修訂后的標準與現行標準耐久性能的比較
現行的GB/T11944-2002《中空玻璃》標準的耐久性能指的是高溫高濕耐久性和氣候循環耐久性,檢測時分別取不同的試樣進行這兩項耐久性試驗。從氣候循環試驗和高溫高濕耐久性試驗裝置與溫度曲線來看,修訂后的標準都遠高于現行標準的要求。
現行標準中高溫高濕耐久性能和氣候循環耐久性能是用露點來評價的。耐久性試驗后的中空玻璃露點應全部≤-40℃。
新修訂的標準用水分滲透指數來衡量中空玻璃的水分密封耐久性。
水分滲透指數I=Tf-TiTc-Ti
(注:Tf是干燥劑最終水分含量,Ti是干燥劑初始水分含量,Tc是干燥劑標準水分含量。)
最終水分含量就是耐久性試驗后,中空玻璃試樣中干燥劑的含水量;初始水分含量就是中空玻璃制作完成時,密封于中空玻璃內干燥劑的水分含量,標準水分含量就是干燥劑吸滿水分時的水分含量。水分滲透指數的含義是:中空玻璃經過耐久性試驗后,其干燥劑的含水量比剛制作完成時干燥劑含水量增加的量與制成的中空玻璃中干燥劑的剩余吸附量的比值。
水分滲透指數不僅反映了密封膠阻隔水氣透過的能力,也讓我們直觀地看到了分子篩的吸附能力,以及在中空玻璃制作環節的工藝控制水平。I值可以在0~1的范圍內變化,如果密封膠一點水都不滲透,那么I=0;如果中空玻璃密封失敗,進水了,那么I就等于1或接近1。通過I值的定量測量,不僅能夠比較不同結構和配置中空玻璃耐久性能的好壞,還有助于預測中空玻璃的使用壽命。
提高水氣密封耐久性能原因的探討
使用中空玻璃的目的是節能,中空玻璃為人們提供的節能性能不應僅僅是一個短期、靜態的行為,而應是一種長期和動態的概念。提高中空玻璃壽命對中空玻璃的節能至關重要,密封失敗的中空玻璃談不到節能效果,只有提高中空玻璃的耐久性和密封壽命,才能長時間發揮其節能作用。
在中空玻璃的使用過程中,溫度的變化、日光的照射、風吹雨淋一直伴隨其整個壽命周期。在夏季,太陽輻射到地球的能量會大于1400W/m2,由于玻璃吸收率的不同,所接受的太陽輻射能量也不同,玻璃每吸收200W/m2的能量,玻璃表面的溫度就會增加10℃。例如一種本體著色玻璃的吸收率為60%,如果太陽輻射能量按1400W/m2計算,那么玻璃表面的溫度就會增加42℃;如果環境溫度為30℃,玻璃外表面的溫度就會上升到72℃。
圖1為德國相關檢測機構在1984年對德國南部裝配在木制窗框中的中空玻璃單元曝曬1年的玻璃溫度統計數據。從圖1可以看出,玻璃表面的溫度大于50℃的時間超過15%,我國雖然沒有進行這方面的統計,但由于緯度的關系,大部分地區安裝的中空玻璃表面溫度超過50℃的時間應該比這個統計結果還要高。圖1德國南部木制窗玻璃溫度統計溫度的變化會使中空玻璃產生向外或向內的撓曲,會對密封膠產生拉伸作用,造成密封膠形態的改變,增加擴散面積和降低通道長度,從而導致水氣滲透的增加(見圖2)。
圖2玻璃因溫度變化產生撓曲時密封膠的形態改變
國外權威機構研究表明,密封膠的防水氣透過能力隨溫度的升高而降低。圖3是不同類型密封膠的水氣透過率的溫度曲線,密封膠分別是單組分和雙組分的硅酮、還有雙組分的聚硫膠,縱坐標是水氣透過率,橫坐標是溫度。從圖2可以看出,當溫度從20℃增加到80℃時,水氣透過率MVTR從10的數量級增加到百的數量級,增長都在20倍以上。
圖3不同類型密封膠的水氣透過率
在炎熱多雨的季節,濕熱的空氣通過中空玻璃邊緣的縫隙進入了玻璃與窗框的空隙中,形成了一個高溫高濕的小環境(見圖4)。圖4溫熱空氣進入凹槽示意圖通過以上分析可以得出,高溫高濕的環境是中空玻璃失效的最主要外因。修訂后標準的水氣密封耐久性的試驗,使中空玻璃兩側受到一致的溫度變化,接受對稱的熱應力,使密封膠的變形和位移都達到最大值,從而讓水氣滲透也最大,來充分考驗中空玻璃的耐久性。
試驗驗證結果分析提高水氣密封耐久性的必要性
我國目前有中空玻璃生產企業5000多家,但80%以上是規模較小的企業。由于中空玻璃生產工藝相對簡單、生產投資相對較少,以及市場需求不斷增加等因素,致使對中空玻璃不甚了解的企業也在制作中空玻璃。中空玻璃生產企業在技術水平、裝備水平、管理水平等方面存在著極大差異,既有從國外引進的達到世界先進水平的生產線,也存在幾乎沒有什么生產設備的手工作坊;既有通過質量認證的具備先進管理方式的現代企業,也有不熟悉標準、沒有什么質量控制手段的小企業,導致了中空玻璃市場的無序競爭,產品質量良莠不齊,劣質中空玻璃充斥市場的現象仍然比較嚴重。
在標準起草過程中,國家玻璃質量監督檢驗中心選取了國內各類企業40家。這些企業既有生產設備先進、原材料質量有保證、生產工藝控制嚴格的大型骨干企業,也有設備簡陋、質量意識較差的小企業。對這些企業生產的40組試樣,分別按修訂標準中的水氣密封耐久性測試,以及按現行標準的高溫高濕耐久性和氣候循環耐久性能試驗。這些試樣均采用雙道密封,外道密封膠有硅酮膠也有聚硫膠。按現行國標檢測,40組試樣中只有1組試樣的高溫高濕耐久性不合格,合格率為98%;按新標準的水氣密封耐久性要求,40家企業有11家不合格,合格率為72%,在合格的29家樣品中有12家水分滲透指數的平均值Iav值<0.10,其余17家樣品Iav值在0.10~0.20。
由此可以看出,修訂后的標準水氣密封耐久性提高了對中空玻璃的要求,能夠達到現行標準耐久性要求的中空玻璃并不一定能夠滿足修訂后標準的要求。
新修訂的中空玻璃標準的水氣密封耐久性是參照EN1279.2水分滲透的長期試驗方法制定的,EN1279于2000年起在歐洲實施。圖5是歐洲權威檢測機構2000~2006年對中空玻璃進行水氣耐久性試驗水分滲透指數I值的統計分布圖。從圖5可以看出,在標準剛實施的前幾年,檢測結果的離散型還比較大,說明企業間的質量差距還是不小,標準實施幾年后,可以看到2006年檢測結果中空玻璃的水分滲透指數I值絕大多數集中在2%~6%,說明中空玻璃質量穩定,企業間的質量差距在縮小。
上表是國內外中空玻璃水氣密封耐久性檢測結果比較。從上表中可以看出,我國中空玻璃企業生產的中空玻璃水氣密封耐久性與國外相比有非常大的差距,國外絕大多數樣本的水分滲透指數I值都小于0.1,而國內中空玻璃的I值小于0.1的只占到約30%,而大于0.25的卻達到近10%。由此可認識到中空玻璃在節能方面具有顯著的效果,但是與節能同樣重要的是中空玻璃的密封壽命。中空玻璃節能效果好并不一定代表其密封壽命長,反之亦然。密封壽命短的中空玻璃,不僅影響中空玻璃的節能效果,甚至還是個耗能產品。通過水分滲透指數的定量測量,能夠準確反應產品質量的好壞,同時便于分析中空玻璃質量問題產生的原因。相信通過新標準的實施,能夠促進我國中空玻璃質量的不斷提高,縮小與國外中空玻璃產品的質量差距。
結語
如何應對耐久性要求的不斷提高和客戶對使用壽命的要求,是中空玻璃生產企業在新標準實施后必須面對的問題。
由于環境中的水氣會不斷從中空玻璃密封膠向中空玻璃腔內滲透,以及環境溫度的變化,中空玻璃腔內氣體始終處于熱漲或冷縮狀態,使密封膠長期處于受力狀態,同時環境中的紫外線、水和潮氣的作用都會加速密封膠的老化,加快水氣進入中空玻璃腔內的速度,邊部密封系統中的干燥劑會因不斷吸附水分子而最終喪失水氣吸附能力,導致中空玻璃腔內水氣含量升高而失效。這種失效雖然不可避免,但可以通過合理選用邊部密封材料(如間隔條、干燥劑、密封膠)和密封結構,提高中空玻璃工藝水平和加工質量,通過提高質量意識和完善質量控制手段,來保證中空玻璃密封壽命,為我國建筑節能做出貢獻。