凝胶玻璃的截面图； [0024] 图中标记为：玻璃1、橡胶密封条2、中空腔3、改性气凝胶颗粒4、第一磁条5、第二磁条6。第一磁条5靠近改性气凝胶颗粒4的一端为N极，第二磁条6靠近改性气凝胶颗粒4的一端为S极。 [0025] 高透光高保温气凝胶玻璃结构为：间隔设置的两个玻璃1，两个玻璃1之间设有橡胶密封条2，使得橡胶密封条2及两个玻璃1之间形成密闭的中空腔3，中空腔3内填充有气凝胶颗粒4，中空腔3的一侧设有第一磁条5，另一侧设置有第二磁条6，第一磁条5靠近气凝胶颗粒4的一端为N极，第二磁条6靠近气凝胶颗粒4的一端为S极。 [0026] 实施例1 [0027] 一种高透光高保温气凝胶玻璃制备方法由以下步骤： [0028] 1)将购买的中凝科技公司AG‑DP02型号直径为0.5mm的透明SiO2气凝胶颗粒进行电晕处理，电压为设置为10000V，处理时间为30s，处理后备用； [0029] 2)将购买的磁场强度为30特斯拉的超强磁条与橡胶密封条粘接在一起，其中一根磁条将N极与密封条粘接，另一根S极与密封条粘接； [0030] 3)将粘接好的超强磁条向内，另将两片厚度为6mm平板钢化玻璃使用橡胶密封条辅助相应的密封胶合在一起进行密封，以形成密封的中空尺寸为12mm的中空玻璃； [0031] 4)对密封后的中空玻璃进行抽真空至负压状态，抽至气压为0.5个大气压； [0032] 5)在真空作用下将已电晕处理好的气凝胶颗灌注至中空层内，即制得高透光高保温的气凝胶玻璃，制备好的气凝胶玻璃如图1所示。 [0033] 按照以上步骤重复制作3块不同的气凝胶玻璃，用于导热系数及可见光透射比测试。按照建材行业标准《气凝胶中空玻璃》JC/T 2669‑2022进行测试，其中可见光透射比按照GB/T 2680进行可见光透射比测试，测试3块取平均值为64.5％。按照GB/T 22476进行导2 热系数测试，测试3块，取平均值为0.65W/(m·K)。此高透光气凝胶玻璃展现出较高的透光率和较低的导热系数，相比于普通的气凝胶玻璃在透光率和保温性能上都有了很大的提升，将此气凝胶玻璃应用于建筑领域可减少空调的开放，提高玻璃的隔热性能，减少热量传递，提高保温性能，降低建筑物的能耗和运营成本。同时由于具有较高的可见光透过率，可以确保室内具有良好的采光效果，提供舒适的室内环境。 [0034] 实施例2 [0035] 一种高透光高保温气凝胶玻璃制备方法由以下步骤： [0036] 1)将购买的中凝科技公司AG‑DP02型号直径为0.5mm的透明SiO2气凝胶颗粒进行电晕处理，电压为设置为20000V，处理时间为60s，处理后备用； [0037] 2)将购买的磁场强度为30特斯拉的超强磁条与橡胶密封条粘接在一起，其中一根磁条将N极与密封条粘接，另一根S极与密封条粘接； [0038] 3)将粘接好的超强磁条向内，另将两片厚度为6mm平板钢化玻璃使用橡胶密封条辅助相应的密封胶合在一起进行密封，以形成密封的中空尺寸为12mm的中空玻璃； [0039] 4)对密封后的中空玻璃进行抽真空至负压状态，抽至气压为0.7个大气压； [0040] 5)在真空作用下将已电晕处理好的气凝胶颗灌注至中空层内，即制得高透光的气凝胶玻璃。 [0041] 按照以上步骤重复制作3块不同的气凝胶玻璃，用于导热系数及可见光透射比测试。按照建材行业标准《气凝胶中空玻璃》JC/T 2669‑2022进行测试，其中可见光透射比按照GB/T 2680进行可见光透射比测试，测试3块取平均值为66.3％。按照GB/T 22476进行导2 热系数测试，测试3块，取平均值为0.69W/(m·K)。此高透光气凝胶玻璃展现出较高的透光率和较低的导热系数，相比于普通的气凝胶玻璃在透光率和保温性能上都有了很大的提升，将此气凝胶玻璃应用于建筑领域可减少空调的开放，提高玻璃的隔热性能，减少热量传递，提高保温性能，降低建筑物的能耗和运营成本。同时由于具有较高的可见光透过率，可以确保室内具有良好的采光效果，提供舒适的室内环境。 [0042] 对比实施例1 [0043] 此对比实施例与实施例1的区别为：气凝胶颗粒未经过电晕改性处理。 [0044] 制备方法包括以下步骤： [0045] 1)将购买的磁场强度为30特斯拉的超强磁条与橡胶密封条粘接在一起，其中一根磁条将N极与密封条粘接，另一根S极与密封条粘接； [0046] 2)将粘接好的超强磁条向内，另将两片厚度为6mm平板钢化玻璃使用橡胶密封条辅助相应的密封胶合在一起进行密封，以形成密封的中空尺寸为12mm的中空玻璃； [0047] 3)对密封后的中空玻璃进行抽真空至负压状态，抽至气压为0.5个大气压； [0048] 4)将购买的中凝科技公司AG‑DP02型号直径为0.5mm的透明SiO2气凝胶颗粒采用真空灌注的方式填充至中空层内，仅制得一种普通的填充型气凝胶玻璃，如图2所示。 [0049] 按照以上步骤重复制作3块不同的气凝胶玻璃，用于导热系数及可见光透射比测试。按照建材行业标准《气凝胶中空玻璃》JC/T 2669‑2022进行测试，其中可见光透射比按照GB/T 2680进行可见光透射比测试，测试3块取平均值仅为39.6％。按照GB/T 22476进行2 导热系数测试，测试3块，取平均值为1.21W/(m·K)。此普通的填充型气凝胶玻璃由于内部的气凝胶颗粒未经过电晕处理，不带有电荷，故在磁场作用下不能产生定向取向，气凝胶颗粒在两平行玻璃之间以杂乱无章的形式存在，故仅展现出较低的可见光透光率。与此同时导热系数较高，从而导致保温性能一般。 [0050] 对比实施例2 [0051] 此对比实施例与实施例1的区别为不填充气凝胶颗粒，仅制备一种中空玻璃。 [0052] 一种中空玻璃制备方法包括以下步骤： [0053] 1)将购买的磁场强度为30特斯拉的超强磁条与橡胶密封条粘接在一起，其中一根磁条将N极与密封条粘接，另一根S极与密封条粘接； [0054] 2)将粘接好的超强磁条向内，另将两片厚度为6mm平板钢化玻璃使用橡胶密封条辅助相应的密封胶合在一起进行密封，以形成密封的中空尺寸为12mm的中空玻璃。 [0055] 按照以上步骤重复制作3块不同的中空玻璃，用于导热系数及可见光透射比测试。可见光透射比按照GB/T 2680进行可见光透射比测试，测试3块取平均值为73.5％。按照GB/ 2 T 22476进行导热系数测试，测试3块，取平均值为2.65W/(m·K)。此中空玻璃虽然展现出较高的透光率，但是其导热系数却非常高，夏天天气热的时候外部的热量可以很快传递到室内，冬天室内开空调产生的热量也能很快地传递到室外，保温节能效果大大降低。 [0056] 对比实施例3 [0057] 此对比实施例与实施例1的区别为填充的气凝胶颗粒粒径大小不同，由0.5mm降低为0.3mm，研究气凝胶的粒径大小对结果的影响，制备方法有以下步骤： [0058] 1)将购买的中凝科技公司AG‑DP02型号直径为0.3mm的透明SiO2气凝胶颗粒进行电晕处理，电压为设置为10000V，处理时间为30s，处理后备用； [0059] 2)将购买的磁场强度为30特斯拉的超强磁条与橡胶密封条粘接在一起，其中一根磁条将N极与密封条粘接，另一根S极与密封条粘接； [0060] 3)将粘接好的超强磁条向内，另将两片厚度为6mm平板钢化玻璃使用橡胶密封条辅助相应的密封胶合在一起进行密封，以形成密封的中空尺寸为12mm的中空玻璃； [0061] 4)对密封后的中空玻璃进行抽真空至负压状态，抽至气压为0.5个大气压； [0062] 5)在真空作用下将已电晕处理好的气凝胶颗灌注至中空层内，即制得一种气凝胶玻璃。 [0063] 按照以上步骤重复制作3块不同的气凝胶玻璃，用于导热系数及可见光透射比测试。按照建材行业标准《气凝胶中空玻璃》JC/T 2669‑2022进行测试，其中可见光透射比按照GB/T 2680进行可见光透射比测试，测试3块取平均值为58.4％。按照GB/T 22476进行导2 热系数测试，测试3块，取平均值为0.61W/(m·K)。由实验结果可知，气凝胶颗粒的粒径由 0.5mm下降为0.3mm，可见光透过率产生了明显的下降，而导热系数下降并不大。这是因为随着气凝胶颗粒粒径的降低，填充更加紧密，颗粒之间的空隙减少，从而减少了可见光透过，进而导致采光效果变差。由于导热系数降低不大，故对保温性能提高不大，因此气凝胶颗粒直径为0.5mm是优选的结果。 [0064] 对比实施例4 [0065] 此对比实施例与实施例1的区别为填充的气凝胶颗粒粒径大小不同，由0.5mm提高至1.0mm，研究气凝胶的粒径大小对结果的影响，制备方法包括以下步骤： [0066] 1)将购买的中凝科技公司AG‑DP02型号直径为1.0mm的透明SiO2气凝胶颗粒进行电晕处理，电压为设置为10000V，处理时间为30s，处理后备用； [0067] 2)将购买的磁场强度为30特斯拉的超强磁条与橡胶密封条粘接在一起，其中一根磁条将N极与密封条粘接，另一根S极与密封条粘接； [0068] 3)将粘接好的超强磁条向内，另将两片厚度为6mm平板钢化玻璃使用橡胶密封条辅助相应的密封胶合在一起进行密封，以形成密封的中空尺寸为12mm的中空玻璃； [0069] 4)对密封后的中空玻璃进行抽真空至负压状态，抽至气压为0.5个大气压； [0070] 5)在真空作用下将已电晕处理好的气凝胶颗灌注至中空层内，即制得一种气凝胶玻璃。 [0071] 按照以上步骤重复制作3块不同的气凝胶玻璃，用于导热系数及可见光透射比测试。按照建材行业标准《气凝胶中空玻璃》JC/T 2669‑2022进行测试，其中可见光透射比按照GB/T 2680进行可见光透射比测试，测试3块取平均值为68.2％。按照GB/T 22476进行导2 热系数测试，测试3块，取平均值为1.02W/(m·K)。由实验结果可知，气凝胶颗粒的粒径由 0.5mm提高为1.0mm，可见光透过率有了略微的提升，但导热系数却增大很多。这是因为随着气凝胶颗粒粒径的提高，颗粒之间的空隙明显增多，从而增加了可见光透过，虽然对采光效果有一定的改善，但效果不大。值得注意的是随着空隙的增多，导热系数明显增高，因此对保温性能影响较大，因此气凝胶颗粒直径为0.5mm是优选的结果。 [0072] 对比实施例5 [0073] 此对比实施例与实施例1的区别为将磁场强度为30特斯拉的超强磁条更换为普通磁条(磁场强度0.2特斯拉)，制备方法包括以下步骤： [0074] 1)将购买的中凝科技公司AG‑DP02型号直径为0.5mm的透明SiO2气凝胶颗粒进行电晕处理，电压为设置为10000V，处理时间为30s，处理后备用； [0075] 2)将购买的磁场强度为0.2特斯拉的普通磁条与橡胶密封条粘接在一起，其中一根磁条将N极与密封条粘接，另一根S极与密封条粘接； [0076] 3)将粘接好的普通磁条向内，另将两片厚度为6mm平板钢化玻璃使用橡胶密封条辅助相应的密封胶合在一起进行密封，以形成密封的中空尺寸为12mm的中空玻璃； [0077] 4)对密封后的中空玻璃进行抽真空至负压状态，抽至气压为0.5个大气压； [0078] 5)在真空作用下将已电晕处理好的气凝胶颗灌注至中空层内，即制得一种气凝胶玻璃。 [0079] 按照以上步骤重复制作3块不同的气凝胶玻璃，用于导热系数及可见光透射比测试。按照建材行业标准《气凝胶中空玻璃》JC/T 2669‑2022进行测试，其中可见光透射比按照GB/T 2680进行可见光透射比测试，测试3块取平均值为41.5％。按照GB/T 22476进行导2 热系数测试，测试3块，取平均值为1.15W/(m·K)。此气凝胶玻璃由于磁条为普通磁条，气凝胶颗粒在较弱的磁场强度下不能发生定向取向，在两平行玻璃之间基本以杂乱无章的形式存在，故仅展现出较低的可见光透光率。与此同时导热系数较高，从而导致保温性能也一般，与传统的气凝胶玻璃相差不大。