環(huán)境溫度作用下中空玻璃密封單元變形解析

我國節(jié)能建筑門窗幕墻中應用最廣泛的節(jié)能玻璃就是中空玻璃。中空玻璃由兩片或兩片以上玻璃構(gòu)成，中間采用帶有干燥劑的鋁間隔框條隔開，周邊用密封膠密封。中空玻璃的耐久性與可靠性主要取決于邊部密封單元的健康狀態(tài)及其完整性。密封單元一旦失效，不僅影響中空玻璃的節(jié)能功效，還會給中空玻璃的使用安全帶來隱患。

　　中空玻璃邊部密封單元由第1道密封膠和第2道密封膠組成，第1道密封膠為丁基膠，它與鋁間隔框條共同承擔著隔絕水氣的作用；第2道密封膠多采用硅酮膠或聚硫膠，承擔中空玻璃邊緣結(jié)構(gòu)性粘結(jié)的作用。目前，研究者普遍比較關(guān)注中空玻璃制造過程中的材料性能、施工工藝、氣密性等對中空玻璃密封單元性能的影響，即中空玻璃本身的質(zhì)量問題。卻忽略了中空玻璃應用過程中，因環(huán)境溫度變化對中空玻璃密封單元性能造成的不利影響。

　　中空玻璃在服役過程中，因受到環(huán)境溫度變化、室內(nèi)外溫差等因素循環(huán)作用，其邊部密封單元會產(chǎn)生一定的擴張和錯位變形，變形過大就會發(fā)生第1道密封膠被擠出現(xiàn)象，導致第1道密封膠寬度和厚度不足，甚至脫膠、斷膠，嚴重影響中空玻璃的性能及使用壽命，甚至造成中空玻璃完全失效。實際幕墻工程中，中空玻璃第1道密封膠被擠出造成第1道密封膠斷膠、鋁框條露出的現(xiàn)象非常普遍。這種情況并不是由于中空玻璃本身的質(zhì)量問題引起的，而是由于環(huán)境溫度變化作用造成的。并且，隨著中空玻璃尺寸的不斷大型化，環(huán)境溫度作用造成的中空玻璃邊緣錯位變形也在增大，對中空玻璃密封單元失效的影響同樣增大。

　　中空玻璃內(nèi)、外片溫差作用引起的中空玻璃密封單元變形

　　中空玻璃應用過程中，必然受到室內(nèi)外溫差作用，在北方寒冷的冬季，室內(nèi)外溫差甚至達到60℃以上。室內(nèi)外溫差作用帶來的中空玻璃內(nèi)、外玻璃片溫差導致內(nèi)、外玻璃片產(chǎn)生明顯的伸縮變形差異，進而造成中空玻璃密封單元產(chǎn)生應力和變形：溫度低的一面玻璃縮收，而溫度高的一面玻璃伸長，這樣的邊部錯位變形會引起中空玻璃邊緣第1道密封膠錯位，并被擠出。

　　這種情況下，中空玻璃邊緣密封單元錯位變形量隨著二道密封膠打膠寬度的增大而減小，隨著打膠厚度（中空層厚度）的增大而增大。但是，由于結(jié)構(gòu)膠本身剪切模量要比玻璃彈性模量小幾個數(shù)量級，因此，二道密封結(jié)構(gòu)膠對玻璃變形的約束比較有限，中空玻璃內(nèi)、外片溫差導致的兩片玻璃變形差對中空玻璃邊緣密封單元錯位變形起決定作用。中空玻璃密封單元錯位變形量與其長邊尺寸基本呈線性關(guān)系，因此，對于超大型中空玻璃結(jié)構(gòu)（目前已有中空玻璃產(chǎn)品最大邊長尺寸超過15m），中空玻璃邊緣錯位變形量相對較大，其對第1道密封膠錯位變形影響更需引起注意。

　　環(huán)境溫差作用下中空玻璃密封單元變形

　　中空玻璃中空層密閉氣體在環(huán)境溫度變化作用下會產(chǎn)生“呼吸”作用，當中空玻璃使用環(huán)境溫度低于生產(chǎn)環(huán)境溫度時，中空玻璃會發(fā)生內(nèi)凹，引起第1道密封膠外溢；當中空玻璃使用環(huán)境溫度高于生產(chǎn)環(huán)境溫度時，中空玻璃會發(fā)生外凸，一旦玻璃外凸變形過大，就會導致第1道密封膠被拉開脫膠。上述情況往復循環(huán)，特別是環(huán)境溫度與內(nèi)、外片溫差共同作用，更加速了中空玻璃邊緣第1道密封膠的失效。

　　環(huán)境溫度變化作用下，中空玻璃內(nèi)部空腔與外界空氣產(chǎn)生氣壓差，玻璃受均布壓差作用，彎曲成一球面。這種情況下，大尺寸中空玻璃邊部變形比小尺寸更小，邊緣密封單元最大變形量只為微米級。

　　小結(jié)

　　可見，除了中空玻璃本身的質(zhì)量外，環(huán)境溫度對中空玻璃性能的耐久性和可靠性也有重要影響。內(nèi)、外片溫差作用對中空玻璃影響主要是邊緣密封單元的錯位變形。錯位變形隨中空玻璃尺寸增大而增大，且近似呈線性關(guān)系，因此，大尺寸中空玻璃邊緣錯位變形對其性能影響更大。而環(huán)境溫度作用下中空玻璃“呼吸”作用引起的邊緣第1道密封膠變形僅在微米級范圍內(nèi)，且隨中空玻璃尺寸增大而減小。