中空玻璃檢測(cè)中的常見(jiàn)問(wèn)題及其材料的選擇

我國(guó)中空玻璃生產(chǎn)始于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過(guò)近五十年的發(fā)展，特別是最近十幾年，我國(guó)中空玻璃生產(chǎn)技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量都有了大幅度提高。隨著國(guó)家建筑節(jié)能要求的提高和人們節(jié)能意識(shí)的增強(qiáng)，人們逐漸意識(shí)到中空玻璃壽命對(duì)中空玻璃的節(jié)能至關(guān)重要，密封過(guò)早失敗的中空玻璃不僅不能節(jié)能，反而會(huì)造成能源的浪費(fèi)。

    中空玻璃國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的修訂是為了推動(dòng)中空玻璃行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。在新版中空玻璃國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，首次提出了“使用壽命”：制作中空玻璃的各種材料的質(zhì)量與中空玻璃使用壽命密切相關(guān)，使用符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的材料生產(chǎn)的中空玻璃，其使用壽命一般不少于15年[1]。這就對(duì)中空玻璃材料以及加工生產(chǎn)控制提出了更高的要求。本文從檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的角度，重點(diǎn)闡述了目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的雙道密封中空玻璃常見(jiàn)問(wèn)題及其對(duì)中空系統(tǒng)的影響。

一、中空玻璃常見(jiàn)問(wèn)題

    隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及科研工作者的研究，大量科學(xué)技術(shù)成果被廣泛的應(yīng)用到中空玻璃及其材料的生產(chǎn)過(guò)程中，我國(guó)的中空玻璃質(zhì)量有了飛躍式的提升。但我們不能忽視中空玻璃的質(zhì)量問(wèn)題，從實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的結(jié)果及社會(huì)反映來(lái)看，其質(zhì)量還存在很多問(wèn)題，這些問(wèn)題集中反映在以下幾個(gè)方面：

①中空玻璃早期失效：其表現(xiàn)為中空玻璃內(nèi)部結(jié)露、丁基膠溶解產(chǎn)生流淌，使用壽命短；

②丁基膠斷膠、寬窄不一，有的部位與玻璃脫離產(chǎn)生通道；

③內(nèi)道膠與外道膠之間產(chǎn)生氣線；

④外道膠膠深不符合要求；

⑤混膠時(shí)A:B組分比例偏差過(guò)大，混膠不均造成不相容、不粘結(jié)等現(xiàn)象；

⑥分子篩灌裝后存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成分子篩失效等。

圖1 中空玻璃及其材料常見(jiàn)問(wèn)題

二、中空玻璃材料的要求

    在中空玻璃構(gòu)件中，密封膠、干燥劑、間隔條與玻璃形成了中空玻璃的邊部密封系統(tǒng)。邊部密封系統(tǒng)的質(zhì)量決定了中空玻璃的使用壽命。

1、密封膠

    除玻璃以外，密封膠作為中空玻璃邊部密封系統(tǒng)關(guān)鍵材料，其與玻璃的粘結(jié)情況、本身的水氣滲透率、彈性模量、彈性恢復(fù)率等性能直接影響中空玻璃的使用壽命。

    中空玻璃密封膠中，在水氣透過(guò)率性能（數(shù)值）上，丁基密封膠＜聚硫密封膠＜硅酮密封膠。但由于本身的性能，丁基膠耐老化性能較差，容易受到外界條件的影響而發(fā)生老化現(xiàn)象，不能單獨(dú)使用于中空玻璃邊部密封系統(tǒng)，需要外道密封膠提供保護(hù)。同時(shí)丁基膠作為單組份塑性密封膠，對(duì)低分子礦物油物質(zhì)的侵蝕抵抗能力差而容易產(chǎn)生溶脹、溶解[2]，這就要求外道密封膠純凈、與丁基膠相容以及能夠阻止使用環(huán)境中低分子礦物油遷移運(yùn)動(dòng)。

    中空玻璃外道密封膠除了要具有良好的耐老化性能從而為內(nèi)道密封膠-丁基膠提供保護(hù)外，還需要具有高彈性模量和彈性恢復(fù)率以及良好的粘結(jié)性能，以保證邊部的良好密封、有足夠的耐拉伸和剪切強(qiáng)度以承受由中空玻璃支承的所有動(dòng)靜載荷。

2、干燥劑

    由于干燥劑對(duì)水吸附的自發(fā)性，為了保證中空玻璃的長(zhǎng)久使用，需要其具有高的靜態(tài)水吸附能力和低的吸附速率。在生產(chǎn)過(guò)程中，由于工藝的限制，干燥劑從灌裝到合片需要一定的時(shí)間，在此期間，干燥劑會(huì)自發(fā)吸附空氣中的水氣。低的吸附速率能夠保證在此過(guò)程中，干燥劑吸附較少的水量，保持較高的剩余吸附能力。高的靜態(tài)水吸附能力能夠保證干燥劑對(duì)密封在中空腔內(nèi)的水氣和使用過(guò)程中通過(guò)密封膠滲透到中空腔內(nèi)水氣的吸附，從而長(zhǎng)期保持中空腔內(nèi)的干燥。

    溫度的變化將引起中空腔內(nèi)應(yīng)力的變化，從而導(dǎo)致玻璃的撓曲變形。而干燥劑對(duì)空氣的吸附或解吸附作用加劇了這種撓曲變形。圖2為不同類型干燥劑分別在室溫至0℃和室溫至60℃兩個(gè)變溫過(guò)程中對(duì)空氣的吸附和解吸附數(shù)據(jù)圖[3]。從圖中可以看出，在降/升溫過(guò)程中，13X分子篩對(duì)空氣的吸附/解吸附能力最強(qiáng)，4A分子篩次之，3A分子篩幾乎對(duì)空氣沒(méi)有吸附能力。因此3A分子篩成為了中空玻璃干燥劑的首選材料。

圖2干燥劑對(duì)空氣的吸附（室溫至0℃時(shí)）與解吸附（室溫至60℃時(shí)）數(shù)據(jù)圖

3、間隔條

    除了為干燥劑提供存放場(chǎng)所以外，間隔條作為剛性框架，其作用是有效隔離玻璃形成中空腔、支持和提高密封膠的密封能力，提高中空玻璃性能。常見(jiàn)的間隔條有金屬間隔條、復(fù)合膠條、混合間隔條和超級(jí)間隔條等。

    金屬間隔條，特別是鋁條和不銹鋼間隔條，在具有良好剛性的條件下，與玻璃具有相近的熱膨脹系數(shù)，間隔條的膨脹與收縮與玻璃基本一致，減少了密封應(yīng)力。雖然鋁間隔條的熱膨脹系數(shù)[23.6 cm/（cm·℃）×10-6]比不銹鋼間隔條的熱膨脹系數(shù)[15.7 cm/（cm·℃）×10-6]大，但由于鋁間隔條重量輕、成本相對(duì)低廉且相對(duì)容易生產(chǎn)、折彎，鋁間隔條的應(yīng)該市場(chǎng)更為廣泛。

    鑒于其作用，間隔條在保證良好的剛性的條件下，應(yīng)保證其內(nèi)的干燥劑能夠順利吸附中空腔內(nèi)的水氣。

三、材料對(duì)中空玻璃的影響

                 圖3 中空玻璃密封失敗的影響因素

    如圖3所示，在影響中空玻璃質(zhì)量的因素中，中空玻璃材料無(wú)疑是最關(guān)鍵的因素。然而密封膠粘結(jié)性能差、彈性恢復(fù)率低、干燥劑剩余吸附能力低、間隔條通氣性差等情況比比皆是，最終導(dǎo)致中空玻璃早早的密封失敗。

    比如密封膠。由于成分不純或裝配使用環(huán)境中存在污染物（比如低分子量的礦物油），外道密封膠或環(huán)境中的污染物可以通過(guò)直接或間接遷移而侵蝕丁基膠，造成丁基膠被溶解、溶脹，出現(xiàn)“流淚”現(xiàn)象[2]，進(jìn)而影響中空玻璃使用壽命。

比如3A分子篩。由于3A分子篩質(zhì)量不合格（K/Na離子交換度過(guò)低），或者將其它類型的干燥劑與3A分子篩混合甚至充當(dāng)3A分子篩使用，增加了中空系統(tǒng)中干燥劑對(duì)空氣的吸附能力，從而影響對(duì)水氣的吸附；在熱脹冷縮過(guò)程中，加劇了邊部密封膠的變形，加大了水氣的滲透通道，使得水氣更容易從外界滲透到中空腔內(nèi)，導(dǎo)致干燥劑對(duì)水氣吸附負(fù)擔(dān)的加重，從而影響中空玻璃的使用壽命。

圖4 中空玻璃撓曲變形示意圖

    比如鋁間隔條。由于通氣性差，間隔條中的分子篩不能與滲透入中空腔內(nèi)的水氣直接接觸，無(wú)法順利將水氣吸附，最終水氣越積越多，造成中空腔內(nèi)出現(xiàn)結(jié)露等現(xiàn)象。

    在2012版中空玻璃標(biāo)準(zhǔn)中，為了更全面的考察中空玻璃系統(tǒng)的耐久性，采用了水氣密封耐久性替代之前的高溫高濕耐久性和氣候循環(huán)耐久性。在試驗(yàn)過(guò)程中，密封膠的變形和位移達(dá)到最大，從而加速水氣滲透，更加考驗(yàn)邊部材料的性能。因此選用優(yōu)質(zhì)材料是制作高質(zhì)量中空玻璃的前提和基礎(chǔ)。

國(guó)家玻璃質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 馮素波