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    幾種常見干燥劑對中空玻璃壽命的影響

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    人氣:-發表時間:2018-09-14 15:15【

    中空玻璃作為節能門窗的必選玻璃,其使用壽命成為公眾日益關心的問題。目前中空玻璃行業的最大問題是市場上80%以上的中空玻璃使用壽命太短,其平均壽命不超過十年。大部分中空玻璃會在七、八年的時間達到使用壽命而需要更換。如到期不更換,由于中空玻璃腔內水汽的反復冷凝與蒸發,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重拖累國家節能戰略的發展。所以,為了避免更大的浪費,實現國家節能戰略目標,保護廣大消費者的利益,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中最核心的材料,其對中空玻璃壽命起著主導性的影響作用。

    下面來研討下幾種常見干燥劑對中空玻璃壽命的影響:

    一、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持久。

    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。

    在此三者的關系中,對中空玻璃節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作用,使其盡量少地吸收環境水份。正確的加工方法可降低干燥劑的吸水負擔與密封膠的密封負擔,使兩者的作用得到充分的保護,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、化學性質穩定的,具有強大的深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。

    所有的固態干燥劑中,大致分兩種類型:一種是吸水后其外觀物理性狀發生變化的,一種是吸水后外觀物理性狀不發生變化的。吸水后外在物理性能發生變化的一般是一種化學反應,其生成物一般帶有一定的腐蝕性,他們吸水后形成強酸、強堿、或形成鹽類結晶或者是溶液;吸水后物理性狀不發生變化的這種也分兩種情況,一種是化學反應,另外一種是物理吸附,化學反應一般會形成一種內結晶鹽、酸或堿,但在外觀上并沒有任何變化,也不具備腐蝕性。表l是常見的各種干燥劑特征。

    表1.jpg

    所有干燥劑在一定的溫度下會與外界環境達到吸附平衡,如果溫度發生變化,干燥劑會進一步釋放或吸收水分,從而達到新的吸附平衡。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,當溫度發生變化,中空玻璃干燥劑也會相應的放出與釋放水份,對于深度干燥能力為中弱型的干燥劑,吸附平衡隨著溫度的變化較大,對于深度干燥能力很強的干燥劑(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致吸水后形狀變化的這類干燥劑的粉化與遷移。外觀物理形狀發生變化的這類干燥劑,在吸水以后通常是體積增大,形成結晶或大分子,干燥劑離子(或分子)之間距離拉大,當環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,環境溫度的再一次周期性變化,會導致水份在干燥劑顆粒不確定的方向上反復結晶與失水,結果是干燥劑不斷的脫落、擴散,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散到鋁條上,或是穿過鋁條氣孔,擴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生極大的腐蝕作用。

    其腐蝕原理:鋁是兩性金屬,既能與酸反應,又能與堿反應,其氧化物也是如此,同時鋁金屬表面微量離子的出現會催化金屬鋁的被氧化過程。雖然由于相對干燥的氣體,這種催化作用進展緩慢,但是,微量水分中的極高的離子濃度,會不可逆轉的導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發生:

    2H2O+CaCl2=2H++2OH-+Ca2++2Cl-(1)

    鋁間隔條的氧化保護膜被破壞的過程如下:

    3H++Al2O3=3H2O+Al3+(2)

    Al3++3OH-=Al(OH)3(3)

    氧化膜被破壞后,游離離子的存在為金屬鋁的氧化提供了得天獨厚的條件,于是有:

    2Al+6OH-=2Al(OH)3+6e(4)

    6H++3O2=6OH--6e(5)

    即有:

    2Al+6OH-+6H++3O2=2Al(OH)3(6)

    這樣,隨著時間的推移,鋁條表面的氧化膜就被徹底破壞,新的致密氧化保護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,最后形成縫隙與空洞,導致中空玻璃失效。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生的不斷增強的腐蝕作用。所以,物理性狀發生變化的干燥劑是不能使用在中空玻璃中的。

    二、吸附深度不同的干燥劑對中空玻璃的影響。

    中空玻璃只能選擇吸水后物理形狀不發生變化的干燥劑,圖1是幾種干燥劑在25℃時,不同相對濕度時的平衡吸附量。

    圖1.jpg

    在相對濕度較低的情況下,分子篩的平均吸附能力遠遠大于硅膠干燥劑與氧化鋁干燥劑,因為目前中空玻璃普遍認可的標準是測試干燥劑在25℃時相對濕度為10%的空氣環境下的吸附能力,此時空氣中的絕對濕度用露點表示為-8℃。也就是說,對干燥劑的考察標準,就是考察它保持露點低于-8℃的能力。這樣就對干燥劑要求的標準比較合理,因為我們國家一年中大部分時間氣溫是在零下八度以上,合格的中空玻璃在-8℃以上時是不會結露的。從圖中可以看到,在相對濕度是10%的條件下,分子篩干燥劑的吸附量是硅膠干燥劑或氧化鋁干燥劑的4倍左右,(粘土類由于其深度吸附能力特別低,我們就不做討論了)從圖1中,我們選擇沸石分子篩干燥劑作為中空玻璃干燥劑的最佳選擇。那么,分子篩對露點的控制力到底如何呢?見圖2。

    圖2.jpg

    圖2是純凈分子篩原粉在相對濕度極低情況下的吸附容量,實際制成的可使用的3A分子篩經過離子交換與成型處理,其實際吸附量值為圖中數值的65%左右,圖中顯示,當空氣中的含水量達到1ppm的

    時候,分子篩干燥劑仍然可以吸附到自身重量5%的水分,當達到100ppm  的時候,分子篩可以吸附到自身重量的17%,當達到1000ppm(相當于0.1%的含水)的時候,分子篩干燥劑的平衡吸附容量趨向于飽和值。此時空氣中的露點約為-40℃。

    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都測不到露點。所以,分子篩成為中空玻璃干燥劑的必選產品。根據有關資料,彎角式中空玻璃每年的透水率是每平方米年0.27g。

    表2.jpg

    根據表2分析的數據,彎角式中空玻璃保持-40℃露點的時間是48年,如果按照-10℃的露點標準計算,彎角式中空玻璃的使用壽命達到50年是沒有問題的。

    三、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狀的結晶硅鋁酸鹽,它的孔道非常均勻,其孔道的大小正好適合小分子物質通過,由于分子篩的規格型號不同,其通道大小也不同。

    對中空玻璃來講,因為他要求吸收水分,所以進入它的孔道的,只能是水分子,而不能讓空氣成分的其它分子通過。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極性較大的氮氣。所以,對分子篩吸氣量的監測主要是以監測氮氣吸氣量為準,由于目前3A型的分子篩是由4A分子篩經過離子交換而來的,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,由于它們沒有類似分子篩似的網狀結晶結構,所以對包含水在內的極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生如何的影響呢?

    4A分子篩的吸氣量為每克7ml左右,3A分子篩每克會小于0.5ml,4A分子篩吸進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分子篩的放出量會低于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,當溫度降低時,分子篩會將大量的中空玻璃腔內的空氣吸附,導致玻璃內壓力降低;相反當溫度升高時,分子篩會將分子篩內部已經吸附的空氣大量的釋放,使玻璃內壓力上升。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,玻璃會不斷地承受向內向外的壓力。這種有時向內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,對其來自內部氣壓的密封能力相當有限。玻璃隨時會密封失效。經驗顯示: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,玻璃有可能突然爆炸破碎,或玻璃整片掉下。如果這種玻璃安裝在高層建筑上,就極可能發生重大的傷亡事故,后果非??膳?。

    那么,分子篩的吸氣量到底是多少呢?這方面國家已有標準。中空玻璃行業操作規程中也有要求,但是這種方法不易檢測。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,一般要求在排氣量在50ml以下。

    四、干燥劑配方的改進:

    中空玻璃早期在美國被廣泛采用時所用的干燥劑并不是分子篩干燥劑,而是硅膠干燥劑,后來發現硅膠干燥劑在寒冷地區仍然出現結露現象,壽命較短,所以后來在19世紀60年代采用4A型用分子篩。采用4A型分子篩的時間很短,很快發現了4A分子篩的問題。經過改進,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有機物,13X雖然用量少,但是仍然有呼吸作用。因為硅膠也有著良好的有機物吸附能力,但沒有呼吸作用,所以就改為3A分子篩與硅膠干燥劑的混合物,用來吸附水與有機揮發物。隨著制膠工藝的改進,有機揮發物越來越少,同時大家發現做為分子篩原粉粘合劑的凹凸棒土,同樣有著優良的有機物吸附作用,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。

    此文關鍵字:干燥劑
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