中空玻璃作為高中檔材料在建筑上和其它領(lǐng)域已被廣泛采用。除建筑上大量使用之外在其它行業(yè)如鐵路運(yùn)輸、制冷行業(yè)的用量也逐漸增大。中空玻璃作為玻璃的深加工產(chǎn)品,因具價(jià)格較高`多在關(guān)鍵部位時(shí)使用’如高層建筑、火車空調(diào)車窗、冷柜觀察窗等。在安裝使用后,一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題及破損需進(jìn)行更換非常困難,并且更換費(fèi)用很高`因此對(duì)中空玻璃能保證長(zhǎng)期有效的便用提出了更高的要求。雖然目前還沒(méi)有對(duì)中空玻璃的有效使用時(shí)間做出明確的規(guī)定`但生產(chǎn)廠應(yīng)采取各種措施盡量保證中空玻璃有足夠長(zhǎng)的有效使用時(shí)間以滿足各種不同用途的需要。

中空玻璃是由兩片或兩片以上玻璃中間用帶有干燥劑的間隔框隔開(kāi)周邊密封的玻璃制品是一種復(fù)合產(chǎn)品、其性能和功能均不同于普通玻璃`存在使用壽命和有效期問(wèn)題。影響中空玻璃有效使用時(shí)間的原因主要有空氣層露點(diǎn)上升`玻璃完整性喪失功能衰減等。產(chǎn)生的原意是多方面的如制造材料的性能、制造工藝及控制、安裝方法等。本文就影響中空玻璃有效使用時(shí)間的各種因素進(jìn)行分析`提出延長(zhǎng)中空玻璃有效使用時(shí)間的措施。

一、中空玻璃失效的主要原因

中空玻璃失效的直接原因有兩種:一是空氣層內(nèi)露點(diǎn)上升。當(dāng)環(huán)境溫度降低到使玻璃表面的溫度低于空氣層內(nèi)的氣體露點(diǎn)時(shí)空氣層內(nèi)的水汽便在玻璃內(nèi)表面產(chǎn)生結(jié)露或結(jié)霜(玻璃內(nèi)表面溫度高于0°C時(shí)結(jié)露`低于O℃ 時(shí)結(jié)霜)。由于玻璃內(nèi)表面的結(jié)露或結(jié)霜`將會(huì)嚴(yán)重影響中空玻璃的透視性`并降低中空玻璃的隔熱效果`同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間的結(jié)露會(huì)使玻璃的內(nèi)表面發(fā)生霉變或析堿’產(chǎn)生白斑。二是中空玻璃的炸裂`當(dāng)中空玻璃在安裝、使用中由于安裝不當(dāng)、環(huán)境溫度變化、日照及風(fēng)壓的作用使玻璃發(fā)生炸裂。玻璃破裂后(即使極小的裂縫存在)就會(huì)失去其密封性`在空氣內(nèi)出現(xiàn)結(jié)露、結(jié)霜從而喪失使用功能。

我們?cè)鴮?duì)使用兩年后的中空玻璃失效情況進(jìn)行了調(diào)查’失效率為3-5%。各種失效原因之比見(jiàn)表1。從表1中可以看出`失效原因中比例最大的是露點(diǎn)上升(中空層內(nèi)結(jié)露)其次玻璃炸裂。這兩種原因構(gòu)成了總失效的89%。

二、中空玻璃失效原因分析

1、露點(diǎn)上升的主要原因:

中空玻璃的露點(diǎn)是指密封于空氣層中的空氣濕度達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度’低于該溫度時(shí)空氣層中的水蒸氣就會(huì)凝結(jié)成液態(tài)或固態(tài)水。露點(diǎn)與空氣的相對(duì)濕度和空氣中的含水量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表2。

顯然水的含量越高,空氣的露點(diǎn)溫度也就越高。當(dāng)玻璃內(nèi)表面溫度低于空氣層內(nèi)空氣的露點(diǎn)時(shí),空氣中的水就會(huì)在玻璃的內(nèi)表面凝結(jié)露或結(jié)霜(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB11944-89《中空玻璃》中規(guī)定露點(diǎn)為一4O℃ )。中空玻璃露點(diǎn)上升是由于外界的水進(jìn)入空氣層而又不能被干燥劑吸收所造成的。下列三種原因可導(dǎo)致中空玻璃的露點(diǎn)上升:

(1)密封膠中存在的機(jī)械雜質(zhì)或生產(chǎn)時(shí)的涂膠過(guò)程中擠壓不連續(xù)而存在的毛細(xì)孔,在空氣層內(nèi)外壓差或濃度梯度的作用下,空氣中的水通過(guò)氣體流通或擴(kuò)散進(jìn)入空氣層中使中空玻璃空氣層中的水分含量增加。

(2)水汽通過(guò)聚合物(密封膠一般均為高分子聚合物)擴(kuò)散

進(jìn)入空氣層中。任何聚合物都不是絕對(duì)不透氣的,通常用于中空玻璃的密封膠聚硫橡膠、硅橡膠、丁基橡膠等,也是如此。對(duì)于這些高分子材料、其兩鍘曲于逸度差(壓差或濃度差)的存在,構(gòu)成了聚合物做等溫?cái)U(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力。在逸度較高的一惻聚合g/J分子因吸附氣體分子(空氣和水)進(jìn)入圈體聚合物中ˇ移動(dòng)并穿過(guò)聚合物鏈陣從聚合物的另一側(cè)——逸度較低的一側(cè)釋放出來(lái)。對(duì)于中空玻璃的密封膠而言氵主要擴(kuò)散物就是空氣中的水份。

水份的擴(kuò)散遵循如下的關(guān)系式:

J=P/L P (1)

式中:J-擴(kuò)散速度.指單位時(shí)間,單位面積上氣體通過(guò)一定厚度的聚合物的擴(kuò)散量。P-氣體滲透系數(shù).是材料圃有的一種物理性質(zhì)。

L-聚合物的厚度

P一聚合物兩側(cè)的氣體分壓差

從上式可知,影響水蒸氣擴(kuò)散的因素主要是聚合物的氣體滲透系數(shù)(氣密性)∶ 膠層厚度和空氣層內(nèi)外的水汽分壓差。

水汽擴(kuò)散是中空玻璃失效的主要原因。

(3)干燥劑的有效吸附能力低。中空玻璃干燥劑的有效吸附能力指的是干燥劑被密封于空氣層之后所具有的吸附能力。它是分子篩的性能、空氣濕度、裝填量以及在空氣中放置時(shí)間等的函數(shù)。密封于中空玻璃空氣層中的干燥劑其作用主要有兩個(gè)’其—是吸附掉生產(chǎn)時(shí)密封于空氣中的水份’使得中空玻璃有合格的初始露點(diǎn):其二是不斷的吸附從環(huán)境中通過(guò)膠層擴(kuò)散到空氣中層中的水份、保持中空玻璃始終有符合使用要求的露點(diǎn)因此要求干燥劑要有較強(qiáng)的吸附能力。如果干燥劑的吸附能力差,不能有效的吸附通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入空氣層中的水份,就會(huì)導(dǎo)致水份在空氣中聚集,水分壓升高，中空玻璃的露點(diǎn)上升。

2、玻璃炸裂的原因:

導(dǎo)致中空玻璃炸裂有多種原因。有生產(chǎn)方面的,也有安裝方面的。玻璃炸裂的主要原因可以歸納為以下幾種:

(1)生產(chǎn)環(huán)境溫度生產(chǎn)中空玻璃時(shí)、密封于空氣層內(nèi)的壓力是生產(chǎn)環(huán)境溫度下的壓力。使用過(guò)程中`往往是使用溫度和生產(chǎn)環(huán)境溫度相差較大�？諝獾臒崦浝淇s會(huì)使空氣層的壓力發(fā)生變化`夏季時(shí)環(huán)境溫度一般都高于生產(chǎn)環(huán)境溫度、中空玻璃空氣層中的空氣發(fā)生膨脹,空氣層產(chǎn)生正壓`特別是用吸熱玻璃和鍍膜玻璃制作的中空玻璃`玻璃的吸熱效果很強(qiáng)`空氣層內(nèi)的溫升更高’產(chǎn)生的正壓也就更大。當(dāng)由于空氣層空氣膨脹引起的壓力高于玻璃的破壞壓力時(shí)、玻璃便會(huì)發(fā)生破裂。大部分的玻璃炸裂都是由此原因引起的。同樣在冬季’環(huán)境溫度低,空氣層內(nèi)空氣收縮而產(chǎn)生負(fù)壓`在風(fēng)雪荷載的聯(lián)合作用下`也會(huì)使玻璃發(fā)生炸裂。

(2)選擇玻璃不當(dāng)

在建筑的向陽(yáng)面使用未經(jīng)增強(qiáng)的吸熱玻璃、曲于吸熱玻璃在向陽(yáng)面使用時(shí)極易吸收太陽(yáng)能而升溫`發(fā)生熱炸裂。

(3)玻璃在生產(chǎn)時(shí)變形

水平法生產(chǎn)中空玻璃時(shí)(目前手工生產(chǎn)幾乎全部是水平法)、由于下片玻璃受支撐的面積較少而且支撐點(diǎn)多在中心部位、上片玻璃的重量全部加到下片玻璃上’使下片玻璃向上彎曲,結(jié)果造成中空玻璃的空氣層厚度變薄。玻璃安裝使用時(shí)就自然在空氣層內(nèi)存在負(fù)壓,玻璃上產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力面積較大的中空玻璃這種現(xiàn)象更為突出。由于玻璃上預(yù)應(yīng)力的存在’減少了其抗風(fēng)壓的強(qiáng)度和抗外力的能力`在外界因素變化時(shí)容易發(fā)生破裂。

(4)安裝玻璃時(shí),玻璃上產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力

玻璃在安裝時(shí),框架不平或彈性密封膠條質(zhì)量不佳而使玻璃發(fā)生彎曲變形、從而使玻璃產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力、曲于玻璃預(yù)應(yīng)力的存在降低了玻璃的抗風(fēng)壓力能力,甚至發(fā)生炸裂。

(5)玻璃邊部存在小裂口

在生產(chǎn)中玻璃磨邊質(zhì)量不好或在運(yùn)輸中玻璃的邊部由于受到碰撞產(chǎn)生小裂紋而在安裝前又不易被發(fā)現(xiàn)(由于周邊涂膠)’安裝后裂紋增長(zhǎng)而使玻璃破裂。

三、延長(zhǎng)中空玻璃使用時(shí)間的措施要延長(zhǎng)中空玻璃的有效使用時(shí)間`必須從各個(gè)環(huán)節(jié)如生產(chǎn)工藝條件、原材料選擇、運(yùn)輸安裝等加以控制。

1、嚴(yán)格控制生產(chǎn)環(huán)境的濕度

生產(chǎn)環(huán)境的濕度主要是影響干燥劑的有效吸附能力和剩余吸附能力。剩余吸附能力是指中空玻璃密封后`干燥劑吸收空氣中的水份`使之初始露點(diǎn)達(dá)到要求、干燥劑還具有一定的吸附能力,此部分吸附能力稱之為剩余吸附能力’定量地說(shuō)`他等于有效吸附能力減去干燥劑吸附密封于空氣層內(nèi)空氣中的水消耗吸附能力。

剩余吸附量的作用是不斷的吸附從周邊擴(kuò)散到空氣層中的水份。剩余吸附量的大小決定著中空玻璃干燥劑對(duì)中空玻璃在使用過(guò)程中,通過(guò)邊部擴(kuò)散進(jìn)入空氣層的水份的吸附能力的大小、也就決定著水分在空氣中聚集速度的快慢,從而決定著中空玻璃的有效使用時(shí)間的長(zhǎng)短。

中空玻璃生產(chǎn)環(huán)境濕度度大時(shí)首先密封于空氣中的水分多、消耗干燥劑的吸附能力就大其剩余吸附能力就小表二中可以看出`空氣的濕度越大其含水量就越高`環(huán)境濕度由40%增加到80%時(shí)`空氣中的水分含量提高一倍:其次是環(huán)境濕度對(duì)干燥劑的吸附速率有很大影響`濕度越大干燥劑的吸附速率越快,生產(chǎn)過(guò)程中一般干燥劑要暴露于空氣中一段時(shí)間`在這段時(shí)間內(nèi)’干燥劑的吸附能力與環(huán)境濕度咸正比關(guān)系、干燥劑的剩余吸附量隨著濕度的升高而減少,因此濕度對(duì)中空玻璃的有效使用時(shí)間的影響致關(guān)重要。要延長(zhǎng)中空玻璃的有效使用時(shí)間,就必須使生產(chǎn)環(huán)境的濕度控制得低—些。

2、減少水分通過(guò)聚合物的擴(kuò)散

(1)選擇低滲透系數(shù)的密封膠

選擇氣體滲透系數(shù)低的中空玻璃密封膠是減少氣體擴(kuò)散速度的有效措施之一。中空玻璃生產(chǎn)常用的密封膠有:T基橡膠、聚硫橡膠和硅橡膠等。他們的氣體滲透系數(shù)為:丁基橡膠← 15g/m dcm,聚硫橡膠7-8g/m dcm、硅橡膠1015g/m dcm’可見(jiàn)丁基橡膠的氣體滲透系數(shù)最小’所以雙道封玻璃由于便用了丁基橡膠,其有效使用期要好于單道密封的中空玻璃。單道密封的中空玻璃的密封膠要采用聚硫膠而不宜采用硅橡膠。

(2)合理確定膠層厚度

從式(1)中可以看出氣體通過(guò)聚合物擴(kuò)散的量與膠層厚度成反比`膠層越厚其擴(kuò)散量越少`所以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定:使用雙道密封膠時(shí)`膠層厚度為5-7mm`使用單層密封膠時(shí)膠層厚度為8-12mm`保證膠層厚度也是減少水汽擴(kuò)散的重要一環(huán)’在生產(chǎn)時(shí)一定要保證膠層厚度和厚度的均勻性。

(3)減少中空玻璃膠層的內(nèi)外濕度差式(1)中氣體的擴(kuò)散量與中空玻璃內(nèi)外的水汽分壓差成正比`減少膠層的內(nèi)外濕度差可以減少水汽通過(guò)膠層的擴(kuò)散量。作為中空玻璃其空氣層的濕度(水氣分壓)越低越好,要減少P只有減少外部環(huán)境的濕度(或水汽分壓)來(lái)實(shí)現(xiàn)。達(dá)到這一目的`可以采用在安裝框架上開(kāi)排水孔`使沿玻璃表面流到框架內(nèi)部的積水能迅速排出,從而保持玻璃周邊干燥,以減少中空玻璃的水汽擴(kuò)散量。

3、縮短生產(chǎn)工藝時(shí)間

這里的縮短生產(chǎn)工藝時(shí)間是指盡量減少中空玻璃生產(chǎn)時(shí)干燥劑與大氣接觸的時(shí)間減少吸附能力的損失`從而使干燥劑有更高的剩佘吸附能力也就是使干燥劑在被密封于中空玻璃中之前盡量減少吸附能力的損失。

4、合理控制i司隔框的導(dǎo)氣縫隙

干燥劑一般都是在密封的情況下灌注到間隔框中的`吸附大氣中的水是通過(guò)導(dǎo)氣縫(孔)進(jìn)行的導(dǎo)氣縫(孔)越大在生產(chǎn)過(guò)程中干燥劑的吸水速率越快`有效吸附能力的損失也就越多.因此中空玻璃間隔框的導(dǎo)氣縫隙盡量小些`只要能保證中空玻璃有符合標(biāo)準(zhǔn)要求的初始露點(diǎn)就是比較合適的了。

5、選擇適當(dāng)吸附速率的干燥劑

對(duì)于中空玻璃生產(chǎn)`有些時(shí)候干燥劑的灌注不是在完全密封的環(huán)境下進(jìn)行的。在灌注過(guò)程中干燥劑暴露與空氣之中,會(huì)很快從空氣中吸附水份。如果干燥劑的吸附速率較低`在同樣的時(shí)間內(nèi)干燥劑的吸附量會(huì)很小.損失的有效吸附能力也就小。

6、合理包裝和運(yùn)輸

`中空玻璃的包裝箱豁包裝架其對(duì)玻璃的支撐部位最好放在玻璃的四周,使壓力通過(guò)間隔框進(jìn)行傳遞以減少玻璃的破損`運(yùn)輸玻璃的平面與運(yùn)輸前進(jìn)方向一致。

7、安裝時(shí)盡量使玻璃上不產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力安裝的框架要平整`保證與玻璃接觸的周邊材料為良好的彈性材料,使玻璃不產(chǎn)生任何變形。

8、合理選擇中空玻璃結(jié)構(gòu)

在屋頂使用中空玻璃特別是用吸熱玻璃制作的中空玻璃時(shí)`由于承受自重、積雪載夏季日光照射接近垂荷以及風(fēng)壓荷載較大,直產(chǎn)生熱應(yīng)力`所以玻璃容易破裂。這一部位的中空玻璃的單片最好要經(jīng)過(guò)鋼化處理。

四、結(jié)論

通過(guò)選擇、加工制造、包裝、運(yùn)輸和安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)加以控制’能夠防止中空玻璃過(guò)早失效`延長(zhǎng)其使用時(shí)間,減少維修費(fèi)用。這不僅能帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益.同時(shí)可以獲得更好的社會(huì)效益和企業(yè)信譽(yù)。