不锈钢真空保温杯的科技进化

自从有了人类社会，就有了喝水的工具。杯子的发展，也跟人类历史的发展一样，经历了一个漫长的、起伏跌宕的过程。从最初用树叶简单折成的“杯子”，发展到制作简单的竹杯、木杯，再到工艺考究且集艺术、观赏、实用为一体的陶瓷杯、玻璃杯，以及象征着高贵的金杯、银杯，杯子的变革见证了整个人类社会的发展历程。最初，杯子仅是喝水的工具，作用是为人类提供最简单的生活需要。随着社会的进步和发展，杯子的作用越来越广泛：喝酒、喝茶、喝牛奶、喝咖啡……凡是与“喝”有关的，几乎都离不开杯子。

随着近现代科技的发展和抽真空技术的应用，杯子的功能又有了一个质的飞跃—保温。此时，不锈钢真空保温杯应运而生，给这一传统而又古老的器皿家族注入了新的科技元素，并使其拥有了强大的魅力，迅速在世界各地流行起来，口杯行业发展因此开辟了广阔的新天地。

保温杯是由双层不锈钢经真空处理制成的盛装液体的容器，顶部有盖，密封严实，真空隔热层能使装在内部的水等液体延缓散热，以达到保温的目的。它是由保温瓶发展而来的，保温原理相同，只是为了使用方便而做成了杯。

热力传播有三种途径：传导、对流和辐射。保温杯的瓶塞利用低传导性能的材料对口部进行密封，减少热量的传导；内胆和外壳之间的真空层很好地阻断了热力的对流；而内胆镀银等工艺处理，有效地减少了热辐射，从而达到了保温、保冷的效果。

1643年，意大利人托里拆利创造出汞气压表后，提出了著名的真空理论。托里拆利在实验中将充满水银的玻璃管倒置于水银槽中，水银下降至一定高度即停止降落。此时，在管内水银上面除了水银蒸气外，并无任何物质，因为水银蒸气的气压极低（在20℃时只有0.0012毫米汞柱），所以几乎可看作是真空，这就叫作“托里拆利真空”。这个理论对保温瓶的出现具有重大意义（图1-1）。

图1-1 托里拆利实验示意图

1879年，为了储存实验室的液化气体，德国物理学家瓦因听从了霍里德教授的建议，用两层中间为真空的薄玻璃制作容器。1881年，他撰写了论文《瓦因霍里德瓶》。

1890年，英国化学家盾姆斯·久阿尔改进了瓦因霍里德瓶，在内瓶壁的外侧镀上一层水银，降低了热辐射，减缓了热量通过玻璃的散失，于是久阿尔瓶诞生了。

真空瓶的实际发明人是英国化学家和物理学家、苏格兰人詹姆士·杜瓦（James Dewar）（1842.9.20—1923.3.27）（图1-2），他是剑桥大学和伦敦英国皇家学院教授，从事极低温度液体的相关研究。1891年，他在-240℃下，制出了液态氧。1892年，杜瓦在英国科学研究所讲“液化气”课程。为了保存液态氧，使教学更好地进行，他请玻璃工匠为其制作了一个双层玻璃容器，并在两层胆壁上涂满水银。然后，他抽掉了两层之间的空气。这样的玻璃双层壁真空瓶是储存液态气体、低温研究较理想的容器和工具，世称“杜瓦瓶”。直到今天，位于伦敦的英国科学研究所，还有一个重要而珍贵的保存品，就是早期的杜瓦真空瓶（图1-3）。

图1-2 实验室里拿着杜瓦瓶的詹姆士·杜瓦

图1-3 收藏在伦敦研究所内的早期杜瓦瓶

事实上，这样的瓶，热不能传进去，也不能散出来，对所存之物不管是保冷或保暖都是非常有效的。但当时，发明人杜瓦并没有认识到真空瓶的广泛用途。他雇用了两名德国吹玻璃工匠制造这种真空瓶，只是用于教学和研究工作。他也曾申请过英国专利（GB 439/1893），但该申请仅涵盖抽去空气形成真空，而不是将其制成相应的容器。

1903年，当年被杜瓦雇用的两个德国吹玻璃工匠之一赖因霍尔德·伯格（Reinhold Burger）对杜瓦瓶进行了改进，并于1903年10月1日申请了德国专利，申请号为DE 170057，名称为《具有封闭真空空腔的双层壁容器》。同时，他也申请了美国、英国专利。该专利的改进之处在于：在双壁形成的真空空腔中加入加固件，避免双层真空瓶壁因盛水等压力而爆破，并在说明书中指出该容器作为保温瓶等日常用具使用时，应配装像类似军用水瓶这样的外壳（图1-4）。

如所提供的该专利说明书附图所示，左图为容器垂直剖视图，右图为左图中沿A-B截面的剖视图，容器a具有镜面涂层c的双瓶壁b，在双瓶壁b形成封闭的真空空腔d中设置有由石棉纸板或类似有弹性导热性差的材料制成的衬垫e，该衬垫e在空腔中与双壁b轻轻相接触，衬垫e由细线f和g穿成串并固定，细线f是环状的，细线g是直线状的。

1904年，伯格和另一名德国吹玻璃工匠在柏林成立了公司（Thermos GmbH），该公司的名字来自于对这种真空瓶命名的公开竞标活动。在该活动中，一个慕尼黑居民提出从希腊词“therme”（热）衍变成“thermos”来命名这种真空瓶。其后，Thermos公司又将“Thermos”注册登记为商标。

1906年，伯格又对上述专利进行了改进，并同时申请了德国、美国和英国专利。美国专利的申请日期为1906年10月23日，该申请于1907年12月3日被授予专利，专利号为US 872795，名称为《具有壁间真空空腔的双层壁容器》。改进之处在于设置于双层壁间的加固垫块不再用细线和细线环固定，代之以用壁的不同凹凸方式或凹凸环来固定热传导性差的弹性材料，如石棉、软木垫块或环，从而对真空双层容器进行加固。

图1-4 《具有封闭真空空腔的双层壁容器》专利说明书

图1-5 Thermos公司的保温瓶销售广告

1907年以后，Thermos授权他人在美国、英国、加拿大各设立一家公司生产保温容器，产品很快销往世界各地，并在英国和很多其他国家登记注册了商标（图1-5）。市场红火也导致了不少诉讼，但是诉讼结果也不总是对其有利的。1910年，在英国，当他们告Isola公司侵犯了其商标专利权时，Isola公司反诉其专利无效。法官认为，保温瓶的概念已包含在杜瓦瓶中；所以，他们被判败诉。1962年，他们就“Thermos”的商标权，对美国一家名叫Aladdin Industries的同行制造厂提起了诉讼，也以Thermos公司败诉结案。败诉原因是“Thermos”（热水瓶）早已是很多人熟知的名称，通用商品名“Thermos”（热水瓶）不能作为注册商标。(www.xing528.com)

随着时间的推移，保温瓶产品一直在不断改进，例如在沙克尔顿（Shackleton）对南极探险和波里（Peary）对北极探险以及莱特（Wright）兄弟早先飞行中都使用过保温瓶。

1913年，William Stanley发明了世界上第一只真空全钢保温瓶（低真空、钢铁基材），并创建了STANLEY品牌（图1-6）。

20世纪初，英国冶金科学家亨利·布雷尔利发明出了不锈钢，并在1916年获得专利权，之后不锈钢投入市场，被广泛运用。不锈钢材质的耐摔特性，弥补了玻璃内胆易碎的缺点，且不锈钢还具有耐腐蚀性，更符合市场的需求。于是，不锈钢保温瓶出现了（图1-7）。

图1-6 William Stanley先生及其在1913年申请的专利

图1-7 早期的STANLEY保温瓶产品

科学和技术是人类社会进步的杠杆，是先进社会生产力的基本要素。一般认为，科学是纯粹的理论，技术是工具和方法，它们两者都是人类所创造的重要财富。真空理论提出后，抽真空技术的不断进步，承载了科学和技术两方面的能力，因而能够按照社会的需求向社会提供人类生存发展所需要的商品，满足人们生活的各种需求。

1654年，德国人葛利克发明了活塞真空泵。

1905年，德国人盖得发明了机械泵。

1906年，皮拉尼发明了热阻真空计。

1913年，德国人盖得又发明了分子泵。他利用分子牵引的原理研制成功了第一台能获得高真空的分子泵。

1936年，希克曼发明了分馏式油扩散泵。

1937年，潘明发明了冷阴极电离计，使真空技术在获得和测量两方面基本完善。

从真空理论的提出到全球第一只保温瓶的发明，经历了两个半世纪；而真空技术的不断突破，让保温瓶从实验室逐步走入寻常百姓家庭。到了20世纪50年代，保温瓶的销量达到了一个高峰，这个时期的家庭野餐、海滨远足和野外露营都会携带保温瓶。

20世纪70年代，日本酸素株式会社（Nippon Sanso K.K）利用高真空技术对这种双层不锈钢容器进行改良：夹层里不再填充炭粒，而是运用高真空的方式进行抽真空。1978年，该公司研发出不锈钢双层高真空保温瓶；1979年，制造出世界上第一只商品化的不锈钢双层高真空保温瓶，并于1981年开始正式生产、销售。从此，不锈钢双层高真空保温瓶开始进入保温容器市场，更为保温容器用品带来了划时代的变革（图1-8）。

图1-8 1979年，膳魔师的广告宣传

此后十年间，日本、韩国、中国台湾地区先后成为国际上保温瓶的主要出口地区。

不锈钢保温杯有坚固、耐摔、耐用的特点，且体积小、便于携带，从而更好地满足了人们的日常生活需求，越来越受到消费者的青睐。