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国外中空玻璃密封胶的现状及发展趋势 —王铁华当前位置:首页 > 技术资料

中空玻璃产生于1865年由美国人史特森(T.D.Stetson)先生发明,并申请专利(专利号49107)。在随后相当长的100多年的时间内,中空玻璃的发展是十分缓慢的;期间中空玻璃的密封结构经历了焊接法、熔接法、卡嵌法和胶接法。中空玻璃的大幅度发展的主要原因是聚硫胶的出现和在中空玻璃中的广泛应用。在胶接法中首先使用是单道密封后,为了改善中空玻璃的密封寿命,人们又开始使用双道密封结构。比如,在20世纪70年代中期,中空玻璃单道密封占当时美国中空玻璃密封结构的比重接近于80%。同一时期,中空玻璃密封胶的种类及在市场中占的份额也发生了变化,从聚硫胶占主导地位到聚氨酯80年代的出现、逐步上升,直到2002年全球中空玻璃聚氨酯占主导地位聚硫胶大幅度下降的现象。此外,除了这些常规密封胶以外,20世纪90年代中期,在美国一些主要的中空玻璃密封胶厂家还彼此独立的开发出了新的中空玻璃密封胶,即反应型湿气固化热融胶。
本文旨在叙述中空玻璃的密封结构基本内容、讨论中空玻璃密封胶市场份额的变化及其原因(基本原因和导火索)、新密封胶的概念、特点和优点,包括物理、经济和工艺等方面。最后,本文还要对国外中空玻璃密封胶的发展趋势做以预测。通过讨论,使读者对国外中空玻璃密封结构的变化过程、现状和发展趋势有所了解,从而主动地把握我国自己中空玻璃密封胶结构、密封胶的生产、新产品的研制和开发,以适应社会对高档中空玻璃的需求。
中空玻璃密封结构

中空玻璃的胶接法密封结构主要有单道密封与双道密封,以及在20世纪90年代中期出现的DSE(等同于双道密封)结构。
双道密封
第一道密封胶的功能。(1)中空玻璃预定位作用;(2)隔离水气(3)防止空气和惰性气体进出中空玻璃空腔。在现有使用的的中空玻璃胶中,丁基胶(PIB)的水气渗透率(MVTR)最低,因此,通常被用做第一道密封
第二道密封胶的作用。(1)将玻璃和间隔条粘结成一个中空玻璃整体;(2)防止分子筛校外泄漏;(3)弹性恢复并缓冲边部应力;以及(4)对防止水气渗透起辅助作用。

用于双道密封的常见的间隔系统
金属间隔条
第一道密封:丁基胶(PIB)
第二道密封:聚氨酯、聚硫胶和硅酮胶
超级间隔条
第一道密封:超级间隔条
第二道密封:常规热融丁基胶、反应型热融胶
PVC或玻璃纤维间隔条
第一道密封:丁基胶(PIB)
第二道密封:聚氨酯、聚硫胶和硅酮胶
实维高胶条(Swiggle Strip)
第一道密封:实维高胶条
第二道密封:硅酮胶
从上述分析看,中空玻璃的密封寿命和耐久性要求中空玻璃采用双道密封。第一道密封

和第二道密封的功能是不同的,各尽其职,之间不能彼此替代。实践表明,采用双道密封的

中空玻璃的耐久性和密封寿命较单道密封的要长。
用于单道密封的常见的间隔系统如下
铝间隔条和热融丁基胶
铝间隔条和聚硫胶
铝间隔条和聚氨酯
实维高胶条

欧洲中空玻璃密封胶系统演变
在欧洲,双道密封一直占主导地位。据统计,1990年双道密封占整体中空玻璃的市场份

额的90%,到2002年其市场份额仍为90%,没有变化。但同一时期,单道密封却由1990年的8%下降到2%。见表一。

表一

1990年

2000年

双道密封金属间隔条系统

90%

90%

单道密封金属间隔条系统

8%

2%

暖边间隔系统

2%

8%

单道密封
与欧洲市场不同,截止2000年,单道密封在美国中空玻璃的市场份额约为20%。美国中空玻璃制造商协会(SIGMA)对北美中空玻璃使用情况20年的跟踪结果显示,双道密封与中空玻璃的密封寿命成呈正相关关系。但是,美国每年生产的中空玻璃密封失败占总量的5%,其中最主要的是单道密封!
为什么单道密封在北美比欧洲的份额大?
搬家相对频繁与否
欧洲的住户一生居住相对稳定得多,因此,对所居住房屋的窗户的节能特别是耐久性和密封性都十分重视。与此不同,北美的住户一生要搬许多次家,每搬一次家都可能视门窗的具体情况决定是否更新窗户。相对来说,除非所搬之处是永久住所,否则,对更新窗户的保质期要求会比欧洲的要低。
从生产使用的目的来看
使用热融丁基胶(HMB)和实维高胶条(Swiggle Strip)的主要目的在于生产使用方便。美国的门窗厂家大多数有自己的中空玻璃线,为自己配套,多采用卧式线,要求工艺简单,可以迅速搬运安装。欧洲中空玻璃生产主要为立式线,为门窗厂家配套,所以采用双道密封.
从使用范围看
在美国,单道密封主要应用于温带地区。美国的中空玻璃检测标准也比较宽松,使单道密封结构的中空玻璃能较容易通过检测。欧洲比较慎重、且北欧温度冬天较低,标准趋于一致。
对策
鉴于单道密封的密封寿命较短,不能满足人们对高档次中空玻璃的需求,生产厂家为提高产品的密封寿命不得不抛弃单道密封采用双道密封。但是,在具体作法上,欧洲与北美在采用双道密封方面走的道路却是有所不同的。从单道密封向双道密封转变涉及到中空玻璃的结构转变.这种结构转变主要发生在欧洲、其次才在北美。双道密封结构主要有两种形式:
丁基胶 + 聚氨酯 或聚硫胶 或硅酮胶
超级间隔条+热融丁基胶(常规或反应)
反应热融胶和等同于双道密封
人们研究开发反应热融胶的目的。常规型热融丁基胶多用于中空玻璃的单道密封结构,具有生产方便的优点。但另一方面常规热融胶多用于单道密封时,缺少结构强度,导致中空玻璃的耐久性短密封寿命短。显然,采用常规热融胶的单道密封结构不能满足人们对提高中空玻璃密封寿命的要求,必需改变。但在欧洲和北美人们采用了不同的作法。在欧洲,人们从单道密封转向暖边双道密封如热塑间隔条(TPS)和超级间隔条的双道密封。但北美,人们却在探索研究开发一种全新的密封胶,使其既有常规热融胶的生产方便的优点和水气渗透率低的优点、又同时具有双组份密封结构胶的优点。在这样一种逻辑思考下,美国的一些中空玻璃密封胶厂家于1995年~1996年期间先后独立地研究开发出了反应热融胶,旨在解决普通单道密封带来的密封失败问题。
反应热融胶的概念、特点、优点和等同双道密封的概念。
概念
反应热融胶是单组份、加热打胶、化学固化的中空玻璃密封胶
种类
三大类:按照基胶的不同,反应热融胶分为三类,即反应热融聚氨酯、反应热融丁基胶和反应热融改性硅酮胶
特点
单组份化学固化(湿气固化)
具有双组份胶的特点
具有常规热融丁基胶的特点
结构强度大于其它单组份密封胶
等同于双道密封
与双组份胶的区别?
单组份胶
可使用各种打胶机:55加仑 、5加仑和胶块打胶机
打胶温度较底
水气渗透率较低
惰性气体渗透率低
无浪费:混胶试验、排胶等
与常规热融丁基胶的比较
区别
“单组份胶”≠ 单组份胶
热固胶、化学固化、湿气固化、弹性材料;同时具有双道密封胶的特点; 打胶温度较低
热塑胶、物理固化、非弹性材料;主要起单道密封胶水气密的作用
相同
可使用各种打胶机:55加仑 、5加仑和胶块打胶机
水气渗透率低
惰性气体渗透率低
无浪费:混胶试验、挤胶等
等同于双道密封?
等同于双道密封的概念是美国匹兹堡平板玻璃(PPG)公司提出的,业指用于与其专利U型间隔条配套的反应热融胶。
根据美国PPG公司的定义,反应热融胶是单组份、热涂胶、湿气化学固化密封胶。等同双道密封包括两方面的内容:即结构等同和经济等同。
结构等同
结构等同须要通过以下几方面的检测内容:
密封寿命:  至少 85% 的产品通过CBA 检测
CSTB 剪切试验:  在高温条件下通过
氩气保有率:  年最大泄漏率 1%
立式存放1个月: 通过连续下落试验1个月 (-29—49°C):  通过CSTB 气候循环试验: 通过独立实验室检测报告
经济等同
等同于生产标准中空玻璃的双道密封成本
有公布数据支持
生产工艺设备
打胶工艺设备与常规丁基胶打胶使用的工艺设备相同
如果说考察中空玻璃的单双道密封实在考察中空玻璃的宏观结构,分析他们之间对中空玻璃耐久性和密封寿命的不同影响。那么,在考察了中空玻璃单道密封胶情况之后,我们来看一下中空玻璃双道密封胶的市场份额的变化,对其内在的微观结构的变化进行分析。表二给出的是第二道中空玻璃密封胶的欧洲市场份额的变化。从表中可见,1990年聚硫胶的市场份额为83%,聚氨酯6%,热融胶3%,有机暖边系统2%,但到了2002年,聚氨酯大幅度上升伴随着聚硫胶大幅度下降。此外,同一时期,用于第二道密封的常规热融胶和有机暖边也略有增加。
表二

第二道中空玻璃密封胶的欧洲市场份额的变化

聚硫胶

聚氨酯

热融胶

硅酮胶

有机暖边

1990年

83%

6%

3%

6%

2%

2002年

40%

40%

8%

6%

6%

应该指出,聚氨酯的大幅度上升和聚硫胶的下降不是偶然的。类似的现象也发生在北美的中空玻璃市场。在2001年,聚氨酯和聚硫胶的市场份额分别占50%,但到了一年后的2002年,聚氨酯急剧增加到了80%的的市场份额,聚硫胶相应地下降到20%。见表三。

表三

聚氨酯在北美市场份额的变化及发展趋势

聚氨酯

聚硫胶

2001年

50%

50%

2002年

80%

20%

表四

聚氨酯在欧洲市场份额的变化及发展趋势

聚氨酯

聚硫胶

2001年

20%

80%

2002年

40%

40%

2004年

80%

20%

变化的原因
下面我们分析导致中空玻璃密封胶市场份额变化的原因。我们认为导致聚氨酯密封胶使用的增加的原因主要有两个方面,包括基本原因和导火索。
导火索
美国莫顿公司是全球生产聚硫胶原胶的最大厂家。该公司的母公司美国Rohm & Hass 公司于2001年4月26日向外正式公布该公司决定于2001年底正式关闭位于美国密西西比洲莫斯点的工厂停止生产中空玻璃聚硫胶。
据R&H公司解释,影响R&H公司作出推出聚硫胶生产的原因是
销售额和销售量负增长;
竞争产品和技术;
环境保护;
以及为达到可接受的制造标准所需要的大量投资。
停产的后果
莫顿公司的聚硫胶原胶的产量占全球的2/3。这一停产决定意味着从此2/3的聚硫胶将从全球市场上消失,这对未来中空玻璃的生产的影响是巨大且十分深远的。
对策

面对中空玻璃市场2/3聚硫胶原胶的消失,欧洲市场和北美市场采取了两种截然不同的对策。在欧洲,中空玻璃的双道密封占主导地位,因此,当聚硫胶产量大幅度减少后,许多企业都采取了用聚氨酯代替聚硫胶的做法。

虽然聚硫胶的全球供应减少2/3是导致聚氨酯大幅度上升的一个重要原因,但我们认为如果不是聚氨酯具有优良的品质的化,是不会在如此短时间内代替聚硫胶的。而后者,是聚氨酯增加的基本原因。具体说来如下:

1。聚氨酯对水的吸收能力和吸水后的胶体溶胀较聚硫胶小

不同密封胶对水的吸收能力和胶体溶胀

实验方法:将密封胶浸入温度为60℃的水里两个月时间。

重 量 增 加

o        聚硫胶           30%

o        聚氨脂胶         12%

o        硅酮胶        2-6%

体 积 增 加

o        聚硫胶             50%

o        聚氨脂             15%

o        硅酮胶         3-10%

2。聚氨酯固化后,密封胶不收缩,特别是在拐角处也无收缩现象;聚氨酯密封胶固化后因

不出现收缩,故而无水气通道减少现象。

3. 聚氨脂不会产生因胶收缩引起的玻璃应力

随着溶剂从边部密封的胶体(如聚硫胶)中挥发, 虽然密封胶仍然保持与玻璃的全接

触,但胶体收缩产生的应力变成施加于玻璃上的应力,在这过程间隔条起应力支点作

用。应力的作用取决于玻璃的厚度、空气间隔层的大小和中空玻璃的尺寸,并且在原

片玻璃和大间隔条时最为明显。这个应力可由密封胶松弛来降低,这样增加了中空玻璃

的水气传输面积,或其成为产为玻璃挠曲的永久应力。这个应力增加了玻璃片安装后第

一个冬季破裂的可能性,因为中空玻璃在冬天会向内挠曲减少中空玻璃的” 第一个冬

季”破裂可能性。来自部分恶劣气候国家的报告显示使用不含溶剂的聚氨脂胶制作的

中空玻璃在生产时和”首冬”破裂率是0.5%到基本上接近于零。

4.  对贮藏和搬运无特别要求

通常,加入到聚硫胶的溶剂,例如甲苯、甲基和乙基酮等等是易燃的, 从而导致混合

后胶的燃点降低。聚氨脂中空玻璃胶的燃点大于93.3℃。

5.  不含有机挥发溶剂,因此没有必要使用吸附溶剂的干燥剂。对比之下,用聚硫胶时,溶

剂可消耗吸附剂5%到10%的吸附能力。

6.  较好的发挥吸附剂性能。因为选择吸附剂时没有必要考虑挥发溶剂的存在,因此使用

聚氨脂中空玻璃使得选择干燥剂更容易一些。由于溶剂可能象水气一样存在中空玻璃

内, 市场上大多数吸附剂都具有从密封胶中吸附溶剂气体的能力

7.  减少生产时玻璃破裂。由于溶剂挥发对玻璃产生应力,如果应力过大, 则对堆垛大

的、空气间隔中等偏大的单强度中空玻璃来说,玻璃就可能破裂。切离玻璃垛时,30

片的玻璃垛可能仅有一片破裂, 也可能比例很小。当边部密封胶使用的是不含溶剂的

聚氨脂胶时,玻璃生产时破裂会大大减少。这种减少与玻璃挠曲和破裂等其他变量无

关。

8.  与聚硫胶和硅酮胶相比,聚氨酯的水气渗透率是最低的。在其他条件不变的情况下,使

用聚氨酯的制作的中空玻璃的密封寿命和耐久性应该要长一些。 见图一。

图一


在分析完聚氨酯的理化特点之后,我们还有必要来看看其生产成本和工艺方面,才能完成对聚氨酯替代聚硫胶的基本原因的分析。


从成本上看,

聚氨酯

· 按重量计算,价格比聚硫胶略低;

· 按生产节省的材料计算,比聚硫胶约低10%;

· 因此,在使用相同丁基胶的条件下,单位中空玻璃的制作成本节约大于 10% 。

反应型热融胶

· 不多于双道密封胶的成本(丁基胶+聚硫胶)

· 略多余单道密封的常规热融丁基胶

从生产工艺上看,

聚氨酯的工艺设备,现有聚硫打胶设备改装、改装费

< US$8,000

反应型丁基胶的工艺设备,与热融打胶机通用

中空玻璃密封胶的发展趋势

双道密封增加

聚氨酯上升、反应型热融胶上升。聚氨酯市场份额持续增加。两年内欧洲市场聚氨酯与聚硫胶的比例将由目前的1:1改变为4:1。

反应型热融胶增加。在使用双道密封胶传统的欧洲也开始研制生产反应热融胶。比如,欧洲今年起开始出现反应热融胶,厂家为法国乐杰福密封胶公司。

聚硫胶下降

单道密封进一步下降,但不会完全消失。因为,总有一些厂家因为这样或那样的原因比如为适应某些市场要求使用单道密封胶的。

除此之外,新的反应热融胶会在近几年内投入市场,紫外线固化、红外线固化、和湿气固化包括热反应型融聚氨酯、反应型热融丁基和反应型热融改性硅酮胶。

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