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1.? 引言?????中空玻璃作為門窗節(jié)能玻璃的必選玻璃，其使用壽命成為公眾日益關(guān)心的問題。目前中空玻璃行業(yè)的非常大問題是，市場上約80%以上的中空玻璃使用壽命太短，其平均壽命不會超過十年。大部分中空玻璃會在七、八年的時間達(dá)到使用壽命而需要更換。如到期不更換，不但起不到任何節(jié)能效果，由于中空玻璃腔內(nèi)水汽的反復(fù)冷凝與蒸發(fā)，還會加速散熱，形成更大的能源浪費。過多的水汽冷凝還會使中空玻璃阻礙視線。當(dāng)全國大部分建筑的門窗每到七、八年就要更換一次的話，隨著中空玻璃的普及，全國每年就要花掉上百億資金來更換中空玻璃，這種巨大的浪費將嚴(yán)重拖累國家節(jié)能戰(zhàn)略的發(fā)展。所以，為了避免更大的浪費，實現(xiàn)國家節(jié)能戰(zhàn)略目標(biāo)，保護(hù)廣大消費者的利益，有必要深入探討影響中空玻璃壽命的因素，從而大大提高中空玻璃使用壽命。干燥劑作為中空玻璃輔材當(dāng)中較核心的材料，其對中空玻璃壽命起著主要性的影響作用。 ? 2.? 各類干燥劑對中空玻璃壽命的影響2.1? 外觀形狀改變型干燥劑對中空玻璃壽命的影響原理???? 眾所周知，密封膠的密封效果直接影響中空玻璃的壽命，而干燥劑對中空玻璃壽命的影響程度比密封膠更為好。影響中空玻璃壽命的三大要素是：1.?合格的中空玻璃干燥劑2.?合格的中空玻璃密封膠3.?正確的加工方法???? 在此三者的關(guān)系中，對中空玻璃節(jié)能效果起直接作用的就是干燥劑，它使空氣保持干燥，從而使中空玻璃具有透明保溫作用，而密封膠的使命就是對干燥劑起保護(hù)作用，使其盡量少的吸收環(huán)境水份。正確的加工方法可降低干燥劑的吸水負(fù)擔(dān)與密封膠的密封負(fù)擔(dān)，使兩者的作用得到充分的保護(hù)，從而延長中空玻璃的使用壽命。???? 中空玻璃到底需要什么樣的干燥劑呢？一句話，中空玻璃需要物理與化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的，具有強(qiáng)大的高層度吸附能力的干燥劑。市場上的中空玻璃干燥劑，從外觀看都非常類似，都是乳白色或黃褐色的小顆粒，這些干燥劑都是粘土（一般為凹凸棒土）與一種或幾種其他成分的干燥劑的混合物，粘土所起的作用主要是粘合及載體作用，其它干燥劑成分較難鑒別，其鑒別方法在本文3.3中會提到。學(xué)會鑒別之前，了解各種干燥劑對中空玻璃壽命的影響無疑是非常重要的。???? 所有的固態(tài)干燥劑中，大致分兩種類型：一種是吸水后其外觀物理性狀發(fā)生變化的，一種是吸水后外觀物理性狀不發(fā)生變化的。吸水后外在物理性狀發(fā)生變化的一般是一種化學(xué)反應(yīng)，其生成物一般帶有一定的腐蝕性，他們吸水后形成強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、鹽類結(jié)晶或者是溶液；吸水后物理性狀不發(fā)生變化的這種也分兩種情況，一種是化學(xué)反應(yīng)，另外一種是物理吸附，化學(xué)反應(yīng)一般會形成一種內(nèi)結(jié)晶鹽、酸或堿，但在外觀上并沒有任何變化，也不具備腐蝕性。下表1是常見的各種干燥劑特征。 ? ????????????????????????????????????????????表1? 常見各種干燥劑特征 ???? 所有的干燥劑在一定的溫度下會與外界環(huán)境達(dá)到吸附平衡，如果溫度發(fā)生變化，干燥劑會進(jìn)一步釋放或吸收水分，從而達(dá)到新的吸附平衡，通常情況下，溫度升高，干燥劑會放出水分，溫度降低，干燥劑會吸收水分。在中空玻璃中，當(dāng)溫度發(fā)生變化的時候，中空玻璃干燥劑也會相應(yīng)的放出與吸收水份，對于高層度干燥能力為中弱型的干燥劑來說，吸附平衡隨著溫度的變化非常大，對于高層度干燥能力很強(qiáng)的干燥劑（如分子篩）這種吸附平衡隨溫度的變化就非常不明顯。???? 干燥劑吸附平衡易于變化的這種特點會導(dǎo)致吸水后性狀變化的這類干燥劑的粉化與遷移。外觀物理性狀發(fā)生變化的這類干燥劑，當(dāng)溫度變化時，由于其在吸水以后通常是體積加大，形成結(jié)晶或大分子，干燥劑離子（或分子）之間距離拉大，當(dāng)環(huán)境溫度升高使一部分水份失去后，干燥劑離子（或分子）之間距離不可能再恢復(fù)到原來的距離。從宏觀上看，會使成型后的干燥劑顆粒破碎或掉皮，環(huán)境溫度的再一次周期性變化，會導(dǎo)致水份在干燥劑顆粒不確定的方向上反復(fù)結(jié)晶與失水，結(jié)果是干燥劑不斷的脫落、擴(kuò)散，形成了干燥劑的一次又一次遷移、破碎。對于中空玻璃來說這種干燥劑就會慢慢的擴(kuò)散到鋁條上，或是穿過鋁條氣孔，擴(kuò)散到密封膠的表面上或玻璃表面上。在這種情況下，具有腐蝕作用的干燥劑對中空玻璃鋁條與密封膠，或者是對功能玻璃表面會產(chǎn)生較大的腐蝕作用。???? 其腐蝕原理如下：鋁，是兩性金屬，既能與酸反應(yīng)，又能與堿反應(yīng)，其氧化物也是如此，同時鋁金屬表面微量離子的出現(xiàn)會催化金屬鋁的被氧化過程，雖然由于相對干燥的氣體，這種催化作用進(jìn)展緩慢，但是，微量水分中的較高的離子濃度，會不可逆轉(zhuǎn)的導(dǎo)致金屬鋁表面氧化膜的破壞：如果干燥劑是氯化鈣，將會有如下電離反應(yīng)發(fā)生：? ????? 這樣，隨著時間的推移，鋁條表面的氧化膜就被完全破壞，新的致密氧化保護(hù)膜由于有離子的存在而無法形成，這樣鋁條就會慢慢被腐蝕，形成鹽漬，較后形成縫隙與空洞，導(dǎo)致中空玻璃失效。?????? 鋁為兩性金屬，無論干燥劑具有堿性或酸性特征，它都可以與之反應(yīng)而被腐蝕掉，因為氧化鈣吸水后形成氫氧化鈣，五氧化二磷吸水后形成焦磷酸。從另一個方面講，由于酸、堿或鹽類干燥劑對密封膠的持續(xù)接觸，中空玻璃密封膠將被加速老化與氧化，由于腐蝕性干燥劑對中空玻璃的腐蝕作用隨著此類干燥劑吸水的增多而變得更加強(qiáng)烈，對中空玻璃間隔條及密封膠的腐蝕作用也不斷增加。?????? 綜上所述，物理性狀發(fā)生變化的干燥劑有兩個致命的缺點：一是因遷移作用而造成的干燥劑的破碎與粉化；二是隨著時間的推移而產(chǎn)生的不斷增強(qiáng)的腐蝕作用。 所以，物理性狀發(fā)生變化的干燥劑是不能使用在中空玻璃上面的。? 2.2?? 吸附高層度不同的干燥劑對中空玻璃的影響???? 因此，中空玻璃只能選擇吸水后物理形狀不發(fā)生變化的干燥劑，下圖是幾種干燥劑在 25℃時，不同相對濕度時的平衡吸附量： ? ???????????????????????????????????圖1????? 幾種干燥劑在25℃時，不同相對濕度時的平衡吸附量 ???? 在相對濕度較低的情況下，分子篩的平均吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硅膠與氧化鋁，因為目前中空玻璃普遍認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)是測試干燥劑在25℃時相對濕度為10%的空氣環(huán)境下的吸附能力，此時空氣中的濕度用露點表示為-8℃。也就是說，對干燥劑的考察標(biāo)準(zhǔn)，就是考察他保持露點低于-8℃的能力。這樣就對干燥劑要求的標(biāo)準(zhǔn)比較合理，因為我們國家一年中大部分時間氣溫是在-8℃以上，合格的中空玻璃在-8℃以上時是不會結(jié)露的。從圖中可以看到，在相對濕度是10%的條件下，分子篩的吸附量是硅膠或氧化鋁的4倍左右，（粘土類由于其高層度吸附能力特別低，我們就不做討論了）從上圖中，我們選擇沸石分子篩作為中空玻璃干燥劑的較佳選擇，那么，分子篩對露點的控制力到底如何呢？請看下圖 ? ??????????????????????????????????????????圖2 較端干燥狀態(tài)下分子篩的平衡吸水量 ???? 此圖是純凈分子篩原粉在相對濕度較低情況下的吸附容量，實際制成的可使用的3A分子篩經(jīng)過離子交換與成型處理，其實際吸附量值為圖中數(shù)值的65%左右，圖中顯示，當(dāng)空氣中的含水量達(dá)到 1ppm的時候，分子篩仍然可以吸附到自身重量5%的水分，當(dāng)達(dá)到100ppm的時候，分子篩可以吸附到自身重量的17%，當(dāng)達(dá)到1000ppm（相當(dāng)于0.1%的含水）的時候，分子篩的平衡吸附容量趨向于飽和值。此時空氣中的露點約為-40℃.???? 所以從理論上講，分子篩對水分子的親和力非常大，只有在相對濕度非常低的情況下，才會對分子篩的吸附量產(chǎn)生明顯的影響，也就是說，分子篩保持低露點的能力非常的強(qiáng)大，正常的中空玻璃裝上分子篩后，用一般的露點測試儀，是測不到中空玻璃的露點的，而且在正常使用的十幾年內(nèi)都測不到露點。???? 所以分子篩成為中空玻璃干燥劑的必選產(chǎn)品。根據(jù)有關(guān)資料，彎角式中空玻璃每年的透水率是每平方米年0.27g。 根據(jù)下表分析的數(shù)據(jù)，彎角式中空玻璃保持-40℃露點的時間是48年，如果按照-10℃的露點標(biāo)準(zhǔn)計算，彎角式中空玻璃的使用壽命達(dá)到50年是沒有問題的。 ??????????????????????????????????????? 表2? 裝有分子篩的中空玻璃的露點壽命 2.3? 有呼吸作用的分子篩對中空玻璃使用壽命的影響 ???? 由于分子篩的種類很多，并不是所有的分子篩都適合中空玻璃，實踐證明只有不吸附空氣的3A型分子篩干燥劑才適合于中空玻璃。???? 由于分子篩是一種網(wǎng)狀的結(jié)晶硅鋁酸鹽，他的孔道非常的均勻，其孔道的大小正好適合小分子物質(zhì)通過，由于分子篩的規(guī)格型號不同，其通道大小也不同.對中空玻璃來講，因為他要求吸收水分，所以進(jìn)入他的孔道的，只能是水分子，而不能讓空氣成分的其他分子通過。水分子為2.8埃（1微米=10000埃），空氣中的氮氣，氧氣，氬氣為4埃左右，目前只有3A型分子篩可以采用，其他任何類型的分子篩均不適合，4A型的分子篩孔道為4.3埃，所以4A型的分子篩可以吸收空氣中的氮氣與氧氣。在空氣的成分中，除了水分之外，4A分子篩更偏向于吸附較性非常大的氮氣，所以，對分子篩吸氣量的監(jiān)測主要是以監(jiān)測氮氣吸氣量為準(zhǔn)，由于目前3A型的分子篩是由4A分子篩經(jīng)過離子交換而來的，所以4A型分子篩始終比3A型分子篩便宜，這也是4A分子篩經(jīng)常用來冒充3A分子篩的原因，對于非分子篩類的干燥劑，由于他們沒有類似分子篩似的網(wǎng)狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)，所以對包含水在內(nèi)的較性的分子也沒有太高的親和力，也就不存在吸氣量問題。???? 中空玻璃干燥劑的呼吸作用會對中空玻璃壽命產(chǎn)生如何的影響呢？???? 作為4A分子篩,他的吸氣量為每克約7ml左右，3A分子篩每克會小于0.5ml,4A分子篩吸進(jìn)去的氮氣在常溫條件下對溫度的微小變化非常敏感。例如，250ml4A分子篩從常溫上升到70℃時可以放出700ml以上的氣體。而3A分子篩的放氣量會低于50ml。???? 在加工中空玻璃時，我們一般是在室溫條件下裝填分子篩。如果分子篩是4A型的，當(dāng)溫度降低時，分子篩會將大量的中空玻璃腔內(nèi)的空氣吸附，導(dǎo)致玻璃內(nèi)壓力降低；相反當(dāng)溫度升高時，分子篩會將內(nèi)部已經(jīng)吸附的空氣大量的釋放，使玻璃內(nèi)壓力上升。裝有4A分子篩的中空玻璃合片以后，由于晝夜更迭與季節(jié)交替，4A型分子篩因溫度變化而吸氣放氣，就像呼吸一樣，玻璃會不斷的承受向內(nèi)向外的壓力。這種有時向內(nèi)有時向外的壓力大大縮減了中空玻璃的使用壽命，特別是那種隱框玻璃，兩片玻璃之間完全靠密封膠的粘合力，對其來自內(nèi)部氣壓的密封能力相當(dāng)有限。玻璃隨時會密封失效。經(jīng)驗顯示，用了4A分子篩的中空玻璃，其使用壽命只有3A分子篩的四分之一。更危險的是：如果使用的4A分子篩較多，中空玻璃過薄或沒有鋼化，玻璃有可能突然爆開破碎，或玻璃整片掉下，如果這種玻璃安裝在高層建筑上，就較可能發(fā)生重大的傷亡事故，后果非�？膳隆�???? 那么，分子篩的吸氣量到底是多少呢？這方面國家已有標(biāo)準(zhǔn)。中空玻璃行業(yè)操作規(guī)程中也有要求，但是這種方法不易檢驗。目前國外普遍采用的一種方法：用250ml分子篩，從常溫將其加熱到70℃，恒溫四個小時，用排水法看排出的氣量是多少，一般要求排氣量在50ml以下。2.4? 干燥劑配方的沿革???? 中空玻璃早期在美國被廣泛采用的時間，當(dāng)時所用的干燥劑并不是分子篩，而是硅膠，后來發(fā)現(xiàn)硅膠干燥劑在寒冷地區(qū)仍然出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，壽命較短，所以在60年代采用4A型用分子篩，采用4A型分子篩的時間很短，很快發(fā)現(xiàn)了4A分子篩的問題，經(jīng)過改進(jìn)，便使用3A與13X分子篩混合品，用13X分子篩的目的就是為了吸附中空玻璃中的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系物，13X雖然用的少，但是仍然有呼吸作用。因為硅膠也有著良好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系物吸附能力，但沒有呼吸作用，所以就改為3A分子篩與硅膠的混合物，用來吸附水與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系揮發(fā)物。隨著制膠工藝的改進(jìn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系揮發(fā)物越來越少，同時大家發(fā)現(xiàn)做為分子篩原粉粘合劑的凹凸棒土，同樣有著優(yōu)良的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系物吸附作用，所以分子篩中就不再摻合有硅膠粉，而是分子篩與凹凸棒土的混合物。 ? 3.? 分子篩中空玻璃干燥劑的指標(biāo)對中空玻璃壽命的影響3.1? 分子篩吸附量的衡量條件與對中空玻璃壽命的影響???? 中空玻璃干燥劑的吸附量應(yīng)該以相對濕度為10%時的吸附能力為標(biāo)準(zhǔn)，相對濕度偏高時的吸附能力無法作為檢驗干燥劑露點控制能力的標(biāo)準(zhǔn)，所以只有相對濕度是10%時干燥劑的吸附能力才能反映分子篩能保證中空玻璃的使用壽命能達(dá)到多少年。有的干燥劑說明書只提吸附量，不講測試條件，實際上是沒有任何意義的。例如，與分子篩比，硅膠的高層度吸附能力較低，但其淺吸附能力很大，例如C型硅膠在30℃相對濕度90%時，可以吸附自身重量的3倍，這是同等條件下的分子篩所無法比的。但這么高的吸附容量對于中空玻璃來說又有什么意義呢？因為在這種條件下溫度一旦降低一點，中空玻璃內(nèi)就充滿了水汽，所以相對濕度10%時的吸附能力才是中空玻璃壽命所需要衡量的較核心指標(biāo)，其它高相對濕度下的吸附能力無法衡量干燥劑在中空玻璃內(nèi)腔干燥環(huán)境下的露點控制能力。 3.2?? 燒失量含義與實際意義???? 干燥劑的燒失量，要點是控制干燥劑的初始水含量， 同時也可以保證干燥劑的相對惰性特征，干燥劑的初始水含量過高，意味著干燥劑可能已經(jīng)過度吸水，這時干燥劑的露點控制能力大大降低，裝填了這種干燥劑的中空玻璃的初始露點也會上升，這樣會相應(yīng)的減少中空玻璃的使用壽命；另外，燒失量太高還可能是另外一個問題，就是該干燥劑可能含有氯化物或易分解的無機(jī)物，如亞硝酸鹽、酸類、堿類物質(zhì)或是含有不穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系物，所以燒失量過高，有含有不穩(wěn)定化學(xué)物質(zhì)之嫌，此類物質(zhì)具有腐蝕作用，嚴(yán)重影響中空玻璃的使用壽命，前面靠前章中已經(jīng)分析過。 3.3?? 溫升的含義與測試方法???? 溫升，嚴(yán)格的講，它不是一個技術(shù)指標(biāo)，而是一個商業(yè)化指標(biāo)。吸水后溫度升高是分子篩的一個重要特征，但不是分子篩的獨有特征。如果一種干燥劑溫升高，說明他有可能是分子篩、氯化鈣、氧化鈣或強(qiáng)酸強(qiáng)堿干燥劑。這樣，就可以測試它的水溶液是否具有腐蝕性來判斷。即使我們排除掉了其他的腐蝕性干燥劑，我們?nèi)匀粺o法區(qū)分3A分子篩與4A分子篩，所以必須有測試吸氣量的儀器來測試3A或4A型的分子篩才可以較后下定論。所以單獨用溫升法來判斷中空玻璃干燥劑的質(zhì)量好壞沒有太大實際意義，必須與測試水溶液的酸堿度及發(fā)生反應(yīng)性特征（腐蝕性）及測試干燥劑的放氣量三方面才能判斷干燥劑質(zhì)量的好壞。在沒有腐蝕性，放氣量合格的前提下，溫升越高，干燥劑的質(zhì)量越好，其確保中空玻璃露點壽命的時間越長。但是溫升的檢驗必須有科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)的方法，不科學(xué)的方法無法衡量干燥劑質(zhì)量的好壞。???? 首先，不能用體積法測量溫升，干燥劑的吸附量是按照重量來計算的，溫升是一種間接的粗略的測試干燥劑吸水能力的一種方法，如果按照一定體積的干燥劑與一定量的水混合來進(jìn)行測試溫升，密度越大的干燥劑，溫升越高。因為體積相同，密度大質(zhì)量就多，同樣吸附能力的分子篩干燥劑，密度大的溫升高，密度小的溫升低。所以測試溫升應(yīng)該用重量法測試比較合理。???? 其次，不能用先加水后加分子篩的方法來測試溫升，分子篩的堆積密度比水小，密度越小的分子篩，其在水面上漂浮的時間越長，從水面上落下的速度也越慢，整個散熱時間拉長，而不能像密度大的分子篩那樣散熱時間比較集中，所以如果用先加水后加分子篩的方法測溫升，同樣吸附能力的分子篩，密度偏小的分子篩溫升低。所以測試溫升應(yīng)該用先加分子篩后加水的方法測試。???? 再次，溫升大小還與以下因素有關(guān)：1.分子篩粒度越小，溫升越高；2.4A分子篩比3A分子篩溫升要高；3.測試容器保溫性越好溫度越高；4.容器材質(zhì)與形狀不一樣影響溫升結(jié)果；5.水溫影響溫升；6.測試點位置不一樣影響溫升；7.溫度計敏感度不一樣影響溫升；8.分子篩與水的量不同影響溫升（即使比例一樣）。???? 較后，測試溫升的高低還與個人的測試手法不同有關(guān)。 所以要使溫升的測試具有意義，必須采用統(tǒng)一的正確的方法進(jìn)行測試。否則，溫升的高低，特別是微弱的高低就沒有任何意義。???? 要使溫升的測量具有參考價值必須確保：1.全部都是3A分子篩；2.粒度大小接近；3.采用同一溫升測試儀；4.采用正確的方法進(jìn)行測試。只有在這些前提下，溫升越高的干燥劑才越好，越有利于提高中空玻璃的使用壽命。 ? 4.? 中空玻璃壽命的嚴(yán)峻性，與選擇合格中空玻璃干燥劑的迫切性???? 目前，我國每天有100萬平方米的不合格中空玻璃正被安裝在我們的各種各樣建筑門窗中。中空玻璃壽命的短暫，將吃掉我們因為節(jié)能而節(jié)省下來的資源。目前中空玻璃剛剛大面積推廣，社會對其壽命的短暫性危害還沒有認(rèn)識到，按照這種玻璃的壽命為七年來算，估計這種情況的大面積出現(xiàn)將從2013年左右開始，全社會都要為這種低劣的中空玻璃付出高昂的代價。提高中空玻璃的使用壽命，成為迫在眉睫的節(jié)能戰(zhàn)略性問題。此問題如果不能及時解決，老百姓會慢慢的因為中空玻璃質(zhì)量問題的大面積出現(xiàn)而對中空玻璃失去信心。這樣拒絕使用中空玻璃的情況將會越來越多，將導(dǎo)致整個中空玻璃行業(yè)的發(fā)展陷入尷尬的局面。這種局面將嚴(yán)重制約著行業(yè)的發(fā)展，也制約著每一個中空玻璃企業(yè)的發(fā)展，所以，保證中空玻璃壽命的意義重大，對于干燥劑的選擇的意義也就特別重大。 ? ? 參考文獻(xiàn)：[1] 陳曉麗，陳幼玲 分子篩在包裝容器中的應(yīng)用研究[J],包裝工程 2005，Val 26[2] 馬啟元，中空玻璃使用壽命探討? 2008-11-3 [詳情]