硅酮和有机胶二道密封的中空玻璃渗透性比较

　　1 硅酮和有机胶二道密封的中空玻璃渗透性比较

　　有机胶作为中空玻璃二道密封的应用历史较早且延用至今，因此在大多数人的观念里，一直认为有机胶作为二道密封的中空玻璃有最佳的抗水汽渗透性。对于单道密封的中空玻璃，这种理解也许是正确的，但对于双道密封的中空玻璃，却不尽然。因为近年来的实际工程验证证实硅酮作为二道密封的中空玻璃性能特别是抗水汽渗透的性能明显优于有机胶密封的中空玻璃。

　　由最新的国外研究报告显示，不同双道密封的中空玻璃按照DIN1286-1温度/湿度循环以及3个月恒高温(55 ℃)和恒高湿(100%)曝露条件下，分子筛的吸水量即水汽渗透性能比较可参阅图1及表1。从图表中可以看出，中空玻璃的水汽渗透量在恒气候条件下测试比循环条件下高。其中采用硅酮作为第二道密封的中空玻璃比使用有机胶作为第二道密封的中空玻璃展现了更低的水汽渗透率。此结果证明中空玻璃性能是不应该也不能只考虑第二道密封单一材料水汽渗透性，必须要考虑整个系统。实验数据显示在恒高温和高湿下，硅酮密封的中空玻璃更具有显著的性能优势;有机密封的中空玻璃水汽渗透率大约是硅酮的3倍。因为干燥剂的吸水率（词条“吸水率”由行业大百科提供）跟中空玻璃的平均寿命成反比，该发现表明了到现在为止硅酮作为第二道密封的中空玻璃使用寿命比聚硫或聚氨酯密封的中空玻璃要好得多。

　　法国中空玻璃协会(CEKAL)早些时候对那些过早失效的中空玻璃进行过分析，他们发现所有失效的中空玻璃在紫外线照射下都有不同程度的第二道密封黏结性破坏现象存在，而且没有一个案例是用硅酮作第二道密封的。德国门窗（词条“门窗”由行业大百科提供）研究所(IFT)差不多在相同时间也报道过同样的趋势。

　　2 中空玻璃通常的使用寿命和潜在失效因素

　　在国内，中空玻璃的使用寿命目前并没有达成广泛的认识。

　　在欧洲，中空玻璃的使用寿命要求至少达到25年以上。充填气体的中空玻璃要求气体的泄漏率每年要低于1%，加速老化（词条“老化”由行业大百科提供）后在25年的服务期限内，总的气体泄漏率要求少于5%。假设中空玻璃100%冲填氩气后的U值提高0.4W/(m2K)，则在其服务期限内气体损失后导致的U值降低值应少于0.04W/(m2K)。

　　实际上，中空玻璃的使用寿命和热传导系数会受下列因素影响：①边缘密封对水汽和气体的抗扩散性。②水汽或气体扩散发生时通过密封胶的有效横截面大小。③边缘密封的耐久性。

　　第一道密封的水汽与气体渗透性比第二道密封的渗透性要低得多，因此，通常的使用寿命是由通过第一道密封横截面的扩散量来决定，如图2。

　　IFT 的研究报告指出，潜在失效的案例95%以上是由于第二道密封的粘结性丧失而引起的，例如第二道密封的耐久性较差等因素。

　　3 边缘密封老化后引起的水汽传送机理的改变

　　为了研究中空玻璃过早失效的原因， Van Santen和Schlensog 对此展开了深入的研究。中空玻璃曝露在环境中或因服务降级因素引起边缘密封的老化，老化能引起水汽传送机理的改变从而导致水汽入侵或气体的泄漏。在中空玻璃使用期间若水汽渗透明显增加时表明系统出现老化，所以水汽渗透增加是一个很好判断系统出现老化与否的指标。没有老化前，在稳定状态下，当干燥剂远没有达到饱和时，此时单位时间内水汽侵入中空玻璃的数量应当是一个常数。当中空玻璃内的干燥剂接近饱和时，水汽的侵入应当会减慢，因为局部的压差平衡了。然而，在实验室以及在现场安装的中空玻璃在经历重复的湿度和温度循环测试时，随着曝露时间的增加，水汽渗透经常显示出非线性增加(Van Santen1986，Marusch1988)，如图3所示。Van Santen(1986)把这种行为归结为由于温度和压力的波动产生了边缘密封的运动从而引起了第一道密封的物理性降级。由于这种重复性的运动，可能使第一道密封发生内聚或黏结性失败。这两种失败的机理在中空玻璃实际使用过程中都可以观察到，通常伴随着PIB第一道密封渗透到可见的内腔内。

　　Schlensog(1986)通过偏振显微镜技术观察到了有机胶第二道密封经过紫外线照射后在玻璃上的粘接性损失的过程。我们都知道，阳光照射到常规的中空玻璃上时，都有一定数量的入射光线通过玻璃的内反射而到达边缘密封部位。当曝露在这样有杀伤力的短波光谱下持续一定的时间，有机胶就会失去它的玻璃黏结性。该研究还显示出，边缘密封在黏结性或边界破坏可以探测时，微观条件下的分层已经存在，随着曝晒时间的继续，该分层变大并互相连接，最后导致宏观失败。很有可能在宏观失败发生前，水汽和气体沿着界面损坏的区域渗透到内腔，可能随着水汽的入侵加速了这种失败的机理。

　　边缘密封的温度变化会引起间隔条和玻璃间由于不同的热膨胀系数而产生周期性的剪力和剥离力，并在边缘密封上产生很高的应力，这种应力可能和老化影响叠加在一起。接口内的剪位移在靠近胶和基材的接触面会产生很高的拉伸应力，该应力差不多是原始剪应力的2倍，这也是为什么受剪下的密封胶容易在基材面上失败。如果第二道密封胶在服务年限下变硬，拉伸应力的增加可能会引起部分或完全的黏结性丧失。

　　4 有效的扩散横截面

　　水汽或气体扩散发生时通过边缘密封的有效横截面大小的控制往往有赖于中空玻璃制造工艺。正确的中空玻璃制造工艺能减少水汽或气体扩散发生时通过边缘密封的有效横截面。制造工艺的要求是第一道密封除了达到正确的尺寸外，必须没有气泡，而且完全润湿间隔条和玻璃接触面。就刚性间隔条来说，第一道密封在正压力下的扩张程度是由第二道密封抵抗受力的拉伸强度决定的。实际上，正压差在大气压力低的时候或者高温时存在，温度是形成大多数压力差的原因。而温度引起的压力差对边缘密封施加的作用力比风压和大气压力变化引起的作用力高很多(见图4)，因此，第二道密封在高温下的拉伸应力行为(杨氏模数)必须考虑。第二道密封的抗拉伸能力越高，第一道密封的扩散横截面就会维持得越好。

　　此外，进一步影响中空玻璃使用寿命和U值的因素是第一道密封扩张后持续的时间。不管使用的二道密封的类型如何，这种开口时间总是随正压差的周期而存在。如前面所述，开口的程度依赖于二道密封胶的抗拉强度。然而，一旦正压差减弱，并取得内外压差的平衡，要求边缘密封封闭第一道密封开口的时间长短依据所使用的二道密封胶的弹性恢复率而不同。具有低弹性恢复率的密封胶在其应力应变行为上呈现出黏流性，由于这种应力松弛原理，其拉伸应力在维持延伸期间会降低。造成的结果就是当外力消除时，它们不再具有快速封闭第一道密封开口恢复到原来尺寸的能力。如果第二道密封不能完全恢复，那么第一道密封就会留下永久的变形。此外，因为扩散通道的开口主要存在于高温时段，因此具有较差弹性恢复率的二道密封胶在高温时段里明显会缩短中空玻璃的使用寿命。

　　除了温度和大气压力的波动外，周围环境的水汽标准程度也间接地影响着第一道密封的开口和封闭程度。在高水汽标准存在或更高时如直接接触液态水，第二道密封胶吸收水分会增加体积和降低其机械特性。总之，聚合密封胶网架的交联密度（词条“密度”由行业大百科提供）越低，它的吸水性就越高。对大部分胶来说，吸水引起的负面影响程度和所吸收水的总量成正比。第二道密封的吸水会导致第一道密封的开口扩张，因此有效扩散横截面的面积也增加了。

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