中空玻璃的失效原因分析及預防措施

　空玻璃作為高效節能材料在建築上已被廣泛使用。在其他行業如鐵路運輸、製冷行業的用量也逐漸增大。今日焦點：
   當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，生產管理控制不嚴，使中空玻璃的使用壽命大大縮短，有些產品不到兩年就已經進水結霧了。雖然目前還沒有對中空玻璃的有效使用時間做出明確規定（應不少於20年），但從行業發展的角度出發，生產廠應採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乾燥劑的間隔框隔開周邊密封的玻璃製品。影響中空玻璃有效使用時間的原因很多，如製造材料的性能、製造工藝及控制、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，並提出延長中空玻璃有效使用時間的一些相關措施。
 
    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：一是間隔層內露點上升。當環境溫度降低到使玻璃表面的溫度低於間隔層內的露點時，間隔層內的水汽便在玻璃內表面產生結露或結霜（玻璃內表面溫度高於0℃時結露,低於0℃時結霜）。由於玻璃內表面的結露或結霜，影響中空玻璃的透視度，並降低中空玻璃的隔熱效果（因水的傳熱係數為0．5千卡/平方米·小時·℃， · 中國建材網-建材一點通 · 排名三甲，傲視同行 乾燥空氣傳熱係數為0．021千卡/平方米·小時·℃，隨著空氣含水量的增加，傳熱係數增大，使中空玻璃間隔層的熱阻降低），同時長時間的結露會使玻璃的內表面發生霉變或析鹼，產生白斑，嚴重影響玻璃的外觀質量；二是中空玻璃的炸裂，當中空玻璃在安裝使用過程中由於環境溫度的不斷變化、日曬以及風壓的作用使玻璃發生炸裂。

玻璃炸裂後（既使極小的裂縫存在）就會失去其密封性，在間隔層內出現結露、結霜從而喪失使用功能。
    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於間隔層的空氣濕度達到飽和狀態時的溫度。低於該溫度時間隔層中水蒸氣就會凝結成液態水。
    顯然水的含量越高，空氣的露點溫度也就越高。當玻璃內表面溫度低於間隔層內空氣的露點時，空氣中的水就會在玻璃的內表面結露或結霜 （國家標準GB1194——88《中空玻璃》中規定露點為-40℃）。中空玻璃的露點上升是由於外界的水份進入間隔層又不被乾燥劑吸收造成的。下列幾種原因可導致中空玻璃的露點上升：
    （1）密封膠中存在機械雜質或塗膠過程中擠壓不實而存在毛細小孔，在間隔層內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）乾燥劑的有效吸附能力低。中空玻璃乾燥劑的有效吸附能力指的是乾燥劑被密封於間隔層之後所具有的吸附能力。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。乾燥劑的作用有兩個，其一是吸附掉生產時密封於間隔層中的水份，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過高溫高濕和氣候循環試驗後測得的露點），因此要求乾燥劑要有較強的吸附能力。如果幹燥劑的吸附能力差，不能有效的吸附通過擴散進入間隔層中的水份，就會導致水份在間隔層中聚集，使中空玻璃的露點上升。
    （3）生產時的環境濕度；如果生產車間的環境濕度較大，就會消耗乾燥劑的吸附能力從而使乾燥劑的剩餘吸附能力降低，使得中空玻璃使用壽命縮短。（濕度應控制在50%以下）
    （4）中空玻璃的生產工藝控制；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（塗膠後不固化）或一次性混膠太多造成部分膠出現固化（混合後的密封膠隨溫度升高固化速度加快，一般車間溫度應控制在20—25℃，混膠後應在最短的時間內用完，從攪拌到塗膠完畢不應超過20分鐘）產生氣孔並降低玻璃和密封膠之間的粘結強度。

工藝上玻璃清洗不淨、雙道密封時丁基膠斷條或角部密封不嚴等均可造成中空玻璃的質量下降。
    （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，用於中空玻璃的密封膠（通常為聚硫橡膠、矽橡膠、丁基膠等）也是如此。對於這些高分子材料由於其兩側逸度差（壓差或濃度差）的存在，為聚合物做等溫擴散提供了驅動力。在逸度較高的一側聚合物分子因吸附氣體分子進入固體聚合物中，移動並穿過聚合物鏈陣，從聚合物的另一側（逸度較低的一側）釋放出來。對於中空玻璃的密封膠而言，主要擴散物就是空氣中的水份。
    （6） 複合丁基膠條的質量 膠條式中空玻璃近幾年發展較快，國內現有生產線30多條，產量近800萬平方米。膠條與玻璃的粘結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：
導致中空玻璃炸裂有多種原因。有生產方面的、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）生產時的環境溫度
    生產中空玻璃時，密封於間隔層內的壓力是生產環境溫度下的壓力。在使用過程中，往往是使用溫度和生產環境溫度相差較大。空氣的熱脹冷縮會使空氣的壓力發生變化，在夏季使用環境溫度一般都高於生產環境溫度，間隔層中的空氣發生膨脹，產生正壓，特別是用吸熱玻璃製作的中空玻璃，玻璃的吸熱效果很強，間隔層內空氣溫度更高，產生的正壓也就更大。當由於間隔層空氣膨脹引起的壓力高於玻璃的破壞壓力時，玻璃便會發生炸裂。同樣在冬季時，生產溫度高於使用時的環境溫度，間隔層內空氣收縮，而產生負壓，當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重影響使用效果（此缺陷可以事後糾正但比較麻煩）。95年秋天北京曾發生過這一現象，經查證得知中空玻璃是在夏季生產的。當在風雪載荷的聯合作用下，有可能使玻璃發生破裂。另外我國地域遼闊如供需兩地氣壓相差較大，也可使玻璃發生變形，這時就應在施工現場進行矯正。
    （2） 玻璃在生產時的變形
    水平法生產中空玻璃時（目前手工或半手工生產幾乎全部是水平法），由於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，上片玻璃由於自重向下彎曲，結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壓使玻璃上產生預應力，面積較大的中空玻璃這種現象更為突出（變形嚴重時必須矯正）。

由於玻璃上預應力的存在，減少了其抵抗外力的能力，在外界因素變化較大時容易發生破裂。
    （3）使用後產生「熱炸裂」
    在使用吸熱玻璃和鍍膜玻璃為原片製作中空玻璃時，由於在玻璃的兩點間存在的溫度差較大而產生熱衝擊導致玻璃不破壞。值得一提的是熱帶地方較少發生熱炸裂 。
    (4)安裝時玻璃上產生預應力
    玻璃在安裝時框架不平或彈性密封膠條質量不佳使玻璃發生彎曲變形從而產生預應力，由於玻璃預應力的存在降低了其抗風壓強度，甚至發生破裂。
    （5）包裝運輸不當使玻璃炸裂
    中空玻璃不同於其它玻璃，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。另外在生產中玻璃磨邊質量不好或在運輸中玻璃邊部由於碰撞產生微小裂口而在安裝前又不易被發現（由於周邊塗膠）安裝後受外力影響裂紋增長而使玻璃破裂。
    （6） 密封膠質量不佳
    製作中空玻璃的密封膠要求在高、低溫狀態下均有較好的彈性，既與玻璃同步伸縮，不致使玻璃產生較大應力。另外要求中空玻璃密封膠要有較少的有機揮發物（小於1．5%），以防止密封膠收縮過大產生破裂。
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，必須從各個環節加以控制，如生產工藝條件、原材料選擇、安裝運輸等。
    1． 嚴格控制生產環境的濕度 生產環境的濕度主要是影響乾燥劑的有效吸附能力和剩餘吸附能力。剩餘吸附能力是指中空玻璃密封后。乾燥劑吸收間隔層的水份，使之初始露點達到要求，除此之外乾燥劑還具有吸附能力，此部分吸附能力稱之為剩餘吸附能力，定量地說，它等於有效吸附能力減去乾燥劑吸附密封於間隔層內空氣中的水份消耗的吸附能力 。 剩餘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。剩餘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。 中空玻璃生產濕度大時，首先密封於間隔層中的水份多，消耗乾燥劑的吸附能力就大其剩餘吸附能力就小
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。其次是環境濕度對乾燥劑的吸附速率有很大影響。在不同的濕度下，乾燥劑的吸附量與時間的關係如圖二所示（目前多數廠家用3A分之篩），濕度越大，乾燥劑的吸附速率越快，生產過程中乾燥劑暴露於空氣中的一段時間內，乾燥劑消耗的吸附能力與環境濕度成正相關關係，乾燥劑的剩餘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重要。要延長中空玻璃的有效使用時間，就必須使生產環境的濕度控制的低一些。
    2． 減少水份通過聚合物的擴散
    （1） 選擇低滲透係數的密封膠
選擇氣體滲透係數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。中空玻璃生產常用的密封膠有：丁基橡膠、聚硫橡膠和矽橡膠等。它們的氣體滲透係數為：丁基橡膠1—1．5g/m2·d·cm，聚硫橡膠7—8g/m2·d·cm，矽橡膠10—15g/m2·d·cm。可見丁基橡膠的氣體滲透係數最小，所以雙道密封的中空玻璃由於使用了丁基橡膠，其有效使用期要明顯好於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）的密封膠要採用聚硫膠而不宜採用矽橡膠。 需要注意的是在用中空玻璃做玻璃幕牆時，其雙道密封的外層膠必須用矽酮橡膠，因為聚硫膠和幕牆施工時所用密封膠發生緩慢化學反應，容易造成工程事故，應特別注意，必要時可向有關方面諮詢。
    （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，所以國家標準中規定：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。在生產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密性。
    （3）減少中空玻璃膠層的內外濕度差
式一中氣體的擴散量與中空玻璃內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，只有減少外部環境的濕度（或水汽分壓），這可以採用在安裝框上開排水孔，使沿玻璃表面流到框架內部的積水能迅速排出，從而保證玻璃周邊乾燥，以延長中空玻璃的有效使用時間。

 （4）合理設計和選材 設計時要充分考慮玻璃的「熱炸裂」現象，注意防止不要在同一片玻璃的表面或斷面產生過大的溫度差。為避免「熱炸裂」可根據使用地的氣象情況，選用經強化處理過的吸熱玻璃或透光率較高的鍍膜玻璃。在建築物的東側一直到南側，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。校核應當分兩個階段進行，既定性校核和定量校核，把由於溫度差產生的熱應力限制在容許的範圍內。為保險起見，中空玻璃廠家在接到此類定單時，應向用戶說明可能發生「熱炸裂」的有關原由，分清責任，以避免事後發生糾紛。
    （5） 選擇適當吸附速率的乾燥劑並儘量縮短工藝時間 對於手工或半手工生產的中空玻璃，乾燥劑灌注過程是不密封的，乾燥劑暴露於空氣之中，會很快從空氣中吸附水份，如果幹燥劑的吸附速率較低，在同樣的時間內乾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生預應力 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，使玻璃不產生任何變形。

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