中 空 玻 璃 結(jié) 露 原 因 分 析

楊昊 劉曉丹 尹龍 王蕾

（1. 濟(jì)南市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)院 濟(jì)南 250000；2. 山東能特異能源科技有限公司 淄博 255088；3. 中國建筑玻璃與工業(yè)玻璃協(xié)會 北京 100037）

0 引言

響應(yīng)國家“2030碳達(dá)峰，2060碳中和”的兩個(gè)目標(biāo)，建筑行業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)重要的組成部分，擔(dān)負(fù)著重要的責(zé)任，整個(gè)行業(yè)對節(jié)能的要求也越來越高。建筑物上門窗節(jié)能的效果是整個(gè)建筑物節(jié)能的重點(diǎn)，中空玻璃作為門窗節(jié)能的首選材料，其質(zhì)量的優(yōu)劣和節(jié)能程度直接影響建筑物節(jié)能的最終效果，成為行業(yè)最重視的問題之一。

中空玻璃作為材料和生產(chǎn)工藝均很成熟的玻璃制品，其產(chǎn)品質(zhì)量有保障，在建筑物上被廣泛的應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2020年，我國有近5億平方米的中空玻璃被使用。由于個(gè)別中空玻璃生產(chǎn)企業(yè)管理存在問題，尤其在材料的選取、生產(chǎn)工藝控制和施工方面存在不足，造成其產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題，最常見的是中空玻璃結(jié)露。結(jié)露后的中空玻璃出現(xiàn)腔內(nèi)水汽的反復(fù)冷凝與蒸發(fā)，在中空玻璃內(nèi)表面形成水霧膜，中空玻璃屬于失效狀態(tài)，不僅使得透視性下降，同時(shí)整塊玻璃失去了保溫節(jié)能的效果，造成能源浪費(fèi)。為了避免這種問題的出現(xiàn)，本文將在中空玻璃結(jié)露的原因方面做出分析。

1 中空玻璃露點(diǎn)

中空玻璃露點(diǎn)是指中空玻璃間隔層中氣體濕度達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，出現(xiàn)結(jié)露的溫度。也就是當(dāng)水汽含量越高時(shí)，玻璃露點(diǎn)溫度也就越高。發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象通常是玻璃內(nèi)表面溫度低于間隔層內(nèi)空氣露點(diǎn)時(shí)，空氣中的水汽就會凝結(jié)在玻璃內(nèi)表面上，如圖1、圖2所示。

圖1 -40 ℃時(shí)中空玻璃結(jié)露

圖2 中空玻璃使用過程中結(jié)露

2 造成中空玻璃結(jié)露的原因

中空玻璃是由兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開并周邊粘接密封，使玻璃層間形成有干燥氣體空間的玻璃制品。

中空玻璃的定義明確了中空玻璃的組成。中空玻璃主要由玻璃、邊部密封材料、間隔材料和干燥劑等組成，見圖3。槽鋁式中空玻璃的邊部密封材料有外道密封膠和內(nèi)道密封膠兩部分，外道密封膠主要有硅酮密封膠、聚硫密封膠等，內(nèi)道密封膠主要為丁基密封膠；間隔材料主要有：鋁間隔條、不銹鋼間隔條、復(fù)合材料間隔條等；干燥劑主要為A類和B類兩種。

圖3 中空玻璃組成結(jié)構(gòu)

中空玻璃在其露點(diǎn)溫度時(shí)，其間隔層中氣體濕度達(dá)到飽和，中空玻璃內(nèi)表面會出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。由此可以得出結(jié)論：溫度是造成中空玻璃結(jié)露的外部因素，而中空玻璃間隔層中氣體濕度是造成中空玻璃結(jié)露的重要內(nèi)部原因。本文僅從影響中空玻璃結(jié)露的內(nèi)部原因：輔材質(zhì)量和生產(chǎn)工藝兩方面進(jìn)行分析。

2.1 輔材質(zhì)量對中空玻玻璃結(jié)露的影響

2.1.1 邊部密封材料對中空玻璃結(jié)露的影響

邊部密封材料主要是內(nèi)道密封膠的丁基密封膠和外道密封膠的硅酮密封膠、聚硫密封膠，其主要作用為粘結(jié)組成中空玻璃的各種材料，使其成為一個(gè)整體，并具有防止水汽和其他氣體進(jìn)入中空玻璃間隔層內(nèi)的作用。

丁基密封膠是一種以聚異丁烯橡膠為基料的單組份密封膠，具有極低的水汽透過率和良好的粘合性，它和外道密封膠一起構(gòu)成一個(gè)優(yōu)異的抗?jié)駳庀到y(tǒng)，對于阻止外界空氣中的水汽和其它氣體向中空玻璃腔內(nèi)滲透起著重要阻擋作用。外道密封膠的作用是將玻璃、間隔條等材料粘結(jié)成為一個(gè)整體，保證中空玻璃整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，因此其必須具有較強(qiáng)的粘結(jié)性和機(jī)械性能。避免中空玻璃在使用過程中，由于動載荷和靜載荷的作用，使其產(chǎn)生結(jié)構(gòu)位移，從而保證內(nèi)道密封膠和外道密封膠一起構(gòu)成的抗?jié)駳庀到y(tǒng)的穩(wěn)定。因此，作為中空玻璃保護(hù)結(jié)構(gòu)的兩道密封膠，其質(zhì)量的好壞決定著中空玻璃整體質(zhì)量和是否出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。

2.1.2 間隔材料對中空玻璃起霧結(jié)露的影響

間隔材料主要有：鋁間隔條、不銹鋼間隔條、復(fù)合材料間隔條等。間隔條起著承載干燥劑、配合密封和整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的作用。間隔條的氣孔透氣性能是否優(yōu)異直接影響干燥劑的工作能力的發(fā)揮，間隔條標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定間隔條的氣孔透氣性能應(yīng)滿足：當(dāng)進(jìn)口氣壓保持在0.5 MPa時(shí)，氣壓差值應(yīng)不小于0.1 MPa，否則間隔條中的干燥劑無法正常發(fā)揮吸水作用。同時(shí)間隔條應(yīng)平直，側(cè)邊弓形及波形彎曲度不大于0.2%，扭曲不大于0.5 mm，不變形，角部保證側(cè)面平整，才能保障丁基膠密封寬度和密封粘接效果。

2.1.3 干燥劑對中空玻璃結(jié)露的影響

干燥劑的作用是吸收中空玻璃間隔層中的水汽，不僅吸收中空玻璃生產(chǎn)完畢時(shí)的初始水汽，還要吸附中空玻璃使用過程中不斷滲透進(jìn)中空玻璃間隔層中的水汽，使間隔層中的氣體保持干燥，保證中空玻璃在服役期間，始終保證露點(diǎn)符合要求。

在密封膠質(zhì)量和生產(chǎn)工藝均滿足要求的情況下，干燥劑對于中空玻璃是否出現(xiàn)結(jié)露起著最重要作用。目前中空玻璃用干燥劑執(zhí)行兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)：國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10504—2017《3A分子篩》［1］和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 2072—2011《中空玻璃用干燥劑》［2］。標(biāo)準(zhǔn)中將干燥劑分為了A類和B類兩種。A類干燥劑：3A分子篩，具有優(yōu)良的、持續(xù)有效的吸水能力；B類干燥劑：以凹凸棒黏土為主體材料。中空玻璃從制作到失效期間，按內(nèi)腔的濕度和露點(diǎn)變化可分為三個(gè)階段，并且在這三個(gè)階段干燥劑的有效吸附是變化的：

第一階段（生產(chǎn)期），干燥劑會消耗不到1%的吸附容量。合片時(shí)中空玻璃內(nèi)腔空氣濕度與生產(chǎn)環(huán)境空氣濕度近似，一般為40～70%RH，此時(shí)空氣的露點(diǎn)溫度較高。合片封膠后，干燥劑開始對內(nèi)腔中的空氣進(jìn)行有效干燥，中空玻璃的露點(diǎn)開始迅速降低，這個(gè)階段一般持續(xù)24～48 h；

第二階段（壽命期），消耗99%的吸附容量。干燥劑持續(xù)吸附通過密封膠滲透到內(nèi)腔的水分，內(nèi)腔的濕度保持在0.5%RH左右，露點(diǎn)保持在-40～-60℃。

第三階段（失效期），干燥劑不再吸附水分。干燥劑吸附達(dá)到飽和，不再吸收滲透到內(nèi)腔的水分，中空玻璃內(nèi)腔空氣層的濕度和露點(diǎn)迅速上升，中空玻璃就很容易結(jié)露。［3］

不同露點(diǎn)下空氣中的飽和含水量見表1。

表1 不同露點(diǎn)下空氣中的飽和含水量

由表1得知，中空玻璃內(nèi)腔空氣層的露點(diǎn)為0 ℃時(shí)，空氣中含水量約為4.84 g/m3，如果3A分子篩發(fā)揮作用，使露點(diǎn)控制為-40 ℃時(shí)，那對應(yīng)空氣含水量約為0.117 g/m3，下降97.6%；露點(diǎn)為-60 ℃，空氣含水量約為0.011 g/m3，進(jìn)一步下降90.6%。

以結(jié)構(gòu)為1000 mm×1000 mm×（6＋9A＋6）mm的中空玻璃為例，按照表2干燥劑填充量設(shè)定為100 g，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10504—2017的靜態(tài)水吸附量16%計(jì)算，則3A分子篩的飽和吸附容量為16 g。

1000 mm×1000 mm×（6＋9A＋6）mm中空玻璃的內(nèi)腔體積為0.009 m3，假設(shè)中空玻璃合片環(huán)境溫度25 ℃，相對濕度50%RH，在中空玻璃合片后，內(nèi)腔中水分含量為：

0.009×23×50%＝0.1035（g）

由此可見，僅需要消耗3A分子篩0.65%的吸附量即可完全吸收中空玻璃內(nèi)腔空氣層的水分，就能夠保證中空玻璃的內(nèi)腔充分干燥。如果假設(shè)1 m2中空玻璃密封膠的水分滲透率控制在0.27 g/（m2·y），（16－0.1035）÷0.27＝58（年），那么其他條件完善的情況下，使用3A分子篩可保證中空玻璃50年以上的使用壽命。

2.2 生產(chǎn)工藝對中空玻璃結(jié)露的影響

在中空玻璃生產(chǎn)中，能夠影響中空玻璃結(jié)露的主要有：玻璃原片清洗、制框、生產(chǎn)環(huán)境溫濕度、填充干燥劑、涂布丁基密封膠、合片、涂第二道密封膠等工藝環(huán)節(jié)。

（1）玻璃原片清洗不徹底，導(dǎo)致玻璃原片表面粘上汗?jié)n、水漬及殘存水珠；生產(chǎn)環(huán)境溫濕度控制不嚴(yán)格，不足夠干燥；制框時(shí)折彎設(shè)備造成間隔條背部開裂，與丁基密封膠接觸的間隔條表面不平順，有凹凸現(xiàn)象等，都會成為引發(fā)中空玻璃結(jié)露的隱患。

（2）生產(chǎn)環(huán)境溫濕度控制不符合要求，填充干燥劑與合片之間的間隔時(shí)間太長，干燥劑包裝破損或者干燥劑包裝打開時(shí)間過長，干燥劑填充量不足，如未按照J(rèn)C/T 2071—2011《中空玻璃生產(chǎn)規(guī)程》規(guī)定的填充要求執(zhí)行，也會造成中空玻璃結(jié)露。干燥劑填充量見表2。

表2 干燥劑填充量［4］ （g/m）

（3）丁基密封膠涂布要保證連續(xù)、均勻，涂布前應(yīng)檢查玻璃鋼化平整度與間隔框制作質(zhì)量，不能出現(xiàn)丁基膠涂布不連續(xù)、斷膠和不均勻的情況，提高丁基膠與玻璃和間隔條的粘結(jié)強(qiáng)度，避免由此造成的中空玻璃結(jié)露現(xiàn)象。

（4） 外道密封膠涂布深度不夠，雙組份密封膠混合效果不好，不滿足《中空玻璃》國家標(biāo)準(zhǔn)的要求：中空玻璃外道密封膠寬度應(yīng)≥5 mm；中空玻璃內(nèi)道丁基密封膠寬度應(yīng)≥3 mm，會造成中空玻璃出現(xiàn)結(jié)露。

3 結(jié)語

通過以上分析，可以看出引發(fā)中空玻璃結(jié)露的因素很多，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，造成中空玻璃結(jié)露的原因可能是一種因素，也可能是多種因素疊加。所以在中空玻璃出現(xiàn)結(jié)露問題時(shí)，首先要清楚中空玻璃結(jié)露的機(jī)理，結(jié)合中空玻璃所處的環(huán)境條件，再逐一分析引發(fā)問題的材料和工藝，確定結(jié)露的原因是由中空玻璃的哪一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，最后綜合分析后確認(rèn)引發(fā)結(jié)露的具體原因，對相應(yīng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行整改，避免再次出現(xiàn)中空玻璃結(jié)露的質(zhì)量問題。