中空玻璃檢測中的常見問題及其材料的選擇

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

    中空玻璃國家標(biāo)準(zhǔn)的修訂是為了推動中空玻璃行業(yè)的技術(shù)進步和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。在新版中空玻璃國家標(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。本文從檢測實驗室的角度，重點闡述了目前市場上常見的雙道密封中空玻璃常見問題及其對中空系統(tǒng)的影響。

一、中空玻璃常見問題

    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)過程中，我國的中空玻璃質(zhì)量有了飛躍式的提升。但我們不能忽視中空玻璃的質(zhì)量問題，從實驗室檢測的結(jié)果及社會反映來看，其質(zhì)量還存在很多問題，這些問題集中反映在以下幾個方面：

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A:B組分比例偏差過大，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間過長，造成分子篩失效等。

圖1 中空玻璃及其材料常見問題

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。同時丁基膠作為單組份塑性密封膠，對低分子礦物油物質(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動。

    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度以承受由中空玻璃支承的所有動靜載荷。

2、干燥劑

    由于干燥劑對水吸附的自發(fā)性，為了保證中空玻璃的長久使用，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)過程中，由于工藝的限制，干燥劑從灌裝到合片需要一定的時間，在此期間，干燥劑會自發(fā)吸附空氣中的水氣。低的吸附速率能夠保證在此過程中，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密封在中空腔內(nèi)的水氣和使用過程中通過密封膠滲透到中空腔內(nèi)水氣的吸附，從而長期保持中空腔內(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℃兩個變溫過程中對空氣的吸附和解吸附數(shù)據(jù)圖[3]。從圖中可以看出，在降/升溫過程中，13X分子篩對空氣的吸附/解吸附能力最強，4A分子篩次之，3A分子篩幾乎對空氣沒有吸附能力。因此3A分子篩成為了中空玻璃干燥劑的首選材料。

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

3、間隔條

    除了為干燥劑提供存放場所以外，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。常見的間隔條有金屬間隔條、復(fù)合膠條、混合間隔條和超級間隔條等。

    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、成本相對低廉且相對容易生產(chǎn)、折彎，鋁間隔條的應(yīng)該市場更為廣泛。

    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)中干燥劑對空氣的吸附能力，從而影響對水氣的吸附；在熱脹冷縮過程中，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)致干燥劑對水氣吸附負擔(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。在試驗過程中，密封膠的變形和位移達到最大，從而加速水氣滲透，更加考驗邊部材料的性能。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)。

國家玻璃質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心 馮素波