密封胶水蒸气渗透性对中空玻璃节能效果的影响分析及测试方法

‍‍‍‍‍‍‍‍       作为建筑的外围护结构材料之一，玻璃隔热性能最差，是能量流转的重要通道。据数据统计，冬季采暖条件下经单层玻璃散失的热量约占总供热能量的30%-50%，夏季空调制冷条件下太阳辐射热量透过单层玻璃而消耗的冷量约占总制冷能量的20%-30%。GB50189《公共建筑节能设计标准》中提出新建建筑的外围护结构应分担建筑节能的25%-13%，单层玻璃的节能效果相差较远，所以需寻找新的替代材料。             中空玻璃的结构而具有优异的节能效果，现在已成为主要的外围护结构和外装饰材料。本篇文章山东普创工业科技有限公司通过对水蒸气渗透原理以及渗透的途径分析，观察到密封胶水蒸气透过率参数和中空玻璃的失效关系非常密切，并结合JC/T914-2003要求介绍了丁基热熔密封胶水蒸气透过率的测试方法，给中空玻璃密封胶生产企业提供参考。检测设备：                                                                                                                                                WVTR-RC6水蒸气透过率测试仪‍‍中空玻璃的节能原理‍‍　　通常，能量的传递有三种方式：1、辐射传递，即能量通过射线以辐射的形式进行的传递；2、对流传递，依靠流体微团的宏观运动来传递热量，如玻璃两侧具有温度差，冷空气下降热空气上升，产生空气的对流，而造成能量的流失；3、热传导传递，依靠物质分子或原子的移动传递热量。在玻璃的能量传递过程中，热传导传递和辐射传递所占比例zui大，约为总能量的97%，因此，减少能量传递的*办法是增强玻璃的辐射阻隔能力或者降低玻璃整体系统的传热系数（传热系数K是指在稳定传热条件下，玻璃两侧空气温度差为1℃时，单位时间内通过1平方米玻璃的传热量，单位为W/(m2·K)）。　　中空玻璃是指两块或多块玻璃板之间，由间隔体、密封胶、干燥剂分隔为一个密闭、充斥空气的单元，具体结构如图1所示。这种结构zui大的优势在于气体间隔层的隔热作用。玻璃自身的导热系数为0.77 W/(m·K)，空气的导热系数是0.024W/(m·K)[1]，仅为玻璃的3.12%，由此构成的中空玻璃整体传热系数约为2.7 W/(m2·K)，较单层玻璃5.4~5.8 W/(m2·K)降低了53.45%，热阻增加，从而降低了热传导速率。图1 中空玻璃结构图 中空玻璃的失效的原因　　根据对使用过程中失效的中空玻璃调查发现，失效原因基本分为两类：一是中空玻璃层间结露导致，占总体失效数量的63%；二是中空玻璃发生炸裂，约占26%[2]。前者原因相对集中，因此下文将重点对结露产生的原因进行分析。露点是指空气湿度达到饱和状态的温度，其与空气湿度和含水量呈一一对应关系。当中空玻璃空气层中的水蒸气含量增加，相应的露点上升，中空玻璃表面的温度更容易达到或低于空气层的露点温度，此时空气层中的水蒸气便会凝结为液态水附着在玻璃内表面，使玻璃的透明度降低。由于水的导热系数为0.6265 W/(m·K)，与空气混合后加速了中空玻璃整体的热传导效果，进而造成中空玻璃的失效。因此降低水蒸气的渗透是减少中空玻璃失效的根本问题。 水蒸气的渗透原理和途径　　水蒸气的渗透是一个吸附、溶解、扩散、解吸的过程，在材料的一侧——水蒸气高浓度侧，水蒸气大量吸附在材料表面，经过溶解进入材料内部，逐渐扩散从材料另一侧解吸而出，融入水蒸气低浓度侧。纵观整个过程可以看出，影响水蒸气渗透的因素主要是材料的厚度、材料两侧的水蒸气压差以及材料自身的水蒸气透过率。图2 水蒸气渗透原理 　　观察图中空玻璃结构图发现，玻璃、铝管间隔体、干燥剂和密封胶共同形成空气密封层，由于玻璃和铝管自身的水蒸气渗透率非常低，而干燥剂又起着吸收水蒸气的作用，因此造成空气层大量的水蒸气渗透极有可能是密封胶出了问题。密封胶是组成中空玻璃的一种重要材料，一方面发挥着粘结作用，保持玻璃层间的稳定结构，另一方面利用自身较低的水蒸气透过率阻隔水蒸气的渗透，从而利于中空玻璃长期节能效果的保持。然而密封胶属高分子聚合物，种类不同其性能也有差异，比如丁基热熔胶的水蒸气透过率zui小但粘结性较差[3]，而硅酮密封胶则与之相反。如何从众多胶材中选择具有“合适”水蒸气透过率的密封胶是现今生产者非常关注的问题。另外，由于国内胶材和技术工艺的限制，部分规模较小的生产企业为降低成本，或多或少在原料中加入其他替代材料，使得密封胶的水蒸气透过率大大增加，缩短了中空玻璃的使用寿命。对于以上两点，现代中空玻璃制造企业在选用密封胶的时候需要更加重视对胶材水蒸气透过率的严格检测，接下来笔者将以丁基热熔密封胶为例，介绍胶材的水蒸气透过率测试方法。丁基热熔密封胶水蒸气透过率测试　　JC/T914-2003 《中空玻璃用丁基热熔密封胶》是关于丁基热熔胶的要求、试验方法、检验规则等各方面的建材行业标准，其中第四条规定了丁基热熔密封胶的水蒸气透过率需参照GB/T 1037 采用杯式法（称重法）进行测试。杯式法（称重法）要求在规定的温度条件下，放置在透湿杯中的试样两侧保持一定的水蒸气压差，然后利用称重传感器或分析天平把透湿杯的重量变化“称”出来，再根据试样的面积、厚度、称量间隔时间以及试样两侧的湿度差计算出材料的透湿性能参数。由于其特征测试元件是透湿杯，所以又叫杯式法。　　从上述原理可以看出，它只要求在试样两侧保持一定的相对湿度差作为测试条件，但是并没有规定试样哪一侧为高湿区和低湿区，因此根据两区位置不同，该方法又分为增重测试和减重测试。增重测试所用透湿杯中放有干燥剂来保持试样一侧为0%RH，另一侧暴露在90%RH的恒湿箱中，随着水蒸气在恒定压差作用下透过试样进入低湿测被干燥剂吸收，导致透湿杯重量变化。然而，在干燥剂不断吸收水蒸气的过程中，是否能始终保证低湿侧为0%RH、保持两侧压力恒定，是测试者非常难以把握的，而这对试验结果也会产生较大的影响。相比之下，减重法透湿杯内盛有蒸馏水或是饱和盐溶液，可认为透湿杯内部为100％RH，试样另一侧采用干燥的气流持续吹扫，使两侧压力恒定。这种干燥控制便于在不破坏试验过程的前提下稳定的进行，因而测试结果的稳定性更佳。过程如下：　　取6个厚度为2mm±0.2mm，圆形直径74mm，同材质、细腻、无可见颗粒的均质丁基热熔胶在温度23±2℃、相对湿度50±5%RH的环境条件下，至少放置12h，以保证试样达到温湿度的平衡,如图3。往透湿杯中加水至杯槽高度的2/3，将3个试样分别装夹在相应透湿杯中，密封后平稳的移放至仪器内部圆形托盘的三个工位上。仪器自动控制试样两侧的湿度差在90%RH，水蒸气侧透过试样进入低湿度一侧，通过测定透湿杯的重量随时间的变化从而求出试样的水蒸气透过率，取3项数据的平均值。经与JC/T914-2003中标准指标的对比，本测试结果符合要求，在实际应用中该丁基热熔胶可以为中空玻璃整体提供良好的水蒸气阻隔作用。‍‍‍‍‍‍‍‍ParatroniK WVTR-RC6 水蒸气透过率测试仪(增减一体法) 产品介绍 WVTR-RC6水蒸气透过率测试系统，专业、高效、智能的WVTR高端测试系统，适用于塑料薄膜、复合膜等膜、医疗、建筑领域等多种材料的水蒸气透过率的测定。通过对水蒸气透过率的测定，达到控制与调节包装材料等产品的技术指标。 产品应用 基础应用 薄膜 各种塑料薄膜、塑料复合薄膜、纸塑复合膜、土工膜、共挤膜、镀铝膜、铝箔、铝箔复合膜、防水透气膜等膜状材料的水蒸气透过率测试 片材 各种工程塑料、橡胶、建材等片状材料的水蒸气透过率测试。如PP片材、PVC片材、PVDC片材等 纺织品 用于纺织品、无纺布等材料的水蒸气透过率测试，如防水透气布料、尿不湿无纺布面料、卫生用品用无纺布等 纸张、纸板 适用于纸张、纸板的水蒸气透过率测试，如烟包铝箔纸、利乐包片材等 扩展应用 倒杯法测试 将薄膜、片材，防护材料试样装夹在透湿杯中，试样的上表面覆盖蒸馏水，下表面处于一定湿度的环境中，使试样的两侧形成一定的湿度差，蒸馏水通过试样进入环境中，通过测量透湿杯重量随时间的变化量，从而得出其水蒸气透过率(注：需选购倒杯法透湿杯) 人造皮肤 人造皮肤需要一定的透水性，才能保证在植入人或动物身上后具有良好的呼吸性能，本系统可以用于测试人造皮肤的透湿性能 化妆品 化妆品保湿性能的测试(如面膜，创面敷料) 医用用品及辅料 医疗用品及辅料的水蒸气透过性测试，如膏药贴剂、无菌护创膜、美容面膜、疤痕贴等材料的水蒸气透过率测试 太阳能背板 太阳能背板的水蒸气透过率测试 液晶显示屏膜 液晶显示屏膜的水蒸气透过率测试(如手机，电脑，电视屏幕) 漆膜 各类漆膜的阻水性测试 生物降解膜 各种生物降解膜的阻水性测试，如淀粉基包装膜等 基于杯式法测试原理，是一款专业用于薄膜试样的水蒸气透过率(WVTR)测试系统，可检测最低至0.1g/m224h的水蒸气透过量；配置 的高分辨率称重传感器，在保证了高精度的前提下，提供了优秀的系统灵敏性。 ● 宽范围、高精度、自动化温湿度控制，轻松实现非标测试。 ● 标准吹扫风速保证了透湿杯内外湿度差恒定。 系统称重前自动清零，保证每次称量的准确性。 ● 系统采用气缸升降式机械结构设计和间歇称重测量方法，有效降低了系统误差。 可快速接入的温湿度检定插口方便用户进行快速校准。 ● 提供标准膜和标准砝码两种快速校准方式，保证检测数据的准确性和通用性。 精密的机械设计不仅保证了系统的超高精度，而且极大的提高了检测效率。 ● 6个透湿杯均可进行独立试验，试验过程互不干扰，试验结果独立显示。 ● 大尺寸触摸屏幕友好人机功效，方便用户操作和快速学习。 ● 支持试验数据多格式存储，方便数据导入导出。 支持便捷的历史数据查询、比对、分析和打印等多种功能。 技术参数 指标 参数 测试范围 0.1~10，000g/m·24h(常规) 试样数量 6件(数据各自独立) 测试精度 0.001 g/m2·24h 系统分辨率 0.0001g 控温范围 15℃~55℃(常规)5℃-95℃(可定制) 控温精度 ±0.1℃(常规) 控湿范围 90%RH~70%RH注(标准90%RH) 控湿精度 ±1%RH 吹扫风速 0.5~2.5 m/s (非标可选) 试样厚度 ≤3mm(其他厚度要求可定做) 测试面积 33cm2 试样尺寸 中74mm 动态软件 试验过程中：可随时暂停试验，即时任意取点计算结果 试验结束后：可自动取点计算结果，也可以任意取点计算结果 可控工位 任选工位，任选试验时间，随意搭配 测试模式 增减重双模式 气源压力 0.6 MPa 接口尺寸 中6 mm 聚氨酯管 电源 220VAC 50Hz /120VAC 60Hz 外形尺寸 660 mm (L)×480 mm (W)×525 mm (H) 净重 70Kg 采用透湿杯增重法测试原理，在一定的温度下，使试样的两侧形成特定的湿度差，水蒸气透过试样进入杯中干燥剂中，通过测定透湿杯重量随时间的变化量，求出试样的水蒸气透过率等参数。 GBT 12704、GB 1037、GB/T16928、ASTM E96、ASTM D1653、TAPPI T464、ISO 2528、DIN 53122-1、JIS Z0208、YBB 00092003