中空玻璃失效的原因分析及預(yù)防措施

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. 中空玻璃失效的原因分析及預(yù)防措施 中空玻璃作為高效節(jié)能材料在建筑上已被廣泛使用。當(dāng)前我國中空玻璃市場比較混亂，部分廠家為降低成本偷工減料，生產(chǎn)管理控制不嚴(yán)，使中空玻璃的使用壽命大大縮短，有些產(chǎn)品不到兩年就已經(jīng)進水結(jié)霧了。從行業(yè)發(fā)展的角度出發(fā)，生產(chǎn)廠應(yīng)采取各種措施確保中空玻璃有足夠長的有效使用時間，以滿足各種不同用途的需要。 中空玻璃是兩片或兩片以上的玻璃中間用帶有干燥劑的間隔框隔開周邊密封的玻璃制品。影響中空玻璃有效使用時間的原因很多，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間的各種因素進行分析，并提出延長中空玻璃有效使用時間的一些相關(guān)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主要有兩種：一是間隔層內(nèi)露點上升。當(dāng)環(huán)境溫度降低到使玻璃表面的溫度低于間隔層內(nèi)的露點時，間隔層內(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℃時結(jié)露,低于0℃時結(jié)霜）。由于玻璃內(nèi)表面的結(jié)露或結(jié)霜，影響中空玻璃的透視度，并降低中空玻璃的隔熱效果（因水的傳熱系數(shù)為0．5千卡/平方米小時攝氏度，干燥空氣傳熱系數(shù)為0．021千卡/平方米小時攝氏度，隨著空氣含水量的增加，傳熱系數(shù)增大，使中空玻璃間隔層的熱阻降低），同時長時間的結(jié)露會使玻璃的內(nèi)表面發(fā)生霉變或析堿，產(chǎn)生白斑，嚴(yán)重影響玻璃的外觀質(zhì)量；二是中空玻璃的炸裂，當(dāng)中空玻璃在安裝使用過程中由于環(huán)境溫度的不斷變化、日曬以及風(fēng)壓的作用使玻璃發(fā)生炸裂。玻璃炸裂后（既使極小的裂縫存在）就會失去其密封性，在間隔層內(nèi)出現(xiàn)結(jié)露、結(jié)霜從而喪失使用功能。 有關(guān)方面曾對使用兩年后的中空玻璃失效情況進行了調(diào)查，失效率為3—5%。各種失效原因之比見表一。從表一中可以看出，失效原因中比例最大的是露點上升（中空玻璃內(nèi)層結(jié)露），其次就是玻璃炸裂。這兩種原因構(gòu)成了總失效的85%。 表一： 中空玻璃失效原因 內(nèi)部結(jié)露 炸裂 其他 百分比% 50% 35% 15% 二．中空玻璃失效原因分析 1．露點上升的主要原因分析 中空玻璃的露點是指密封于間隔層的空氣濕度達到飽和狀態(tài)時的溫度。低于該溫度時間隔層中水蒸氣就會凝結(jié)成液態(tài)水。露點與空氣的相對濕度和空氣中的含水量之間的對應(yīng)關(guān)系見表二。 表二： 相對濕度% (25℃） 露點（℃） 含水量g/m3 0.4 -40 0.12 1.0 -32 0.28 5 -16 1.27 20 0 4.84 30 6 7.23 40 10 9.37 50 14 12.05 60 17 14.05 70 19 16.21 80 21 20.06 顯然水的含量越高，空氣的露點溫度也就越高。當(dāng)玻璃內(nèi)表面溫度低于間隔層內(nèi)空氣的露點時，空氣中的水就會在玻璃的內(nèi)表面結(jié)露或結(jié)霜 （國家標(biāo)準(zhǔn)GB1194——88《中空玻璃》中規(guī)定露點為-40℃）。中空玻璃的露點上升是由于外界的水份進入間隔層又不被干燥劑吸收造成的。下列幾種原因可導(dǎo)致中空玻璃的露點上升： （1）密封膠中存在機械雜質(zhì)或涂膠過程中擠壓不實而存在毛細(xì)小孔，在間隔層內(nèi)外壓差或濕度差的作用下，空氣中的水份進入間隔層使中空玻璃間隔層中的水份含量增加。 （2）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間隔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間等的函數(shù)。干燥劑的作用有兩個，其一是吸附掉生產(chǎn)時密封于間隔層中的水份，使得中空玻璃有合格的初始露點；其二是不斷地吸附從環(huán)境中通過膠層擴散到間隔層中的水份，保證中空玻璃始終有符合使用要求的露點（檢測中稱為最終露點既經(jīng)過高溫高濕和氣候循環(huán)試驗后測得的露點），因此要求干燥劑要有較強的吸附能力。如果干燥劑的吸附能力差，不能有效的吸附通過擴散進入間隔層中的水份，就會導(dǎo)致水份在間隔層中聚集，使中空玻璃的露點上升。 （3）生產(chǎn)時的環(huán)境濕度；如果生產(chǎn)車間的環(huán)境濕度較大，就會消耗干燥劑的吸附能力從而使干燥劑的剩余吸附能力降低，使得中空玻璃使用壽命縮短。（濕度應(yīng)控制在50%以下） （4）中空玻璃的生產(chǎn)工藝控制；如果分子篩在空氣中暴露時間較長，其有效吸附能力就會降低。另外混膠不勻（涂膠后不固化）或一次性混膠太多造成部分膠出現(xiàn)固化（混合后的密封膠隨溫度升高固化速度加快，一般車間溫度應(yīng)控制在20—25℃，混膠后應(yīng)在最短的時間內(nèi)用完，從攪拌到涂膠完畢不應(yīng)超過20分鐘）產(chǎn)生氣孔并降低玻璃和密封膠之間的粘結(jié)強度。工藝上玻璃清洗不凈、雙道密封時丁基膠斷條或角部密封不嚴(yán)等均可造成中空玻璃的質(zhì)量下降。 （5）密封膠的水汽透過率和膠層寬度；水汽通過聚合物（密封膠一般均為高分子聚合物）擴散進入間隔層是中空玻璃失效的最主要原因。眾所周知任何聚合物都不是絕對不透氣的，用于中空玻璃的密封膠（通常為聚硫橡膠、硅橡膠、丁基膠等）也是如此。對于這些高分子材料由于其兩側(cè)逸度差（壓差或濃度差）的存在，為聚合物做等溫擴散提供了驅(qū)動力。在逸度較高的一側(cè)聚合物分子因吸附氣體分子進入固體聚合物中，移動并穿過聚合物鏈陣，從聚合物的另一側(cè)（逸度較低的一側(cè)）釋放出來。對于中空玻璃的密封膠而言，主要擴散物就是空氣中的水份。水份的擴散遵循如下關(guān)系式： J = P / LΔP 式（1）式中： J—擴散速率，指單位時間、單位面積上氣體通過一定厚度的聚合物的擴散量； P—氣體滲透系數(shù)，是材料固有的一種物理性質(zhì)； L—聚合物的厚度； ΔP—聚合物兩側(cè)的氣體分壓差。 從上式可知，影響水蒸汽擴散的因素主要是聚合物的氣體滲透系數(shù)（氣密性）膠層寬度和間隔層內(nèi)外的水汽分壓差。 （6） 復(fù)合丁基膠條的質(zhì)量：膠條與玻璃的粘結(jié)強度是決定中空玻璃壽命的主要因素。 2．中空玻璃炸裂的原因： 導(dǎo)致中空玻璃炸裂有多種原因。有生產(chǎn)方面的、選材方面的、安裝運輸方面等。 玻璃炸裂的主要原因可以歸納為以下幾種： （1）生產(chǎn)時的環(huán)境溫度 生產(chǎn)中空玻璃時，密封于間隔層內(nèi)的壓力是生產(chǎn)環(huán)境溫度下的壓力。在使用過程中，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會使空氣的壓力發(fā)生變化，在夏季使用環(huán)境溫度一般都高于生產(chǎn)環(huán)境溫度，間隔層中的空氣發(fā)生膨脹，產(chǎn)生正壓，特別是用吸熱玻璃制作的中空玻璃，玻璃的吸熱效果很強，間隔層內(nèi)空氣溫度更高，產(chǎn)生的正壓也就更大。當(dāng)由于間隔層空氣膨脹引起的壓力高于玻璃的破壞壓力時，玻璃便會發(fā)生炸裂。同樣在冬季時，生產(chǎn)溫度高于使用時的環(huán)境溫度，間隔層內(nèi)空氣收縮，而產(chǎn)生負(fù)壓，當(dāng)玻璃面積較大而間隔框又較小時，兩片玻璃的中心部位有可能帖在一起形成類似彩虹的斑點嚴(yán)重影響使用效果（此缺陷可以事后糾正但比較麻煩）。95年秋天北京曾發(fā)生過這一現(xiàn)象，經(jīng)查證得知中空玻璃是在夏季生產(chǎn)的。當(dāng)在風(fēng)雪載荷的聯(lián)合作用下，有可能使玻璃發(fā)生破裂。另外我國地域遼闊如供需兩地氣壓相差較大，也可使玻璃發(fā)生變形，這時就應(yīng)在施工現(xiàn)場進行矯正。 （2） 玻璃在生產(chǎn)時的變形 水平法生產(chǎn)中空玻璃時（目前手工或半手工生產(chǎn)幾乎全部是水平法），由于玻璃下部受支撐的面積較少而且支撐多在中心部位，加之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，上片玻璃由于自重向下彎曲，結(jié)果造成中空玻璃的間隔層變薄，玻璃安裝使用時就自然存在負(fù)壓使玻璃上產(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（變形嚴(yán)重時必須矯正）。由于玻璃上預(yù)應(yīng)力的存在，減少了其抵抗外力的能力，在外界因素變化較大時容易發(fā)生破裂。 （3）使用后產(chǎn)生“熱炸裂” 在使用吸熱玻璃和鍍膜玻璃為原片制作中空玻璃時，由于在玻璃的兩點間存在的溫度差較大而產(chǎn)生熱沖擊導(dǎo)致玻璃不破壞。值得一提的是熱帶地方較少發(fā)生熱炸裂 。 ( 4 )安裝時玻璃上產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力 玻璃在安裝時框架不平或彈性密封膠條質(zhì)量不佳使玻璃發(fā)生彎曲變形從而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，由于玻璃預(yù)應(yīng)力的存在降低了其抗風(fēng)壓強度，甚至發(fā)生破裂。 （5）包裝運輸不當(dāng)使玻璃炸裂 中空玻璃不同于其它玻璃，中空玻璃在受到壓力時是單片受力，如果襯墊不平極易造成中空玻璃炸裂。另外在生產(chǎn)中玻璃磨邊質(zhì)量不好或在運輸中玻璃邊部由于碰撞產(chǎn)生微小裂口而在安裝前又不易被發(fā)現(xiàn)（由于周邊涂膠）安裝后受外力影響裂紋增長而使玻璃破裂。 （6） 密封膠質(zhì)量不佳 制作中空玻璃的密封膠要求在高、低溫狀態(tài)下均有較好的彈性，既與玻璃同步伸縮，不致使玻璃產(chǎn)生較大應(yīng)力。另外要求中空玻璃密封膠要有較少的有機揮發(fā)物（小于1.5%），以防止密封膠收縮過大產(chǎn)生破裂。 三．延長中空玻璃使用時間的措施 要想延長中空玻璃的有效使用時間，必須從各個環(huán)節(jié)加以控制，如生產(chǎn)工藝條件、原材料選擇、安裝運輸?shù)取? 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。干燥劑吸收間隔層的水份，使之初始露點達到要求，除此之外干燥劑還具有吸附能力，此部分吸附能力稱之為剩余吸附能力，定量地說，它等于有效吸附能力減去干燥劑吸附密封于間隔層內(nèi)空氣中的水份消耗的吸附能力 。 剩余吸附能力的作用是不斷地吸附從周邊擴散到間隔層中的水份。剩余吸附量的大小決定著對中空玻璃在使用過程中，通過擴散進入間隔層的水份吸附量的大小，也就決定著水份在間隔層中聚集速度的快慢，從而決定著中空玻璃的有效使用時間的長短。 中空玻璃生產(chǎn)濕度大時，首先密封于間隔層中的水份多，消耗干燥劑的吸附能力就大其剩余吸附能力就小。從表二中可以看出，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，空氣中的水份含量提高一倍。其次是環(huán)境濕度對干燥劑的吸附速率有很大影響。在不同的濕度下，干燥劑的吸附量與時間的關(guān)系如圖二所示（目前多數(shù)廠家用3A分之篩），濕度越大，干燥劑的吸附速率越快，生產(chǎn)過程中干燥劑暴露于空氣中的一段時間內(nèi)，干燥劑消耗的吸附能力與環(huán)境濕度成正相關(guān)關(guān)系，干燥劑的剩余吸附量隨著濕度的升高而減少，因此濕度對中空玻璃的有效使用時間的影響致關(guān)重要。要延長中空玻璃的有效使用時間，就必須使生產(chǎn)環(huán)境的濕度控制的低一些。 2． 減少水份通過聚合物的擴散 （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散速度的有效措施之一。中空玻璃生產(chǎn)常用的密封膠有：丁基橡膠、聚硫橡膠和硅橡膠等。它們的氣體滲透系數(shù)為：丁基橡膠1-1.5g/m2dcm，聚硫橡膠7-8g/m2dcm，硅橡膠10-15g/m2dcm。可見丁基橡膠的氣體滲透系數(shù)最小，所以雙道密封的中空玻璃由于使用了丁基橡膠，其有效使用期要明顯好于單道密封的中空玻璃。單道密封的中空玻璃（在我國逐步淘汰）的密封膠要采用聚硫膠而不宜采用硅橡膠。 需要注意的是在用中空玻璃做玻璃幕墻時，其雙道密封的外層膠必須用硅酮橡膠，因為聚硫膠和幕墻施工時所用密封膠發(fā)生緩慢化學(xué)反應(yīng)，容易造成工程事故，應(yīng)特別注意，必要時可向有關(guān)方面咨詢。 （2）合理的膠層厚度 從式一中可以看出氣體通過聚合物擴散的量與膠層厚度成反比。膠層越厚其擴散量越小，所以國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：使用雙道密封膠時其外層膠的膠層厚度為5-7mm，使用單道密封膠時膠層厚度為8-12mm，保證膠層厚度也是減少水汽擴散的重要一戶環(huán)。在生產(chǎn)時一定要保證膠層厚度和厚度的均勻性，特別保證角部密封的嚴(yán)密性。 （3）減少中空玻璃膠層的內(nèi)外濕度差 式一中氣體的擴散量與中空玻璃內(nèi)外的水汽分壓差成正比，作為中空玻璃其間隔層的濕度（水汽分壓）越低越好，要減少ΔP，只有減少外部環(huán)境的濕度（或水汽分壓），這可以采用在安裝框上開排水孔，使沿玻璃表面流到框架內(nèi)部的積水能迅速排出，從而保證玻璃周邊干燥，以延長中空玻璃的有效使用時間。 （4）合理設(shè)計和選材 設(shè)計時要充分考慮玻璃的“熱炸裂”現(xiàn)象，注意防止不要在同一片玻璃的表面或斷面產(chǎn)生過大的溫度差。為避免“熱炸裂”可根據(jù)使用地的氣象情況，選用經(jīng)強化處理過的吸熱玻璃或透光率較高的鍍膜玻璃。在建筑物的東側(cè)一直到南側(cè)，如果使用吸熱玻璃和加絲平板玻璃時，一定要進行這項校核。校核應(yīng)當(dāng)分兩個階段進行，既定性校核和定量校核，把由于溫度差產(chǎn)生的熱應(yīng)力限制在容許的范圍內(nèi)。為保險起見，中空玻璃廠家在接到此類定單時，應(yīng)向用戶說明可能發(fā)生“熱炸裂”的有關(guān)原由，分清責(zé)任，以避免事后發(fā)生糾紛。 （5） 選擇適當(dāng)吸附速率的干燥劑并盡量縮短工藝時間 對于手工或半手工生產(chǎn)的中空玻璃，干燥劑灌注過程是不密封的，干燥劑暴露于空氣之中，會很快從空氣中吸附水份，如果干燥劑的吸附速率較低，在同樣的時間內(nèi)干燥劑的吸附量會很小，損失的有效吸附能力也就小。同樣縮短工藝時間也是為了減少吸附能力的損失。 （6） 安裝時避免中空玻璃上產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力 安裝玻璃的框架要平整，與玻璃接觸的周邊密封材料要有良好的彈性，使玻璃不產(chǎn)生任何變形。 .