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夹层玻璃边缘脱胶及封边保护的有效性

来源:中国门窗&配套材料网 　作者:* 　日期:2009-9-9
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　　【专家档案】
　　专家姓名：马启元
　　技术职称：教授级高级工程师　
　　技术职务：顾
　　

　　【专家档案】
　　专家姓名：马启元
　　技术职称：教授级高级工程师　
　　技术职务：顾问、技术委员会委员
　　专长：航空密封材料及工艺、建筑胶粘密封材料及工艺技术、标准化研究、质量管理体系。

从事专业:1962年西北工业大学高分子材料工程系毕业分配北京航空材料研究院，任航空技术委员会秘书、科技处助理员、胶接及密封材料专业技术员、工程师、专业组长、高级工程师；1992年调入中国化建公司，任企业发展部主任、副总工程师、教授级高级工程师，获国务院突出贡献专家津贴；1997年负责组建北京西令胶粘密封材料公司，任总工程师、质量管理代表。　　<<<<专家详细资料及论文集
　

　　夹层玻璃边缘产生气泡是粘结脱胶的表征，在安装条件下脱胶面积随使用年限增长而扩展，表现为气泡数量增多并向内部蔓延，这种病变不仅影响玻璃的透视效果，也可能成为安全玻璃功能下降的隐患，己引起建筑设计、业主和玻璃加工企业的关注。为防止或延缓脱胶病变的发生，用于夹层玻璃边缘密封或覆盖保护的专用材料已有多项专利其中包括生产线上涂饰的BD101/BD201封边涂料。国内某机场航站楼隐框玻璃幕墙投人使用几年后显现边缘脱胶并有继续发展的趋势，表明中性硅酮密封胶封边难以阻止夹层玻璃病变的发生(图1)。为在较短时间内验证封边保护的效果，减少病变对建筑的影响，建立实验室评估试验方法显得十分必要。本文初步分析了夹层玻璃脱胶成因，对可供选择的标准试验方法进行讨论并提出建立非标准试验方法的建议，供业内参考。

　　1.夹层玻璃加工制造中气泡夹杂的产生

　　采用胶片粘结复合的夹层玻璃，在原材料处理、合片、预压、真空处理、高温高压等工艺过程中，气泡夹杂的形成可能有以下因素:

　　(1)胶片含水率过高;

　　(2)玻璃表面清洁处理不彻底;

　　(3)温度控制未达标
　　(4）预压不良，含气过多;

　　(5)冷却时间过
　　产品标准不限制直径小于0甲5mm的不影响视觉的气泡，对可观察到的气泡和杂质的允许尺寸、数量和分布已经做了规定，生产企业的质量控制将保证产品合格出厂，所以图1所示气泡状态不应归结为产品质量的符合性，而是使用环境条件下产生并不断蔓延的气泡。值得注意的是图1建筑投人使用时间不长，设计使用期(50或100年)内这种病害的进一步发展令人关注。为减缓或根除脱胶病害的发生，有必要对夹层玻璃粘结材料的特性、粘结机理及诱发脱粘的因素进行探讨。


　　2.胶片的物理化学特性

　　目前夹层玻璃胶片均为热塑性树脂，如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙烯一醋酸乙烯 (EVA)、聚乙烯一甲基丙烯酸甲醋(SGP)等。PVB胶片在夹层玻璃中应用最为普遍，其长链分子结构包含三种不同链段(图2)，大致比例是:聚乙烯醇缩丁醛65%~78%(M)、聚乙烯醇19%~32%(N)、聚醋酸乙烯酷3% (Z)，材料的物理化学性质随着比例的不同有很大变化，目前PVB胶片缺失统一的质量标准，产品质量是由供应商保证。PVB胶片中聚乙烯醇链段含经基具有较强的水溶性。聚合物的饱和吸水量可通过试验测定，也可由其极性基团的吸水量(am011rz11/mol)计算，PVB树脂分子结构中的极性基团－O－、－OH及－COO－在251C温度100%湿度下的吸水量分别为0.1、2及0.2，按以上组成PVB结构的单元饱和吸水量为0. 60 mot二o/mol(约100g树脂饱和吸水量3.8g)。此外，聚合物的分子量、分子量分布和结构支化程度等，对材料的高温流变性也有着非线性的影响。

　　为便于尺寸规整的薄片挤出或流延加工，PVB胶片的聚乙烯醇缩丁醛树脂中溶入了增塑剂并经塑化处理，增塑剂可降低材料的脆性温度，获得良好热压延性、柔韧性和可加工性，获得较好的热融粘流性，并有利于提高对玻璃的粘结性。常用增塑剂为葵二酸二丁酷(16%～18%)，或用二乙基丁酸盐的二缩三乙二醇(28%～30%)。

　　PVB胶片对玻璃有很好的粘结力、坚韧、抗冲击、无腐蚀，透明、耐无机酸和脂肪、耐光、耐寒、耐老化。但特定的化学结构决定对醋酸、醇类及酮类物质的耐受性较差，甚至可被溶解或软化以至丧失粘结力，由此可见PVB胶片不宜同脱酸型硅酮密封胶及脱醇型中性硅酮密封胶接触。


　　3.胶片的粘结机理简析

玻璃看似光滑的表面层实际存在着宏观缺陷，如固态夹杂物、气态夹杂物、化学不均匀等，存在由于与主体玻璃的化学组成不一致导致潜在的内应力。此外，玻璃熔体内外不同步冷凝，表面微观形貌高低不平，一些微观缺陷(如点缺陷、局部析晶、晶界等)常在宏观缺陷处集中导致微裂纹。玻璃和多种金属的表面均为高能表面，但暴露在普通环境中会立即吸附水或有机物，使表面成为低能表面，所以用普通方法测它们的表面张力基本相同，研究还表明表面吸附层首先是化学吸附，而后是物理吸附层，吸附层的多少和环境湿度有关。玻璃表面极性基团吸附的气体和水分子很难完全清除。

　　热塑性树脂胶片的粘结机理与热熔胶相同，在热压成型中胶片并不与平整的玻璃溶混。以PVB为例，胶片在135~150T热融状态同玻璃压合，两相界面分子紧密接触并经历几十分钟时间的浸润过程，在分子引力的相互作用下表面分子将重新排列分布，形成紧密的物理吸附，同时有些极性基团(如液相PVB的经基、玻璃固体表面的硅醇基等)会形成共价键，这些键合力如氢键、偶极和范德华力等构成粘结力并在冷却中“凝固”。PVB的增塑剂也会在其表面富集。研究表明两相的粘结不决定于各自分子间的结合力(内聚力)，而取决于液体和固体表面不同分子间的吸引力，如PVB分子链自身的醋基间不能形成氢键，但同玻璃表面的硅醇基团可形成氢键。玻璃表面的缺陷、吸附的杂质、凹陷在液体和固体之间的气体及液相自身分子抵消两相的润湿并倾向于将界面重新张开。PVB的聚乙烯醇链段能溶解吸收湿气置换气泡的空间并浸润表面，这对粘结至关重要。值得注意的是PVB热熔的粘结过程有可逆性，粘结对温度敏感，对胶层收缩和劈开应力敏感，对渗透的湿气敏感，这是典型不溶混平面粘结的特点。

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