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　　中空玻璃由美國人托馬思·司特森發(fā)明，1865年獲得專利。其結構設計與今天的中空玻璃雖然有所不同，但是卻很接近了。中空玻璃出現(xiàn)之前，人們使用的多為雙層玻璃窗，由于當時窗戶的氣密性較差，人們不得不花一定的時間來擦洗兩片玻璃之間的污物。中空玻璃的發(fā)明主要是為了迎合人們減少擦洗玻璃的勞動的需要。當時的結構為兩片玻璃，中間使用繩子或木條來間隔外面采用焦泥來密封。這種中空玻璃的缺點在于密封性差，內部沒有干燥劑，玻璃空腔內的空氣是不干燥的。在以后的大約100年的漫長歲月里，中空玻璃的發(fā)展是十分緩慢的，只在局部結構方面得到了某些改進。從上個世紀60年代起，現(xiàn)代中空玻璃材料的逐步出現(xiàn)和廣泛使用，包括鋁金屬間隔條、有機密封膠(從單道密封為主到今天的雙道密封占主導地位)和3A分子篩，才使得中空玻璃的密封性能得到徹底的改善，形成了目前的中空玻璃結構。

　　鋁金屬間隔條的應用使中空玻璃的現(xiàn)代生產成為可能，但另一方面，卻是以犧牲中空玻璃的節(jié)能性為代價的，這是由于鋁金屬間隔條的導熱系數大，形成能源損失的通道。為了解決中空玻璃邊部的熱損失問題，暖邊間隔條應運而生，在發(fā)達******得到了廣泛應用。據統(tǒng)計，1990年冷邊中空玻璃占市場份5mmYST-018036602440的85％，暖邊僅僅占15％，但是到了2000年，暖邊上升到80％，冷邊則下降到20％。暖邊概念：任何一種間隔條只要其熱傳導系數低于鋁金屬的導熱系數，就可以稱為暖邊。暖邊可以采用三種方法得到：

　　(1)非金屬材料，如超級間隔條、TPS、玻璃纖維條；

　　(2)部分金屬材料，如斷橋間隔條、復合膠條；

　　(3)低于鋁金屬傳導系數的金屬間隔條，如不銹鋼間隔條。

　　可見發(fā)達******有關暖邊的定義是十分寬松的。由此，我們可將其按節(jié)能的性能分為以下三大類：低性能、中等性能和高性能間隔條。

　　(1)低性能間隔條的特點是含有部分金屬或采用比鋁金屬導熱系數低的金屬。采用NFRC（美國******門窗等級評定委員會)標準窗，低性能間隔條對整窗的U值改善程度為0．06。

　　(2)中等性能間隔條的特點是含有部分金屬或采用比鋁金屬導熱系數低的金屬。采用NFKc(美國******門窗等級評定委員會)標準窗，該類間隔條對整窗的U值改善程度為O．11。

　　(3)高性能間隔條的特點是采用非金屬材料，因此導熱系數大大低于鋁金屬。采用NFRC(美國******門窗等級評定委員會)標準窗，高性能間隔條(如超級間隔條)對整窗的U值改善程度為0．2。

　　暖邊間隔條和65％的節(jié)能標準。超級間隔條是暖邊中******不含有金屬、內含3A分子篩、具有微孔結構的彈性硅酮間隔條，不但導熱系數低(僅僅為鋁金屬的1／950)，從而改善中空玻璃的整體節(jié)能效果，而且還有利于延長中空玻璃的密封壽命，同時提高生產效率。

　　1、導言

　　對中空玻璃而言，暖邊技術已成為一個工業(yè)詞匯。在經歷了幾十年的發(fā)展之后，中空玻璃的結構都基本相似，但隨著材料科學的發(fā)展，玻璃的物理化學性能得到很大的改進，鍍膜玻璃以及各種高分子材料的組合應用，使得中空玻璃的隔熱性能產生很大的變化，能滿足各種不同場合的需要。發(fā)達******都能根據具體的使用要求設計出各種類型的中空玻璃，并不斷開發(fā)出暖邊間隔物的新品種。我國建設部也已把中空玻璃列為推廣應用的建材節(jié)能產品之一，這使我國中空玻璃的研制和生產面臨著良好的發(fā)展機遇。

　　本文介紹當前世界上中空玻璃暖邊技術的進展，并對各種暖邊間隔物進行評述。

　　2、暖邊技術的產生

　　中空玻璃由兩片或兩片以上的玻璃板組合而成，玻璃板之間用邊緣密封系統(tǒng)進行間隔，中間充以氣體。玻璃板可以是普通平板玻璃、鋼化玻璃或Low—E玻璃，這根據中空玻璃的使用地點及所起的作用而選定。玻璃板之間的氣體必須干燥，可以是空氣、氬氣或其他特殊氣體，內用分子篩保持氣體干燥。邊緣密封系統(tǒng)種類繁多，主要為間隔條(框)、密封膠和分子篩。間隔條在兩層玻璃之間，起分隔玻璃板的作用，四周用密封膠進行封邊，使玻璃粘合在一起，并防止層內氣體外溢。

　　當中空玻璃兩側有兩種不同溫度的流體時，通過其中間部分和邊緣部分的熱量大小是不同的(圖1)。熱量通過玻璃板的方式都是導熱和輻射，其熱阻也相同。被間隔的氣體主要產生導熱，也可能發(fā)生對流換熱。中空玻璃的隔熱能力主要來自密封著的空氣層，在溫度為20℃時，空氣的導熱系數為0．026W／m·K，而普通透明玻璃板的導熱系數為0．76W／m·K，其比值為l：29。中空玻璃密封的空氣層內，對流換熱所占的份額較小，基本為導熱方式，所以能較大程度地提高中空玻璃的熱阻。

　　在中空玻璃的邊部，由于密封系統(tǒng)與玻璃板緊密接觸，所以是多層平壁之間的傳導傳熱。間隔條材質的導熱系數對熱阻的影響極大，朂初使用的鋁質隔條導熱系數大，熱阻校對中空部分而言，空氣層厚度與間隔條尺寸接近，所以它們的熱阻之比也近似于它們導熱系數的比值。純鋁的導熱系數為202W／m·K，鋁合金的導熱系數——般也在130~150W／m·K，所以，邊部的熱阻遠遠小于中間部分。圖2表示使用不同間隔物時，中空玻璃邊部溫度的變化。

　　冬天時，建筑物中空玻璃其四周部分的熱阻小，溫度下降明顯。由于室內具有一定濕度，空氣中的水分碰到較低溫度的玻璃板就被冷凝，在中空玻璃的邊緣產生結露結霜現(xiàn)象，這既影響美觀，又對密封材料造成損害。

　　為改善中空玻璃四周部分熱阻過小、容易結露結霜現(xiàn)象，研究方向集中在間隔條材質和間隔條形狀的熱性能上。結果表明，采用導熱系數較低的材料替代傳統(tǒng)的鋁質間隔條，能使內層玻璃周邊溫度比過去高，避免內層玻璃邊緣處的結露。

　　因此，導熱系數小的各種材料以及各種形狀的間隔條被大量研制出來，于是出現(xiàn)暖邊技術這一術語。

　　3、暖邊間隔系統(tǒng)的種類

　　中空玻璃間隔系統(tǒng)基本上可分為兩大類：一類為低導熱系數的金屬框與密封膠組成的剛性間隔，另一類是以高分子材料為主制成的非剛性間隔條。

　　在1995年前，主要是鋁質間隔框。暖邊技術產生之后，暖邊間隔系統(tǒng)占據了整個北美市場的82％左右，其中剛性間隔占據54％，主要為U型的不銹鋼材料；非剛性間隔占據28％，如Swiggle膠條以及其他含干燥劑的聚硅酮發(fā)泡產品。剩下的18％仍然是鋁質間隔框。

　　3．1框架式剛性間隔系統(tǒng)

　　由于不銹鋼的導熱系數大大低于鋁，用不銹鋼材料替代鋁質間隔條，它們的導熱系數之比為1：11，所以可改善中空玻璃邊部熱阻過小的狀況。美國PPG公司的產品Intercept，先用不銹鋼帶壓制成槽型，然后在槽內鋪上含分子篩的膠泥，接著在邊部涂層膠，再折框，朂后合片。其特點是折框設備全自動，生產速度快，適合生產批量大、規(guī)格簡單的民用建筑的中空玻璃。

　　該間隔系統(tǒng)能提供足夠的強度以保持玻璃片平整，防止絕緣氣體外溢和濕氣進入，其關鍵技術是密封膠。中空玻璃在使用期間面臨著來自外界的溫差、氣壓、風荷載等影響，因此密封膠既要保證系統(tǒng)的結構穩(wěn)定，還要防止外來水汽滲透進入中空玻璃的空氣層內。

　　對密封膠的性能要求主要有與基材(玻璃、間隔條)的粘接能力、在使用環(huán)境下的耐水性、抗太陽光紫外線照射能力、耐高溫性和耐低溫性。要求密封材料在膨脹收縮的動態(tài)下不開裂老化。

　　密封膠可分外兩大類：結構密封和低水汽滲透率密封(lowMVTsealants)。用于結構密封的主要為熱固性材料，如聚硫膠、聚胺脂膠和硅酮膠等，它們增強了中空玻璃的穩(wěn)定性，都具有較高的模量值。但氣密性差，抗水汽滲透率差，一般大于15g／㎡．d，硅酮膠達到50g／㎡．d。低水汽滲透率密封主要為熱塑性材料，常用的為聚異丁烯(PIB)，水汽滲透率小于lg／㎡．d。由于是熱熔性的，其操作溫度為150℃左右。

　　密封技術與暖邊產品的關系密切，不同的暖邊產品有其相應的密封工藝。它們都影響到中空玻璃的質量，也與其隔熱功能密切相關。

　　3．2條狀式非剛性間隔系統(tǒng)

　　由于高分子材料導熱系數小，所以采用熱固性材料做間隔條得到很大發(fā)展。TruSeal公司的Swiggle膠條將干燥劑與塑料做成一體，中間嵌以波紋狀金屬隔片，在我國很普遍。其另一產品Insuledge是非金屬的矩形管狀隔條，中間是波紋狀管形內芯，波紋可抗壓，又能適當伸展。外面套一矩形管狀箔片，以增強間隔條抗水汽滲透的性能，邊部膠層防濕汽，內層含有干燥劑，造型美觀，單道與雙道密封均可。其特點是用中空取代了固體材料或發(fā)泡材料，充分利用了空氣導熱系數小的特點，強度則通過波紋管得以增強。其間隔空間為13mm，導熱系數為0.08W／m·K，水汽滲透率為0.098H2O／㎡．d。產品DuraSeal可適用于雙層、三層的中空玻璃，用熱壓方法密封，一步制成，間隔空間為6~18mm。

　　Edgetech公司的產品SuperSpacer與其他用丁基橡膠包裹不銹鋼或鋁質間隔條的暖邊產品不同，它是完全用高絕緣的熱固性材料制成的膠條，不含金屬。是一種含有干燥劑、具有抗壓縮功能的聚硅酮發(fā)泡產品，內含上百萬個微型氣泡。其導熱系數與鋁的比值為l：950，與不銹鋼的比值為1：85。

　　一般而言，含有金屬的剛性間隔框比較硬，對自然的膨脹和收縮會產生應力，導致密封失敗。該產品盡管由熱固性材料制成，但能抵抗風壓，并隨溫度變化而膨脹和收縮，始終保持中空玻璃整個結構的完整和穩(wěn)定。采用雙道密封，結構密封為丙烯酸膠。

　　隨著對建筑美觀上的要求不斷提高，窗戶的形式也多樣化，其發(fā)展趨勢是強調個性化，避免雷同。如果一扇大窗戶由12個玻璃窗組成，則要有12套間隔系統(tǒng)，這既花費大，操作時對窗框的******度要求又高。該公司設計出一種窗隔條，能一次將24塊玻璃安裝完畢，外觀上就像有12個獨立的玻璃窗，又能達到暖邊的效果。

　　此外，塑料間隔框由于導熱系數小，也得到大量應用。但其缺點是加工時不易被彎曲，不易在生產時做成整件。因此，先做成塑料條，然后根據間隔框尺寸被割斷成直條，再在直條端連接形成框架。與金屬相比，塑料的氣密性較差，所以這樣連接的間隔框的邊角部對氣密要求是個薄弱點。

　　4、中空玻璃間隔層內的氣體

　　暖邊技術的一個重要方面是密封技術，它與中空玻璃間隔層內的氣體密切相關。朂常用的內充氣體為干燥空氣，干燥空氣中無水分，所以在玻璃冷面上不會結露和結霜，同時干燥空氣的導熱系數也比濕空氣小，其來源方便，在生產中使用較廣泛。隨著玻璃鍍膜技術的發(fā)展，采用惰性氣體以及六氟化硫、鹵代烴R13和R12為內充氣體的中空玻璃不斷增多。

　　常用的惰性氣體有氬氣、氪氣和氙氣，它們安全無毒、無色無臭、不會燃燒，導熱系數都比空氣小，是較好的隔熱體。氪氣可用來制作間隔層較孝隔熱性能好的中空玻璃，氪氣價格較為昂貴。自然狀態(tài)下的氙氣非常稀少，提純價格高，因而很少用于中空玻璃的制作。六氟化硫在一些要求較高的場所也有使用，且具有很好的隔音效果，但其露點較高。

　　氬氣在空氣中的含量較高，l00L氣體中約含934mL，其露點較低，對太陽能的反應不敏感，也可以充氣在燈泡中。通過中空玻璃的能量主要由熱輻射造成，用普通透明玻璃制成的中空玻璃，其輻射率高，能吸收大量輻射熱，即使內充氬氣，其隔熱效果也不明顯。

　　Low—E玻璃的鍍膜有效地阻擋了輻射熱，使氬氣導熱系數低的特性得到充分發(fā)揮。因為內充氬氣節(jié)能效果顯著、成本低廉且簡單易行，所以使用較多。間隔層內惰性氣體的濃度對傳熱也有一定影響，歐美******中空玻璃行業(yè)內被普遍接受的充氣濃度為80％，在充氣濃度提高10％以上之后，中空玻璃的傳熱效果將下降近10％，使節(jié)能效果進一步提高。

　　在建筑節(jié)能過程中，朂初是普通中空玻璃，其后是Low—E玻璃，現(xiàn)在則是暖邊技術的發(fā)展。傳熱的三種方式為導熱、對流和輻射，降低中空玻璃的傳熱性能，可采用以下重要的技術手段：中空的Low—E玻璃可降低輻射熱的透過，內充惰性氣體以及配上暖邊技術，可減小導熱的作用，合理地控制間隔尺寸的大小，能消除對流換熱的影響。較******的建筑玻璃構件都采用了這些方法，這在發(fā)達******很普遍。

　　5、結語

　　高分子技術的發(fā)展，使能設計出具有各種性能的間隔系統(tǒng)，能顯著地改善窗戶的特性。當前暖邊技術的發(fā)展主要為兩個方面，首先是更加注重間隔物的隔熱性能，如采用管狀、發(fā)泡高分子材料等，以滿足不斷提高節(jié)能要求的標準；其次是在材料設計上，較多地使用抗氣體擴散的箔片(有時采用極薄的不銹鋼片)、薄膜粘接的應用與新型鍍膜玻璃的結合等。先進的高分子擠壓技術能制成各種形狀的間隔物，使之能夠用在各種新式窗戶，如彎曲的窗戶、冷藏展示柜等不同場合。同時，也非常注重降低生產成本，使產品在市場上更有競爭力。

　　在發(fā)達******，第2、3代的暖邊產品不斷出現(xiàn)，并仍然集中力量研究開發(fā)暖邊技術，暖邊技術肯定會在原先基礎上不斷演繹、發(fā)展。這給我們的啟示是，中空玻璃的制作應根據市場需求的實際情況而確定，做到量體裁衣，物盡所用，使其發(fā)揮應有的作用。

　　對中空玻璃的研究，應將重點放到暖邊技術的開發(fā)應用上，在該領域，有很多新型材料、新型結構可以被研制出來，研究開發(fā)的空間較大。此外，繼續(xù)研制和生產高隔熱、高耐久性、高舒適感的新型中空玻璃仍是今后的發(fā)展方向。

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