1 硅酮和有機(jī)膠二道密封的中空玻璃滲透性比較

　　有機(jī)膠作為中空玻璃二道密封的應(yīng)用歷史較早且延用至今，因此在大多數(shù)人的觀念里，一直認(rèn)為有機(jī)膠作為二道密封的中空玻璃有最佳的抗水汽滲透性。對(duì)于單道密封的中空玻璃，這種理解也許是正確的，但對(duì)于雙道密封的中空玻璃，卻不盡然。因?yàn)榻�年�?lái)的實(shí)際工程驗(yàn)證證實(shí)硅酮作為二道密封的中空玻璃性能特別是抗水汽滲透的性能明顯優(yōu)于有機(jī)膠密封的中空玻璃。

　　由最新的國(guó)外研究報(bào)告顯示，不同雙道密封的中空玻璃按照DIN1286-1溫度/濕度循環(huán)以及3個(gè)月恒高溫(55 ℃)和恒高濕(100%)曝露條件下，分子篩的吸水量即水汽滲透性能比較可參閱圖1及表1。從圖表中可以看出，中空玻璃的水汽滲透量在恒氣候條件下測(cè)試比循環(huán)條件下高。其中采用硅酮作為第二道密封的中空玻璃比使用有機(jī)膠作為第二道密封的中空玻璃展現(xiàn)了更低的水汽滲透率。此結(jié)果證明中空玻璃性能是不應(yīng)該也不能只考慮第二道密封單一材料水汽滲透性，必須要考慮整個(gè)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示在恒高溫和高濕下，硅酮密封的中空玻璃更具有顯著的性能優(yōu)勢(shì);有機(jī)密封的中空玻璃水汽滲透率大約是硅酮的3倍。因?yàn)?a href='../../zsk/ct.asp?id=3911' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>干燥劑的吸水率（詞條“吸水率”由行業(yè)大百科提供）跟中空玻璃的平均壽命成反比，該發(fā)現(xiàn)表明了到現(xiàn)在為止硅酮作為第二道密封的中空玻璃使用壽命比聚硫或聚氨酯密封的中空玻璃要好得多。

　　法國(guó)中空玻璃協(xié)會(huì)(CEKAL)早些時(shí)候?qū)δ切┻^(guò)早失效的中空玻璃進(jìn)行過(guò)分析，他們發(fā)現(xiàn)所有失效的中空玻璃在紫外線照射下都有不同程度的第二道密封黏結(jié)性破壞現(xiàn)象存在，而且沒有一個(gè)案例是用硅酮作第二道密封的。德國(guó)門窗（詞條“門窗”由行業(yè)大百科提供）研究所(IFT)差不多在相同時(shí)間也報(bào)道過(guò)同樣的趨勢(shì)。

　　2 中空玻璃通常的使用壽命和潛在失效因素

　　在國(guó)內(nèi)，中空玻璃的使用壽命目前并沒有達(dá)成廣泛的認(rèn)識(shí)。

　　在歐洲，中空玻璃的使用壽命要求至少達(dá)到25年以上。充填氣體的中空玻璃要求氣體的泄漏率每年要低于1%，加速老化（詞條“老化”由行業(yè)大百科提供）后在25年的服務(wù)期限內(nèi)，總的氣體泄漏率要求少于5%。假設(shè)中空玻璃100%沖填氬氣后的U值提高0.4W/(m2K)，則在其服務(wù)期限內(nèi)氣體損失后導(dǎo)致的U值降低值應(yīng)少于0.04W/(m2K)。

　　實(shí)際上，中空玻璃的使用壽命和熱傳導(dǎo)系數(shù)會(huì)受下列因素影響：①邊緣密封對(duì)水汽和氣體的抗擴(kuò)散性。②水汽或氣體擴(kuò)散發(fā)生時(shí)通過(guò)密封膠的有效橫截面大小。③邊緣密封的耐久性。

　　第一道密封的水汽與氣體滲透性比第二道密封的滲透性要低得多，因此，通常的使用壽命是由通過(guò)第一道密封橫截面的擴(kuò)散量來(lái)決定，如圖2。

　　IFT 的研究報(bào)告指出，潛在失效的案例95%以上是由于第二道密封的粘結(jié)性喪失而引起的，例如第二道密封的耐久性較差等因素。

　　3 邊緣密封老化后引起的水汽傳送機(jī)理的改變

　　為了研究中空玻璃過(guò)早失效的原因， Van Santen和Schlensog 對(duì)此展開了深入的研究。中空玻璃曝露在環(huán)境中或因服務(wù)降級(jí)因素引起邊緣密封的老化，老化能引起水汽傳送機(jī)理的改變從而導(dǎo)致水汽入侵或氣體的泄漏。在中空玻璃使用期間若水汽滲透明顯增加時(shí)表明系統(tǒng)出現(xiàn)老化，所以水汽滲透增加是一個(gè)很好判斷系統(tǒng)出現(xiàn)老化與否的指標(biāo)。沒有老化前，在穩(wěn)定狀態(tài)下，當(dāng)干燥劑遠(yuǎn)沒有達(dá)到飽和時(shí)，此時(shí)單位時(shí)間內(nèi)水汽侵入中空玻璃的數(shù)量應(yīng)當(dāng)是一個(gè)常數(shù)。當(dāng)中空玻璃內(nèi)的干燥劑接近飽和時(shí)，水汽的侵入應(yīng)當(dāng)會(huì)減慢，因?yàn)榫植康膲翰钇胶饬�。然而，在�?shí)驗(yàn)室以及在現(xiàn)場(chǎng)安裝的中空玻璃在經(jīng)歷重復(fù)的濕度和溫度循環(huán)測(cè)試時(shí)，隨著曝露時(shí)間的增加，水汽滲透經(jīng)常顯示出非線性增加(Van Santen1986，Marusch1988)，如圖3所示。Van Santen(1986)把這種行為歸結(jié)為由于溫度和壓力的波動(dòng)產(chǎn)生了邊緣密封的運(yùn)動(dòng)從而引起了第一道密封的物理性降級(jí)。由于這種重復(fù)性的運(yùn)動(dòng)，可能使第一道密封發(fā)生內(nèi)聚或黏結(jié)性失敗。這兩種失敗的機(jī)理在中空玻璃實(shí)際使用過(guò)程中都可以觀察到，通常伴隨著PIB第一道密封滲透到可見的內(nèi)腔內(nèi)。

　　Schlensog(1986)通過(guò)偏振顯微鏡技術(shù)觀察到了有機(jī)膠第二道密封經(jīng)過(guò)紫外線照射后在玻璃上的粘接性損失的過(guò)程。我們都知道，陽(yáng)光照射到常規(guī)的中空玻璃上時(shí)，都有一定數(shù)量的入射光線通過(guò)玻璃的內(nèi)反射而到達(dá)邊緣密封部位。當(dāng)曝露在這樣有殺傷力的短波光譜下持續(xù)一定的時(shí)間，有機(jī)膠就會(huì)失去它的玻璃黏結(jié)性。該研究還顯示出，邊緣密封在黏結(jié)性或邊界破壞可以探測(cè)時(shí)，微觀條件下的分層已經(jīng)存在，隨著曝曬時(shí)間的繼續(xù)，該分層變大并互相連接，最后導(dǎo)致宏觀失敗。很有可能在宏觀失敗發(fā)生前，水汽和氣體沿著界面損壞的區(qū)域滲透到內(nèi)腔，可能隨著水汽的入侵加速了這種失敗的機(jī)理。

　　邊緣密封的溫度變化會(huì)引起間隔條和玻璃間由于不同的熱膨脹系數(shù)而產(chǎn)生周期性的剪力和剝離力，并在邊緣密封上產(chǎn)生很高的應(yīng)力，這種應(yīng)力可能和老化影響疊加在一起。接口內(nèi)的剪位移在靠近膠和基材的接觸面會(huì)產(chǎn)生很高的拉伸應(yīng)力，該應(yīng)力差不多是原始剪應(yīng)力的2倍，這也是為什么受剪下的密封膠容易在基材面上失敗。如果第二道密封膠在服務(wù)年限下變硬，拉伸應(yīng)力的增加可能會(huì)引起部分或完全的黏結(jié)性喪失。

　　4 有效的擴(kuò)散橫截面

　　水汽或氣體擴(kuò)散發(fā)生時(shí)通過(guò)邊緣密封的有效橫截面大小的控制往往有賴于中空玻璃制造工藝。正確的中空玻璃制造工藝能減少水汽或氣體擴(kuò)散發(fā)生時(shí)通過(guò)邊緣密封的有效橫截面。制造工藝的要求是第一道密封除了達(dá)到正確的尺寸外，必須沒有氣泡，而且完全潤(rùn)濕間隔條和玻璃接觸面。就剛性間隔條來(lái)說(shuō)，第一道密封在正壓力下的擴(kuò)張程度是由第二道密封抵抗受力的拉伸強(qiáng)度決定的。實(shí)際上，正壓差在大氣壓力低的時(shí)候或者高溫時(shí)存在，溫度是形成大多數(shù)壓力差的原因。而溫度引起的壓力差對(duì)邊緣密封施加的作用力比風(fēng)壓和大氣壓力變化引起的作用力高很多(見圖4)，因此，第二道密封在高溫下的拉伸應(yīng)力行為(楊氏模數(shù))必須考慮。第二道密封的抗拉伸能力越高，第一道密封的擴(kuò)散橫截面就會(huì)維持得越好。

　　此外，進(jìn)一步影響中空玻璃使用壽命和U值的因素是第一道密封擴(kuò)張后持續(xù)的時(shí)間。不管使用的二道密封的類型如何，這種開口時(shí)間總是隨正壓差的周期而存在。如前面所述，開口的程度依賴于二道密封膠的抗拉強(qiáng)度。然而，一旦正壓差減弱，并取得內(nèi)外壓差的平衡，要求邊緣密封封閉第一道密封開口的時(shí)間長(zhǎng)短依據(jù)所使用的二道密封膠的彈性恢復(fù)率而不同。具有低彈性恢復(fù)率的密封膠在其應(yīng)力應(yīng)變行為上呈現(xiàn)出黏流性，由于這種應(yīng)力松弛原理，其拉伸應(yīng)力在維持延伸期間會(huì)降低。造成的結(jié)果就是當(dāng)外力消除時(shí)，它們不再具有快速封閉第一道密封開口恢復(fù)到原來(lái)尺寸的能力。如果第二道密封不能完全恢復(fù)，那么第一道密封就會(huì)留下永久的變形。此外，因?yàn)閿U(kuò)散通道的開口主要存在于高溫時(shí)段，因此具有較差彈性恢復(fù)率的二道密封膠在高溫時(shí)段里明顯會(huì)縮短中空玻璃的使用壽命。

　　除了溫度和大氣壓力的波動(dòng)外，周圍環(huán)境的水汽標(biāo)準(zhǔn)程度也間接地影響著第一道密封的開口和封閉程度。在高水汽標(biāo)準(zhǔn)存在或更高時(shí)如直接接觸液態(tài)水，第二道密封膠吸收水分會(huì)增加體積和降低其機(jī)械特性�？傊�，聚合密封膠網(wǎng)架的交聯(lián)密度（詞條“密度”由行業(yè)大百科提供）越低，它的吸水性就越高。對(duì)大部分膠來(lái)說(shuō)，吸水引起的負(fù)面影響程度和所吸收水的總量成正比。第二道密封的吸水會(huì)導(dǎo)致第一道密封的開口擴(kuò)張，因此有效擴(kuò)散橫截面的面積也增加了。

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