軌道車輛IGP側(cè)窗玻璃起霧原因分析及改進(jìn)建議

胡桂明，潘 穎

(1.中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412001；2.江蘇鐵錨玻璃股份有限公司，江蘇 南通 226600)

1 概述

IGP(全稱：Insulation Glass & Polycarbonate，簡稱IGP)側(cè)窗玻璃是一種新型中空安全玻璃，在國外一些特殊的區(qū)域有一定范圍的應(yīng)用，如美國、巴西、阿根廷、智利、馬來西亞、菲律賓等國家都有不同程度的應(yīng)用，其中美國、巴西、阿根廷等國家已廣泛使用。而在國內(nèi)還處于初步研發(fā)及試用階段，只有在一些研發(fā)項目和很少的商業(yè)項目有應(yīng)用，對其性能缺乏系統(tǒng)性研究和驗證，從而導(dǎo)致在一些比較苛刻的環(huán)境中使用出現(xiàn)了嚴(yán)重的問題，造成了巨大且不可彌補(bǔ)經(jīng)濟(jì)損失和商業(yè)聲譽(yù)影響。由于近期越來越多的國外招標(biāo)項目明確要采用IGP側(cè)窗，充分體現(xiàn)研究和開發(fā)可靠的IGP側(cè)窗玻璃的緊迫性和重要性。

2 IGP側(cè)窗玻璃結(jié)構(gòu)及其性能

IGP側(cè)窗玻璃結(jié)構(gòu)與普通中空玻璃結(jié)構(gòu)基本一致，結(jié)構(gòu)如圖1。IGP側(cè)窗玻璃外層為PC(polycarbonate)板，中間層為Ar或其他惰性氣體，內(nèi)層為安全鋼化玻璃，周邊為間隔條、分子篩和密封膠粘劑。

IGP側(cè)窗玻璃除了具有普通中空玻璃優(yōu)良的隔聲、隔熱、光學(xué)等性能外，還有非常優(yōu)異的防爆性能。如果選擇合適的厚度PC板材，制成的IGP側(cè)窗玻璃甚至能夠抵抗步槍子彈的穿透。因此在治安環(huán)境較差的國家或城市，以及安全等級要求高的特殊車輛，IGP側(cè)窗玻璃具有普通中空玻璃無法比擬的優(yōu)勢，這也是很多合同明確要求采用IGP側(cè)窗玻璃的原因。

圖1 IGP側(cè)窗玻璃結(jié)構(gòu)

3 IGP側(cè)窗玻璃起霧原因分析

3.1 IGP側(cè)窗玻璃起霧現(xiàn)象

IGP側(cè)窗玻璃國內(nèi)制造商曾有過成熟的供貨、使用業(yè)績，如在巴西、阿根廷的動車組和國內(nèi)高鐵試驗車、新型地鐵等項目上均有應(yīng)用，從未發(fā)現(xiàn)IGP側(cè)窗玻璃起霧的情況。此次發(fā)現(xiàn)的在某項目IGP側(cè)窗玻璃上出現(xiàn)的起霧現(xiàn)象在國內(nèi)還屬首次。IGP側(cè)窗玻璃起霧現(xiàn)象見圖2。

圖2 IGP側(cè)窗玻璃起霧現(xiàn)象

3.2 IGP側(cè)窗玻璃起霧原因研究與分析

根據(jù)普通中空玻璃起霧的處理經(jīng)驗，中空玻璃內(nèi)起霧的原因通常為：①玻璃有裂紋、破損。②密封失效。③分子篩失效。

1)對起霧的IGP側(cè)窗玻璃外觀進(jìn)行仔細(xì)檢查，玻璃完好無損，未發(fā)現(xiàn)玻璃有玻璃、裂紋的問題。

2)將結(jié)霧的IGP側(cè)窗玻璃從車上取下來，檢查周邊密封情況。將玻璃周邊的密封切割開進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)密封膠無任何損壞及施膠缺陷。檢查情況如圖3。

3)對分子篩進(jìn)行檢查。將分子篩取出來做溫升測試，溫度無任何變化，說明分子篩已經(jīng)失效。檢查情況如圖4。

通過以上分析，發(fā)現(xiàn)玻璃和密封都完好無損，但是分子篩失效了，說明有大量水汽進(jìn)入了玻璃內(nèi)部。

圖3 IGP側(cè)窗玻璃密封檢查

圖4 分子篩溫升檢查

為了弄清原因，重新制作了新的玻璃樣件進(jìn)行測試。新制作的樣件進(jìn)行了露點測試和加速耐久性測試均合格。將測試合格的樣件放入高溫高濕房間模擬使用環(huán)境進(jìn)行試驗。在高溫高濕房間放置7 d后進(jìn)行露點測試，露點不合格。測試情況如圖5。

通過以上檢查和試驗以及中空玻璃制造經(jīng)驗，可以判段進(jìn)入玻璃內(nèi)部的水汽不是通過周邊密封進(jìn)入，可能從通過PC材料滲透到玻璃內(nèi)部。通過對PC材料參數(shù)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)PC材料具有約0.3%的吸水性。終于找到了水汽進(jìn)入玻璃的真正原因，即PC吸收水分后，通過蒸發(fā)的方式將水汽傳遞到了玻璃內(nèi)部。PC吸水性能如圖6，水汽進(jìn)入玻璃內(nèi)部原理如圖7。

3.3 研究與分析結(jié)論

通過對IGP側(cè)窗玻璃起霧原因進(jìn)行了全面研究與分析，更加全面的了解了IGP側(cè)窗玻璃性能，對其適用環(huán)境和性能改進(jìn)研究積累了經(jīng)驗。該項目IGP側(cè)窗玻璃出現(xiàn)起霧的問題，主要犯了經(jīng)驗主義的錯誤，沒有識別出該項目使用環(huán)境與以往項目使用環(huán)境的差異及影響。

經(jīng)過充分的分析和驗證，由于PC材料具有吸水性，現(xiàn)有的IGP側(cè)窗玻璃不適用于高溫高濕的海洋性氣候環(huán)境。如果要將其應(yīng)用于高溫高濕的海洋性氣候環(huán)境，必須首先解決PC材料的吸水性問題。

圖5 露點測試

圖6 PC吸水性能

圖7 水汽滲透原理

4 IGP側(cè)窗玻璃改進(jìn)建議

由于IGP側(cè)窗玻璃起霧的根本原因為PC材料的吸水特性，因此要從根本上解決IGP側(cè)窗玻璃起霧的問題，必須解決PC材料水汽滲透的問題。由于目前尚未發(fā)現(xiàn)成熟的解決PC板水汽滲透的方法，建議從以下幾個方面研究解決PC材料的水汽滲透的問題。

1)建議尋找或開發(fā)光學(xué)級的水汽阻隔透明涂層，在PC板表面進(jìn)行應(yīng)用研究。

2)建議尋找或開發(fā)光學(xué)級的水汽阻隔膜，在PC板表面進(jìn)行應(yīng)用研究。

3)建議研究PC材料與其他具有良好水汽阻隔性能光學(xué)級透明無機(jī)材料(如玻璃、藍(lán)寶石玻璃等)的復(fù)合應(yīng)用。

4)建議進(jìn)行材料的水汽滲透特性與分子篩特性、玻璃使用壽命匹配研究。

以上的研究如果能在某個方向上有所突破，將有可能徹底解決IGP起霧的問題。目前已經(jīng)聯(lián)系專業(yè)玻璃制造商、科研機(jī)構(gòu)及高校開展研究工作，相信經(jīng)過多方的努力，很快就會有研究結(jié)果。