中空玻璃的暖边技术

摘要： 论述了中空玻璃的结构组成和传热热阻， 介绍了近期暖边产品的种类和特性以及用于中空 玻璃间隔层内的各种气体， 提出了暖边技术在该领域的最新发展和今后中空玻璃的研究重点。 关键词： 中空玻璃； 暖边技术； 间隔物； 密封剂 中图分类号： )*!&!# &" + &$ $ 文献标识码： ,$ $ 文章编号： !’’’ - ".&! （ "’’% ） ’/ - ’’%/ - ’%
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6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 玻璃与搪瓷6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 ’((9 年6
玻璃板可以是普通平板玻璃、 钢化玻璃或 !"# $ % 玻璃， 这根据中空玻璃的使用地点及所起的作用而选定。 玻璃板之间的气体必须干燥， 可以是空气、 氩气或其他特殊气体， 内用分子筛保持气体干燥。边缘密封系统 种类繁多， 主要为间隔条 （ 框） 、 密封胶和分子筛。间隔条在两层玻璃之间， 起分隔玻璃板的作用， 四周用密 封胶进行封边， 使玻璃粘合在一起， 并防止层内气体外溢。 当中空玻璃两侧有两种不同温度的流体时， 通过其中间部分和边缘部分的热量大小是不同的 （ 图 &） 。 热量通过玻璃板的方式都是导热和辐射， 其热阻也相同。被间隔的气体主要产生导热， 也可能发生对流换 热。中空玻璃的隔热能力主要来自密封着的空气层， 在温度为 ’() 时， 空气的导热系数为 (* (’+, - . ・ /，
;< 导言
对中空玻璃而言， 暖边技术已成为一个工业词汇。在经历了几十年的发展之后， 中空玻璃的结构都基本 相似， 但随着材料科学的发展， 玻璃的物理化学性能得到很大的改进， 镀膜玻璃以及各种高分子材料的组合 应用， 使得中空玻璃的隔热性能产生很大的变化， 能满足各种不同场合的需要。发达国家都能根据具体的使 用要求设计出各种类型的中空玻璃， 并不断开发出暖边间隔物的新品种。我国建设部也已把中空玻璃列为 推广应用的建材节能产品之一， 这使我国中空玻璃的研制和生产面临着良好的发展机遇。 本文介绍当前世界上中空玻璃暖边技术的进展， 并对各种暖边间隔物进行评述。
=< 暖边技术的产生
中空玻璃由两片或两片以上的玻璃板组合而成， 玻璃板之间用边缘密封系统进行间隔， 中间充以气体。
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万方数据 童树庭 通讯联系人： （ !(U" - ） ， 男， 副教授， I - A42;： <739>16<239 V 73;23B# >1# F3#
收稿日期： "’’/ - ’U - !(
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第 /" 卷第 / 期 "’’% 年 P 月
玻璃与搪瓷 =5,EE Q IR,HI5
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中空玻璃的暖边技术 !
朱雷波! ， 童树庭""
（ !# 中国洛阳浮法玻璃集团有限责任公司， 河南$ 洛阳$ %&!’’( ； "# 同济大学材料科学与工程学院， 上海$ "’’’(" ）
［ &］ 而普通透明玻璃板的导热系数为 (* 0+, - .・/ ， 其比值为 &1 ’2 。中空玻璃密封的空气层内， 对流换热所
占的份额较小， 基本为导热方式， 所以能较大程度地提高中空玻璃的热阻。 在中空玻璃的边部， 由于密封系统与玻璃板紧密接触， 所以是多层平壁之间的传导传热。间隔条材质的 导热系数对热阻的影响极大， 最初使用的铝质隔条导热系数大， 热阻小。对中空部分而言， 空气层厚度与间 隔条尺寸接近， 所以它们的热阻之比也近似于它们导热系数的比值。纯铝的导热系数为 ’(’, - . ・ /， 铝合
其来源方便， 在生产中使用较广泛。随着玻璃镀膜技术的发展， 采用惰性气体以及六氟化硫、 卤代烃 !"# 和 !"$ 为内充气体的中空玻璃不断增多。 常用的惰性气体有氩气、 氪气和氙气， 它们安全无毒、 无色无臭、 不会燃烧， 导热系数都比空气小， 是较好 的隔热体。氪气可用来制作间隔层较小、 隔热性能好的中空玻璃， 氪气价格较为昂贵。自然状态下的氙气非 常稀少， 提纯价格高， 因而很少用于中空玻璃的制作。六氟化硫在一些要求较高的场所也有使用， 且具有很 好的隔音效果， 但其露点较高。 氩气在空气中的含量较高， "%%& 气体中约含 ’#()&， 其露点较低， 对太阳能的反应不敏感， 也可以充气 在灯泡中。通过中空玻璃的能量主要由热辐射造成， 用普通透明玻璃制成的中空玻璃， 其辐射率高， 能吸收 大量辐射热， 即使内充氩气， 其隔热效果也不明显。 &*+ , - 玻璃的镀膜有效地阻挡了辐射热， 使氩气导热系数低的特性得到充分发挥。因为内充氩气节能 效果显著、 成本低廉且简单易行， 所以使用较多。间隔层内惰性气体的浓度对传热也有一定影响， 欧美国家 中空玻璃行业内被普遍接受的充气浓度为 .%/ ， 在充气浓度提高 "%/ 以上之后， 中空玻璃的传热效果将下 降近 "%/ ， 使节能效果进一步提高。 在建筑节能过程中， 最初是普通中空玻璃， 其后是 &*+ , - 玻璃， 现在则是暖边技术的发展。传热的三 种方式为导热、 对流和辐射， 降低中空玻璃的传热性能， 可采用以下重要的技术手段： 中空的 &*+ , - 玻璃可 降低辐射热的透过， 内充惰性气体以及配上暖边技术， 可减小导热的作用， 合理地控制间隔尺寸的大小， 能消 除对流换热的影响。较高档的建筑玻璃构件都采用了这些方法， 这在发达国家很普遍。
［ ’］ ， 所以， 边部的热阻远远小于中间部分。图 ’ 表示使用不同间隔 金的导热系数一般也在 &3( 4 &5(, - .・/ ［ 3］ 。 物时， 中空玻璃边部温度的变化
图 &6 通过中空玻璃的热量传递6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 图 ’6 暖边玻璃温度的比较
& —铝6 ’ —硅发泡物6 3 —波纹金属6 6 6 6 6 6 6 6 6
［ 3］ 因此， 导热系数小的各种材料以及各种形状的间隔条被大量研制出来， 于是出现暖边技术这一术语 。
!" 暖边间隔系统的种类
中空玻璃间隔系统基本上可分为两大类： 一类为低导热系数的金属框与密封胶组成的刚性间隔， 另一类 是以高分子材料为主制成的非刚性间隔条。 在 &225 年前， 主要是铝质间隔框。暖边技术产生之后， 暖边间隔系统占据了整个北美市场的 7’8 左 右， 其中刚性间隔占据 598 ， 主要为 : 型的不锈钢材料； 非刚性间隔占据 ’78 ， 如 ;#<==>? 胶条以及其他含干
［ F］ 。 效果 此外， 塑料间隔框由于导热系数小， 也得到大量应用。但其缺点是加工时不易被弯曲， 不易在生产时做
成整件。因此， 先做成塑料条， 然后根据间隔框尺寸被割断成直条， 再在直条端连接形成框架。与金属相比， 塑料的气密性较差， 所以这样连接的间隔框的边角部对气密要求是个薄弱点。
$# 中空玻璃间隔层内的气体
［ 9］ 燥剂的聚硅酮发泡产品。剩下的 &78 仍然是铝质间隔框 。
! * #" 框架式刚性间隔系统
万方数据 以可改善中空玻璃边部热阻过小的状况。美国 @@A 公司的产品 BCD?EF?GD， 先用不锈钢带压制成槽型， 然后在
由于不锈钢的导热系数大大低于铝， 用不锈钢材料替代铝质间隔条， 它们的导热系数之比为 &1 && ， 所
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冬天时， 建筑物中空玻璃其四周部分的热阻小， 温度下降明显。由于室内具有一定湿度， 空气中的水分 碰到较低温度的玻璃板就被冷凝， 在中空玻璃的边缘产生结露结霜现象， 这既影响美观， 又对密封材料造成 损害。 为改善中空玻璃四周部分热阻过小、 容易结露结霜现象， 研究方向集中在间隔条材质和间隔条形状的热 性能上。结果表明， 采用导热系数较低的材料替代传统的铝质间隔条， 能使内层玻璃周边温度比过去高， 避 免内层玻璃边缘处的结露。
［ -］
图 9: 5*’;!(2.( 隔条结构示意
。
H2.(+(IJ 公司的产品 =;K(< =K)I(< 与其他用丁基橡胶包裹不锈钢或铝质间隔条的暖边产品不同， 它是完 全用高绝缘的热固性材料制成的胶条， 不含金属。是一种含有干燥剂、 具有抗压缩功能的聚硅酮发泡产品， 内含上百万个微型气泡。其导热系数与铝的比值为 ,L B-3 ， 与不锈钢的比值为 ,L ?- 。 一般而言， 含有金属的刚性间隔框比较硬， 对自然的膨胀和收缩会产生应力， 导致密封失败。该产品尽 管由热固性材料制成， 但能抵抗风压， 并随温度变化而膨胀和收缩， 始终保持中空玻璃整个结构的完整和稳 定。采用双道密封， 结构密封为丙烯酸胶。 随着对建筑美观上的要求不断提高， 窗户的形式也多样化， 其发展趋势是强调个性化， 避免雷同。如果 一扇大窗户由 ,1 个玻璃窗组成， 则要有 ,1 套间隔系统， 这既花费大， 操作时对窗框的精确度要求又高。该 公司设计出一种窗隔条， 能一次将 1M 块玻璃安装完毕， 外观上就像有 ,1 个独立的玻璃窗， 又能达到暖边的
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［ ,］ 。由于是热熔性的， 其操作温度为 ,-37 左右。 常用的为聚异丁烯 （ 456 ） ， 水汽渗透率小于 ,. / 01 ・2
密封技术与暖边产品的关系密切， 不同的暖边产品有其相应的密封工艺。它们都影响到中空玻璃的质 量， 也与其隔热功能密切相关。 ! 8 "# 条状式非刚性间隔系统 由于高分子材料导热系数小， 所以采用热固性材料做间隔条得到 很大发展。&<;=()! 公司的 =#>..!( 胶条将干燥剂与塑料做成一体， 中 间嵌以波纹状金属隔片， 在我国很普遍。其另一产品 5*’;!(2.( 是非金 属的矩形管状隔条， 中间是波纹状管形内芯， 波纹可抗压， 又能适当伸 展。外面套一矩形管状箔片， 以增强间隔条抗水汽渗透的性能， 边部 胶层防湿汽， 内层含有干燥剂， 造型美观， 单道与双道密封均可。其特 点是用中空取代了固体材料或发泡材料， 充分利用了空气导热系数小 的特点， 强度则通过波纹管得以增强。其间隔空间为 ,900， 导热系数 为 38 3?@ / 0 ・ A， 水汽渗透率为 38 3B?C1 D / 01 ・ 2。产品 E;<)=()! 可 适用于双层、 三层的中空玻璃， 用热压方法密封， 一步制成， 间隔空间 为 F G ,?00
: 第 91 卷第 9 期: : : : :
Hale Waihona Puke Baidu
: : : : : : : 玻璃与搪瓷: : : : : : : : : : : : : : : : : : : :
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槽内铺上含分子筛的胶泥， 接着在边部涂层胶， 再折框， 最后合片。其特点是折框设备全自动， 生产速度快， 适合生产批量大、 规格简单的民用建筑的中空玻璃。 该间隔系统能提供足够的强度以保持玻璃片平整， 防止绝缘气体外溢和湿气进入， 其关键技术是密封 胶。中空玻璃在使用期间面临着来自外界的温差、 气压、 风荷载等影响， 因此密封胶既要保证系统的结构稳 定， 还要防止外来水汽渗透进入中空玻璃的空气层内。 对密封胶的性能要求主要有与基材 （ 玻璃、 间隔条） 的粘接能力、 在使用环境下的耐水性、 抗太阳光紫外 线照射能力、 耐高温性和耐低温性。要求密封材料在膨胀收缩的动态下不开裂老化。 密封胶可分外两大类： 结构密封和低水汽渗透率密封 （ !"# $%& ’()!)*+’ ） 。用于结构密封的主要为热固 性材料， 如聚硫胶、 聚胺脂胶和硅酮胶等， 它们增强了中空玻璃的稳定性， 都具有较高的模量值。但气密性 硅酮胶达到 -3. / 01 ・ 2。低水汽渗透率密封主要为热塑性材料， 差， 抗水汽渗透率差， 一般大于 ,-. / 01 ・ 2，
万方数据 干燥空气， 干燥空气中无水分， 所以在玻璃冷面上不会结露和结霜， 同时干燥空气的导热系数也比湿空气小，
暖边技术的一个重要方面是密封技术， 它与中空玻璃间隔层内的气体密切相关。最常用的内充气体为
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