硅酮和有機膠二道密封的中空玻璃滲透性比較

　　1 硅酮和有機膠二道密封的中空玻璃滲透性比較

　　有機膠作為中空玻璃二道密封的應用歷史較早且延用至今，因此在大多數人的觀念里，一直認為有機膠作為二道密封的中空玻璃有最佳的抗水汽滲透性。對于單道密封的中空玻璃，這種理解也許是正確的，但對于雙道密封的中空玻璃，卻不盡然。因為近年來的實際工程驗證證實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于有機膠密封的中空玻璃。

　　由最新的國外研究報告顯示，不同雙道密封的中空玻璃按照DIN1286-1溫度/濕度循環以及3個月恒高溫(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試比循環條件下高。其中采用硅酮作為第二道密封的中空玻璃比使用有機膠作為第二道密封的中空玻璃展現了更低的水汽滲透率。此結果證明中空玻璃性能是不應該也不能只考慮第二道密封單一材料水汽滲透性，必須要考慮整個系統。實驗數據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勢;有機密封的中空玻璃水汽滲透率大約是硅酮的3倍。因為干燥劑的吸水率（詞條“吸水率”由行業大百科提供）跟中空玻璃的平均壽命成反比，該發現表明了到現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。

　　法國中空玻璃協會(CEKAL)早些時候對那些過早失效的中空玻璃進行過分析，他們發現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性破壞現象存在，而且沒有一個案例是用硅酮作第二道密封的。德國門窗（詞條“門窗”由行業大百科提供）研究所(IFT)差不多在相同時間也報道過同樣的趨勢。

　　2 中空玻璃通常的使用壽命和潛在失效因素

　　在國內，中空玻璃的使用壽命目前并沒有達成廣泛的認識。

　　在歐洲，中空玻璃的使用壽命要求至少達到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”由行業大百科提供）后在25年的服務期限內，總的氣體泄漏率要求少于5%。假設中空玻璃100%沖填氬氣后的U值提高0.4W/(m2K)，則在其服務期限內氣體損失后導致的U值降低值應少于0.04W/(m2K)。

　　實際上，中空玻璃的使用壽命和熱傳導系數會受下列因素影響：①邊緣密封對水汽和氣體的抗擴散性。②水汽或氣體擴散發生時通過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第一道密封橫截面的擴散量來決定，如圖2。

　　IFT 的研究報告指出，潛在失效的案例95%以上是由于第二道密封的粘結性喪失而引起的，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理的改變

　　為了研究中空玻璃過早失效的原因， Van Santen和Schlensog 對此展開了深入的研究。中空玻璃曝露在環境中或因服務降級因素引起邊緣密封的老化，老化能引起水汽傳送機理的改變從而導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表明系統出現老化，所以水汽滲透增加是一個很好判斷系統出現老化與否的指標。沒有老化前，在穩定狀態下，當干燥劑遠沒有達到飽和時，此時單位時間內水汽侵入中空玻璃的數量應當是一個常數。當中空玻璃內的干燥劑接近飽和時，水汽的侵入應當會減慢，因為局部的壓差平衡了。然而，在實驗室以及在現場安裝的中空玻璃在經歷重復的濕度和溫度循環測試時，隨著曝露時間的增加，水汽滲透經常顯示出非線性增加(Van Santen1986，Marusch1988)，如圖3所示。Van Santen(1986)把這種行為歸結為由于溫度和壓力的波動產生了邊緣密封的運動從而引起了第一道密封的物理性降級。由于這種重復性的運動，可能使第一道密封發生內聚或黏結性失敗。這兩種失敗的機理在中空玻璃實際使用過程中都可以觀察到，通常伴隨著PIB第一道密封滲透到可見的內腔內。

　　Schlensog(1986)通過偏振顯微鏡技術觀察到了有機膠第二道密封經過紫外線照射后在玻璃上的粘接性損失的過程。我們都知道，陽光照射到常規的中空玻璃上時，都有一定數量的入射光線通過玻璃的內反射而到達邊緣密封部位。當曝露在這樣有殺傷力的短波光譜下持續一定的時間，有機膠就會失去它的玻璃黏結性。該研究還顯示出，邊緣密封在黏結性或邊界破壞可以探測時，微觀條件下的分層已經存在，隨著曝曬時間的繼續，該分層變大并互相連接，最后導致宏觀失敗。很有可能在宏觀失敗發生前，水汽和氣體沿著界面損壞的區域滲透到內腔，可能隨著水汽的入侵加速了這種失敗的機理。

　　邊緣密封的溫度變化會引起間隔條和玻璃間由于不同的熱膨脹系數而產生周期性的剪力和剝離力，并在邊緣密封上產生很高的應力，這種應力可能和老化影響疊加在一起。接口內的剪位移在靠近膠和基材的接觸面會產生很高的拉伸應力，該應力差不多是原始剪應力的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年限下變硬，拉伸應力的增加可能會引起部分或完全的黏結性喪失。

　　4 有效的擴散橫截面

　　水汽或氣體擴散發生時通過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散發生時通過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到正確的尺寸外，必須沒有氣泡，而且完全潤濕間隔條和玻璃接觸面。就剛性間隔條來說，第一道密封在正壓力下的擴張程度是由第二道密封抵抗受力的拉伸強度決定的。實際上，正壓差在大氣壓力低的時候或者高溫時存在，溫度是形成大多數壓力差的原因。而溫度引起的壓力差對邊緣密封施加的作用力比風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力行為(楊氏模數)必須考慮。第二道密封的抗拉伸能力越高，第一道密封的擴散橫截面就會維持得越好。

　　此外，進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張后持續的時間。不管使用的二道密封的類型如何，這種開口時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度。然而，一旦正壓差減弱，并取得內外壓差的平衡，要求邊緣密封封閉第一道密封開口的時間長短依據所使用的二道密封膠的彈性恢復率而不同。具有低彈性恢復率的密封膠在其應力應變行為上呈現出黏流性，由于這種應力松弛原理，其拉伸應力在維持延伸期間會降低。造成的結果就是當外力消除時，它們不再具有快速封閉第一道密封開口恢復到原來尺寸的能力。如果第二道密封不能完全恢復，那么第一道密封就會留下永久的變形。此外，因為擴散通道的開口主要存在于高溫時段，因此具有較差彈性恢復率的二道密封膠在高溫時段里明顯會縮短中空玻璃的使用壽命。

　　除了溫度和大氣壓力的波動外，周圍環境的水汽標準程度也間接地影響著第一道密封的開口和封閉程度。在高水汽標準存在或更高時如直接接觸液態水，第二道密封膠吸收水分會增加體積和降低其機械特性�？傊�，聚合密封膠網架的交聯密度（詞條“密度”由行業大百科提供）越低，它的吸水性就越高。對大部分膠來說，吸水引起的負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導致第一道密封的開口擴張，因此有效擴散橫截面的面積也增加了。

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