产品设计学术论文

如何改善中空玻璃的密封寿命中空玻璃的边缘密封失败, 意味窗户失去应有的功能, 不但窗户的设计节能性能达不到, 而且消费者也不能透过结露的空气层看清外面。 1、影响中空玻璃密封长期寿命的主要因素 (1)中空玻璃的设计, 包括选择何种隔条以及结构：单道密封还是双道密封； (2)密封胶的选择及用量； (3)干燥剂的选择； (4)间隔条的选择：连续的抑或为四角插接式； (5)玻璃的清洗； (6)工艺及工人的加工质量。2、间隔条的选择 间隔条的选择主要考虑两方面因素：(1)热传导系数,(2)对中空窗密封寿命的影响。从热传导率出发,可将中空玻璃使用的间隔条分为冷边和暖边两大类。冷边是指传统的金属铝框,暖边指间隔条的材料或构造不同于传统铝隔条的间隔条,如国内使用的胶条(由波浪形铝带外加一层内含干燥剂的密封胶)。我国目前使用的间隔条大部分为铝隔条,属于冷边类,易导致边缘处结露或上霜,降低整窗的节能效果。暖边间隔条顾名思意是一种旨在改善中空玻璃边缘热传导性的间隔条, 通过采用少量的金属或完全非金属材料,或改变传统铝条的结构来实现窗户的节能效果。在北美, 暖边主要有超级间条(SUPER SPACER), 舒适胶条(SWIGGLE),不锈钢U型隔条(INTERCEPT), 强化塑料和铝合成的漕型条,玻璃纤维隔条,以及带冷桥的金属隔条等等。随着人们对节能的认识提高,可以预见暖边隔条在我国中空玻璃市场份额会逐渐上升。据报道,传统的冷边金属隔条在北美市场的份额已由1990年的85％下降到1997年的20％,而在同一时期,暖边类的间隔条却从1990年的15％上升到1997年的80％。 从中空玻璃的密封寿命角度看,暖边与冷边之分和窗的密封寿命之间没有必然的联系。也就是说,属冷边的铝间隔条可能较暖边隔条的寿命要长,而有的暖边隔条的密封寿命也可能较冷边隔条的寿命要长。关键要看间隔条本身与中空玻璃的其他材料配置如何。3、铝间隔条 铝间隔条主要有两类：传统的四角插接式与改进后的连续长管弯角式。四角插接式在具体做法上又分为接头处涂胶处理与不涂胶处理两种。一般来说，铝框的接头越少其密封性能越好,只有一个接头的连续长管弯角式铝框较四角插接的改善许多。但是,如果四角插接式铝框在接头处涂胶,而连续长管弯角式不涂胶，则接头少的密封性能不一定比接头多的好。 鉴于我国目前使用的间隔铝框(特别是在中小企业)大多数为四角插接式,而连续长管弯角式铝框的制造成本又较高,笔者认为,提高中空窗密封性能的较实际方法是采取在四角接头处涂胶的方法。4、暖边间隔条 有些暖边间隔条内含有溶剂,在温度升高时会分解挥发,悬挂在中空玻璃的空气层里。如果中空玻璃内采用的干燥剂不能吸附这种挥发的有机溶剂水汽,当温度降低时,溶剂水汽就会凝结在玻璃内侧,形成化学雾,导致玻璃永久性变花。 为改善中空窗的节能性能,有些厂家将LOW－E玻璃与暖边隔条结合起来使用,但LOW－E玻璃的镀镆对化学雾特别敏感,一旦形成就较之普通白玻看上去更明显。因此,在选择暖边隔条时,必需考虑到化学雾的问题。5、中空玻璃的构造：单道密封和双道密封 中空玻璃胶的主要作用有两方面。(1)密封作用,即防止外界的水汽进入中空玻璃空气层内;(2)结构作用,即在外界温度高低变化及高湿度和紫外线照射下仍能够保持中空玻璃的结构整体性。可见,中空玻璃胶的作用要求中空玻璃打两道胶,一道结构一道密封,各尽其职。如果中空玻璃只打一道胶,即单道密封,则这一道胶要同时起两项作用。但在实践中,选择一种同时具备良好的密封和结构性能的胶是不可能的。 与其他试验标准不同,P1中空玻璃密封寿命加速老化试验没有通过和不通过的标准。除高湿度和大气循环的测试条件外,P1测试的产品还要有紫外线的强烈照射,直到测试的密封系统失败为止。事实表明,单道密封系统的寿命要较之双道密封系统短。具体测试结果见表1和表2。表1 单道密封系统的P1测试单道密封系统配置 时间 聚异丁烯胶，铝隔条 24小时 内含波浪铝条的丁基胶条 2周 硅酮胶，铝隔条 3周 聚硫胶或热熔丁基胶，铝隔条 6-8周表2 双道密封系统的P1测试双道密封系统的P1测试 时间 聚异丁烯胶与聚硫胶或与聚胺酯、铝隔条 12-18周 硅酮胶，四角插头不经涂胶处理、聚异丁烯胶、铝隔条 15-20周 内含波浪铝条的丁基胶条、硅酮胶 25周以上 硅酮胶、四角插头经涂胶处理、聚异丁烯胶、铝隔条 40周以上 热熔丁基胶、超级间隔 40周以上表3 水汽渗透率(MVTR)单位：克/平米/24小时 MVTR 渗透率聚异丁烯 25 045热熔丁基胶 60 073舒适胶条 60 073聚胺酯 4 250聚硫胶 0 380硅酮胶 0 000表4 不同中空玻璃胶的性能之比较 抗水汽能力 抗紫外线能力 抗热能力 抗冷能力热熔丁基胶 优秀 好 好 一般聚异丁烯胶 优秀 好 好 一般聚硫胶 好 好 好 一般聚胺酯 好 好 好 好硅酮胶 差 优秀 优秀 优秀舒适胶条胶 优秀 好 好 一般6、胶的选择及用量 在选择中空玻璃胶时需要考虑胶的特点。在选择密封胶方面,首先考虑的因素是水汽透过率(MVTR),其次是抗紫外线能力,再次是抗温度变化能力。水汽透过率指外界水汽透过胶进入中空玻璃空气层内的速度。水汽透过率越低中空玻璃的密封寿命就长,反之亦然。 此外, 还必须考虑胶的透气性(见表5)。表5 透气性（氩气）聚异丁烯胶 1热熔丁基胶 2舒适胶条 2聚硫胶 4聚胺酯 10硅酮胶 >100 所打胶量的多少对中空玻璃的密封寿命的影响也是十分重要的。对此用水汽渗透路程(MVTP)来衡量。水汽透过路线是指水汽透过胶进入中空玻璃空气层内所必需通过的距离。一般来说,水汽透过路线越长中空玻璃的密封寿命越长,反之亦然。 在选择结构胶方面主要考虑胶的结构强度,与玻璃的兼容性,以及胶的施工方法。7、干燥剂的选择 干燥剂的作用主要有三种：吸附生产时密封在空气层内水份,吸附可挥发性有机溶剂和吸附在中空窗寿命期进入空气层内的水汽。显然,选择适当的干燥剂的条件是必须同时满足干燥剂应具有的三个功能。但同时要求干燥剂不吸附空气层内的空气或惰性气体。用于中空玻璃的干燥剂主要有两类：分子筛和二氧化硅。分子筛有3A、4A和13X三种。干燥剂的吸附是选择性的,与其孔径的大小有直接关系。3A分子筛除水分子之外不吸附任何物质(包括气体和挥发的化学溶剂),而13X分子筛和二氧化硅则吸附一切物质。 因此,选择干燥剂时必须综合考虑它们各自的性质。 干燥剂的选择与选用的何种中空玻璃胶有直接关系，必须结合起来考虑。8、玻璃的清洗 清洗玻璃是中空玻璃生产的第一个环节,也是保证中空玻璃的密封寿命的最重要的环节。如果玻璃上的残留的油渍和汗水不能彻底清洗掉,则密封胶与玻璃的密封程度及结构胶对玻璃的黏合力就会大大削弱，从而降低中空窗的密封寿命。应该强调指出，前面所述的选择干燥剂、密封胶和间隔条应考虑的因素，是以玻璃清洗干净为前提的,它们对中空玻璃寿命的影响在相当大的程度上是以玻璃清洗干净与否为转移的。但实践中,人们往往对清洗玻璃的重视程度最差,必须改正。9、中空玻璃的生产工艺和操作人员的加工质量 一般来说,生产中空玻璃时使用的人工越少就越能保证中空玻璃的质量。尽管采用不同的中空玻璃生产工艺(手工、半机械化或机械化)在相当大的程度影响中空玻璃的密封寿命,采用不同的隔条的中空玻璃系统可能起的作用更大些。比如说,使用传统的间隔铝框虽然生产工艺的机械化程度同样高,但是四角插接式的隔条就不如连续长管弯角式的隔条产生的密封寿命高。再比如,使用美国超级间条的生产工艺可以有手工,半机械化和机械化,相应的专用设备投资从8千美元到50万美元不等,但其密封寿命却不受影响。 操作人员加工质量可以说是影响中空窗密封寿命的关键。从玻璃的清洗、灌注分子筛,到上条、合片、打胶和充惰性气体,无一环节不与操作人员的熟练程度和加工质量有关。因此,加强对岗位人员的培训,实施事前质量控制等手段是提高中空玻璃密封寿命所必需的。表6 不同中空玻璃胶的性能之比较 结构强度 与玻璃的兼容性 施工方式热熔丁基胶 一般 一般 热融泵或挤压聚异丁烯胶 差 一般 手工和挤压聚硫胶 优秀 优秀 泵或涂抹聚胺酯 优秀 优秀 泵或涂抹硅酮胶 优秀 优秀 泵舒适胶条 一般 一般 手工、半自动化、自动化表7 干燥剂干燥剂类型 孔径（埃） 被吸附物 非吸附物3A分子筛 3 H2O 其他一切4A分子筛 4 H2O，空气，氩气，氪气 SF6，溶质13X分子筛 5 所有 无二氧化硅 20-300 所有 无表8 干燥剂的选择 吸附水的能力 吸附溶质的能力 吸附空气的能力 吸附氩气的能力3A分子筛 √ ××× √√√ √√√4A分子筛 √√ ××× ×× ××13X分子筛 √√√ √√ ××× ×××二氧化硅 ××× √ × ××表9 干燥剂的选择和密封胶建议使用的干燥剂和密封胶热融丁基胶 3A聚胺酯 3A聚硫胶/单道密封 3A/13X聚硫胶/聚异丁烯胶 3A或3A/13X其他胶/聚异丁烯胶 3A

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