离子性中间膜夹层玻璃

离子性中间膜夹层玻璃

赵西安

（中国建筑科学研究院北京100013）

一、常规的PVB 夹层玻璃

目前，玻璃幕墙夹层玻璃广泛采用的中间膜是聚乙烯醇缩丁醛，简称PVB 。PVB使用已经有多年历史，也为幕墙行业普遍熟悉。但是，这种夹胶膜最初是为汽车玻璃而开发的，所以它的性能主要是为了满足汽车玻璃的以下要求：

1．能可靠地粘结玻璃，减少碎玻璃的飞散，最大限度保护驾驶员和乘客的安全。

2．能防止石块和其他小物件击穿玻璃进入车内。

3．有一定的柔软性，防止驾驶员头部激烈撞击挡风玻璃，并防止车内人员飞出车外。

4．满足汽车的使用功能，符合光学、降噪、阻隔紫外线等要求。

由于PVB夹胶膜主要不是针对建筑幕墙开发的，所以它富于弹性，比较柔软，剪切模量小，两块玻璃间受力后会有显著的相对滑移，承载力较小，弯曲变形较大。PVB夹层玻璃可以用于一般玻璃幕墙，不适宜用于有高性能要求的玻璃幕墙。

同时，PVB夹层玻璃的外露边容易受潮开胶，PVB胶膜夹层玻璃使用时间长以后容易发黄变色，这些都是应该加以注意的。

理想的建筑幕墙用夹层玻璃中间膜应能满足以下要求：

1．对玻璃有较高的粘结能力，有较强的抗撕裂强度，能防止玻璃破碎时飞散。

2．有较强的防护能力，可以防止自然力和人力的破坏。对强风、地震、暴力、盗窃等有足够的抵抗力。

3．能承受室内人员的突然撞击，防止玻璃飞散或整体脱出，避免室内人员飞出坠落。

4．有足够的剩余承载力，玻璃破碎后再发生弯曲变形时不会整块脱落。

5．中间膜有大的剪切模量，使两块玻璃尽可能整截面受弯工作，从而提高玻璃的承载力和弯曲刚度，减小玻璃的厚度，减轻玻璃的自重。

6．无色透明，能耐受紫外线、水汽和外界气候变化影响，长时期使用不泛黄变色。

目前采用的PVB夹胶膜还不能完全满足上述要求。有必要开发更高性能的幕墙夹层玻璃专用中间膜，以适应超高层建筑幕墙、大跨度采光顶、超大尺寸夹层玻璃、全玻璃结构等对夹层玻璃的高标准要求。

二、离子性中间膜的特性

现在，能满足建筑幕墙夹层玻璃上述性能要求的夹胶膜—离子性中间膜已经由美国杜邦公司开发出来，并批量生产，商品名称为SGP 。这种夹胶膜具有许多优良的性能。

（一）具有高的强度和剪切模量，力学性能优异

SGP 的剪切模量是PVB 的50倍以上，撕裂强度比PVB 高5 倍。SGP 夹胶后，玻璃受力时两片玻璃之间的胶层基本上不会产生滑动，两片玻璃如同一片等厚度的单片玻璃整体工作。这样一来，承载力就是等厚度的PVB 夹层玻璃承载力的2倍；同时，在相等荷载、相等厚度的情况下，SGP夹层玻璃的弯曲挠度只有PVB 夹层玻璃的1 / 4（图1）。

SGP夹层玻璃整截面工作PVB夹层玻璃中间膜滑动

图1 SGP夹层玻璃承载力是PVB夹层玻璃的两倍，挠度只有PVB夹层玻璃的1 / 4

由于承载力提高，挠度减小，玻璃厚度会相应减小。有可能减少玻璃的用量约40% ，相应也减轻了幕墙的自重。不仅有利于主体结构设计，而且节材就是节能，因为生产每一标准箱浮法玻璃要消耗标准煤16Kg，耗电7.5 度。如果加上钢化、均质化处理等，耗能就更多了。

（二）具有良好的边部稳定性，可外露使用而无须封边

边部稳定性指夹层玻璃边部外露于大气条件下的耐久性。PVB夹胶不耐潮湿，水汽作用下容易开胶、分离，要求外露边缘进行封边处理。而SGP胶膜有良好的边部稳定性，对水分不敏感，在外露条件下使用也不会开胶、分离，可以开边使用，不必封边（图2）。所以SGP夹层玻璃可以很方便地用于拦板、雨棚、外挑装饰玻璃翅、玻璃遮阳板等外露边缘的构件而无须采取专门的封边措施（图3）。

图2 SGP 夹层玻璃可以不加封边就在室外使用图3 不加封边的SGP 夹层玻璃拦板

（三）玻璃破损后留有充分的剩余承载力，不会整块坠落

普通PVB夹层玻璃，尤其是钢化夹层玻璃，玻璃一旦破碎就会产生很大的弯曲变形，有整块脱落的危险（图4）。当玻璃水平安装在采光顶上时风险更大，北京香山植物园就曾发生过玻璃整块落下的意外事故。

SGP 间膜夹层玻璃整体性好，SGP夹胶膜的撕裂强度是PVB夹胶膜的5倍，即使玻璃万一破碎，SGP膜还可以粘结碎玻璃形成破坏后的一个临时结构，其弯曲变形小，还可以承受一定量的荷载而不会整片下坠。这就大大提高了玻璃的安全性（图5、图6）。

图4 PVB夹层玻璃，即使竖向安装，四边支承，图5 即使是竖向悬臂安装，SGP 夹层玻璃拦板破碎后

破碎后还是大弯曲变形，最终脱出仍保持平面，显示还保持一定的承载力

图6 SGP夹层玻璃即使破碎，也还有足够的剩余承载力

（四）无色透明，不易变色，通透性极佳

SGP 夹胶膜本身无色透亮，而且耐候性好，不容易泛黄。SGP 膜的泛黄系数小于1.5，而PVB膜的泛黄系数为6~12。因此SGP夹层玻璃能更好地满足建筑师的建筑艺术要求。

如果采用超白玻璃（低铁玻璃）、SGP中间膜夹胶，那超白夹层玻璃晶莹剔透的光学效

果将是绝对顶级的（图7）。

材料

图7 钻石表面精磨19 mm超白玻璃，SGP夹胶膜夹层装饰玻璃晶莹闪亮

三、离子性中间膜夹层玻璃的试验研究

受美国杜邦公司的委托，中国建筑科学研究院于2006~2007年期间进行了SGP 夹层玻

璃性能的研究。试验得到了SGP中间膜和PVB中间膜自身的物理力学性能以及对比了SGP夹层玻璃、等厚PVB夹层玻璃和等厚单片玻璃受力性能。

玻璃受弯试件分四边支承和两边简支两种形式（图8、图9）。

图8 四边支承玻璃试验

图9 对边简支玻璃试验

不同厚度夹层玻璃和等厚单片玻璃的对比试验表明，SGP夹层玻璃的应力和挠度与同厚度的单片玻璃基本相同；而PVB夹层玻璃由于中间层显著的滑移，应力与挠度要大得多。因而可以认为：SGP夹层玻璃作为等厚度单片玻璃整体工作；PVB夹层玻璃接近于两片单独的玻璃叠加（图10、图11）。

图10 最大主应力随荷载的变化图11 跨中挠度随荷载的变化

（方点为10mm单片玻璃；三角形为SGP 夹层玻璃；圆点为PVB夹层玻璃；夹层玻璃均为5mm+0.76+5mm）