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            中空玻璃密封材料選擇及質量控制途徑

            2014-02-28 11:44:56 作者: 來源:第一幕墻收集整理 我要評論1

            第一幕墻網

            隨著國家建筑節能要求提高,中空玻璃被廣泛的應用到各種門窗幕墻上面,對中空玻璃功能壽命要求也越來越高,然而中空玻璃是由國外引進而來,還沒來得及對其基礎理論進行仔細研究便在國內蓬勃發展,在中空玻璃發展過程中由于缺乏基礎理論指導出現了許多問題,有些問題甚至嚴重影響中空玻璃本身及相關行業的發展根據筆者十來年的觀察,特把問題大致歸納如下:

              1、 中空玻璃使用壽命長短不一,同樣的生產工藝,同樣一個工程,而中空玻璃使用壽命相差很大;

              2、 由于對制作中空玻璃各種材料及密封體系缺乏基礎理論研究,在使用各種材料和密封體系過程中,人為因素很重,只強調眼前的功利性,不著眼于長遠利益,比如近來大量出現由于含礦物油普通硅酮膠對丁基膠的破壞導致中空玻璃滲油而使中空玻璃使用壽命喪失,很多中空玻璃廠家蒙受重大損失;有些幕墻門窗工程在幾年時間其中空玻璃就出現結露甚至漏水,由于水在中空玻璃里面對整個中空玻璃單元件的影響,很可能導致整個門窗幕墻工程出現危險隱患甚至危及生命安全。中空玻璃本來應該節能,環保,此問題一出現反而增大了社會成本,還有危險隱患。完全違背了設計使用中空玻璃初衷!

              3、 在加工中空玻璃過程中,由于管理失誤,行業內每年都會出現玻璃破碎導致人員傷亡的事故!

              以下是中空玻璃失效圖例:

            中空玻璃質量事故圖片

            中空玻璃質量事故圖片

            中空玻璃質量事故圖片

              針對以上幾種問題筆者歸納以下幾種解決問題的方法:

              一.要想從根本上解決中空玻璃失效的問題,必須結合國內外的一些科學論證及驗證試驗結果,提高行業內外對中空玻璃本身的認知水平,從而科學嚴謹地生產使用中空玻璃,現將國內外一些科學論證及見證試驗結論歸納如下:

              1.現行中空玻璃濕氣滲透量及單元件使用壽命估算(中空玻璃使用壽命探討中國化學建材公司  馬啟元)
              濕氣滲透進入中空玻璃將引起質量的增加,通過測定單元件透水增量,可判定產品濕氣滲透量,按照前述原理,對插角組框、丁基和聚硫膠密封膠的標準試件(35cm5×50cm),進行試驗室加速條件實驗和1m×1m試件大氣曝曬試驗(2)測定及估算結果見表1

              從表1可見,插角組框中空玻璃70%透水是通過接插角;雙道密封單元件年透水量遠低于單道密封;單道密封接縫滲透率增加16倍,是產品濕氣滲透量顯著增大的主要原因。

              中空玻璃內空間滲透的水量,如果達到填充的干燥劑飽和吸水值時,一般認為中空玻璃將喪失使用功能,可以此作為產品功能壽命終結的標志。干燥劑吸濕能力,隨填充量、干燥劑品種、規格和處理條件不同而不同;一般使用的分子篩干燥劑,飽和吸水率為16-20%(5)(平均18%);以12mm寬度隔條的單元件為例,干燥劑填充量為30g/m,則可按表1給出的數據,從理論上估算以上兩種密封形式產品的功能壽命(表2)

              由表2可見,雙道密封單元件飽和吸水壽命隨尺寸增大而延長;估算壽命是單道密封單元件的4—10倍。

              4、彎角(或折角)組框中空玻璃透水率低、壽命長
              由幾根鋁隔條插接組框,插角—隔條間存在空置的間隙,沒有金屬層擋隔,濕氣可直接透過膠層滲入。該處透濕率較高已為人們注意,工藝改進措施是插角時用丁基密封膠充滿空置間隙;結構改進是取消接插件,直接將一根隔條彎角組框或采用∏型金屬隔條折角組框,消除角滲透通道,使角滲透率為零。同插角型單元件相比,其年透水率將顯著下降(表3),功能壽命延長(表4)

              由表3、4可見,折角組框型中空玻璃透水率下降了300¬—500%,理論壽命延長3—6倍,且壽命受產品規格大小影響不大,一般在80年以上。

              二、密封材料選材對單元件透水率影響
              密封膠是濕氣滲入單元件的主要路徑,丁基密封膠濕氣滲透率最低,但由于不能固化,強度甚低且有“冷流性”,適用于第一道密封,對此分析可參見ASTMC1249—935.5 (8)節,聚硫膠透濕率較小,具有良好粘接強度、耐老化性和工藝實用性,是目前中空玻璃二道密封主要材料;硅酮密封膠對玻璃粘接性穩定,耐氣候老化,但透濕率較高,僅從安全考慮用于隱框玻璃幕墻的中空玻璃單元件,但必須有丁基密封膠良好的擋隔密封(詳見ASTMC1249)。

            資料表明,采用丁基密封膠封閉接插件安裝間隙的標準單元件(尺寸35mm×50mm),通過曝曬條件下實驗不同類型的密封膠粘接體系,測定濕氣滲透率,發現有很大差別,可見丁基——聚硫密封體系單元件透水率約為0.1g/年,丁基—雙組分硅酮密封體系為0.30—0.35g;丁基單組分硅酮密封體系為0.5—0.6g年。由此,也可計算出各體系產品的理論壽命約為80年、31年和7年,如果考慮使用條件影響,實際功能壽命將會成比例折扣,所以,應控制硅酮密封膠在中空玻璃中的應用范圍。

              中空玻璃用聚硫膠與硅酮膠性能比對分析報告(國家玻璃質量監督檢驗中心);

              密封膠性能的優劣直接影響中空玻璃的節能效果和使用壽命。目前我國使用最多的中空玻璃用密封膠為硅酮密封膠和聚硫密封膠。這兩種密封膠在使用性能上存在著明顯差異,如聚硫膠比硅酮膠水氣滲透率低、硅酮膠比聚硫膠更有彈性且具有良好的彈性恢復率,這也是中空玻璃行業的共識。但兩種密封膠對中空玻璃密封性能、耐老化性能的影響以及惰性氣體保持能力等方面,尚無基礎數據可供參考。特別是在制作間隔條折彎式雙道密封中空玻璃時,聚硫膠相對于硅酮膠的低水氣滲透率對中空玻璃的性能的影響不得而知,也使得中空玻璃生產企業在選擇密封膠時,概念模糊,無法準確判斷。

              為了對硅酮密封膠和聚硫密封膠的性能差異有一個較深的認識,對二者今后的使用以及性能的改善提供幫助與指導,因此對其性能進行深入、系統的測試與比較是十分必要的。

              三、性能比較方案
              為了科學、公平、準確的測試、比較硅酮密封膠和聚硫密封膠在性能上的差異,我們制定了如下抽樣、測試方案:

              1.抽樣方法:選擇全國生產規模較大的、在行業內有一定知名度的中空玻璃用密封膠生產企業參加本次比對試驗,其中硅酮密封膠和聚硫密封膠生產企業各5家。硅酮膠生產企業分別為成都硅寶科技有限公司、鄭州中原應用技術有限公司、杭州之江有機硅化工有限公司、廣州市白云化工有限公司、杭州凌志精細化工有限公司,聚硫膠生產企業分別為鄭州中原應用技術有限公司、杭州之江有機硅化工有限公司、北京卓越密封膠有限公司、愛多克柯梅林(南京)新材料有限公司、浙江芬奇涂料密封膠有限公司。由國家玻璃質量監督檢驗中心負責抽樣,在企業成品庫內隨機抽取企業自檢合格的產品,每個企業抽取一種型號的樣品25公斤。企業將抽取的樣品寄到秦皇島國家玻璃質量監督檢驗中心。

              2.中空玻璃試樣的制作:由國家玻璃質量監督檢驗中心聯系一家大型中空玻璃生產企業,在國家玻璃質檢中心人員現場監督下,用所抽取的密封膠樣品制作彎管槽鋁式充氣中空玻璃,其中每個聚硫膠樣品制成一組充氣中空玻璃試樣10塊,每個硅酮膠樣品制成兩組中空玻璃試樣(一組為與聚硫膠膠層厚度相同的試樣,另一組為比聚硫膠膠層厚2mm的試樣)各10塊。

              3.檢測項目:

              1)高溫高濕耐久性測試:按照GB/T11944-2002《中空玻璃》中規定的試驗方法,測試后再進行露點檢測;

              2)水氣密封耐久性測試:按照EN 1279.2《建筑中空玻璃》中以及新國標規定的試驗方法; 

              3)氣體密封耐久性測試:采用氧分析氬氣含量測試方法,先對中空玻璃樣品進行初始氬氣含量檢測,再對樣品進行密封處理,按新國標進行老化試驗,試驗后再進行氬氣含量檢測;

              4)水蒸氣滲透率測試:按照JC486-2001《中空玻璃用彈性密封劑》規定的方法進行。

              四、中空玻璃樣品制作
              所有密封膠樣品全部到國家玻璃質量監督檢驗中心后,我們聯系在玻璃深加工行業有較好知名度的秦皇島耀華工業技術玻璃廠進行中空玻璃試樣制作。在制作過程中,除密封膠之外,中空玻璃試樣全部采用李塞克9mm鋁條折彎式,連接處用丁基膠密封,在相鄰兩邊(一長邊一短邊)自動灌裝無錫塞利3A分子篩,內道密封膠采用樂杰福丁基膠,合片在李塞克全自動生產線上完成。每種聚硫膠制作試樣10片,外道密封膠厚度控制在3mm(指鋁條外緣到玻璃邊緣),每種硅酮膠制作兩種外道密封膠厚度(分別為3mm和5mm)的試樣各10塊。

              在樣品制作完成并固化好后,從每個品種的試樣中任意取3塊制作充氬氣的試樣,在充氣過程中控制氬氣流速和充氣時間,并監控中空玻璃內氬氣的含量,保證試樣氬氣含量高于85%。

              應用真空攪拌機,分別將每種膠混合均勻、制成2mm厚的膠片各2塊。

              五、試驗過程
              1.高溫高濕耐久性試驗
              取2塊試樣,先對其進行初始露點測試,合格后將其放入高溫高濕試驗箱內試驗224次循環。每個循環分為兩個階段:1)加熱階段:時間為140min±1min,在90 min±1min內將箱內溫度升高到55℃±3℃,其余時間保溫;2)冷卻階段:時間為40min±1min,在30 min±1min內將箱內溫度降低到25℃±3℃,其余時間保溫,相對濕度保持在95%以上。完成224次循環后將試樣移出,在溫度23℃±2℃、相對濕度30%~75%的條件下放置一周后,測試其最終露點。

              2.水氣密封耐久性試驗
              每種試樣取2塊進行水氣密封老化試驗,試驗分為兩個階段。第1階段:56個循環,每12h為一個溫度循環,溫度從-18℃±2℃~53℃±1℃,升降溫速率為14℃±2℃/h,試驗箱溫度大于23℃時濕度應≥95%;第2階段:溫度在58℃±1℃、相對濕度大于95%的環境溫度保持7周。試驗后,按新國標的方法測定干燥劑最終水分含量Tf。

              取2塊試樣按新國標的方法進行干燥劑初始水分含量Ti測試,取其平均值為干燥劑初始水分含量。

              取1塊試樣按新國標的方法進行標準水分含量Tc的測定。

              水分滲透指數按公式    計算2塊試樣的I值和2塊試樣I值的平均值Iav。

              3.氣體密封耐久性試驗
              對3塊充氣中空玻璃試樣進行初始氣體含量測試,在進行密封處理后,放入老化試驗箱進行兩個階段的老化試驗。第1階段:28個循環,每12h為一個溫度循環,溫度從-18℃±2℃~53℃±1℃,升降溫速率為14℃±2℃/h,試驗箱溫度大于23℃時濕度應≥95%;2)第2階段:溫度在58℃±1℃、相對濕度大于95%的環境溫度保持4周。老化試驗后再對試樣進行氣體含量檢測。

              4.水氣滲透率試驗
              將制作好的2mm厚的膠片裝入透濕杯中,在溫度23℃±2℃、相對濕度90%的環境中,測量24小時穩定透過的水氣量。

              六、試驗結果
              1.高溫高濕耐久性

              七、結果分析
              高溫高濕耐久性和水氣密封耐久性都是考察中空玻璃系統對水氣的抵抗能力,因此外道密封膠的性能優劣直接影響中空玻璃系統的耐久性。高溫高濕耐久性試驗是對中空玻璃系統耐久性的定性檢測,而水氣密封耐久性試驗室對其耐久性的定量檢測。從表1中的試驗結果可以看出,無論是硅酮中空玻璃還是聚硫中空玻璃,其高溫高濕耐久性都能達到標準要求。在水氣密封耐久性試驗中,不同外道密封膠以及不同膠層厚度的中空玻璃系統抗水氣滲透能力均符合新國標的要求,具體試驗結果參數如表2、3、4所示。但其水分滲透指數的值還是存在明顯的差別的,膠深3mm、5mm的硅酮中空玻璃和聚硫中空玻璃平均水氣滲透指數分別為0.1112、0.0761和0.1080。從結果可以看出,外道膠層厚的硅酮中空玻璃抗水氣滲透能力明顯好于膠層淺的硅酮中空玻璃抗水氣滲透能力;在同樣膠層厚度的的條件下,聚硫中空玻璃的抗水氣滲透能力優于硅酮中空玻璃的?紤]到外界條件的影響,去除偏差較大的數據后仍可得到以上結論。

              通過對比表4、5和6中中空玻璃氬氣保持率數據,可以發現硅酮和聚硫中空玻璃在氣體密封耐久性能上的表現差距甚遠。聚硫中空玻璃的氣體保持率很好,在按新國標耐久性試驗后,氣體含量均不小于80%求,符合新國標中的氣體耐久性要求;膠層厚的硅酮中空玻璃試樣共17塊,其中只有8塊在經過試驗后氣體含量大于80%,合格率僅為47.1%,膠層淺的硅酮中空玻璃的氣體密封耐久性能更差,共15塊試樣,其中只有5塊符合新國標要求,合格率僅為33.3%。膠層厚的硅酮中空玻璃試樣平均氬氣的泄漏量為12.6%,膠層淺的硅酮中空玻璃試樣平均氬氣的泄漏量為14.9%,而聚硫中空玻璃試樣平均的氬氣泄漏量只有3.4%。在氣體密封耐久性能方面,聚硫中空玻璃要優于硅酮中空玻璃。

              在水氣透過率的試驗中,聚硫膠的平均水氣滲透率為11.42g/m2•d,硅酮膠的平均水氣滲透率為22.64g/m2•d,硅酮膠的水氣滲透率是聚硫膠的兩倍,表明聚硫膠的抗水氣滲透能力要優于硅酮膠的。

              聚硫膠的水氣滲透率與硅酮膠的水氣滲透率相差一倍,但二者在水氣密封耐久性能上的差別并不是很大,分析原因認為這是由于我們選取了折彎鋁條結構以及丁基膠寬度大于5mm,并且在鋁條的連接處用丁基膠密封,形成了一個良好的內道水氣密封屏障,有效地阻止了大部分水氣的進入,而在實際生產過程中,大多數的產品達不到這樣的制作水平。

              八、使用建議
              鑒于硅酮膠與聚硫膠在水氣密封耐久性、氣體密封耐久性以及水氣滲透率上的差異,我們對中空玻璃生產企業提出如下建議:

             。1)硅酮膠與聚硫膠均可用于制作中空玻璃。采用折彎金屬間隔條、雙道密封結構時,在保證一道丁基膠密封質量的前提下,在制作不充氬氣的普通中空玻璃時,兩種膠對中空玻璃的性能影響無明顯差異。

             。2)制作門窗中空玻璃時,特別是插角式中空玻璃時,盡量選用聚硫膠作為外道密封膠。如果選擇硅酮膠作為外道密封膠時,可以通過適當增加膠層厚度來提高硅酮中空玻璃的耐久性能。

             。3)因硅酮膠與聚硫膠在氬氣保持能力上存在較大差異,在制作充氬氣中空玻璃時,應優先使用聚硫膠。

            九、進一步行進比對試驗的建議
              我國有中空玻璃密封膠生產企業近百家,密封膠的質量也良莠不齊。密封膠的整體質量水平低、市場惡性競爭,嚴重影響了我國中空玻璃行業的健康發展。為了深入了解我國密封膠行業質量狀況,大力宣傳密封膠行業的優勢企業,引導中空玻璃生產企業選用質量好的密封膠產品,我們建議在這次中空玻璃用聚硫膠與硅酮膠性能比較的基礎上,隨機從市場上抽取其它外道密封膠進行耐久性測試,然后與這次的測試結果進行比對。

              在合適的時間,召開全國密封膠技術研討會,公布兩次比對結果,使中空玻璃行業充分了解我國密封膠產品的市場現狀、質量差異、劣質產品對中空玻璃性能的影響,達到扶優限劣的目的。

             

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              九、中空玻璃質量控制途徑和方法
              2013年9月1日正式實施中空玻璃新國標(GB11944),標準附錄里規定中空玻璃的功能壽命不能低于15年,對惰性氣體的保持性能也要求更為嚴格,因此對中空玻璃質量要求更高,以下途徑和方法希望能夠有所益處:

              1.好的工藝是提高中空玻璃質量的有效途徑,對中空玻璃行業來講,構成比較好的生產工藝必須具備以下幾個要件:第一、連續性的生產線,只有具備連續性的生產線才能保證中空玻璃制品從玻璃原片到合格的成品,具有質量合格的一致性,并且最大限度地提高生產效率;第二、無論是第一道密封還是第二道密封設備盡量采用自動化程度高的封膠設備,只有這樣才能盡可能減少人為因素對質量的影響。

              2.完善中空玻璃生產環境,中空玻璃必須在無灰塵、無溶劑污染、溫度適宜的環境中生產,生產車間灰塵污染會對中空玻璃密封系統各個構件的粘接效果產生很大的不利影響,粘接效果不好的中空玻璃制品其密封性能和功能壽命可想而知。由于溶劑的存在會導致丁基膠(PIB)失去粘接力,從而使第一道密封失敗,因此車間不要使用揮發性物質,且保持空氣通暢。適合的溫度是二道密封形成有效結果的必要條件,第二道密封膠供膠溫度盡量保證在10度以上,只有適宜的溫度才能讓密封膠在規定的時間內達到使用效果,比如初始粘接力、剪切強度、彈性模量、密封性能等 
              3. 有了優良的設備,好的生產環境,沒有好的管理,永遠也做不了質量穩定、性能優良的中空玻璃。中空玻璃生產的特殊性決定了在以下幾方面的管理工作中顯得尤為重要:1。鋁條采用插角式連接,檢查四個連接角是否用丁基膠(PIB)進行有效密封;2。分子篩灌裝后是否超過了規程規定的40分鐘封裝二道密封膠;3,需要磨邊的鍍膜玻璃是否達到磨邊要求;4。丁基膠(PIB)和二道密封膠的寬度和厚度是否達到相關標準規定數值。5。二道密封如果使用硅酮密封膠是否進行過相溶性實驗(根據中空玻璃密封膠行業標準(JC486),二道密封膠采用硅酮膠,應該進行相溶性實驗。)
              4. 選擇合格的配套材料是生產合格中空玻璃的充要條件。沒有合格的配套材料是不可能生產出高性能中空玻璃制品,因此選材是很關鍵的環節,根據目前國內中空玻璃生產現狀,雙道密封是主流的生產工藝,其他工藝處于補充地位,因此構成雙道密封工藝的各種構件質量優劣是人們討論的重點,構成雙道密封工藝的主要構件有:丁基膠(PIB)、聚硫膠、硅酮膠、鋁條、干燥劑、連接件等,作為比較成熟的相對可靠的丁基膠+聚硫膠形成的雙道密封工藝,由于在節能門窗行業成功地應用了25年以上,因此其作為生產高氣密性中空玻璃制品的首選獲得行業肯定;現代建筑的不斷創新和發展,玻璃幕墻的出現要求中空玻璃雙道密封工藝有更高的要求,幕墻中空玻璃不僅要體現美觀,還要在功能壽命以內達到節能效果,同時更要體現安全性能,由于硅酮膠具有優異的耐紫外線、剪切強度等性能成為隱框幕墻中空玻璃二道密封首選,為保證其密封功能壽命其膠層厚度應該列入設計師的主要項目,主要因為盡管硅酮膠的有優異的耐老化性能,但是它的氣密性能相對不足,由其制作的中空玻璃一但水汽進入,中空玻璃的功能壽命立即終結,中空玻璃內部凝聚的水份對整個中空玻璃構件會產生致命的影響,反過來重新導致非安全性因素的產生,以至于增加更大的社會成本,故設計合適的膠層厚度,增加密封功能壽命,是幕墻中空玻璃既安全,功能壽命又長的最佳選擇。改變幕墻設計方案,盡量采用非隱框幕墻,中空玻璃密封采用聚硫膠密封,硅酮密封膠進行結構膠合,從而大大延長中空玻璃使用壽命又增加幕墻安全性能,或許能夠成為兩全其美的方案。最后,各種材料的相溶性實驗、盡量采用可折彎鋁條和吸附速率合適的分子篩也是控制中空玻璃質量,增加功能壽命的有效途徑。

              十、簡單的判別中空玻璃優劣的方法
              1、用小刀將二道密封切一個截面,如果截面出現很多小氣孔(小蜂窩),這說明兩種可能:用手工打膠,會裹進空氣,產生氣泡,還有一種可能是用低水平技術生產的二道密封膠即使用機器打膠也會出現氣孔!只要截面出現氣孔其壽命肯定很短!

              2、用小刀在中空玻璃任何一個連接角處劃開,連接角看有沒有用丁基膠進行有效包裹。實際理論表明:用連接角方式做的雙道密封中空玻璃,透水路徑主要在四個邊角,其透水率為70%,而邊部透水率才占30%。所以盡量采用連續彎管式鋁條或者用丁基膠對四個連接角進行有效包裹,大大延長中空玻璃使用壽命,如果沒有對四個邊角用丁基膠進行有效包裹,雙道密封的實際意義并不大。

              3、用小刀將二道密封和玻璃粘接的兩個截面劃開幾厘米然后用手將密封膠往外撕開。如果在撕開后玻璃表面比較光滑,沒有殘留膠,說明密封膠和玻璃表面沒有粘接力,那么其密封效果可想而知。

              4、算補充的:考察是否使用標準分子篩,丁基膠是否連續(沒有斷線),如果不是聚硫膠,其他二道密封膠是否做過相性實驗(一定要做相容性實驗,否則很可能后患無窮)。窗框密封如果不是標準的膠條密封,而是用普通硅酮膠密封,一定要將所使用的硅酮膠和中空玻璃邊部密封膠做相溶性實驗,否則也可能后患無窮(有些門窗安裝公司購買低劣充油硅酮膠對窗框進行密封,時間一長礦物油遷移出來侵蝕整個中空玻璃密封系統,由于要一定的時間這種惡果才能表現出來,所以務必提前預防)。

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