一、玻璃基礎知識
1.1 玻璃的概念
1.1.1 玻璃的概念
玻璃，英文名稱Glass，在中國古代亦稱琉璃，日語漢字以硝子代表。是一種較為透明的固體物質，在熔融時形成連續(xù)網絡結構，冷卻過程中粘度逐漸增大并硬化而不結晶的硅酸鹽類非金屬材料。普通玻璃化學氧化物的組成為Na2O•CaO•6SiO2，主要成份是二氧化硅。
玻璃在日常環(huán)境中呈化學惰性，亦不會與生物起作用，因此用途非常廣泛。玻璃一般不溶于酸(例外：氫氟酸與玻璃反應生成SiF4，從而導致玻璃的腐蝕)，但溶于強堿，例如氫氧化銫。制造工藝是將各種配比好的原料經過融化，迅速冷卻，各分子因為沒有足夠時間形成晶體而形成玻璃。玻璃在常溫下是固體，它是一種易碎的東西，摩氏硬度6.5。
1.1.2 玻璃的歷史
玻璃最初由火山噴出的酸性巖凝固而得。公元前3700年前， 古埃及人已經能制造出玻璃裝飾品和簡單的玻璃器皿。當時只有有色玻璃。公元前1000 年前，中國制造出無色玻璃
公元12世紀，出現了用于交換的商品玻璃，并開始成為工業(yè)材料。18世紀，為適應研制望遠鏡的需要，制出光學玻璃。1873年，比利時率先制造出平板玻璃。1906年，美國研制出平板玻璃引上機。1959年英國皮爾金頓玻璃公司向世界宣告平板玻璃的浮法成型工藝研制成功，這是對原來的有槽引上成型工藝的一次革命。此后，隨著玻璃生產的工業(yè)化和規(guī)模化，各種用途和各種性能的玻璃相繼問世�，F代，玻璃已成為日常生活、生產和科學技術領域的重要材料之一。
1.2 玻璃的原料構成
玻璃原料比較復雜，按其作用可分為主要原料與輔助原料。主要原料構成玻璃的主體并確定玻璃的主要物理化學性質，輔助原料賦予玻璃特殊性質和給生產工藝帶來方便。
1.2.1 玻璃的主要原料
1、硅砂或硼砂。硅砂或硼砂引入玻璃的主要成分是氧化硅或氧化硼，它們在燃燒中能單獨熔融成玻璃主體，決定了玻璃的主要性質，相應地稱為硅酸鹽玻璃或硼酸鹽玻璃。
2、純堿或芒硝。純堿和芒硝引入玻璃的主要成分是氧化鈉，它們在煅燒中能與硅砂等酸性氧化物形成易熔的復鹽，起了助熔作用，使玻璃易于成型。但如含量過多，將使玻璃熱膨脹率增大，抗拉度下降。
3、石灰石、白云石、長石等。石灰石引入玻璃的主要成分是氧化鈣，增強玻璃化學穩(wěn)定性和機械強度，但含量過多使玻璃析晶和降低耐熱性。白云石作為引入氧化鎂的原料，能提高玻璃的透明度、減少熱膨脹及提高耐水性。長石作為引入氧化鋁的原料，它可以控制熔化溫度，同時也可提高耐久性。此外，長石還可提供氧化鉀成分，提高玻璃的熱膨脹性能。
4、碎玻璃。一般來說，制造玻璃時不是全部用新原料，而是摻入15%——30%的碎玻璃，以降低玻璃熔化溫度。
1.2.2 玻璃的輔助原料
1、脫色劑。原料中的雜質如鐵的氧化物會給玻璃帶來色澤，常用純堿、碳酸鈉、氧化鈷、氧化鎳等作脫色劑，它們在玻璃中呈現與原來顏色的補色，使玻璃變成無色。此外，還有與著色雜質能形成淺色化合物的減色劑，如碳酸鈉能與氧化鐵氧化成二氧化二鐵，使玻璃由綠色變黃色。
2、著色劑。某些金屬氧化物能直接溶于玻璃溶液中使玻璃著色。如氧化鐵使玻璃呈現黃色或綠色，氧化錳能呈現紫色，氧化鈷能呈現藍色，氧化鎳能呈現棕色，氧化銅和氧化鉻能呈現綠色等。
3、澄清劑。澄清劑能降低玻璃熔液的粘度，使化學反應所產生的氣泡，易于逸出而澄清。常用的澄清劑有白砒、硫酸鈉、硝酸鈉、銨鹽、二氧化錳等。
4、乳濁劑。乳濁劑能使玻璃變成乳白色半透明體。常用乳濁劑有冰晶石、氟硅酸鈉、磷化錫等。它們能形成0.1——1.0μm的顆粒，懸浮于玻璃中，使玻璃乳濁化。
1.3 玻璃的生產工藝及生產流程
1.3.1 玻璃的生產工藝
1、原料預加工。將塊狀原料(石英砂、純堿、石灰石、長石等)粉碎，使潮濕原料干燥，將含鐵原料進行除鐵處理，以保證玻璃質量。
2、配合料制備。根據產品的不同，配合料的組成略有區(qū)別。例如普通浮法玻璃的配合料(按照1重量箱即50公斤計算)，需要消耗石英砂33.55公斤、石灰石2.96公斤、白云石8.57公斤、純堿11.39公斤、芒硝0.55公斤、長石3.45公斤、碳粉0.03公斤等。
3、熔制。玻璃配合料在池窯或坩堝窯內進行高溫(1550-1600度)加熱，使之形成均勻、無氣泡并符合成型要求的液態(tài)玻璃。
4、成型。將液態(tài)玻璃加工成所要求形狀的制品，如平板玻璃、各種器皿等。
5、熱處理。通過退火、淬火等工藝，消除或產生玻璃內部的應力、分相或晶化，以及改變玻璃的結構狀態(tài)。
1.3.2 普通平板玻璃與浮法玻璃的區(qū)別
普通平板玻璃與浮法玻璃都是平板玻璃，區(qū)別在于生產工藝、品質上不同。
1、生產工藝方面。普通平板玻璃是將原料按一定比例配制，經熔窯高溫熔融，通過垂直引上法或平拉法、壓延法生產出來的透明無色的平板玻璃。浮法玻璃是將原料按一定比例配制，經熔窯高溫熔融，玻璃液從池窯連續(xù)流出并浮在金屬液面上，攤成厚度均勻平整、經火拋光的玻璃帶，冷卻硬化后脫離金屬液，再經退火切割而成的透明無色平板玻璃。
2、品質方面。普通平板玻璃按外觀質量分為優(yōu)等品、一等品、合格品三類；按厚度分為2、3、4、5、6mm等厚度。普通玻璃呈現翠綠色，易碎、透明度不高，雨淋暴曬下易老化變形 。浮法玻璃按外觀質量分為優(yōu)等品、一等品、合格品三類；按厚度分為2、3、4、5、6、8、10、12、15、19mm等厚度。浮法玻璃表面平滑無波紋，透視性佳，具有一定韌性。
1.3.3 浮法玻璃的生產工藝
以國內普通的日熔化量600噸的生產線為例，介紹浮法玻璃的制造流程。
浮法玻璃是在錫槽中制造。整個生產線長度約有500米，每天可生產550到600噸的玻璃，相當于3米寬、3毫米厚、長度約25公里的玻璃帶。一旦開始生產，便是每天24小時不間斷，直到大約8-10年之后才會停爐維修。浮法生產是當今平板玻璃主要的生產方式，其流程可分為以下五個階段：
1、原料的混成。浮法玻璃的主要原料成份有：73%的二氧化硅、13%的碳酸鈉、9%的氧化鈣及4%的鎂等。這些原料依照比例混合，再加入回收的碎玻璃小顆粒。
2、原料的熔融。將調配好的原料經過一個混合倉后再進入一個有5個倉室的窯爐中加熱，約1550攝氏度時成為玻璃熔液。
3、玻璃成型。玻璃熔液流入錫槽且浮在熔化的金屬錫液之上，此時溫度約1000攝氏度。在錫液上的玻璃熔液形成寬3.66米、厚度介于 3mm至19mm的玻璃帶。因為玻璃與錫有極不相同的粘稠性，所以浮在上方的玻璃熔液與下方的錫液不會混合在一起，并且形成非常平整的接觸面。
4、玻璃熔液的冷卻。玻璃帶在離開錫槽時溫度約600攝氏度，之后進入退火室或連續(xù)式緩冷窯，將玻璃的溫度漸漸降低至50攝氏度。由此徐冷方式生產的玻璃也稱為退火玻璃。
5、裁切和儲存。徐冷之后的玻璃經過數階段的品質檢查，之后再裁切成不同的尺寸，進行包裝入庫，儲存或運輸。
1.4 玻璃的分類
玻璃的品種很多，可以按制品結構與性能、生產工藝等方面來分類。
1.4.1 按制品結構與性能分類
1、平板玻璃
(1)普通平板玻璃，包括浮法玻璃。
(2)鋼化玻璃，屬于安全玻璃。為提高玻璃的強度，通常使用化學或物理的方法，在玻璃表面形成壓應力，玻璃承受外力時首先抵消表層應力，從而提高了承載能力，增強玻璃自身抗風壓性、寒暑性、沖擊性等。
(3)表面加工平板玻璃，包括磨光玻璃、磨砂玻璃、噴砂玻璃、磨花玻璃、壓花玻璃、冰花玻璃、蝕刻玻璃等。
(4)摻入特殊成分的平板玻璃，包括彩色玻璃、吸熱玻璃、光致變色玻璃、太陽能玻璃等。
(5)夾物平板玻璃，包括夾絲玻璃、夾層玻璃、電熱玻璃等。
(6)復層平板玻璃，包括普通鏡面玻璃、鍍膜熱反射玻璃、鐳射玻璃、釉面玻璃、涂層玻璃、覆膜(覆玻璃貼膜)玻璃等。
2、玻璃制成品
(1)平板玻璃制品，包括中空玻璃、玻璃磨花、雕花、彩繪、彎制等制品及幕墻、門窗制品等。
(2)不透明玻璃制品和異型玻璃制品，包括玻璃錦磚(馬賽克)、玻璃實心磚、玻璃空心磚、水晶玻璃制品、玻璃微珠制品、玻璃雕塑等。
(3)玻璃絕熱、隔音材料，包括泡沫玻璃和玻璃纖維制品等。
1.4.2 按生產工藝分類
玻璃主要分為平板玻璃和特種玻璃。
1、平板玻璃
按照生產工藝，平板玻璃主要分為壓延、有槽垂直引上、對輥(也稱旭法)、無槽垂直引上、平拉和浮法玻璃等。
壓延法是將熔窯中的玻璃液經壓延輥輥壓成型、退火而制成，主要用于制造夾絲(網)玻璃和壓花玻璃。
有槽垂直引上法、對輥法、無槽垂直引上法等工藝基本相似，是使玻璃液分別通過槽子磚或輥子、或采用引磚固定板根，靠引上機的石棉輥子將玻璃帶向上拉引，經退火、冷卻、連續(xù)地生產出平板玻璃。平拉法是將玻璃垂直引上后，借助轉向輥使玻璃帶轉為水平方向。這些方法在70年代以前是通用的平板玻璃生產工藝。
浮法是將玻璃液漂浮在金屬液面上制得平板玻璃的一種新方法。它是將玻璃液從池窯連續(xù)地流入并漂浮在有還原性氣體保護的金屬錫液面上，依靠玻璃的表面張力、重力及機械拉引力的綜合作用，拉制成不同厚度的玻璃帶，經退火、冷卻而制成平板玻璃。由于這種玻璃在成型時，上表面在自由空間形成火拋表面，下表面與焙融的錫液接觸，因而表面平滑，厚度均勻，不產生光畸變。受厚度均勻、上下表面平整平行，加上勞動生產率高及利于管理等方面因素的影響，浮法玻璃正成為玻璃制造方式的主流。目前浮法技術中，英國的皮爾金頓浮法玻璃生產工藝、美國PPG浮法玻璃生產工藝和中國的洛陽浮法玻璃生產工藝并稱為世界浮法玻璃生產的三大工藝。
按照厚度(毫米mm在日常中也稱為厘，如3厘玻璃就是指厚度3mm的玻璃)和用途，平板玻璃分類如下：
(1)2—4mm玻璃， 主要用于畫框表面。
(2)5—6mm玻璃，主要用于外墻窗戶、門扇等小面積透光造型等。
(3)7—9mm玻璃，主要用于室內屏風等較大面積但又有框架保護的造型之中。
(4)9—10mm玻璃，主要用于室內大面積隔斷、欄桿等裝修項目。
(5)11—12mm玻璃，主要用于地彈簧玻璃門和一些活動人流較大的隔斷。
(6)15mm以上玻璃，一般市面上銷售較少，往往需要訂單生產供應，主要用于較大面積的地彈簧玻璃門、外墻整塊玻璃墻面。
2、特種玻璃
特種玻璃品種眾多，主要有鋼化玻璃、中空玻璃、夾層玻璃、加絲加網玻璃、夾膠玻璃、彩釉玻璃、印刷玻璃、燈具玻璃、家電玻璃、家俬玻璃、衛(wèi)浴玻璃、工藝玻璃、汽車玻璃、磨砂玻璃等等。
1.5 玻璃的主要用途
在人們的日常生活中，玻璃及其制品無處不在。最為廣泛的應用是在建筑和裝飾領域(門窗、幕墻、隔斷、鏡片等裝飾)、汽車制造領域、新能源領域(太陽能制品)、家電及電子產品制造、日常生活(各種瓶罐盤)等等。
建筑和裝飾領域是玻璃的最大下游行業(yè)，目前70%左右的浮法玻璃應用于此行業(yè)。汽車及新能源領域的玻璃應用也在逐漸擴大。
1.5.1 建筑用玻璃
伴隨著中國的城鎮(zhèn)化進程，無論是城市還是鄉(xiāng)鎮(zhèn)的市容市貌日新月異，人們的居住條件和生活環(huán)境都發(fā)生了翻天覆地的變化。截止2009年，中國城鎮(zhèn)人口6.22億，城鎮(zhèn)化率為46.6%�！笆濉逼陂g城鎮(zhèn)化率年均提高0.8-1.0個百分點，到2015年達到52%左右，到2030年達到65%左右。城鎮(zhèn)化帶來城市人口的增加，拉動城鎮(zhèn)住宅的需求增加。有關機構預測，城鎮(zhèn)化率提高1個百分點，將新增城鎮(zhèn)住宅需求量近5億平方米。2011年9月14日，國務院總理溫家寶在夏季達沃斯論壇上表示，“十二五”期間，全國城鎮(zhèn)保障性住房覆蓋面將達到20%，把擴大消費與推進城鎮(zhèn)化、保障改善民生有機結合起來，力爭使城鎮(zhèn)化率再提高4個百分點。從長遠看，我國的城鎮(zhèn)化發(fā)展還有很大的空間。
隨著人們對建筑要求的提高，公共建筑及民用建筑的玻璃使用量日益增多。從一次性使用的玻璃幕墻、門窗、陽臺，到二次性使用的浴室、櫥柜、燈具等裝修，大大的增加了玻璃使用量和使用品種。更重要的是，國家節(jié)能環(huán)保政策的出臺，對玻璃產品的品種和質量也提出了新的要求。
從上圖可以看出在建筑領域內，房屋竣工面積與平板玻璃產量之間存在一定的正相關性，二者的增長幅度基本一致。在研究平板玻璃的發(fā)展趨勢時，我們也主要是依據下游行業(yè)，主要是房地產行業(yè)的增長情況，尤其在新開工面積、竣工面積以及投資增長等指標中，竣工面積的增長幅度最為能夠與平板玻璃的增長幅度相關聯(lián)。
1.5.2 汽車玻璃
汽車玻璃主要用于新型汽車制造市場和汽車維修市場，作為汽車一個重要的組成部分，占據了汽車行業(yè)3%的總成本。隨著近年中國汽車工業(yè)的高速發(fā)展，中國汽車玻璃行業(yè)的市場需求量以19%左右的平均速度增長。
2009年，中國汽車玻璃市場規(guī)模約為7270萬平方米。2010年受到國內汽車增長以及出口增加的影響，汽車玻璃產量較為迅速，約為8500萬平方米，同比增長16.92%。特別是福耀玻璃和信義玻璃的增長勢頭迅猛。我國汽車行業(yè)的區(qū)域集中度非常高，主要生產企業(yè)集中于沿海和發(fā)達省市，中西部地區(qū)的市場份額非常小。綜合生產能力前十家企業(yè)所占行業(yè)比重達到85.3%。2009年，從區(qū)域集中度來看，華東、華南和華北地區(qū)是我國汽車玻璃行業(yè)的重要市場，其中華東地區(qū)產量在全國市場中占據28.5%的比重。
1.5.3 太陽能玻璃
太陽能玻璃主要是指用于太陽能光伏發(fā)電和太陽能光熱組件的封裝或蓋板玻璃。其中，太陽能光伏發(fā)電組件用太陽能玻璃又分為晶體硅太陽能電池組件用和薄膜太陽能電池組件用兩大類。前者主要是使用太陽能超白壓花玻璃，后者主要是使用超白浮法玻璃。
據初步統(tǒng)計，2011年我國太陽能玻璃生產線達到50條，年有效產能約15000萬平方米。國家能源局能源節(jié)約與科技裝備司研究表明，中國“十一五”期間單位GDP 能耗的約束性目標為下降20%，“十二五”期間單位GDP 能耗將下降17.3%，“十三五”期間將下降16.6%。這給今后光伏玻璃大規(guī)模使用奠定了堅實的基礎。
1.5.4 LOW-E玻璃
LOW-E玻璃又稱低輻射鍍膜玻璃，就世界范圍而言，LOW-E玻璃的生產和應用正處于高速增長時期。從國家住房和城鄉(xiāng)建設部的要求來看，今后綠色節(jié)能建筑要成為國內建筑的主流，住建部將推行節(jié)能標志認證及相應的稅收優(yōu)惠政策來推廣節(jié)能建筑。因此，新建建筑和原有存量建筑是否節(jié)能，不僅關系到能否緩解我國能源供求的緊張狀況，而且還關系到“十二五”節(jié)能降耗目標的實現。作為三大用能領域的建筑業(yè)，節(jié)能形勢十分嚴峻，節(jié)能降耗刻不容緩。
據市場分析預測，到2015年，LOW-E玻璃國際市場需求量將突破10億平方米，今后十年，全世界LOW-E玻璃市場需求量將以平均每年18%以上的速度增長。
1.6 玻璃的檢驗標準
對于玻璃的檢驗，既有對玻璃內在品質的嚴格要求，又有對玻璃在包裝、倉儲、運輸等過程中的規(guī)定。目前浮法玻璃的檢驗標準是2010年3月1日起施行的新的國家標準(GB 11614-2009)，其強制性要求的為第5.2條～第5.6條內容，其余為推薦性的。平板玻璃要求與檢驗方法對應條款中對尺寸偏差、對角線差、厚度偏差、厚薄差、外觀質量和彎曲度的要求為強制性的。
尺寸偏差
單位：毫米
公稱厚度 尺寸偏差
尺寸≤3000 尺寸>3000
2~6 ±2 ±3
8~10 +2,-3 +3,-4
12~15 ±3 ±4
19~25 ±5 ±5
厚度偏差和厚薄差
單位：毫米
公稱厚度 厚度偏差 厚度差
2~6 ±0.2 0.2
8~12 ±0.3 0.3
15 ±0.5 0.5
19 ±0.7 0.7
22~25 ±1.0 1.0
平板玻璃一等品外觀質量
缺陷種類 質量要求
點狀缺陷 尺寸(L)，單位為毫米 允許個數限度
0.3≤L≤0.5 2XS
0.5
1.0
L>1.5 0
點狀缺陷密集度 尺寸≥0.3mm的點狀缺陷最小間距不小于300mm;
直徑100mm圓內尺寸≥0.2mm的點狀缺陷不超過3個。
線道 不允許
裂紋 不允許
劃傷 允許范圍 允許條件限度
寬≤0.2mm，長≤40mm 2XS
光學變形 公稱厚度 無色透明平板玻璃 本體著色平板玻璃
2mm ≥500 ≥450
3mm ≥550 ≥500
4mm~12mm ≥600 ≥550
≥15mm ≥550 ≥500
斷面缺陷 公稱厚度不超過8mm時，不超過玻璃板的厚度；8mm以上時，不超過8mm。
注：S是以平方米為單位的玻璃板面積數值，按GB/T 8170修約，保留小數點后兩位。點狀缺陷的允許個數限度及劃傷的允許條數限度為各系數與S相乘所得的數值，按GB/T 8170修約至整數。
點狀缺陷中不允許有光畸變點。
平板玻璃對角線差應不大于其平均長度的0.2%，彎曲度應不超過0.2%。
1.7 玻璃產業(yè)鏈情況
平板玻璃是由一定的原料經過燃料的加熱熔化而成的，主要應用于建筑裝飾、汽車行業(yè)、新能源、家電以及電子行業(yè)等領域。其行業(yè)的發(fā)展、企業(yè)的效益和上下游行業(yè)密切相關。經過多年的發(fā)展，玻璃產業(yè)鏈發(fā)展日趨完善，從原材料的采掘、玻璃產品的生產，到玻璃制品的加工已經形成了成熟的加工和運作體系。
在玻璃行業(yè)的上游領域中，國內石英砂、白云石等礦藏儲量豐富，品位較好，完全具備生產優(yōu)質玻璃的條件。燃料方面，在使用重油、煤氣的同時，新增加了天然氣、焦爐煤氣、石油焦，以及混合燃料等多種燃料組合。
從玻璃的下游行業(yè)來看，市場需求穩(wěn)定，應用領域不斷拓展。從以前的門窗玻璃，發(fā)展到建筑裝飾、幕墻玻璃、汽車玻璃、太陽能玻璃，家電以及電子行業(yè)等等。我國的玻璃產品，不僅滿足了國內需求，還出口到各個國家。隨著我國經濟的發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設腳步的加快以及技術的進步，玻璃下游的需求增長將穩(wěn)步上升，需求領域將不斷擴大，市場前景廣闊。
平板玻璃產業(yè)鏈圖
玻璃上游行業(yè) 玻璃生產 玻璃下游行業(yè)
•重油等燃料 •浮法玻璃 •建筑裝飾
•純堿 •太陽能玻璃 •新能源
•石英砂 •超白玻璃 •汽車行業(yè)
•石灰石 •LOW-E玻璃 •家電行業(yè)
•白云石芒硝 •電子行業(yè)
資料來源：中國玻璃信息網
玻璃產業(yè)的市場增長點主要體現在傳統(tǒng)市場需求結構的升級，以及電子和太陽能等新興市場潛力的不斷釋放。 “十二五”期間，玻璃產業(yè)鏈將進一步延伸，玻璃產業(yè)將向高品質、綠色化、多功能、高附加值、高科技含量的加工制品化方向發(fā)展。
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