中空玻璃二道密封膠的要求

　　3.1 理論方面

　　中空玻璃單元會經受各類因搬運（開, 合）, 風力，溫度及氣壓變化產生的載荷, 這些載荷會導致單元的變形（圖 1）, 則密封膠要產生延伸, 壓縮和剪切。

　　圖 1 中空玻璃單元受到的載荷及產生的變形 （略）

　　在經受額外的濕度，紫外線照射及受熱條件下的適應能力決定了密封膠使用壽命。當中空玻璃腔內出現濕汽冷凝（結露）（對于充氣玻璃則是氣體外泄）, 這就意味著一個中空玻璃單元使用壽命的終止。

　　對于中空玻璃單元來說，幾個關于水汽和氣體透過率的重要方面是我們要考慮的:

　　與多孔材料（如濾紙）相反, 通過聚合材料進行的質量輸送是以活性擴散的形式發生的。

　　原則上講，有兩種可能的擴散途徑: 通過第二道和第一道密封膠, 或沿著玻璃與密封膠的結合面。 沿界面擴散的可能性要遠高于通過密封膠的擴散[4]。

　　對雙道密封的玻璃單元來說，其擴散受到的阻力即是各道密封之和。

　　對密封膠的透過率總是與其面積成比例關系的。 若在已經建立平衡的狀態下, 一般是與其厚度成反比。

　　如果尚未達到平衡, 則達到平衡所需時間大致與厚度的平方成比例（Fick"s and Henry"s 定律）。

　　因此，與達到平衡后相比, 密封膠的厚度在達到平衡前的期間里可更多地提高其阻隔性能。

　　網狀結構變松弛 - 如, 塑化或腫脹結構 - 都會使滲透性增加。

　　3.2水汽滲透（水汽透過率（MVTR） ）

　　在玻璃與密封膠完美粘接的情況下, 水汽只可能透過密封膠進入中空玻璃腔內。萬一頭道密封膠與玻璃的粘接失效, 二道密封膠就要擔當起唯一可阻隔濕氣滲入的任務。假如二道密封膠與玻璃的粘接也失效，那么這塊中空玻璃就無法再使用并需要更換。中空玻璃的早期失效主要是由于生產過程中的某些失誤或采用了劣質密封膠，亦或二者都有造成的。

　　表3中總結了通過不同類型密封膠及雙道密封（丁基＋其中一種做二道密封膠）的水汽透過情況

　　表3 水汽透過率

　　水汽透過率[克/米2天] 水汽透過率 [％]
　　DIN 53 122 - 3 mm 密封膠試片 EN 1279-4 雙道密封中空玻璃
　　20 °C 60 °C 23 °C 23 °C 5.1章 DIN 52 344
　　來源 [5] [5] [6] [6] [7] [6]
　　密封膠類型
　　聚硫 4-5 20-30 3-6 5 5.8-7.0 < 1.2
　　聚氨酯 3-6 20-30 2-4 4 2.6-3.5 < 1.2
　　硅酮（雙組分,中性） 7-16 40 - 70 15-20 15 9.2 < 1.2
　　聚異丁稀 0.1-0.2

　　表中數據清楚地表明水汽透過率（MVT rate）取決于聚合物的類型, 且其與溫度成比例增加。對氣體和水汽阻隔能力最差的材料是硅酮橡膠。有意思的是硅酮橡膠在水中只有輕微的溶脹。然而，測試結果表明，選擇對水阻隔作用好的材料并不能像我們通常那樣僅看其在水中的溶脹這一個指標[3]。

　　聚異丁稀對濕氣的阻隔能力強并決定了中空玻璃單元的擴散阻力. 因此,我們看到所有雙道密封的中空玻璃單元的水汽透過率都比較接近。

　　3.2 惰性氣體的滲透

　　中空玻璃單元充氣，如氬氣或氪氣等惰性氣體以提高其隔熱及隔音的能力。惰性氣體的擴散取決于溫度和腔內與環境的壓差。

　　表 4 氣體的透過 （略）

　　3.3 中空玻璃單元的設計 – 密封膠打膠尺寸

　　盡管硅酮中空玻璃二道密封膠表現出它抵擋氣體及濕氣擴散的能力最差, 可還是有人用它來生產充氣的中空玻璃。不過，在設計中空玻璃時人們需要把這一點考慮進去。 因此, 許多歐洲的中空玻璃生產廠家都建立了自己的內部標準以滿足EN1279對充氣中空玻璃的要求, 第一道丁基密封膠的厚度及用量按照不同類型的二道密封膠而做了相應地嚴格限定。

　　在圖 3 和表 5 中對相應的數據做了總結

　　圖 3 密封膠尺寸（略）

　　表 5 密封膠用量（歐洲中空玻璃生產廠家的內部標準）

　　中空玻璃二道密封膠類型 聚硫 或 聚氨酯 硅酮
　　丁基膠用量 克/米 間隔條 2.5 3.5
　　[圖3中的C部分] （單側）

　　二道密封膠厚度 毫米 2.5 - 3 4 -5
　　[圖3中的B部分]

　　如前所述, 硅酮密封膠較弱的阻檔氣體和濕氣的能力，亦可以通過加大密封膠用量并仔細將間隔條的端部（與丁基一起）密封好也可以生產出高質量的中空玻璃。

　　惰性氣體克擴散也可以用來估計中空玻璃的使用壽命：聚硫/丁基密封的中空玻璃的氬氣損失率可由HOLLER[6] 方法測定，其范圍在 1-8*10-3/年, 而人們發現聚氨酯/丁基體系的值在6-25*10-3 /年。

　　FELDMEIER and SCHMID [8] 預測， 如果氬氣的年損失率約1％的話, 則中空玻璃的使用壽命大約是20年。 按此計算聚硫/丁基密封的中空玻璃由于其均勻的惰性氣年體損失率小于1％， 那么，它的使用壽命估計可達30 到40年。

　　3.4 強度，松弛，粘接力

　　人們經常討論的一個問題, 是二道密封膠的功能只是起到彈性粘接作用, 而阻隔功能是由第一道密封提供的。前面章節的內容顯示出，對于中空玻璃的性能來說，水汽與氣體透過二道密封膠的問題也是非常重要的。 然而, 強度和對玻璃與間隔條的粘接力, 是與密封膠將玻璃片結合在一起,并防止水汽（和惰性氣體）透過玻璃與密封膠之間的界面的能力密切相關的。

　　強度（及松弛） 和粘接力都因聚合物的類型不同而存在差異, 在考慮到成本問題時，就更應強調這兩個指標對配方的依賴性。僅以聚硫密封膠為例, 聚合物/增塑劑/填料的比例決定了密封膠的性能。如曾經談到過的，氣體與水汽的透過率會隨著聚合物含量的增加而降低，而應力恢復也隨合物含量的增加而成比例的提高。

　　同時, 二道密封膠中可產生塑性變形的組分就會減少，密封膠的成分對膠的性能的影響已在一些文獻及報告中均有描述。 （如: [5], [9], [10] ）

　　4. 結論

　　對于中空玻璃的二道密封膠來說, 具備良好的加工（工藝）性, 在各種載荷下的可搬運能力及抵抗環境影響的能力是最為重要的。由于某些類型的膠的個別優點, 人們開發出適用于特殊應用的不同密封膠。 根據長期的實踐經驗, 不僅密封膠的質量, 中空玻璃各組成部分的質量也都有了很大提高, 其設計也得到了優化。 就中空玻璃二道密封膠講, 假如現場數據認可各種密封膠均可滿足高性能中空玻璃的要求, 那說明這些膠的配制都具有最高水準。

　　本文中需要著重提到的是MOGNATO 及其他人 [11] 的研究成果。 他們經過在中空玻璃生產過程中進行唯一有效的檢驗及按照嚴格的規則使其達到最低的次品率而得出的結論。為達到這一高質量水準, 必要的第三方檢驗亦同時在現場, 以確保優良的產品質量。

　　5. 參考文獻

　　[1] Lange, D., GPD "99 Conference Proceedings, p. 102-106
　　[2] Lange, D., GPD "03 Conference Proceedings, p. 598-601
　　[3] Lebovits, A., Modern Plastics, （1969）1, p.139-213
　　[4] Zisman, W. A., Ind. Eng. Chem. （1963） 57, p. 28
　　[5] Garvin, S. L. et al., Building Research Establishment Report 1995 （BRE publication）
　　[6] Holler, G., in "Mehrscheibenisolierglas", Expert Verlag 1995, p. 68-99
　　[7] Wittwer, W., K?mmerling, unpublished report
　　[8] Feldmeier, F., Schmidt, J., Bauphysik 14 （1992）, p. 12-17
　　[9] Lange, D., Intelligent Glass and Architecture, 2 （2007） 08, p. 76-82
　　[10] Lange, D., Fenestration Days, Moscow 2005, presentation
　　[11] E. Mognato et al., Proceedings of Glass Performance Days 2007, p. 606-609

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