中空玻璃惰性氣體的充氣和檢驗(yàn)方法

1、中空玻璃惰性氣體的充氣和檢驗(yàn)方法中空玻璃惰性氣體的充氣及檢驗(yàn)方法欄目業(yè)內(nèi)資訊發(fā)布時(shí)間：2007-11-29 閱讀次數(shù)：777本文旨在介紹中空玻璃惰性氣體的充氣及檢驗(yàn)方法，圍繞為什么要充氣、如何充好氣、國(guó)外對(duì)惰性氣體的檢測(cè)的內(nèi)容及采用的檢測(cè)手段來(lái)展開，最后介紹國(guó)外中空玻璃惰性氣體的檢測(cè)方法與趨勢(shì)。關(guān)鍵詞氬氣、氬氣的初始濃度、中空玻璃的氬氣保持能力、非破壞性檢測(cè)方法、高壓電火花法。氬氣的基本知識(shí)我們對(duì)氬氣的基本知識(shí)介紹包括氬氣的物理性質(zhì)和熱工性能兩個(gè)方面。氬氣的物理性質(zhì)氬氣是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒的氣體；具有對(duì)UV穩(wěn)定性、不影響可見光透過(guò)的特點(diǎn)；空氣中含量1% ,是最經(jīng)濟(jì)的惰性氣體；空氣中密度：1.

2、7836 kg/m3 , t=0 C （相同溫度條件下，空氣的密度是1.2928 kg/m3 ）。氬氣的熱工性能因?yàn)闅鍤獾拿芏缺绕胀諝獯?，因此充氬氣的中空玻璃，可減慢中空玻璃內(nèi)的熱對(duì)流，從而減少氣體的導(dǎo) 熱性。此外，我們對(duì)氬氣的熱工性能還可從以下兩個(gè)方面進(jìn)一步分析。氬氣與中空玻璃空氣層間隔之間的關(guān)系充氬中空玻璃與空氣層間隔之間的關(guān)系，是函數(shù)關(guān)系，見圖1。從圖中可見，（1） K值在16mm處最佳（拐點(diǎn)），從 6-16mm , K值隨空氣層增加而改善，超過(guò)該拐點(diǎn)傳熱系數(shù)不改變，只增加材料使用量而已，因此，通過(guò)調(diào)整空間距離，可以提高節(jié)能（6-16mm）,或節(jié)約材料（16mm）。（ 2）充氣與低輻射

3、玻璃結(jié)合使用，提高節(jié)能幅度比與充氣透明中空玻璃效果好，前者可高達(dá)15% ,而后者僅僅為2-5%。氬氣的濃度與中空玻璃傳熱系數(shù)改善之間的關(guān)系用圖2說(shuō)明氬氣的濃度與中空玻璃傳熱系數(shù)改善之間的關(guān)系。圖中的中空玻璃為 4+12+4mm , 3條曲線分別表示充氣透明玻璃中空、充氣低輻射中空玻璃1和充氣低輻射中空玻璃 2 （二者e值不同），氣體濃度均為90%。圖中顯示，（1）氬氣的濃度與中空玻璃傳熱系數(shù)之間呈線性關(guān)系，濃度越大，K值越低；（2）初始充氣濃度應(yīng)該盡可能高一些，但是并不是說(shuō)越高越好，如100%比較90或95%的改善就不是特別明顯；從白玻璃看， 100%濃度比較清楚空氣（氬氣0%）改善近5%,從

4、90%-100%,改善了小于1% ;氬氣濃度從70%到90%,對(duì)低輻射玻璃來(lái)說(shuō)，傳熱系數(shù)提高接近12%。 <1% ; （2）從理論上講，100%的惰性氣體濃度永遠(yuǎn)比 90%的濃度、 甚至好于95%，但在時(shí)間中，要達(dá)到100%的濃度，是非常難的，姑且不說(shuō)費(fèi)時(shí)，從其帶來(lái)的傳熱系數(shù)的改善 程度來(lái)看，與從70%提高到90%相比，是很小的。因而，在實(shí)踐中沒有必要追求100%的初始濃度，只要達(dá)到90%就可以了。此外，還應(yīng)該強(qiáng)調(diào)指出的是，中空玻璃充氣只能改善中空玻璃的保溫、亦即傳熱系數(shù)，而對(duì)提高中空玻璃的隔熱能力沒有關(guān)系。氬氣充氣方法在介紹完氬氣的基本常識(shí)之后，我們知道中空玻璃充氣有助于提高節(jié)能，因而

5、有必要充氣。下面看看應(yīng)該如何充氣？首先看一下有 關(guān)充氣方面的基本知識(shí)。中空玻璃內(nèi)的充氣量取決于中空玻璃的空腔內(nèi)容積，V=H xWxTx0.001 （容積立升=高X寬X空氣層厚度X0.001 ）。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，單位中空玻璃所需充氣的立升數(shù)為中空玻璃容 積的1.5倍。由于氬氣的密度大于空氣，所以，從保證充氣質(zhì)量（濃度）和縮短時(shí)間的角度看，正確的充氣位 置應(yīng)該是，充氬氣孔在下，空氣輸出孔在上。概括地說(shuō)，中空玻璃的惰性氣體充氣方法有兩種， 即全自動(dòng)在線氣幕式和人工充氣方法， 前者的代表主要為 李賽克和百超公司。手工充氣方法可參見上圖。那么，兩種方法中應(yīng)采取那種方法 ，應(yīng)該由充氣的特點(diǎn)和生產(chǎn)的要求所決定，亦

6、即（1）充氣不能影響中空玻璃的生產(chǎn)速度，否則會(huì)成為中空玻璃的生產(chǎn)瓶頸；（2）氬氣的物理性能，具體說(shuō)氬氣的密度大于空氣。中空玻璃的生 產(chǎn)效率，取決于最慢的工序。惰性氣體和空氣分子量不同，采用手工充氣，如果進(jìn)速 < 出速，則時(shí) 間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)成為生產(chǎn)能力的瓶頸； 但進(jìn)速 >出速，會(huì)造成空氣層內(nèi)氣體湍流，要達(dá)到所要求的濃度，時(shí)間也很長(zhǎng)，所謂 欲速則不達(dá)；如果過(guò)快，則會(huì)使，內(nèi)部氣壓大于正常大氣壓，造成玻璃破碎。而氣幕式充氣法，兩片玻璃是分開的，氣體是從下向上，既可以保證速度，又可以保證濃度。 據(jù)報(bào)道，美國(guó)卡迪 諾公司采用氣幕式充氣的速度，每片的時(shí)間小于20秒，濃度在90%/以上片。因此，從充氣

7、濃度和生產(chǎn)效率看，在線氣幕要好于手工充氣，應(yīng)該考慮采用。由氬氣的物理特點(diǎn)我們知道，氬氣無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒。單憑肉眼我們無(wú)法區(qū)分充氣中空玻璃和普通中空玻璃，也無(wú)法斷定充氣中空玻璃的濃度。因此，我們必需用特定手段來(lái)檢測(cè)充氣中空玻璃的氣體濃度，包括兩項(xiàng) 內(nèi)容：惰性氣體的初始含量（濃度）和檢測(cè)中空玻璃的惰性氣體的保持能力。鑒于目前國(guó)外中空玻璃檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的兩大體系，即歐標(biāo)EN1279和美標(biāo)ASTM2188/89/90 中只有歐標(biāo)對(duì)此有所規(guī)定，我們的介紹將以此為主。EN1279的第3部分規(guī)定了中空玻璃氬氣滲出速度和濃度公差的長(zhǎng)期檢測(cè)方法和要求，目的是確保中空玻璃空腔內(nèi)充惰性氣體的量在其壽命期內(nèi)足以保證中空玻璃

8、的熱工性能或隔音性能的改善；EN1279的第6部分為生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制，規(guī)定了中空玻璃初始充氣濃度的公差及數(shù)量。初始濃度為85%，公差是-5%-+10%，亦即可接受濃度范圍是 80%-95%。EN1279的第3和第6部分中規(guī)定，檢測(cè)中空玻璃惰性氣體的濃度的手段，是使用氣相色譜儀來(lái)分析從中 空玻璃空腔內(nèi)抽取的惰性氣體樣品。概括地說(shuō)，采用此種方法檢測(cè)中空玻璃地濃度，需要在中空玻璃制作時(shí)預(yù) 先放置了采樣塞，檢測(cè)時(shí)，將氣密注射器插入中空玻璃構(gòu)件的采樣塞中，把間隔層中的氣體抽入注射器，然后 再把注射器里的氣體推入間隔層，如此反復(fù)進(jìn)行兩次后，把氣體試樣抽入注射器，然后將注射器內(nèi)氣體注入氣 相色譜儀的吸附柱

9、內(nèi)，并記錄色譜圖。該方法的特點(diǎn)是精度高，范圍廣，可檢測(cè)濃度在5-100%的任意濃度。但缺點(diǎn)是（1 ）檢測(cè)屬于破壞性的，經(jīng)檢測(cè)后的中空玻璃的密封性能已經(jīng)破壞；（2）檢測(cè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，一組 20片充氣中空玻璃的檢測(cè)時(shí)間至少8天，根據(jù)EN1279，最長(zhǎng)達(dá)4天；（3）設(shè)備投資大，檢測(cè)需要專業(yè)人員從事，且只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，不能對(duì)在施工現(xiàn)場(chǎng)或既有建筑窗玻璃檢測(cè)。EN1279規(guī)定對(duì)充氣中空玻璃的樣品檢測(cè)，需首先記錄生產(chǎn)中空玻璃時(shí)的環(huán)境溫度和氣壓，然后抽取6片中空玻璃，其中 2片需做老化實(shí)驗(yàn)，樣品規(guī)格：4+12+4，352 （戈mm）x502 （戈mm），必須符合體系規(guī)定，EN1279-6是強(qiáng)制性的，規(guī)定每天每生

10、產(chǎn)1000片充氣中空玻璃檢測(cè) 1片中空玻璃，每天至少檢測(cè)3片，如果日生產(chǎn)量少于 100片，則檢測(cè)1片。樣品檢測(cè)的步驟：2片中空玻璃按照1279-2進(jìn) 行修正的老化實(shí)驗(yàn)， 包括：27個(gè)高濕溫度循環(huán)（而不是56個(gè)），4周的恒溫橫濕循環(huán)（而不是7個(gè)）。EN1279 第3部分對(duì)年氬氣泄漏率的規(guī)定是，Li <1%，a-1。一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)充氣中空玻璃的Li位于0.5 - 0.8%之間，但有時(shí)可低至0.1-0.3%。充氣中空玻璃老化實(shí)驗(yàn)后，我們發(fā)現(xiàn)（1）不同中空玻璃結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出不同的氬氣保持能力，亦即密封能力；（2）氬氣即使存在泄漏，有時(shí)甚至是很大的情況下，仍能通過(guò)中空玻璃的露點(diǎn)溫度-40 C檢測(cè)。由

11、此，我們可以推斷，用中空玻璃對(duì)惰性氣體的保持能力來(lái)判斷中空玻璃的密封壽命和能力，是比露點(diǎn)溫度更嚴(yán)格的。雖然 不同中空玻璃結(jié)構(gòu)對(duì)惰性氣體的保持能里不同，但我們總能找出共性的東西來(lái)告訴大家，如何做，才能改善中 空玻璃對(duì)惰性氣體的保持能力。包括：密封膠的選擇、插角件間隔條抑或是連續(xù)彎管間隔條、最長(zhǎng)的惰性氣體 通道、中空玻璃應(yīng)能夠承受反復(fù)的脹縮運(yùn)動(dòng)、中空玻璃的輔助材料的性能應(yīng)盡可能接近玻璃、選擇適當(dāng)?shù)母稍?劑，即選擇3A分子篩。毋須贅述，從密封膠的角度看，中空玻璃必需選擇丁基膠作為密封膠。聚氨酯的MVTR雖然比聚硫膠低，但是在氬氣泄漏率方面，卻大于聚硫膠。見下表。聚氨酯，聚硫膠抑或是硅酮膠，其作用都是

12、結(jié)構(gòu)性的，都不能作為密封膠使用。因此，提高中空玻璃的密 封，首先必需使用雙道密封。事實(shí)上，充氬氣可提高中空的熱工性能，且成本低，因此，在北美，充氬氣中空在近來(lái)增長(zhǎng)很快。統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明：1970年，美國(guó)14%的窗戶使用中空；1982年最好性能的中空配置為白玻和空氣；1986年，1%中空玻璃充氬氣；但到 1988年達(dá)到25% ;到本世紀(jì)初的 2001年，已達(dá)到70%。雖然由于某種原因，現(xiàn)有的ASTM標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定惰性氣體的檢測(cè)，但是北美中空玻璃制造聯(lián)盟（IGMA，也可譯為北美中空玻璃協(xié)會(huì)）和美國(guó)中空玻璃認(rèn)證委員會(huì)對(duì)惰性氣體的含量和老化實(shí)驗(yàn)后的保持能力，都做出 明確的強(qiáng)制規(guī)定，否則，即使通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，

13、也不能通過(guò)認(rèn)證，中空玻璃也不能貼IGMA或IGCC的標(biāo)識(shí)！顯然，這類現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)使用氣相色譜法是做不到的，也是不可能的。當(dāng)我們對(duì)國(guó)外檢測(cè)手段進(jìn)一步考察時(shí)，發(fā)現(xiàn)國(guó)外正在使用另外一種方法，即高壓電火花法。該方法的測(cè)試原理是，測(cè)試儀器通過(guò)與中空玻璃表面接觸，儀器 產(chǎn)生的高壓使中空玻璃內(nèi)的氣體產(chǎn)生電火花，儀器內(nèi)的分光計(jì)通過(guò)接收到的電火花分析計(jì)算出氣體含量。檢測(cè) 方法為，將中空玻璃試樣垂直放置，在距中空玻璃左右兩邊50mm處，均勻地從上至下各取 5點(diǎn)，分別測(cè)量氣體含量，取10點(diǎn)的算術(shù)平均值為該試樣的氣體含量。這種方法的最大的優(yōu)點(diǎn)是：非破壞性的、快速、可達(dá)到 與氣相色譜方法可類比的實(shí)驗(yàn)室精度。概括來(lái)說(shuō)，廠家使

14、用該種氬氣檢測(cè)儀器的意義有以下幾個(gè)方面：中空玻璃生產(chǎn)廠家可以使用 GG來(lái)檢測(cè)充氬氣中空玻璃。如果沒有GG的存在，中空生產(chǎn)廠家就不會(huì)知道中空空氣層內(nèi)的惰性氣體的濃度多少，就不會(huì)對(duì)充氣有積極性；對(duì)中空玻璃行業(yè)來(lái)說(shuō)， 也是十分重要的，因?yàn)樗箯S家意識(shí)到中空玻璃內(nèi)的氬氣濃度多少，是否達(dá)到要求；對(duì)最終用戶來(lái)說(shuō)，無(wú)論從產(chǎn)品密封壽命和熱工性能超的改善，意義都更大；有助于中空玻璃 廠家改善生產(chǎn)管理，提高 QC質(zhì)量；反之，如果廠家不改善生產(chǎn)管理，則將競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)交給對(duì)手；充惰性氣體還可以增加產(chǎn)品的賣點(diǎn)，成為營(yíng)銷手段；充氬氣可以改善中空玻璃中央和總K值，較少室內(nèi)側(cè)玻璃的冷凝，改善舒適水平；充惰性氣體要么做，要么不做

15、，但不能做壞。該方法為企業(yè)制作充氬氣中空玻璃提供了一個(gè)有力手段。應(yīng)該指出，該方法與氣相色譜法相比，是一種較年輕的方法，因此必須經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室來(lái)比對(duì)，論證其精確度。經(jīng)過(guò) 一年的實(shí)驗(yàn)室的嚴(yán)格比對(duì)檢測(cè)，北美中空玻璃行業(yè)正式向行業(yè)推薦使用該檢測(cè)方法。北美中空玻璃協(xié)會(huì)執(zhí)行董 事M.韋波在新聞通訊上說(shuō)：該檢測(cè)儀器為資格認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室提供了核實(shí)惰性氣體充氣初始濃度另外一個(gè)手段，與氣相色譜儀器或氧氣分析儀不同，是一種真正意義的非破壞性的核實(shí)手段。因而，使廠家省卻了用其他方法所不得不使用的橡膠塞，中空玻璃的惰性氣體可以反復(fù)檢測(cè)，不影響其質(zhì)量”。目前，北美的實(shí)驗(yàn)室很少再使用氣相色譜法，是因?yàn)?氣相色譜儀器已經(jīng)過(guò)時(shí)了，被淘

16、汰了”（大衛(wèi)貝利語(yǔ)）。目前，掌握該技術(shù)、擁有專利生產(chǎn)的企業(yè)為芬蘭的SPARKLIKE公司，該方法又可稱為非破壞性等離子氬氣檢測(cè)方法。結(jié)束語(yǔ)改善中空玻璃的保溫能力亦即傳熱系數(shù)的手段包括 Low-E玻璃、惰性氣體和暖邊。從三者采用的邏輯順序 來(lái)看，應(yīng)該是首先采用low-E玻璃，尤其是離線鍍膜玻璃，原因有二：（ 1）配置為白玻/氬氣的中空玻璃，傳 熱系數(shù)改進(jìn)約2-5%左右；但是low-E玻璃/Ar或Kr配置，卻可改進(jìn)15-20% ；（ 2）如果中空玻璃的生產(chǎn)工藝和密封不能滿足軟鍍膜低輻射的要求，那么，即使充氣，也不能達(dá)到應(yīng)有的保持能力。為提高充氣的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，應(yīng)盡可能地使用在線氣幕式工藝。發(fā)生在