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中空玻璃密封材料选择及质量控制途径

2014-02-28 11:44:56 作者: 来源:第一幕墙收集整理 我要评论1

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随着国家建筑节能要求提高,中空玻璃被广泛的应用到各种门窗幕墙上面,对中空玻璃功能寿命要求也越来越高,然而中空玻璃是由国外引进而来,还没来得及对其基础理论进行仔细研究便在国内蓬勃发展,在中空玻璃发展过程中由于缺乏基础理论指导出现了许多问题,有些问题甚至严重影响中空玻璃本身及相关行业的发展根据笔者十来年的观察,特把问题大致归纳如下:

  1、 中空玻璃使用寿命长短不一,同样的生产工艺,同样一个工程,而中空玻璃使用寿命相差很大;

  2、 由于对制作中空玻璃各种材料及密封体系缺乏基础理论研究,在使用各种材料和密封体系过程中,人为因素很重,只强调眼前的功利性,不着眼于长远利益,比如近来大量出现由于含矿物油普通硅酮胶对丁基胶的破坏导致中空玻璃渗油而使中空玻璃使用寿命丧失,很多中空玻璃厂家蒙受重大损失;有些幕墙门窗工程在几年时间其中空玻璃就出现结露甚至漏水,由于水在中空玻璃里面对整个中空玻璃单元件的影响,很可能导致整个门窗幕墙工程出现危险隐患甚至危及生命安全。中空玻璃本来应该节能,环保,此问题一出现反而增大了社会成本,还有危险隐患。完全违背了设计使用中空玻璃初衷!

  3、 在加工中空玻璃过程中,由于管理失误,行业内每年都会出现玻璃破碎导致人员伤亡的事故!

  以下是中空玻璃失效图例:

中空玻璃质量事故图片

中空玻璃质量事故图片

中空玻璃质量事故图片

  针对以上几种问题笔者归纳以下几种解决问题的方法:

  一.要想从根本上解决中空玻璃失效的问题,必须结合国内外的一些科学论证及验证试验结果,提高行业内外对中空玻璃本身的认知水平,从而科学严谨地生产使用中空玻璃,现将国内外一些科学论证及见证试验结论归纳如下:

  1.现行中空玻璃湿气渗透量及单元件使用寿命估算(中空玻璃使用寿命探讨中国化学建材公司  马启元)
  湿气渗透进入中空玻璃将引起质量的增加,通过测定单元件透水增量,可判定产品湿气渗透量,按照前述原理,对插角组框、丁基和聚硫胶密封胶的标准试件(35cm5×50cm),进行试验室加速条件实验和1m×1m试件大气曝晒试验(2)测定及估算结果见表1

  从表1可见,插角组框中空玻璃70%透水是通过接插角;双道密封单元件年透水量远低于单道密封;单道密封接缝渗透率增加16倍,是产品湿气渗透量显著增大的主要原因。

  中空玻璃内空间渗透的水量,如果达到填充的干燥剂饱和吸水值时,一般认为中空玻璃将丧失使用功能,可以此作为产品功能寿命终结的标志。干燥剂吸湿能力,随填充量、干燥剂品种、规格和处理条件不同而不同;一般使用的分子筛干燥剂,饱和吸水率为16-20%(5)(平均18%);以12mm宽度隔条的单元件为例,干燥剂填充量为30g/m,则可按表1给出的数据,从理论上估算以上两种密封形式产品的功能寿命(表2)

  由表2可见,双道密封单元件饱和吸水寿命随尺寸增大而延长;估算寿命是单道密封单元件的4—10倍。

  4、弯角(或折角)组框中空玻璃透水率低、寿命长
  由几根铝隔条插接组框,插角—隔条间存在空置的间隙,没有金属层挡隔,湿气可直接透过胶层渗入。该处透湿率较高已为人们注意,工艺改进措施是插角时用丁基密封胶充满空置间隙;结构改进是取消接插件,直接将一根隔条弯角组框或采用∏型金属隔条折角组框,消除角渗透通道,使角渗透率为零。同插角型单元件相比,其年透水率将显著下降(表3),功能寿命延长(表4)

  由表3、4可见,折角组框型中空玻璃透水率下降了300¬—500%,理论寿命延长3—6倍,且寿命受产品规格大小影响不大,一般在80年以上。

  二、密封材料选材对单元件透水率影响
  密封胶是湿气渗入单元件的主要路径,丁基密封胶湿气渗透率最低,但由于不能固化,强度甚低且有“冷流性”,适用于第一道密封,对此分析可参见ASTMC1249—935.5 (8)节,聚硫胶透湿率较小,具有良好粘接强度、耐老化性和工艺实用性,是目前中空玻璃二道密封主要材料;硅酮密封胶对玻璃粘接性稳定,耐气候老化,但透湿率较高,仅从安全考虑用于隐框玻璃幕墙的中空玻璃单元件,但必须有丁基密封胶良好的挡隔密封(详见ASTMC1249)。

资料表明,采用丁基密封胶封闭接插件安装间隙的标准单元件(尺寸35mm×50mm),通过曝晒条件下实验不同类型的密封胶粘接体系,测定湿气渗透率,发现有很大差别,可见丁基——聚硫密封体系单元件透水率约为0.1g/年,丁基—双组分硅酮密封体系为0.30—0.35g;丁基单组分硅酮密封体系为0.5—0.6g年。由此,也可计算出各体系产品的理论寿命约为80年、31年和7年,如果考虑使用条件影响,实际功能寿命将会成比例折扣,所以,应控制硅酮密封胶在中空玻璃中的应用范围。

  中空玻璃用聚硫胶与硅酮胶性能比对分析报告(国家玻璃质量监督检验中心);

  密封胶性能的优劣直接影响中空玻璃的节能效果和使用寿命。目前我国使用最多的中空玻璃用密封胶为硅酮密封胶和聚硫密封胶。这两种密封胶在使用性能上存在着明显差异,如聚硫胶比硅酮胶水气渗透率低、硅酮胶比聚硫胶更有弹性且具有良好的弹性恢复率,这也是中空玻璃行业的共识。但两种密封胶对中空玻璃密封性能、耐老化性能的影响以及惰性气体保持能力等方面,尚无基础数据可供参考。特别是在制作间隔条折弯式双道密封中空玻璃时,聚硫胶相对于硅酮胶的低水气渗透率对中空玻璃的性能的影响不得而知,也使得中空玻璃生产企业在选择密封胶时,概念模糊,无法准确判断。

  为了对硅酮密封胶和聚硫密封胶的性能差异有一个较深的认识,对二者今后的使用以及性能的改善提供帮助与指导,因此对其性能进行深入、系统的测试与比较是十分必要的。

  三、性能比较方案
  为了科学、公平、准确的测试、比较硅酮密封胶和聚硫密封胶在性能上的差异,我们制定了如下抽样、测试方案:

  1.抽样方法:选择全国生产规模较大的、在行业内有一定知名度的中空玻璃用密封胶生产企业参加本次比对试验,其中硅酮密封胶和聚硫密封胶生产企业各5家。硅酮胶生产企业分别为成都硅宝科技粤淘彩票开户、郑州中原应用技术粤淘彩票开户、杭州之江有机硅化工粤淘彩票开户、广州市白云化工粤淘彩票开户、杭州凌志精细化工粤淘彩票开户,聚硫胶生产企业分别为郑州中原应用技术粤淘彩票开户、杭州之江有机硅化工粤淘彩票开户、北京卓越密封胶粤淘彩票开户、爱多克柯梅林(南京)新材料粤淘彩票开户、浙江芬奇涂料密封胶粤淘彩票开户。由国家玻璃质量监督检验中心负责抽样,在企业成品库内随机抽取企业自检合格的产品,每个企业抽取一种型号的样品25公斤。企业将抽取的样品寄到秦皇岛国家玻璃质量监督检验中心。

  2.中空玻璃试样的制作:由国家玻璃质量监督检验中心联系一家大型中空玻璃生产企业,在国家玻璃质检中心人员现场监督下,用所抽取的密封胶样品制作弯管槽铝式充气中空玻璃,其中每个聚硫胶样品制成一组充气中空玻璃试样10块,每个硅酮胶样品制成两组中空玻璃试样(一组为与聚硫胶胶层厚度相同的试样,另一组为比聚硫胶胶层厚2mm的试样)各10块。

  3.检测项目:

  1)高温高湿耐久性测试:按照GB/T11944-2002《中空玻璃》中规定的试验方法,测试后再进行露点检测;

  2)水气密封耐久性测试:按照EN 1279.2《建筑中空玻璃》中以及新国标规定的试验方法; 

  3)气体密封耐久性测试:采用氧分析氩气含量测试方法,先对中空玻璃样品进行初始氩气含量检测,再对样品进行密封处理,按新国标进行老化试验,试验后再进行氩气含量检测;

  4)水蒸气渗透率测试:按照JC486-2001《中空玻璃用弹性密封剂》规定的方法进行。

  四、中空玻璃样品制作
  所有密封胶样品全部到国家玻璃质量监督检验中心后,我们联系在玻璃深加工行业有较好知名度的秦皇岛耀华工业技术玻璃厂进行中空玻璃试样制作。在制作过程中,除密封胶之外,中空玻璃试样全部采用李塞克9mm铝条折弯式,连接处用丁基胶密封,在相邻两边(一长边一短边)自动灌装无锡塞利3A分子筛,内道密封胶采用乐杰福丁基胶,合片在李塞克全自动生产线上完成。每种聚硫胶制作试样10片,外道密封胶厚度控制在3mm(指铝条外缘到玻璃边缘),每种硅酮胶制作两种外道密封胶厚度(分别为3mm和5mm)的试样各10块。

  在样品制作完成并固化好后,从每个品种的试样中任意取3块制作充氩气的试样,在充气过程中控制氩气流速和充气时间,并监控中空玻璃内氩气的含量,保证试样氩气含量高于85%。

  应用真空搅拌机,分别将每种胶混合均匀、制成2mm厚的胶片各2块。

  五、试验过程
  1.高温高湿耐久性试验
  取2块试样,先对其进行初始露点测试,合格后将其放入高温高湿试验箱内试验224次循环。每个循环分为两个阶段:1)加热阶段:时间为140min±1min,在90 min±1min内将箱内温度升高到55℃±3℃,其余时间保温;2)冷却阶段:时间为40min±1min,在30 min±1min内将箱内温度降低到25℃±3℃,其余时间保温,相对湿度保持在95%以上。完成224次循环后将试样移出,在温度23℃±2℃、相对湿度30%~75%的条件下放置一周后,测试其最终露点。

  2.水气密封耐久性试验
  每种试样取2块进行水气密封老化试验,试验分为两个阶段。第1阶段:56个循环,每12h为一个温度循环,温度从-18℃±2℃~53℃±1℃,升降温速率为14℃±2℃/h,试验箱温度大于23℃时湿度应≥95%;第2阶段:温度在58℃±1℃、相对湿度大于95%的环境温度保持7周。试验后,按新国标的方法测定干燥剂最终水分含量Tf。

  取2块试样按新国标的方法进行干燥剂初始水分含量Ti测试,取其平均值为干燥剂初始水分含量。

  取1块试样按新国标的方法进行标准水分含量Tc的测定。

  水分渗透指数按公式    计算2块试样的I值和2块试样I值的平均值Iav。

  3.气体密封耐久性试验
  对3块充气中空玻璃试样进行初始气体含量测试,在进行密封处理后,放入老化试验箱进行两个阶段的老化试验。第1阶段:28个循环,每12h为一个温度循环,温度从-18℃±2℃~53℃±1℃,升降温速率为14℃±2℃/h,试验箱温度大于23℃时湿度应≥95%;2)第2阶段:温度在58℃±1℃、相对湿度大于95%的环境温度保持4周。老化试验后再对试样进行气体含量检测。

  4.水气渗透率试验
  将制作好的2mm厚的胶片装入透湿杯中,在温度23℃±2℃、相对湿度90%的环境中,测量24小时稳定透过的水气量。

  六、试验结果
  1.高温高湿耐久性

  七、结果分析
  高温高湿耐久性和水气密封耐久性都是考察中空玻璃系统对水气的抵抗能力,因此外道密封胶的性能优劣直接影响中空玻璃系统的耐久性。高温高湿耐久性试验是对中空玻璃系统耐久性的定性检测,而水气密封耐久性试验室对其耐久性的定量检测。从表1中的试验结果可以看出,无论是硅酮中空玻璃还是聚硫中空玻璃,其高温高湿耐久性都能达到标准要求。在水气密封耐久性试验中,不同外道密封胶以及不同胶层厚度的中空玻璃系统抗水气渗透能力均符合新国标的要求,具体试验结果参数如表2、3、4所示。但其水分渗透指数的值还是存在明显的差别的,胶深3mm、5mm的硅酮中空玻璃和聚硫中空玻璃平均水气渗透指数分别为0.1112、0.0761和0.1080。从结果可以看出,外道胶层厚的硅酮中空玻璃抗水气渗透能力明显好于胶层浅的硅酮中空玻璃抗水气渗透能力;在同样胶层厚度的的条件下,聚硫中空玻璃的抗水气渗透能力优于硅酮中空玻璃的。考虑到外界条件的影响,去除偏差较大的数据后仍可得到以上结论。

  通过对比表4、5和6中中空玻璃氩气保持率数据,可以发现硅酮和聚硫中空玻璃在气体密封耐久性能上的表现差距甚远。聚硫中空玻璃的气体保持率很好,在按新国标耐久性试验后,气体含量均不小于80%求,符合新国标中的气体耐久性要求;胶层厚的硅酮中空玻璃试样共17块,其中只有8块在经过试验后气体含量大于80%,合格率仅为47.1%,胶层浅的硅酮中空玻璃的气体密封耐久性能更差,共15块试样,其中只有5块符合新国标要求,合格率仅为33.3%。胶层厚的硅酮中空玻璃试样平均氩气的泄漏量为12.6%,胶层浅的硅酮中空玻璃试样平均氩气的泄漏量为14.9%,而聚硫中空玻璃试样平均的氩气泄漏量只有3.4%。在气体密封耐久性能方面,聚硫中空玻璃要优于硅酮中空玻璃。

  在水气透过率的试验中,聚硫胶的平均水气渗透率为11.42g/m2•d,硅酮胶的平均水气渗透率为22.64g/m2•d,硅酮胶的水气渗透率是聚硫胶的两倍,表明聚硫胶的抗水气渗透能力要优于硅酮胶的。

  聚硫胶的水气渗透率与硅酮胶的水气渗透率相差一倍,但二者在水气密封耐久性能上的差别并不是很大,分析原因认为这是由于我们选取了折弯铝条结构以及丁基胶宽度大于5mm,并且在铝条的连接处用丁基胶密封,形成了一个良好的内道水气密封屏障,有效地阻止了大部分水气的进入,而在实际生产过程中,大多数的产品达不到这样的制作水平。

  八、使用建议
  鉴于硅酮胶与聚硫胶在水气密封耐久性、气体密封耐久性以及水气渗透率上的差异,我们对中空玻璃生产企业提出如下建议:

  (1)硅酮胶与聚硫胶均可用于制作中空玻璃。采用折弯金属间隔条、双道密封结构时,在保证一道丁基胶密封质量的前提下,在制作不充氩气的普通中空玻璃时,两种胶对中空玻璃的性能影响无明显差异。

  (2)制作门窗中空玻璃时,特别是插角式中空玻璃时,尽量选用聚硫胶作为外道密封胶。如果选择硅酮胶作为外道密封胶时,可以通过适当增加胶层厚度来提高硅酮中空玻璃的耐久性能。

  (3)因硅酮胶与聚硫胶在氩气保持能力上存在较大差异,在制作充氩气中空玻璃时,应优先使用聚硫胶。

九、进一步行进比对试验的建议
  我国有中空玻璃密封胶生产企业近百家,密封胶的质量也良莠不齐。密封胶的整体质量水平低、市场恶性竞争,严重影响了我国中空玻璃行业的健康发展。为了深入了解我国密封胶行业质量状况,大力宣传密封胶行业的优势企业,引导中空玻璃生产企业选用质量好的密封胶产品,我们建议在这次中空玻璃用聚硫胶与硅酮胶性能比较的基础上,随机从市场上抽取其它外道密封胶进行耐久性测试,然后与这次的测试结果进行比对。

  在合适的时间,召开全国密封胶技术研讨会,公布两次比对结果,使中空玻璃行业充分了解我国密封胶产品的市场现状、质量差异、劣质产品对中空玻璃性能的影响,达到扶优限劣的目的。

 

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  九、中空玻璃质量控制途径和方法
  2013年9月1日正式实施中空玻璃新国标(GB11944),标准附录里规定中空玻璃的功能寿命不能低于15年,对惰性气体的保持性能也要求更为严格,因此对中空玻璃质量要求更高,以下途径和方法希望能够有所益处:

  1.好的工艺是提高中空玻璃质量的有效途径,对中空玻璃行业来讲,构成比较好的生产工艺必须具备以下几个要件:第一、连续性的生产线,只有具备连续性的生产线才能保证中空玻璃制品从玻璃原片到合格的成品,具有质量合格的一致性,并且最大限度地提高生产效率;第二、无论是第一道密封还是第二道密封设备尽量采用自动化程度高的封胶设备,只有这样才能尽可能减少人为因素对质量的影响。

  2.完善中空玻璃生产环境,中空玻璃必须在无灰尘、无溶剂污染、温度适宜的环境中生产,生产车间灰尘污染会对中空玻璃密封系统各个构件的粘接效果产生很大的不利影响,粘接效果不好的中空玻璃制品其密封性能和功能寿命可想而知。由于溶剂的存在会导致丁基胶(PIB)失去粘接力,从而使第一道密封失败,因此车间不要使用挥发性物质,且保持空气通畅。适合的温度是二道密封形成有效结果的必要条件,第二道密封胶供胶温度尽量保证在10度以上,只有适宜的温度才能让密封胶在规定的时间内达到使用效果,比如初始粘接力、剪切强度、弹性模量、密封性能等 
  3. 有了优良的设备,好的生产环境,没有好的管理,永远也做不了质量稳定、性能优良的中空玻璃。中空玻璃生产的特殊性决定了在以下几方面的管理工作中显得尤为重要:1。铝条采用插角式连接,检查四个连接角是否用丁基胶(PIB)进行有效密封;2。分子筛灌装后是否超过了规程规定的40分钟封装二道密封胶;3,需要磨边的镀膜玻璃是否达到磨边要求;4。丁基胶(PIB)和二道密封胶的宽度和厚度是否达到相关标准规定数值。5。二道密封如果使用硅酮密封胶是否进行过相溶性实验(根据中空玻璃密封胶行业标准(JC486),二道密封胶采用硅酮胶,应该进行相溶性实验。)
  4. 选择合格的配套材料是生产合格中空玻璃的充要条件。没有合格的配套材料是不可能生产出高性能中空玻璃制品,因此选材是很关键的环节,根据目前国内中空玻璃生产现状,双道密封是主流的生产工艺,其他工艺处于补充地位,因此构成双道密封工艺的各种构件质量优劣是人们讨论的重点,构成双道密封工艺的主要构件有:丁基胶(PIB)、聚硫胶、硅酮胶、铝条、干燥剂、连接件等,作为比较成熟的相对可靠的丁基胶+聚硫胶形成的双道密封工艺,由于在节能门窗行业成功地应用了25年以上,因此其作为生产高气密性中空玻璃制品的首选获得行业肯定;现代建筑的不断创新和发展,玻璃幕墙的出现要求中空玻璃双道密封工艺有更高的要求,幕墙中空玻璃不仅要体现美观,还要在功能寿命以内达到节能效果,同时更要体现安全性能,由于硅酮胶具有优异的耐紫外线、剪切强度等性能成为隐框幕墙中空玻璃二道密封首选,为保证其密封功能寿命其胶层厚度应该列入设计师的主要项目,主要因为尽管硅酮胶的有优异的耐老化性能,但是它的气密性能相对不足,由其制作的中空玻璃一但水汽进入,中空玻璃的功能寿命立即终结,中空玻璃内部凝聚的水份对整个中空玻璃构件会产生致命的影响,反过来重新导致非安全性因素的产生,以至于增加更大的社会成本,故设计合适的胶层厚度,增加密封功能寿命,是幕墙中空玻璃既安全,功能寿命又长的最佳选择。改变方案,尽量采用非隐框幕墙,中空玻璃密封采用聚硫胶密封,硅酮密封胶进行结构胶合,从而大大延长中空玻璃使用寿命又增加幕墙安全性能,或许能够成为两全其美的方案。最后,各种材料的相溶性实验、尽量采用可折弯铝条和吸附速率合适的分子筛也是控制中空玻璃质量,增加功能寿命的有效途径。

  十、简单的判别中空玻璃优劣的方法
  1、用小刀将二道密封切一个截面,如果截面出现很多小气孔(小蜂窝),这说明两种可能:用手工打胶,会裹进空气,产生气泡,还有一种可能是用低水平技术生产的二道密封胶即使用机器打胶也会出现气孔!只要截面出现气孔其寿命肯定很短!

  2、用小刀在中空玻璃任何一个连接角处划开,连接角看有没有用丁基胶进行有效包裹。实际理论表明:用连接角方式做的双道密封中空玻璃,透水路径主要在四个边角,其透水率为70%,而边部透水率才占30%。所以尽量采用连续弯管式铝条或者用丁基胶对四个连接角进行有效包裹,大大延长中空玻璃使用寿命,如果没有对四个边角用丁基胶进行有效包裹,双道密封的实际意义并不大。

  3、用小刀将二道密封和玻璃粘接的两个截面划开几厘米然后用手将密封胶往外撕开。如果在撕开后玻璃表面比较光滑,没有残留胶,说明密封胶和玻璃表面没有粘接力,那么其密封效果可想而知。

  4、算补充的:考察是否使用标准分子筛,丁基胶是否连续(没有断线),如果不是聚硫胶,其他二道密封胶是否做过相性实验(一定要做相容性实验,否则很可能后患无穷)。窗框密封如果不是标准的胶条密封,而是用普通硅酮胶密封,一定要将所使用的硅酮胶和中空玻璃边部密封胶做相溶性实验,否则也可能后患无穷(有些门窗安装公司购买低劣充油硅酮胶对窗框进行密封,时间一长矿物油迁移出来侵蚀整个中空玻璃密封系统,由于要一定的时间这种恶果才能表现出来,所以务必提前预防)。

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