建筑裝飾用微晶玻璃“十三五”發(fā)展?fàn)顩r

魏娜娜

（建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所 北京 100024）

0 引言

微晶玻璃的生產(chǎn)最早開(kāi)始于1957年，由美國(guó)康寧公司的S.D.Stookey成功研制出商品光敏微晶玻璃并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，從此開(kāi)啟了微晶玻璃的研究和發(fā)展，到如今已經(jīng)有約70年的歷程。微晶玻璃是將特定組成的基礎(chǔ)玻璃，在加熱過(guò)程中通過(guò)控制晶化而制得的一類(lèi)含有大量微晶相的玻璃固體材料，具有較好的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性、耐久性和表面光潔度等特點(diǎn)，已在各個(gè)領(lǐng)域得到普遍的應(yīng)用，主要應(yīng)用于建筑裝飾、工業(yè)和生活家電三個(gè)大領(lǐng)域，此外還應(yīng)用于航空航天、電子工業(yè)和生物醫(yī)療等?！笆濉逼陂g是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要轉(zhuǎn)折期，國(guó)民經(jīng)濟(jì)將從高速發(fā)展轉(zhuǎn)向中高速的新常態(tài)發(fā)展，綠色建材已成為本世紀(jì)建材工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，微晶玻璃在20世紀(jì)已經(jīng)定為戰(zhàn)略新型材料之一，“十三五”期間微晶玻璃更是經(jīng)歷了重要的發(fā)展時(shí)期，專(zhuān)利技術(shù)研究創(chuàng)新數(shù)量增加，實(shí)現(xiàn)浮法工藝生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)修訂完成并發(fā)布實(shí)施。

1 微晶玻璃的特點(diǎn)

“十三五”時(shí)期，微晶玻璃在建筑裝飾領(lǐng)域已經(jīng)部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的陶瓷和天然石材。眾所周知，陶瓷行業(yè)具有資源消耗能耗高、高排污的行業(yè)特征，環(huán)境污染嚴(yán)重，并且優(yōu)質(zhì)陶土原料是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)陶瓷的必要條件，陶瓷所用原料是不可再生資源，目前我國(guó)優(yōu)質(zhì)陶土存量已大幅度減少，并且長(zhǎng)期以來(lái)陶瓷行業(yè)一直是粗放型發(fā)展。天然石材屬于不可再生資源，粗放式過(guò)度開(kāi)采污染并破壞環(huán)境，國(guó)家對(duì)天然石材的開(kāi)采日趨嚴(yán)格。因此，陶瓷和天然石材作為傳統(tǒng)裝飾材料，其發(fā)展過(guò)程面臨諸多問(wèn)題，而微晶玻璃屬于新型建筑材料，具有比陶瓷和天然石材更優(yōu)越的性能特點(diǎn)［1］，見(jiàn)表1。

表1 微晶玻璃與陶瓷、石材主要性能對(duì)比

從表1中可以看出，建筑微晶玻璃在材料尺寸穩(wěn)定性（熱脹系數(shù)等的影響）、耐磨性（硬度影響）、抗凍性、光澤度的持久性（耐酸耐堿影響）、強(qiáng)度（抗彎、抗沖擊）等方面均優(yōu)于陶瓷和花崗巖。

2 國(guó)內(nèi)外微晶玻璃專(zhuān)利技術(shù)分析

微晶玻璃專(zhuān)利申請(qǐng)主要國(guó)家有中國(guó)、日本、美國(guó)、歐洲各國(guó)，專(zhuān)利申請(qǐng)主要的公司有美國(guó)康寧股份有限公司、德國(guó)肖特公司、法國(guó)法國(guó)圣戈班玻璃廠、日本株式會(huì)社小原等，其中，肖特公司對(duì)微晶玻璃領(lǐng)域的研究投入非常大，其技術(shù)也處于國(guó)際領(lǐng)先水平?！笆濉睍r(shí)期中國(guó)微晶玻璃專(zhuān)利申請(qǐng)達(dá)到全球總量的一半，微晶玻璃技術(shù)達(dá)到史前最高速發(fā)展水平。

截止到2018年，各國(guó)微晶玻璃專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量見(jiàn)表2［2］。

表2 主要國(guó)家的微晶玻璃專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量 件

從微晶玻璃專(zhuān)利權(quán)人角度分析，國(guó)外主要專(zhuān)利權(quán)人有德國(guó)肖特、美國(guó)康寧、日本京瓷、法國(guó)尤羅科拉、日本電氣硝子、日本旭硝子等，其中德國(guó)肖特近五年來(lái)申請(qǐng)數(shù)量最多為2338件。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)微晶玻璃技術(shù)研發(fā)迅猛發(fā)展，專(zhuān)利專(zhuān)利權(quán)人和數(shù)量均出現(xiàn)較大幅度增長(zhǎng)，其中寧波大學(xué)已經(jīng)名列全球前五名，截至2020年12月，微晶玻璃專(zhuān)利專(zhuān)利權(quán)人和數(shù)量見(jiàn)表3。

表3 國(guó)內(nèi)微晶玻璃專(zhuān)利主要專(zhuān)利權(quán)人和申請(qǐng)數(shù)量

從微晶玻璃技術(shù)發(fā)展方向分析，隨著各國(guó)對(duì)微晶玻璃技術(shù)研究的不斷深入和提高，技術(shù)研究的重點(diǎn)方向日需突出［2］，近年來(lái)微晶玻璃主要技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)見(jiàn)表4。

表4 微晶玻璃重點(diǎn)研發(fā)方向列舉

3 “十三五”建筑裝飾用微晶玻璃兩大重要發(fā)展事件

“十三五”時(shí)期，建筑裝飾用微晶玻璃有兩大重要事件：一是采用浮法工藝生產(chǎn)微晶玻璃，實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的重要突破；二是完成建筑裝飾用微晶玻璃行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的修訂，JC/T 872—2019《建筑裝飾用微晶玻璃》已發(fā)布和實(shí)施。

3.1 微晶玻璃實(shí)現(xiàn)浮法工藝生產(chǎn)

微晶玻璃的制備技術(shù)根據(jù)其所用原料的種類(lèi)、特性及對(duì)產(chǎn)品性能的要求而變化，主要有熔融法、燒結(jié)法、熔膠-凝膠法、二次成形工藝等［3］。眾所周知，浮法工藝是玻璃大生產(chǎn)中最為成熟和先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，如果將浮法工藝用于微晶玻璃的生產(chǎn)，將會(huì)在質(zhì)量和成本方面帶來(lái)突破性進(jìn)展。

2015年1月，河北省沙河玻璃技術(shù)研究院3.0 t/d浮法建筑裝飾CaO-MgO-Al2O3- SiO2微晶玻璃中試生產(chǎn)線點(diǎn)火并成功生產(chǎn)出浮法建筑裝飾微晶玻璃板材，意味著鈣鎂鋁硅浮法建筑裝飾微晶玻璃可正式進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。2016年10月，國(guó)內(nèi)第一條浮法微晶玻璃生產(chǎn)線在江西鼎盛玻璃實(shí)業(yè)有限公司正式投產(chǎn)，這種以浮法工藝生產(chǎn)微晶玻璃的技術(shù)填補(bǔ)了行業(yè)空白，從而微晶玻璃實(shí)現(xiàn)浮法工藝生產(chǎn)［4,5］。其工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 微晶玻璃浮法成形工藝示意圖

相比較壓延法和燒結(jié)法生產(chǎn)工藝，微晶玻璃的浮法生產(chǎn)工藝使得玻璃通過(guò)錫液面浮拋成形，具有產(chǎn)品產(chǎn)量高、質(zhì)量好、玻璃板面寬、生產(chǎn)過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了燒結(jié)法和壓延法成品率低、不能生產(chǎn)厚度3～8 mm的薄型微晶玻璃板材的缺陷。同時(shí)，用浮法工藝生產(chǎn)的微晶玻璃裝飾板材，板面平整度和表面質(zhì)量都有顯著提高，且無(wú)需再進(jìn)行深度磨拋，從而可降低成本30%～50%，節(jié)約能耗。

3.2 JC/T 872《建筑裝飾用微晶玻璃》標(biāo)準(zhǔn)的修訂和新標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實(shí)施

針對(duì)JC/T 872—2019《建筑裝飾用微晶玻璃》［6］與JC/T 872—2000［7］進(jìn)行對(duì)比，對(duì)新舊版本變化的主要技術(shù)內(nèi)容加以闡述。

3.2.1 修改了分類(lèi)方法

JC/T 872—2000舊版本第4章產(chǎn)品分類(lèi)，按照顏色基調(diào)、形狀、表面加工程度、等級(jí)四個(gè)依據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，JC/T 872—2019新版本第4章分類(lèi)按產(chǎn)品的外觀分為A類(lèi)和B類(lèi)。

從新版本“5.1外觀”的要求可以看出，涵蓋了舊版本中顏色、形狀、表面加工程度、等級(jí)四個(gè)方面的內(nèi)容：微晶玻璃生產(chǎn)技術(shù)水平提高，產(chǎn)品顏色日益豐富，無(wú)論哪種顏色的微晶玻璃，只需從色差角度來(lái)要求和判定即可；無(wú)論是正方形、長(zhǎng)方形或是其他異型板材，在外觀質(zhì)量要求一致；表面加工程度和等級(jí)，在新版本“表2外觀”中均給出了具體要求，從中可以看出A類(lèi)和B類(lèi)的要求不同，A類(lèi)比B類(lèi)要求更加嚴(yán)格，實(shí)際上也即是舊版本中按等級(jí)劃分為優(yōu)等品（A）和合格品（B）兩類(lèi)。新版本的分類(lèi)依據(jù)了當(dāng)前微晶玻璃發(fā)展的實(shí)際現(xiàn)狀情況，更直觀、簡(jiǎn)潔，要求嚴(yán)于舊版本。

3.2.2 修改了外觀、光澤度、莫氏硬度、尺寸變偏差的技術(shù)要求

新版本把裂紋、色差、光澤度一并歸入“5.1外觀”中，色差要求“不明顯；仲裁時(shí)色差不大于1.5”，比舊版本色產(chǎn)要求“仲裁時(shí)色差不大于2.0CIELAB色差單位”更加嚴(yán)格。

新版本中光澤度要求“光澤度值符合標(biāo)稱(chēng)值，光澤度差≤10”，而舊版本中光澤度要求“鏡面板材的鏡面光澤度優(yōu)等品不低于85光澤單位，合格品不低于75光澤單位”，微晶玻璃應(yīng)用不同，對(duì)光澤度的要求也不同，因此沒(méi)有必要對(duì)光澤度的具體值進(jìn)行界定，對(duì)于拋光產(chǎn)品只需規(guī)定產(chǎn)品的光澤度值符合標(biāo)稱(chēng)值并且偏差值≤10，即可控制產(chǎn)品的光澤度指標(biāo)。

莫氏硬度在新版本中歸入“5.3性能”中，舊版本莫氏硬度要求“板材硬度為莫氏硬度5～6級(jí)”，新版本莫氏硬度要求“≥5”，因?yàn)殡S著微晶玻璃生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，莫氏硬度也會(huì)得到提高，甚至超過(guò)6級(jí)，莫氏硬度提高更加有利于減小微晶玻璃劃傷。

尺寸偏差是將舊版本中“5.1、5.2、5.3”三個(gè)內(nèi)容在新版本中合并為“5.2”，并且各項(xiàng)指標(biāo)要求較舊版本明顯提高，也體現(xiàn)了現(xiàn)階段我國(guó)微晶玻璃產(chǎn)品在尺寸控制方面精度有了很大提高，要求更加嚴(yán)格。

3.2.3 增加了耐劃痕性、耐磨性、耐污染性、吸水率、線膨脹系數(shù)、彈性模量、泊松比、沖擊韌性、抗菌性、有害物質(zhì)限量的技術(shù)要求

“十三五”期間，隨著微晶玻璃生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，微晶玻璃浮法工藝的突破，微晶玻璃的品種更加豐富，產(chǎn)品性能更加優(yōu)越，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，出現(xiàn)了許多新增性能，以滿足不同需求。JC/T 872—2019新版本最重要的變化是在JC/T 872—2000舊版本基礎(chǔ)上增加了耐劃痕性、耐磨性、耐污染性、吸水率、線膨脹系數(shù)、彈性模量、泊松比、沖擊韌性、抗菌性、有害物質(zhì)限量的技術(shù)要求。尤其是抗菌性能和有害物質(zhì)限量?jī)蓚€(gè)性能，體現(xiàn)了微晶玻璃產(chǎn)品必須滿足環(huán)保和人體健康的要求，見(jiàn)表5。

表5 JC/T 872—2019新版本“表4 產(chǎn)品性能指標(biāo)”內(nèi)容

新版本中“5.4有害物質(zhì)限量”包括“5.4.1重金屬溶出量和放射性”兩個(gè)要求。放射性“應(yīng)符合GB 6566—2010中A類(lèi)裝飾裝修材料的要求”?！耙匀藶楸尽保⒕РＡё鳛榻ㄖb飾用時(shí)，有害物質(zhì)是必須納入的技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)也提高了產(chǎn)品在環(huán)保、人居環(huán)境健康方面的要求。見(jiàn)表6。

表6 JC/T 872—2019新版本“表5重金屬溶出限量”內(nèi)容

3.2.4 修改了耐急冷急熱性、莫氏硬度、耐化學(xué)腐蝕性的試驗(yàn)方法

JC/T 872—2019新版本中對(duì)耐急冷急熱性、莫氏硬度和耐化學(xué)腐蝕性，根據(jù)產(chǎn)品自身特點(diǎn)制定了科學(xué)、可行的試驗(yàn)方法進(jìn)行更新，提高檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語(yǔ)

“十三五”時(shí)期，微晶玻璃經(jīng)歷了前所未有的迅速發(fā)展階段，從工藝技術(shù)、產(chǎn)品創(chuàng)新性和標(biāo)準(zhǔn)等方面都有了重大突破。但是我國(guó)微晶玻璃總體技術(shù)水平與其他材料（如陶瓷、玻璃、石材等）工業(yè)相比存在很大差距，與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比生產(chǎn)技術(shù)水平也存在一定差距，但是差距在逐漸縮小，主要差距表現(xiàn)為：生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、機(jī)械化水平不高；生產(chǎn)過(guò)程能耗高、在線檢測(cè)和過(guò)程控制技術(shù)相對(duì)落后；產(chǎn)品高新技術(shù)應(yīng)用水平較低；成本高、市場(chǎng)面窄等。令人欣慰的是微晶玻璃發(fā)展至今，已經(jīng)占據(jù)了各領(lǐng)域市場(chǎng)份額，標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)得到很大程度完善，專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量逐年增多，這些發(fā)展信息表明我國(guó)微晶玻璃正在以較快速度蓬勃發(fā)展，相信在“十三五”發(fā)展階段推動(dòng)的基礎(chǔ)上，微晶玻璃將會(huì)在“十四五”取得更大進(jìn)步，屆時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量水平進(jìn)一步提高，產(chǎn)品成本逐漸降低，應(yīng)用領(lǐng)域市場(chǎng)進(jìn)一步擴(kuò)大，微晶玻璃整體發(fā)展會(huì)進(jìn)入另一個(gè)較高水平的發(fā)展階段。