中空玻璃密封胶的特点及选用

中空玻璃密封胶的特点及选用刘振海王跃林王洪敏摘要：本文分析了中空玻璃失败的主要原因，对常用中空玻璃密封胶及密封工艺进行了分析比较。指出硅酮密封胶及硅酮／PIB密封工艺更适合于中空玻璃密封。一、前言中空玻璃作为中、高档建筑材料在建筑上已被应用，中空玻璃是玻璃的再加工产品，因其价格较贵，目前一般只在高层建筑的隐框玻璃幕墙和半隐框幕墙中大量采用。自从99年国家建设部颁《民用建筑节能管理规定》以后，由于中空玻璃具有节能、隔音、防结露的特点，中空玻璃的推广应用已是大势所趋，在国内已经普遍起来，不论在我国的北方或南方，中空玻璃建筑幕墙和门窗上必将越来越多地广泛应用。二、中空玻璃失败的主要原因中空玻璃是由两片或两片以上的玻璃中间由带有干燥剂的间隔条隔开，两边密封的玻璃制品如图1所示。图1中空玻璃结构示意图1、中空玻璃结构中空玻璃的使用寿命是人们十分关心的，中空玻璃失败主要有两种：一是中空玻璃空气层内露点上升；二是中空玻璃的炸裂。根据资料调查结果表明对使用两年后的中空玻璃失败情况进行调查，失败率为3％－5％，各种失败原因之比见表1所示。表1中空玻璃失败情况调查表中空玻璃失败原因内部结露炸裂其他百分比%632611从表1可知，失败原因比例最大的是露点上升（中空层内结露），占总失败率63％。中空玻璃的露点是指密封于空气层中空气湿度达到饱和状态时的温度，低于该温度时，空气层中的水蒸气就会凝结成液态水，露点与空气的相对湿度和空气中的水量之间的对应关系见表2表示。表2露点与空气的相对温度关系相对湿度0.40.6520304050607080露点℃-40-32-16061014171921含水量(g/m3)0.120.281.274.847.239.3712.014.016.220.0从表2可知，水的含量越高，空气的露点温度也就越高，玻璃内表面结露（国家标准GB11944－89《中空玻璃》中规定露点为－40℃）由于玻璃、铝框的透气性是很小的，水汽主要是通过边缘密封胶进入中空玻璃的空腔，导致露点上升，因此，边缘密封的透气性是中空玻璃失败的主要因素。三、中空玻璃密封胶的选用中空玻璃密封胶是决定中玻璃质量性能优劣的主要因素。目前常用用于中空玻璃的密封胶大致分为两类：化学固化型和热熔型。前者主要包括聚硫类、硅酮类和聚氨酯类；后者包括丁基热熔胶和Swiggle胶条。目前，国内对中空玻璃用胶争议很大，尤其是对二道密封用的聚硫密封胶和硅酮密封胶。在国内有一种观点硅酮胶不能用于中空玻璃二道密封，其主要理由就是硅酮胶类的气密性比聚硫胶差。本文从以下几个方面来加以分析讨论以供参考。3.1中空玻璃加工工艺中空玻璃制造有单道和双道密封工艺两类，如图2所示。图2中空玻璃单元件示意图a:单道密封；b:双道密封一道密封作用：阻止湿气进入；二道密封作用：粘结玻璃、保护一道密封、阻止湿气进入。单道密封工艺就是仅用化学固化型密封胶做外层密封，不用丁基热熔胶做内层密封。目前单道密封工艺一般都采用聚硫密封胶。双道密封工艺，即采用丁基胶（或聚异丁烯）为第一道密封粘结剂。以聚硫、硅酮、聚氨酯为第二道密封粘结剂。在国外，中空玻璃普遍采用双道密封工艺，我国目前仍有部分中空玻璃厂家采用单道密封，这类产品虽然质量欠佳，但价格便宜，仍占据部分低档市场。但据有关资料统计，单道密封中空玻璃的使用寿命只有5年左右，而双道密封可达15年以上，因此单道工艺产品质量差、寿命短，其应用具有一定局限性，在国内已不再推荐使用，而大力推广双道密封工艺。3.2中空玻璃密封胶的种类及性能中空玻璃密封胶必须具备的良好的密封性能，较低的透气性能。在双道密封的中空玻璃系统中，起气密作用的是一道密封，二道密封的作用是牢固地粘结中空玻璃的各部件，保护一道密封胶不被破坏。常用的几种玻璃密封的水气透过率如表3所示。表3各种密封胶的水气透过率(gm/m2/24hr)品种水气透过率聚硫6—16聚硫/PIB0.1—0.2聚氨酯6—16聚氨酯/PIB0.1—0.2热熔丁基1—4硅酮16—24硅酮/PIB0.1—0.2PIB0.1—0.2Swiggle胶条1—4从表3可知，PIB（聚异丁烯）的水气透过率最低，硅酮类的最高、聚硫类和聚氨酯类密封胶的气密性优于硅酮类密封胶。对于单道密封工艺，由于聚硫密封胶的透气性比硅酮密封胶的透气性小，用聚硫密封胶比用硅酮密封胶要好。双道密封工艺的第一道密封利用了丁基（或聚异丁烯）密封剂透气率最低和快速固化的优点，具有良好的密封性能但是由于其性能是热塑性的一般不能单独使用，需采用二道密封加以保护。国内中空玻璃二道密封采用双组分聚硫或双组分硅酮胶，从上述表3可知采用硅酮／PIB、聚硫／PIB双道密封，它们的水气透过率是相同的（0.1-0.2gm/m2/24hr）、密封效果一样。由于中空玻璃密封用胶不仅需要与玻璃表面粘结，而且需要与铝隔框表面粘结，因此密封胶应具有优良的粘结性能，同时还应具有优良的耐候性和耐老化性能。常用中空玻璃密封胶的综合性能如表4所示。对中空玻璃性能测试结果见表5所示。表4常用密封胶的综合性能品种位移能力±%弹性恢复率预期寿命耐紫外线耐臭氧热老化单组份聚硫12.5一般10年开裂开裂开裂双组份聚硫25好20年开裂开裂变韧单组份聚氨酯50很好20年好好好双组份聚氨酯50很好20年以上极好极好极好聚异丁烯7.5无20年以上很好很好很好双组份硅酮50很好30年极好极好极好表5中空玻璃密封性能测试结果品种耐紫外线耐水性水气透过率极限破坏E774测试等级聚硫好好6—16粘附A聚硫/PIB好好0.1—0.2粘附A聚氨酯好好6—16粘附A聚氨酯/PIB好好0.1—0.2粘附A热熔丁基极好好1—4粘附A硅酮极好极好16—24无—硅酮/PIB极好极好0.1—0.2无APIB极好极好0.1—0.2内聚—Swiggle极好极好1—4粘附A从表4和表5可知，硅酮密封胶的粘结性能、硅酮性能比聚硫胶强。这是由于硅酮类密封胶其主要结构聚硅氧烷（－Si－O－Si）具有优异的耐高低度、耐气候老老化性能，在长期的紫外光照射下不会溶解，在温度及水气的反复作用下仍能保持优异的粘结性和强度。因此硅酮密封胶是一种较理想的密封材料，硅酮／PIB更适应于中空玻璃密封。3.3产品价格的选择由于聚硫密封剂是最早应用于建筑的弹性密封材料，目前，国外生产液态最硫密封胶普遍采用二硫化钠生产工艺，厂加的生产规格较大，生产工艺技术相当成熟，因此，聚硫密封胶的成本较小，价格较低，在国外聚硫密封胶一般认为是认为是低档产品硅酮类认为是高档高贵的产品，硅酮类密封胶价格较贵。世界液态聚硫密封胶主要生产厂家及能力如表7所示。表7世界液态聚硫密封胶主要生产厂家及能力国家及生产厂家生产能力(t/a)生产工艺美国MortonInternational23000二硫化钠工艺日本东丽—Thiokol公司4000二硫化钠工艺德国Ackros公司7500二硫化钠工艺俄罗斯Kasao化工厂2000二硫化钠工艺但近年来，由于受硅酮、聚氨酯等性能更优异的密封材料的竞争，聚硫胶的发展很慢，市场占有率越来越小，美国对建筑工业密封剂的使用市场调查情况如表6（1991年）。表6建筑工业密封剂市场调查类型体积%硅酮43—36聚氨酯20—22高模量丙烯酸乳液15—17丁基15—17高模量丙烯酸溶剂7—9聚硫2—3而在国内情况并不一样，国内也有十几家大大小小的公司生产聚硫胶，如郑州中原应用技术研究所、杭州之江有机硅化工有限公司等，但这些厂家的生产所需的原材料、聚合物也大都依赖于进口。锦西化工研究院是国内唯一的液态聚硫密封胶研究、生产基地，目前的生产能力也仅有500t／a，生产规模小。生产采用的技术是四硫化钠工艺，与二硫化钠工艺相比，生产过程复杂，物料消耗大，成本高。生产能力不能满足市场需求，进口量大，导致产品价格居高不下，和硅酮类不相上下。在价格相同的情况下，选择性能优异的硅酮密封胶是比较明智的。3.4防火及环保性能今后中空玻璃将大量用于民用建筑，中空玻璃密封胶的防火性能也应加以考虑，不同结构的橡胶具有不同的燃烧特征，如聚硫橡胶易燃烧，有气味等，各种橡胶的燃烧特征见表8所示。表8各种橡胶燃烧性能橡胶名称燃烧特征燃烧性自熄性火焰特性残渣与气味聚硫橡胶易无蓝紫色火焰，外层砖红色H2S，SO2气味酯型聚氨酯橡胶易无火焰根部呈兰，冒泡无烟，淌流，有酯的香味醚型聚氨酯橡胶易无火焰根部呈兰色，冒泡无烟，淌流硅酮橡胶中等有白烟，亮白色火焰白色残渣丁基橡胶易无熔化淌滴，起泡聚异丁烯橡胶易无从表8可知，聚硫橡胶比硅酮类易燃烧，阻燃性差，而且有H2S、SO2毒性气体放出。另外，在聚硫橡胶的生产过程中有大量废水和污染物排放。因此，在防火及环保上，硅酮类密封胶优于聚硫密封胶。四、国内外硅酮胶用于中空玻璃密封的情况国外已有大量的硅酮类密封胶应用于中空玻璃的二密封上，如美国的DowComing公司，GE公司；德国的Wacker公司；法国的Rhodorsil公司等硅酮密封胶都已大量用于中空玻璃二道密封上。美国的ASTMC1369－97《结构装配用中空玻璃二道密封胶》标准规定在结构装配（隐框及半隐框玻璃幕墙）用中必须使用硅酮密封胶。国外未见有限制硅酮类密封剂用于中空玻璃二道密封的报道。在国内，中空玻璃在房屋建筑上已广泛应用，其中幕墙用中空玻璃二道密封使用的是上述国外进口的硅酮产品，普通中空玻璃二道密封使用的是聚硫密封胶。由于进口硅酮结构胶的价格昂贵，而聚硫胶又存在粘结性差，毒性大，有难闻气味，对环境有污染，耐老化性差等缺点。针对国内这种情况，近年来，国内硅酮建筑密封胶的龙头生产企业正积开发用于玻璃幕中空玻璃二道密封的硅酮结构密封胶取代进口产品，如广州白云粘胶厂的白云牌SS621（单组分）、SS622（双组）；杭州之江有机硅化工有限公司的金鼠牌JS6000(单组分)、JS8000（双组分）；郑州市中原应用技术研究所的思蓝得MF899（单组分）、MF811（双组分）；浙江凌志化工有限公司的凌志牌990（单组分）。对普通中空玻璃用的硅酮密封胶，目前国内只有广州白云粘胶厂的白云牌SS616中空玻璃密封胶。五、结论中空玻璃的性能及寿命与二道密封胶的选用和质量有很大关系，综上所述，硅酮密封胶具有优异的粘结性、耐候性及弹性恢复率，是目前最好的中空玻璃二密封材料，硅酮／PIB是最好的双道密封工艺。当然，并不是所有型号的硅酮密封胶都可用作中空玻璃密封，国家建筑材料工业局在1992年就制定了《中空玻璃用弹性密封剂》行业标准（JC／486－92），广州白云粘胶厂2000年制定了《中空玻璃用弹性硅酮密封胶》企业标准［Q/（NGS）PB13－2000］，《中空玻璃用弹性密封胶》修订本JC／486－2000标准稿也正在报批中，这些标准的具体的内容此处不再介绍。只有经过特殊配方设计生产的能用于中空玻璃密封的硅酮密封胶才能在中空玻璃上使用。目前广州白云粘胶厂、DowCorning公司、GE公司等厂家能提供中空玻璃硅酮密封胶。原载《中国门窗幕墙技术与应用》