环境温度作用下中空玻璃密封单元变形解析

    我国节能建筑门窗幕墙中应用广泛的节能玻璃就是中空玻璃。中空玻璃由两片或两片以上玻璃构成，中间采用带有干燥剂的铝间隔框条隔开，周边用密封胶密封。中空玻璃的耐久性与可靠性主要取决于边部密封单元的健康状态及其完整性。密封单元一旦失效，不仅影响中空玻璃的节能功效，还会给中空玻璃的使用安全带来隐患。
    中空玻璃边部密封单元由第1道密封胶和第2道密封胶组成，第1道密封胶为丁基胶，它与铝间隔框条共同承担着隔绝水气的作用；第2道密封胶多采用硅酮胶或聚硫胶，承担中空玻璃边缘结构性粘结的作用。目前，研究者普遍比较关注中空玻璃制造过程中的材料性能、施工工艺、气密性等对中空玻璃密封单元性能的影响，即中空玻璃本身的质量问题。却忽略了中空玻璃应用过程中，因环境温度变化对中空玻璃密封单元性能造成的不利影响。
    中空玻璃在服役过程中，因受到环境温度变化、室内外温差等因素循环作用，其边部密封单元会产生一定的扩张和错位变形，变形过大就会发生第1道密封胶被挤出现象，导致第1道密封胶宽度和厚度不足，甚至脱胶、断胶，严重影响中空玻璃的性能及使用寿命，甚至造成中空玻璃*失效。实际幕墙工程中，中空玻璃第1道密封胶被挤出造成第1道密封胶断胶、铝框条露出的现象非常普遍。这种情况并不是由于中空玻璃本身的质量问题引起的，而是由于环境温度变化作用造成的。并且，随着中空玻璃尺寸的不断大型化，环境温度作用造成的中空玻璃边缘错位变形也在增大，对中空玻璃密封单元失效的影响同样增大。
    中空玻璃内、外片温差作用引起的中空玻璃密封单元变形
    中空玻璃应用过程中，必然受到室内外温差作用，在北方寒冷的冬季，室内外温差甚至达到60℃以上。室内外温差作用带来的中空玻璃内、外玻璃片温差导致内、外玻璃片产生明显的伸缩变形差异，进而造成中空玻璃密封单元产生应力和变形：温度低的一面玻璃缩收，而温度高的一面玻璃伸长，这样的边部错位变形会引起中空玻璃边缘第1道密封胶错位，并被挤出。
    这种情况下，中空玻璃边缘密封单元错位变形量随着二道密封胶打胶宽度的增大而减小，随着打胶厚度（中空层厚度）的增大而增大。但是，由于结构胶本身剪切模量要比玻璃弹性模量小几个数量级，因此，二道密封结构胶对玻璃变形的约束比较有限，中空玻璃内、外片温差导致的两片玻璃变形差对中空玻璃边缘密封单元错位变形起决定作用。中空玻璃密封单元错位变形量与其长边尺寸基本呈线性关系，因此，对于超大型中空玻璃结构（目前已有中空玻璃产品大边长尺寸超过15m），中空玻璃边缘错位变形量相对较大，其对第1道密封胶错位变形影响更需引起注意。
    环境温差作用下中空玻璃密封单元变形
    中空玻璃中空层密闭气体在环境温度变化作用下会产生“呼吸"作用，当中空玻璃使用环境温度低于生产环境温度时，中空玻璃会发生内凹，引起第1道密封胶外溢；当中空玻璃使用环境温度高于生产环境温度时，中空玻璃会发生外凸，一旦玻璃外凸变形过大，就会导致第1道密封胶被拉开脱胶。上述情况往复循环，特别是环境温度与内、外片温差共同作用，更加速了中空玻璃边缘第1道密封胶的失效。
    环境温度变化作用下，中空玻璃内部空腔与外界空气产生气压差，玻璃受均布压差作用，弯曲成一球面。这种情况下，大尺寸中空玻璃边部变形比小尺寸更小，边缘密封单元大变形量只为微米级。
    可见，除了中空玻璃本身的质量外，环境温度对中空玻璃性能的耐久性和可靠性也有重要影响。内、外片温差作用对中空玻璃影响主要是边缘密封单元的错位变形。错位变形随中空玻璃尺寸增大而增大，且近似呈线性关系，因此，大尺寸中空玻璃边缘错位变形对其性能影响更大。而环境温度作用下中空玻璃“呼吸"作用引起的边缘第1道密封胶变形仅在微米级范围内，且随中空玻璃尺寸增大而减小。