中空玻璃二道密封胶的要求

　　3.1 理论方面

　　中空玻璃单元会经受各类因搬运（开, 合）, 风力，温度及气压变化产生的载荷, 这些载荷会导致单元的变形（图 1）, 则密封胶要产生延伸, 压缩和剪切。

　　图 1 中空玻璃单元受到的载荷及产生的变形 （略）

　　在经受额外的湿度，紫外线照射及受热条件下的适应能力决定了密封胶使用寿命。当中空玻璃腔内出现湿汽冷凝（结露）（对于充气玻璃则是气体外泄）, 这就意味着一个中空玻璃单元使用寿命的终止。

　　对于中空玻璃单元来说，几个关于水汽和气体透过率的重要方面是我们要考虑的:

　　与多孔材料（如滤纸）相反, 通过聚合材料进行的质量输送是以活性扩散的形式发生的。

　　原则上讲，有两种可能的扩散途径: 通过第二道和第一道密封胶, 或沿着玻璃与密封胶的结合面。 沿界面扩散的可能性要远高于通过密封胶的扩散[4]。

　　对双道密封的玻璃单元来说，其扩散受到的阻力即是各道密封之和。

　　对密封胶的透过率总是与其面积成比例关系的。 若在已经建立平衡的状态下, 一般是与其厚度成反比。

　　如果尚未达到平衡, 则达到平衡所需时间大致与厚度的平方成比例（Fick"s and Henry"s 定律）。

　　因此，与达到平衡后相比, 密封胶的厚度在达到平衡前的期间里可更多地提高其阻隔性能。

　　网状结构变松弛 - 如, 塑化或肿胀结构 - 都会使渗透性增加。

　　3.2水汽渗透（水汽透过率（MVTR） ）

　　在玻璃与密封胶完美粘接的情况下, 水汽只可能透过密封胶进入中空玻璃腔内。万一头道密封胶与玻璃的粘接失效, 二道密封胶就要担当起唯一可阻隔湿气渗入的任务。假如二道密封胶与玻璃的粘接也失效，那么这块中空玻璃就无法再使用并需要更换。中空玻璃的早期失效主要是由于生产过程中的某些失误或采用了劣质密封胶，亦或二者都有造成的。

　　表3中总结了通过不同类型密封胶及双道密封（丁基＋其中一种做二道密封胶）的水汽透过情况

　　表3 水汽透过率

　　水汽透过率[克/米2天] 水汽透过率 [％]
　　DIN 53 122 - 3 mm 密封胶试片 EN 1279-4 双道密封中空玻璃
　　20 °C 60 °C 23 °C 23 °C 5.1章 DIN 52 344
　　来源 [5] [5] [6] [6] [7] [6]
　　密封胶类型
　　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（双组分,中性） 7-16 40 - 70 15-20 15 9.2 < 1.2
　　聚异丁稀 0.1-0.2

　　表中数据清楚地表明水汽透过率（MVT rate）取决于聚合物的类型, 且其与温度成比例增加。对气体和水汽阻隔能力最差的材料是硅酮橡胶。有意思的是硅酮橡胶在水中只有轻微的溶胀。然而，测试结果表明，选择对水阻隔作用好的材料并不能像我们通常那样仅看其在水中的溶胀这一个指标[3]。

　　聚异丁稀对湿气的阻隔能力强并决定了中空玻璃单元的扩散阻力. 因此,我们看到所有双道密封的中空玻璃单元的水汽透过率都比较接近。

　　3.2 惰性气体的渗透

　　中空玻璃单元充气，如氩气或氪气等惰性气体以提高其隔热及隔音的能力。惰性气体的扩散取决于温度和腔内与环境的压差。

　　表 4 气体的透过 （略）

　　3.3 中空玻璃单元的设计 – 密封胶打胶尺寸

　　尽管硅酮中空玻璃二道密封胶表现出它抵挡气体及湿气扩散的能力最差, 可还是有人用它来生产充气的中空玻璃。不过，在设计中空玻璃时人们需要把这一点考虑进去。 因此, 许多欧洲的中空玻璃生产厂家都建立了自己的内部标准以满足EN1279对充气中空玻璃的要求, 第一道丁基密封胶的厚度及用量按照不同类型的二道密封胶而做了相应地严格限定。

　　在图 3 和表 5 中对相应的数据做了总结

　　图 3 密封胶尺寸（略）

　　表 5 密封胶用量（欧洲中空玻璃生产厂家的内部标准）

　　中空玻璃二道密封胶类型 聚硫 或 聚氨酯 硅酮
　　丁基胶用量 克/米 间隔条 2.5 3.5
　　[图3中的C部分] （单侧）

　　二道密封胶厚度 毫米 2.5 - 3 4 -5
　　[图3中的B部分]

　　如前所述, 硅酮密封胶较弱的阻档气体和湿气的能力，亦可以通过加大密封胶用量并仔细将间隔条的端部（与丁基一起）密封好也可以生产出高质量的中空玻璃。

　　惰性气体克扩散也可以用来估计中空玻璃的使用寿命：聚硫/丁基密封的中空玻璃的氩气损失率可由HOLLER[6] 方法测定，其范围在 1-8*10-3/年, 而人们发现聚氨酯/丁基体系的值在6-25*10-3 /年。

　　FELDMEIER and SCHMID [8] 预测， 如果氩气的年损失率约1％的话, 则中空玻璃的使用寿命大约是20年。 按此计算聚硫/丁基密封的中空玻璃由于其均匀的惰性气年体损失率小于1％， 那么，它的使用寿命估计可达30 到40年。

　　3.4 强度，松弛，粘接力

　　人们经常讨论的一个问题, 是二道密封胶的功能只是起到弹性粘接作用, 而阻隔功能是由第一道密封提供的。前面章节的内容显示出，对于中空玻璃的性能来说，水汽与气体透过二道密封胶的问题也是非常重要的。 然而, 强度和对玻璃与间隔条的粘接力, 是与密封胶将玻璃片结合在一起,并防止水汽（和惰性气体）透过玻璃与密封胶之间的界面的能力密切相关的。

　　强度（及松弛） 和粘接力都因聚合物的类型不同而存在差异, 在考虑到成本问题时，就更应强调这两个指标对配方的依赖性。仅以聚硫密封胶为例, 聚合物/增塑剂/填料的比例决定了密封胶的性能。如曾经谈到过的，气体与水汽的透过率会随着聚合物含量的增加而降低，而应力恢复也随合物含量的增加而成比例的提高。

　　同时, 二道密封胶中可产生塑性变形的组分就会减少，密封胶的成分对胶的性能的影响已在一些文献及报告中均有描述。 （如: [5], [9], [10] ）

　　4. 结论

　　对于中空玻璃的二道密封胶来说, 具备良好的加工（工艺）性, 在各种载荷下的可搬运能力及抵抗环境影响的能力是最为重要的。由于某些类型的胶的个别优点, 人们开发出适用于特殊应用的不同密封胶。 根据长期的实践经验, 不仅密封胶的质量, 中空玻璃各组成部分的质量也都有了很大提高, 其设计也得到了优化。 就中空玻璃二道密封胶讲, 假如现场数据认可各种密封胶均可满足高性能中空玻璃的要求, 那说明这些胶的配制都具有最高水准。

　　本文中需要着重提到的是MOGNATO 及其他人 [11] 的研究成果。 他们经过在中空玻璃生产过程中进行唯一有效的检验及按照严格的规则使其达到最低的次品率而得出的结论。为达到这一高质量水准, 必要的第三方检验亦同时在现场, 以确保优良的产品质量。

　　5. 参考文献

　　[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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