中空玻璃是用兩片或兩片以上玻璃，中間用帶有干燥劑的間隔框隔開，周邊采用密封膠密封而制成的玻璃制品。中空玻璃因其具有隔熱、隔音、防結(jié)霜、防結(jié)露等優(yōu)良性能，已被廣泛用于建筑、制冷等領(lǐng)域。2011年我國中空玻璃的產(chǎn)量達(dá)4087.37萬平方米，同比增長13.51%。對于如此巨大的中空玻璃市場，質(zhì)量問題至關(guān)重要。目前我國中空玻璃存在的主要問題是壽命短、質(zhì)量沒有保證，主要表現(xiàn)是使用一段時間后中空玻璃內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)露或結(jié)霜，甚至產(chǎn)生中空玻璃進(jìn)水現(xiàn)象，中空玻璃隔熱保溫等功效完全喪失。這種問題產(chǎn)生的主要原因是密封膠失效。導(dǎo)致中空玻璃密封膠失效的原因是多方面的，如密封膠的選擇及其性能、施工工藝等。本文針對影響中空玻璃密封膠失效的各種因素進(jìn)行了系統(tǒng)地分析研究，提出預(yù)防措施。

1.中空玻璃失效現(xiàn)象

近年來，中空玻璃出現(xiàn)了一系列嚴(yán)重的質(zhì)量問題，其中包括：(1)中空玻璃內(nèi)表面結(jié)露或結(jié)霜以及漏氣、漏水現(xiàn)象；(2)中空玻璃腔體內(nèi)出現(xiàn)丁基膠流淌現(xiàn)象；(3)鍍膜中空玻璃腔體出現(xiàn)彩虹現(xiàn)象或膜層受到腐蝕、氧化等現(xiàn)象；(4)二道密封膠固化后產(chǎn)生氣泡，或者使用一段時間產(chǎn)生脆化、開裂現(xiàn)象。

2.原因分析

經(jīng)過對近幾年來諸多中空玻璃失效案例的分析調(diào)研，主要原因可歸納為以下幾類。

2.1密封膠選擇不當(dāng)

密封膠一般為高分子聚合物，通常用于中空玻璃的密封膠有聚硫密封膠、硅酮密封膠、丁基密封膠和聚氨酯密封膠等。對于這些高分子材料，其兩側(cè)存在逸度差(壓差或濃度差)，在逸度較高的一側(cè)，氣體分子(空氣和水)能夠進(jìn)入固體聚合物中，移動并穿過聚合物鏈陣從逸度較低的一側(cè)釋放出來。影響水蒸氣擴(kuò)散的因素主要是聚合物的氣體滲透系數(shù)、膠層厚度和空氣層內(nèi)外的水汽壓差[5]。

水份擴(kuò)散遵循關(guān)系式：J=P/L×ΔP  (1)

式中：J-擴(kuò)散速度，指單位時間、單位面積上氣體通過一定厚度的聚合物的擴(kuò)散量；P-聚合物氣體滲透系數(shù)；L-聚合物的厚度；ΔP-聚合物兩側(cè)的氣體分壓差。

由上述關(guān)系式可以看出，在膠層厚度與環(huán)境條件同樣的情況下，密封膠材料的氣體滲透系數(shù)越小，其氣密性越好，越不易導(dǎo)致中空玻璃密封失效現(xiàn)象的發(fā)生。在中空玻璃的制作過程中如果選用了氣體滲透系數(shù)較大的密封膠，則易出現(xiàn)密封性不良，中空玻璃露點(diǎn)上升，結(jié)露或結(jié)霜甚至進(jìn)水等現(xiàn)象[6]（圖1.a、圖1.b）。

2.2硅酮密封膠中摻入低沸點(diǎn)物質(zhì)（如白油等）

硅酮密封膠生產(chǎn)都是以端羥基聚硅氧烷為基料，以二甲基硅油為增塑劑，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。隨著市場競爭的日益激烈，一些企業(yè)為降低成本在硅酮密封膠產(chǎn)品中摻入低沸點(diǎn)物質(zhì)（如白油）代替二甲基硅油，使產(chǎn)品耐久性大大降低。

白油是石油潤滑油餾分高壓加氫精制而成的無色、無味白色油狀長鏈烷烴，常用于紡織潤滑劑和冷卻劑，微量使用可以改善橡膠制品的表面光澤。白油基本組成為飽和烴結(jié)構(gòu)，主要成分為C16～C31的正異構(gòu)烷烴類的混合物，分子量較小（250～450），沸點(diǎn)低，易揮發(fā)。白油的分子鏈以C-C鍵為主，不能溶解以Si-O化學(xué)鍵為主鏈結(jié)構(gòu)的硅酮密封膠，只能在卷曲的大分子鏈間留存，但隨著大分子的交聯(lián)固化鏈間距離壓縮，尤其是在環(huán)境溫度較高的情況下，白油必將揮發(fā)、滲出，隨著時間的推移硅酮膠將逐漸硬化、收縮，甚至開裂(圖2.b)，從而導(dǎo)致粘結(jié)失效。而中空玻璃所采用的第一道密封膠丁基膠中主要成分是聚異丁烯，其分子鏈以C-C鍵為主，與白油類似，二者之間的極性相近。根據(jù)相似相溶原理，丁基密封膠遇到白油時，就會被其溶脹、溶解，從而產(chǎn)生中空玻璃流淌現(xiàn)象（圖1.c）。當(dāng)白油進(jìn)入鍍膜中空玻璃時，玻璃就會出現(xiàn)彩虹現(xiàn)象（圖1.d），膜層被腐蝕從而導(dǎo)致鍍膜玻璃失效。

2.3密封膠施工工藝不當(dāng)

中空玻璃密封膠施工過程中，如不按照正確的施工工藝執(zhí)行，就會導(dǎo)致中空玻璃漏氣、漏水等問題的發(fā)生。密封膠施工工藝不當(dāng)主要有以下四個方面：

（1）基材粘結(jié)面清潔度不夠。密封膠固化后因基材表面清潔度不夠造成粘結(jié)強(qiáng)度低，粘結(jié)性能較差，氣密性受到影響。

（2）密封膠混膠比例不當(dāng)或混膠不均勻。雙組分密封膠的A、B組分混合比例不當(dāng)，混合不夠充分，會導(dǎo)致打出的膠固化不均勻，部分粘結(jié)性能不好。此外如果在混膠過程中混入氣泡，在擠出過程中易造成斷膠現(xiàn)象，影響其粘結(jié)性能。

（3）清洗打膠設(shè)備的溶劑沒有揮發(fā)干凈。打膠設(shè)備一般采用溶劑進(jìn)行清洗，清洗打膠設(shè)備的溶劑如果未揮發(fā)完全，打膠時附著在密封膠的表面，就會在密封膠與基材粘結(jié)表面形成氣孔，導(dǎo)致密封膠與玻璃粘結(jié)不良。

（4）施工和養(yǎng)護(hù)條件不符合工藝要求。

 以硅酮密封膠為例，施工溫度范圍一般在5～40℃（具體情況參照密封膠供應(yīng)商的要求），施工溫度過高或過低均會影響密封膠的性能。溫度過高時施工可能造成硅酮密封膠的固化反應(yīng)速度過快，產(chǎn)生的小分子物質(zhì)來不及遷移出膠體表面而在膠體內(nèi)部聚集形成氣泡(圖2.a)，從而破壞膠縫的美觀和性能。溫度過低，硅酮密封膠的固化速度會特別慢，固化過程會顯著延長。溫度低于4℃時，基材的表面容易結(jié)露或結(jié)冰、結(jié)霜等，為粘結(jié)安全性帶來很大隱患。做成中空玻璃后，如果養(yǎng)護(hù)時間太短，密封膠還沒有完全固化就直接接觸陽光暴曬，則會出現(xiàn)密封膠外觀顏色變化或起泡現(xiàn)象。

3.預(yù)防措施

3.1選擇合適的密封膠

選擇氣體滲透率低的中空玻璃密封膠是減少氣體擴(kuò)散速度的有效措施之一。表1是幾種常用的中空玻璃密封膠按照EN1279《中空玻璃》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的氣密性試驗(yàn)的結(jié)果，其中丁基橡膠的氣體滲透率和水蒸汽滲透率最小，這是因?yàn)槎』鹉z為長線性緊密卷曲且易轉(zhuǎn)動的分子鏈結(jié)構(gòu)，且其分子鏈中側(cè)甲基排列十分密集，限制了聚合物分子的熱運(yùn)動，有效地降低了氣體的滲透，從而賦予了丁基膠優(yōu)異的氣密性，所以目前雙道密封中空玻璃均采用丁基橡膠作為第一道密封層[7～8]。

相比較其它密封膠，硅酮密封膠的氣密性最差，但是硅酮密封膠具有優(yōu)越的耐紫外光輻射、耐水等耐老化性能，長期使用后性能保持效果非常良好[9～10]。聚硫密封膠具有較低的水蒸汽透過率，對玻璃具有良好的粘結(jié)性能，同時又具有優(yōu)異的耐油、耐溶劑性能，綜合性能優(yōu)異，性價比較高，是最早用于中空玻璃行業(yè)的密封膠。近年來，對中空玻璃外道密封膠的研究相當(dāng)多，從實(shí)際使用情況來看，對于建筑門窗、明框玻璃幕墻、空調(diào)機(jī)車、冰箱冰柜等中空玻璃應(yīng)選用丁基/聚硫密封體系(即丁基膠做第一道密封膠，聚硫密封膠作為第二道密封)；而對于隱框或半隱框玻璃幕墻，需要承擔(dān)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，則應(yīng)選擇丁基/硅酮密封體系[11]。

3.2杜絕使用摻白油的硅酮密封膠

相對于不含白油的密封膠，含有白油的密封膠具有獨(dú)特的熱重及紅外分析圖譜，見圖3、圖4。

圖3中2#曲線是摻白油的密封膠（白油含量10%）的熱失重曲線，在160℃開始失重，這是因?yàn)榘子蜑榈头悬c(diǎn)物質(zhì)，閃點(diǎn)僅160～230℃；而不含白油的硅酮密封膠的熱失重曲線（1#）顯示失重起點(diǎn)為400℃左右。通過這種對比分析可以明顯地判斷出硅酮密封膠中是否摻有白油。

圖4為硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的紅外光譜圖，31500px-1處為Si-CH3吸收峰，1130～25000px-1處為Si-O-Si的伸縮振動吸收峰，74000px-1為CH3的C-H非對稱伸縮振動峰，以上特征峰在1#和2#中均有出現(xiàn)；而2#圖譜中在34500px-1出現(xiàn)CH3的C-H對稱彎曲振動，1470cm-1為CH2的彎曲振動吸收峰，以及在2860cm-1處出現(xiàn)CH2的C-H非對稱伸縮振動。因此，可以定性判斷2#密封膠中存在白油。

綜合以上分析可以看出，利用熱重分析和紅外光譜分析可以有效地判斷硅酮密封膠中是否摻有白油，可以以此為依據(jù)，杜絕使用摻有白油的硅酮密封膠。

3.3嚴(yán)格控制施工工藝

（1）基材表面的清潔及溶劑的選擇

材料表面是密封粘結(jié)的關(guān)鍵之處，無論何種材料表面，在現(xiàn)場施工時均易粘染不潔凈的物質(zhì)，如油污、灰塵、脫模劑、水氣或保護(hù)膠帶膜去除后殘存的物質(zhì)等。這些材料在施打密封膠前都應(yīng)用溶劑進(jìn)行清洗干凈，但并不是每種溶劑都可以有效地清除任何污染物，有些溶劑的使用可能會嚴(yán)重地?fù)p壞某種材料的表面，所以溶劑的正確選擇是粘結(jié)材料表面清潔要求的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

溶劑的選擇因污染物的不同而異。非油性的灰塵和污垢，用50%的異丙醇（IPA）加50%的去離子水或75%的酒精就可清除干凈。油性的污垢和薄膜，需用脫脂溶劑如丁酮（MEK）、二甲苯來清潔。

清洗溶劑也可以根據(jù)不同的季節(jié)進(jìn)行選擇。其中IPA和MEK可溶解在水中，所以非常適合在冬天使用，它能有效去除基材表面的冷凝水及結(jié)霜。甲苯和二甲苯不能溶于水，故較適合于夏天使用。

（2）施工及養(yǎng)護(hù)條件

中空玻璃密封膠應(yīng)在規(guī)定的溫濕度條件（參照密封膠供應(yīng)商的要求）下進(jìn)行施工和養(yǎng)護(hù)，防止發(fā)生施工及養(yǎng)護(hù)溫度過高或過低而導(dǎo)致密封膠性能受到影響的現(xiàn)象。

（3）打膠工藝

密封膠的打膠工藝是制作中空玻璃的重要環(huán)節(jié)，它決定著中空玻璃制品的綜合質(zhì)量。第一道密封膠丁基膠涂膠須均勻，涂膠截面要一致，應(yīng)仔細(xì)檢查中間有無斷線、氣泡以及影響美觀的雜質(zhì)，四角丁基膠條應(yīng)互相接觸壓合，必要時應(yīng)重新涂敷或補(bǔ)膠，不要存在漏氣的隱患。第二道密封膠一般為雙組分聚硫或硅酮密封膠，涂膠時還應(yīng)滿足以下要求：A、B組分應(yīng)嚴(yán)格按照生產(chǎn)廠商提供的混合比例配比，兩組分應(yīng)充分混合均勻（通過“蝴蝶試驗(yàn)”進(jìn)行測試），打膠量準(zhǔn)確，無欠膠和多膠現(xiàn)象。打膠時盡量勻速的沿一個方向打膠，防止產(chǎn)生氣泡，打膠完畢后刮去玻璃表面殘余涂膠時要與第一道密封膠緊密接觸，不應(yīng)留有空隙。

（4）膠層厚度

從2.1中式(1)可以看出，氣體通過聚合物的擴(kuò)散量與膠層厚度成反比，膠層越厚其擴(kuò)散量越少，所以GB/T 11944-2002標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定[12]：單道密封膠層厚度為10mm±2mm，雙道密封外層密封膠層厚度為5mm～7mm。可見膠層厚度的大小也是中空玻璃密封性能好壞的關(guān)鍵因素，在生產(chǎn)時一定要保證膠層具有適當(dāng)?shù)暮穸惹液穸染鶆颉?/p>

4.結(jié)論

綜上所述，中空玻璃密封膠失效的原因是多方面的，主要有原材料的選擇、密封膠的選用、施工工藝等。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，應(yīng)選用合適的密封膠及質(zhì)量有保證的密封膠，杜絕使用摻白油的硅酮密封膠，嚴(yán)格控制施工工藝等措施預(yù)防密封膠失效現(xiàn)象的發(fā)生，延長中空玻璃的有效使用壽命。