建筑材料科技奖系列报道ㅣ解决航空玻璃原片制备难题 填补国内生产技术空白

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解决航空玻璃原片制备难题

填补国内生产技术空白

川航风挡玻璃空中破裂事件，将人们的视线聚焦在用于万米高空的客机风挡玻璃上。国际上，航空玻璃长期被美、法、英的三家公司垄断。国产C919大飞机的航空玻璃就是以单套航空玻璃数十万欧元的价格从上述公司采购。飞机风挡玻璃研发难点在哪？为什么这么重要？记者带着这些问题采访了“大飞机风挡玻璃原片制备成套技术开发及应用”项目主要完成人之一、上海耀皮玻璃集团股份有限公司耀皮玻璃常熟基地副总经理李志进。

深耕玻璃三十载

耀皮玻璃集团是中国玻璃制造行业最早的上市公司之一，30多年来一直是国内高品质玻璃的代表。位于常熟经济技术开发区的耀皮玻璃常熟基地注册资本总额11.6亿美元，产品涵盖平板玻璃产品各大领域，包括高端汽车玻璃原片、在线Low-E玻璃，以及自主研发的高硼硅防火玻璃等。自2016年起，耀皮玻璃集团与英国吉凯恩集团（GKN）合作在耀皮玻璃常熟基地研发更高等级的航空玻璃。

航空玻璃是指飞机驾驶员、领航员前面的风挡玻璃，它是由几片化学钢化玻璃中间夹PVB胶片组成，航空钢化玻璃所采用的玻璃片称为航空玻璃原片。大飞机作为大型战略性高技术装备，其制造是现代高新技术、高新材料的高度集成。航空玻璃原片作为大飞机风挡玻璃的关键原材料之一，结构强度、光学性能、微观质量等性能要求极高，其规模化、商业化制造难度极大。

“中国自主研制航空玻璃原片长期一直是市场空白，成为制约我国航空玻璃发展的关键。”李志进说：“耀皮玻璃集团长期关注航空玻璃发展动向，2009年便开始着手相关技术研发，从初期的玻璃本体光学性能系列研究到工艺技术研究，目前已建立了从料方、原料、产线、工艺、生产、分析测试、质量评价等一整套完备的生产体系和从应用基础研究到产业化的技术体系，填补了国内航空玻璃原片制备技术和产品空白。”

李志进介绍，航空玻璃原片生产项目由耀皮玻璃集团副总裁刘明清全面负责，历经两年多的技术方案探讨与研发，在5个月的时间里针对性地对航空玻璃原片项目生产线进行建造，并进行了1个月的生产调试。耀皮玻璃常熟基地克服了种种艰辛和不易，用最快的速度、最短的时间，满足了民用航空飞机对玻璃原片的应用要求。

项目的成功，对进一步抢占技术制高点，巩固上海建材集团玻璃板块在国内行业的领先地位，填补国内玻璃行业的技术空白，打破国外垄断，对国内玻璃行业的结构优化和转型升级具有重要的战略意义。

打破国际垄断 填补国家空白

研制和发展大型飞机，是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》确定的重大科技专项，是建设创新型国家，提升我国自主创新能力和增强国家核心竞争力的重大战略举措。航空玻璃作为大飞机风挡玻璃关键材料之一，关系到飞行员和飞机的安全。

国家工信部颁布的《建材工业“十三五”发展规划》，国家发改委颁发的《产业结构调整指导目录（2019年本）》鼓励类中，将航天航空等领域所需的特种玻璃制造技术开发和生产，列入“卡脖子”产业技术突破的重点。我国民航运输机规模已达到3615架，除10架ARJ飞机是国产，其余均为进口，国产飞机比重不到0.3%。而据国际航协（IATA）预测，未来5年中国将超越美国成为全球最大航空市场，民用飞机尤其是客机需求量十分巨大，航空玻璃的需求量也会快速增长。基于我国战略和经济发展的需要，航空玻璃原片关键技术和产品国产化急不可待。

为此，长期关注国际上航空玻璃发展动向的耀皮玻璃集团，着手相关技术的研发，从初期的玻璃本体光学性能系列研究，一直到近几年的工艺技术研究，为航空玻璃原片的成功研发奠定了重要基础。

李志进介绍，耀皮玻璃集团浮法板块技术团队深入分析航空玻璃原片的力学、光学等使用要求，系统地研究了浮法玻璃熔化的铝硅酸盐反应、澄清排泡气体动力学、成型抛光玻璃表面行为等基础理论，从开发适配于航空玻璃性能要求的特殊玻璃配方组成入手，创新性地提出全氧电辅助Tbr燃烧技术，解决无钙玻璃高温粘度大、料性短、澄清均化困难的工艺难题；开发了纳米增强除油膜技术，解决了高温玻璃液表面形成的类油状薄膜层，阻挡气泡突破玻璃表面束缚排出，消除影响澄清效果的不利因素；开发了熔窑高温气幕隔离飞料技术，解决超细配合料高温飞散、不均匀挥发、影响质量的难题。开发的多项技术集成于自主设计建造的60吨/天特种浮法玻璃生产线，建立了料方、原料、产线、工艺、生产、分析测试、质量评价等一整套完备的生产技术体系，首次在国内成功研发并商业化生产出大飞机航空玻璃原片，产品通过国际航空巨头英国GKN公司的质量认证，填补了国内航空玻璃原片制备技术和产品空白。

科技攻关助推行业发展

航空玻璃为何一直被国外垄断？

“航空玻璃对本体质量要求非常高，不能用传统的浮法玻璃质量来对待航空玻璃的要求，各方面综合性能的要求已近乎苛刻。”李志进说，航空玻璃原片首先必须满足化学钢化的工艺要求，易于离子交换同时又必须满足航空器安全要求，包括机械强度、视觉性能等。

据了解，耀皮玻璃集团浮法板块技术团队针对铝硅系玻璃的离子交换影响因素大、气泡澄清难度高、玻璃均化难等难题，开发了一种无钙-铝硅玻璃，创新了全氧电助熔工艺、纳米增强辅助澄清技术和气幕隔离技术，开发出玻璃全生命周期质量跟踪系统，工业化生产出了满足民用航空器质量需求的原片玻璃。

航空玻璃原片生产线核心是熔窑和锡槽，尤其以熔窑最为关键，它直接关系到玻璃的熔化质量。由于航空玻璃原片与普通透明浮法玻璃成型温度相比仅高出几十摄氏度，所以锡槽部分的设计还勉强能参考少量浮法玻璃技术设计，但航空玻璃料性短，对表面质量影响较大。两种玻璃的高温粘度相差远超过100℃，而且航空玻璃原片的表面张力远远大于普通透明玻璃，这两方面原因导致气泡很难释放，所以玻璃熔化技术是需要重点开发的一环。

李志进感慨：“该项目最大的研究难度是系统化研究，它是一个成套技术的研发，而非玻璃生产过程中的局部研发，涉及到配方、原料标准、工艺路线、熔化技术、锡槽结构、质量控制、产品检验等各个方面全方位的研发，而且都是从零出发，没有成熟的技术可以借鉴。每一项的研发不但要实现本身的功能，还要兼顾对上下游的影响，同时还要解决上游工序带来的影响。任何一个参数确定都要经历科学的研究，使其最佳化，在整个项目中有无数个这样的参数需要确定，项目研发难度之大可想而知。任何一个重要参数错误，带来的后果不但是玻璃质量不达标，更可能是参数在项目实施后将无法修改，没有任何容错的机会，不但意味着项目的整体失败，还要面临承担无法交货的巨额罚款。”

“大飞机风挡玻璃原片制备成套技术开发及应用”项目技术已申请国家发明专利9项，其中已授权7项，发表论文8篇，形成了完整的从应用基础研究到产业化的技术体系。目前，在常熟耀皮特种玻璃有限公司的生产线上实现了4mm、6mm和8mm厚度原片玻璃工业化生产，在线产品成品率超过50%。该产品已被英国GKN全部采购并签订长期订货合同。耀皮玻璃集团成为继美国PPG、法国圣戈班之后，全球第三家大飞机航空玻璃原片供应商。这是中国浮法玻璃技术一次重大突破，是对中国航空产业的重大贡献。

“由于国内无航空玻璃深加工能力，导致航空玻璃原片在国内推广难度极大，同时这也为中国突破民用航空玻璃加工技术提供了空间。依托于耀皮玻璃提供的成熟的航空玻璃原片，并借鉴国内已有的镀膜技术和层压技术，相信航空玻璃组件的开发将大幅度加速。目前，该项目的技术成果正在向高铁、军工等国家战略布局重要领域推广，具有广阔的市场应用前景，经济及社会效益显著。”李志进说。

耀皮玻璃将继续坚持高端技术、高附加值产品的差异化发展战略，在寻求企业持续发展、科学发展的同时，为国家核心技术领域取得突破继续贡献力量。

项目介绍

“大飞机风挡玻璃原片制备成套技术开发及应用”，系统研究了浮法玻璃熔化的基础理论，创新性地提出全氧电辅助Tbr燃烧技术，解决无钙玻璃的工艺难题；开发了纳米增强除油膜技术，消除影响澄清效果的不利因素；开发了熔窑高温气幕隔离飞料技术，解决超细配合料影响质量的难题。建立了一整套完备的生产技术体系，首次在国内成功研发并商业化生产出大飞机航空玻璃原片，填补了国内航空玻璃原片制备技术和产品的空白。

文：《中国建材》杂志 李媛

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