对中空玻璃外道密封胶的要求

摘要：通过对各种类型的中空玻璃外道密封胶加工性能的测试 与分析，以及对中空玻璃边缘密封的研究，讨论了中空玻璃对 外道密封胶的质量、性能等方面的要求。

关键词：外道密封胶；中空玻璃；加工性能；边缘密封

文章编号：1007-497X（2010）－12－0015-04

中图分类号：TU57+8；TQ333.94文献标识码：B

On performance of secondary line of sealant of insulating glass//Xu Bing，Dieter Lange

Abstract: By testing and analyzing workability of various types of

secondary line of sealants used in insulating glass and giving an insight into edge sealing of the glass, the article has a discussion on quality and performance of secondary line of sealants used in insulating glass.

Key words: secondary line of sealant; insulating glass; workabili－ty; edge sealing

1 概述

双道密封的中空玻璃（IGU）弹性密封胶的内道（或称一道）密封胶主要采用热塑性聚异丁烯（PIB）密 封胶。其主要作用为：降低水汽及气体在边缘的渗透性；在生产过程中发挥辅助作用，即在中空玻璃加工过程中将间隔条固定在合适的位置上。有些中空玻璃也采用双面胶带实现该辅助作用，但这种胶带并未经过水汽渗透控制检验，故此类中空玻璃并不能认为是双道密封。

外道（或称二道）密封胶的作用是作为粘结剂将玻璃单元固定在一起，同时限制水分渗入及密封气体渗出。二道密封胶可由不同的材料制得，其中最主要的有 3 种：聚硫密封胶（PS），聚氨酯密封胶（PUR）和硅酮密封胶（SI）。

2007 年，全球生产的 4.5 亿多 m2 中空玻璃使用了 6 500 万 L 聚硫密封胶、3 000 万 L 聚氨酯密封胶和 1 500 万 L 硅酮密封胶。可以看到，在各类中空玻璃用弹性二道密封胶中，聚硫密封胶是市场的领导者。取得这一突出的地位不仅是由于聚硫中空玻璃密封胶具有独特的加工与产品综合性能，还因其拥有近 50 年的使用经验及对当今玻璃窗和建筑物的适用能力。

一般来讲，二道密封胶的最终选择应当考虑以下几点：1）对边缘的密封性能；2）对整个玻璃系统提供的保护；3）在使用过程中二道密封胶所暴露的环境。实际应用中，人们会根据不同的应用范围选择不同的二道密封胶：商业建筑用玻璃（玻璃幕墙、结构玻璃等）一般首选硅酮胶；聚氨酯密封胶主要用于自动生产线生产的尺寸和形状基本相同的玻璃；聚硫密封胶主要用于各种中空玻璃（玻璃幕墙中限制使用聚硫密封胶，除非中空玻璃的边部有保护）。这些应用特点都是随过去 10 年里中空玻璃加工及密封胶设计的发展出现的，它还与固化后密封胶的产品性能（如某些特殊优点）以及密封胶的加工性能有关。

2 加工性能

使用自动生产线生产中空玻璃，对密封胶提出了一些额外的要求，如高产量、低损耗、易搬运、废料少以及能重复利用等。密封胶的原料厂家以及生产厂家必须更加重视密封胶的加工性能。

现代中空玻璃密封胶化合物须具备以下几个方面的性能：

1） 流变性

密封胶对底材（玻璃和间隔条）具有良好的润湿性是较好附着力必备的先决条件。密封胶须沿玻璃的 4 个边角连续涂敷，因此要求密封胶具有较低的黏度且不流挂。我们的测试发现，各类中空玻璃二道密封胶都表现出了所要求的假塑性。

2） 高活性

使用期适中以及固化速度快，是中空玻璃生产厂家所需要的。市场上不同的中空玻璃二道密封胶的固化性能见表 1。

表 1 中空玻璃二道密封胶的固化性能

合适的聚硫中空玻璃二道密封胶，室温固化 4 h 后的硬度，能够达到最终硬度的 80%。聚硫密封胶这一独特的性能是加入活性二氧化锰进行氧化固化的结果，其他类型密封胶的固化速度要比聚硫密封胶慢得多[2]。大多数中空玻璃密封胶都要在 24 h 后，才能达到最终硬度。

3） 快速生成附着力

附着力的快速生成是一个要特别关注的问题。附着力产生得越快，中空玻璃运输过程中出现的问题也就越少。好的聚硫中空玻璃密封胶的配方，在室温下固化 4 h 后，即可达到 100%的附着力。

按照 EN 1279.6—2002《建筑玻璃 中空玻璃单元第 6 部分》所述进行附着力试验：室温固化 24 h 后进行测试，试样经受一定载荷持续至少 10 min。表 2 为初始附着力测试结果。从表 2 可以看出，大多数中空玻璃二道密封胶的表现都不错。

表 2 初始附着力测试结果

注：1）AF—粘结破坏。

3 中空玻璃边缘密封分析

3.1 理论方面

中空玻璃会受到因搬运、开合、风力、温度及气压变化而产生的载荷作用，这些载荷会导致中空玻璃的变形（图 1）。因而，密封胶需要承受延伸、压缩甚至剪切的作用。

(图 1 中空玻璃单元因荷载导致变形)抵抗额外湿度、紫外线照射及适应高温的能力， 决定了密封胶的使用寿命。中空玻璃腔内出现湿汽冷凝、结露，充气玻璃气体外泄，就意味着中空玻璃使用寿命的终止。

对于中空玻璃来说，以下一些与水汽和气体渗透相关的内容需要考虑：

1） 与多孔材料（如滤纸）相反，通过聚合材料进行的物质输送是以活性扩散的形式发生的。原则上讲， 有 2 种可能的扩散途径：通过二道密封胶和一道密封胶扩散，或沿着玻璃与密封胶的结合面扩散。沿界面扩散的可能性要远高于通过密封胶扩散[3]。

2） 对双道密封的中空玻璃来说，水汽和气体扩散受到的阻力即是各道密封之和。

3） 在已经建立平衡的状态下，水汽和气体的透过率总是与密封胶的面积成正比，与厚度成反比。

4） 如果尚未达到平衡，则达到平衡所需的时间大致与厚度的平方成正比（Fick＇s and Henry’s 定律）。

5） 状结构松弛（如塑化或肿胀结构），会使渗透性增加。

3.2 水汽渗透

在玻璃与密封胶完美粘结的情况下，水汽只可能透过密封胶进入中空玻璃腔内。如果一道密封胶与玻璃的粘结失效，二道密封胶就要担当起唯一的阻隔湿汽渗入的任务。假如二道密封胶与玻璃的粘结也失效，那么这块中空玻璃就无法再使用而需要更换了。中空玻璃早期失效主要是由于生产过程中出现失误或采用了劣质密封胶，亦或由二者共同作用造成。表 3 总结了使用不同类型的密封胶及采用双道密封（丁基+二道密封胶）的中空玻璃的水汽透过率（MVTR）[4-5]。

从表 3 可以看出，水汽透过率的大小取决于聚合物的类型，随着使用温度的升高，水汽透过率相应增加。对气体和水汽阻隔能力最差的材料是硅酮橡胶， 但有意思的是硅酮橡胶在水中只是轻微溶胀。测试结果表明，选择对水汽阻隔作用好的材料并不像我们通常认为的只需看水中溶胀这一个指标就可以了[6]。

3.3 惰性气体渗透

中空玻璃通常充入氩气或氪气等惰性气体，来提高隔热、隔音的能力。惰性气体的扩散取决于温度以

表 3 不同类型密封情况的水汽透过率

及腔内与环境的压差。氩气的原子半径与玻璃表面的纹理相当（不可目测到），因而很可能在玻璃和一道异丁基密封胶间存在扩散（异丁基密封胶与玻璃之间的粘结是物理作用）[4]。此时，二道密封胶对惰性气体的扩散将起到重要的阻隔作用。表 4 是按照 EN 1279《中空玻璃》所进行的气体渗透性试验的结果。

表 4 不同密封胶的气体透过率

3.4 中空玻璃密封胶的设计

尽管硅酮密封胶抵挡水汽及气体扩散的能力最差，可还是常被用作中空玻璃的二道密封胶。不过， 在设计中空玻璃时需考虑硅酮胶的特性。许多欧洲的中空玻璃生产厂家都建立了自己的内部标准以满足 EN 1279 对中空玻璃的要求。一道丁基密封胶的厚度及用量，按照不同类型的二道密封胶作了相应严格的限定。图 2 为中空玻璃各部分密封胶示意图，表5 为中空玻璃各部分密封胶的用量要求。

如前所述，硅酮密封胶阻挡水汽和气体的能力较弱，但可以通过加大密封胶用量并仔细将间隔条的端部（与丁基胶一起）密封来改善，这样就可以生产出高质量的中空玻璃了。

惰性气体的扩散也可以用来估算中空玻璃的使

表5 中空玻璃各部分密封胶的用量要求

用寿命：聚硫/丁基胶密封的中空玻璃的氩气损失率可由 HOLLER 方法测定[5] ，其值在（1~8）×10-3/a，而聚氨酯/丁基胶体系的氩气损失率则在（6~25）×10-3/a。 Feldmeier 和 Schmid 预测，如果氩气的年损失率约1%的话，则中空玻璃的使用寿命大约是 20 a[7]。按此计算，聚硫/丁基胶密封的中空玻璃由于其均匀的惰性气体年损失率＜1%，那么它的使用寿命估计可达30~40 a。

3.5 强度与粘结力

对于中空玻璃来说，水汽与气体透过二道密封胶的问题也非常重要。二道密封胶的强度和对玻璃与间隔条的粘结力，对于保证密封胶将玻璃片结合在一起、防止水汽和惰性气体透过玻璃与密封胶之间的界面，是很关键的。

强度和粘结力都因密封胶所用聚合物的类型不同而存在差异，考虑成本时，就更应强调这两个指标对配方的依赖性。以聚硫密封胶为例，聚合物、增塑剂、填料的比例决定了密封胶的性能：气体与水汽的透过率会随着聚合物含量的增加而降低，而应力恢复也随聚合物含量的增加而成比例地提高，同时二道密封胶中可产生塑性变形的组分就会减少。密封胶的成分对性能的影响在一些文献及 告中均有描述。

4 结语

对于中空玻璃的二道密封胶来说，具备良好的加工性，在各种载荷下可搬运及抵抗环境影响的能力是最为重要的。根据不同类型密封胶的特点，人们开发出了适于特殊应用的密封胶。根据长期的使用经验进行改进，密封胶的质量、中空玻璃各组成部分的质量都有了很大提高，其设计也得到了优化。就中空玻璃二道密封胶而言，如果现场数据表明，该密封胶可满足高性能中空玻璃的要求，那说明该胶的配制具有了较高水准。

参考文献

[1] Lange D. Performance of IG Sealants Based on Liquid Polysulphide Polymers [C]//GPD ’99 Conferen Proceedings. 1999: 102-106.

[2] Lange D. Liquid Polysulfides -Major Base -Polymers for Insulating Glass Sealants [C]//GPD ’03 Conference Proceedings. 2003: 598-601.

[3] Zisman W A. Influence on constitution on adhesion[J]. Ind. Eng. Chem., 1963（55）: 18-38.

[4] Garvin S. L.，et al. Building Research Establishment Report

[R], BRE publication, 1995.

[5] Holler G.Die Gas – und Wasserdampfdurchlassigkeit des Isolierglasverbundes und die Alterungsbestandigkeit des Mehrscheiben -Isolierglases [C]//Glaser H J , et al. Mehrscheiben -Isolierglas Verhalten und Eigenschaften. Renningen, 1995：68-99.

[6] Lebovits A. Permeability of polymers to gases, vapors and

liquids[J]. Modern Plastics, 1969（1）: 139-213.

[7] Feldmeier F, Schmidt J. Gasdichtheit von Mehrscheiben – Isolierglas[J]. Bauphysik, 1992（14）: 12-17.

[8] Lange D. Sealants performance influenced by composition[J]. Intelligent Glass and Architecture, 2007（8）: 76-82.