夹层玻璃板与其他材料的相容性测试



夹层玻璃板 IGU 缺陷

两种或多种材料的相容性在于它们能够在不确定的时间内并置共存,而不会出现因化学相互作用而产生的分离(分层)、变色或改变的迹象。

介绍

两种或多种材料的相容性在于它们能够在不确定的时间内并置共存,而不会出现因化学相互作用而产生的分离(分层)、变色或改变的迹象。一般来说,单个材料在分离时是稳定的;在与另一种材料相互作用时——即使是由于外部因素的影响,如湿度、高温或辐射——它会变得不稳定并产生不​​相容性现象。

在用于建筑应用的夹层玻璃的特定情况下,这些现象通常发生在密封材料和夹层之间,但也可能是由于其他有机材料之间的相互作用,例如用于垫圈、清洁等的有机材料。

通常,夹层玻璃板应按照受控过程生产,以免出现缺陷,或避免将来出现缺陷的风险,应注意以下几个方面:

  • 玻璃制备(储存、切割、洗涤、干燥温度);
  • 夹层制备(储存、拉伸切割等);
  • 层压工艺(组装玻璃+夹层、脱气、高压灭菌或加热)。

夹层玻璃出现分层现象和气泡的出现,一般也可能是由于与其他因素的结合造成的,例如玻璃板装配不当、夹层水分过多、玻璃滞留等。水、灰尘或油污、PVB 变薄。

制造过程不正确或组件的选择、组成和安装不正确都会影响产品的耐用性。污染现象是可能影响产品性能的方面,但肯定涉及视觉缺陷并不总是可以容忍的,尤其是当玻璃没有插入支撑框架时。

密封剂制造商提供与其密封剂兼容的产品“检查清单”,以避免不兼容。一般来说,在加速老化循环的情况下,预先检查小规模样品的兼容性是一种很好的做法。

多位作者通过详细分析影响夹层玻璃力学性能的各种因素,如附着力[1]和气泡、分层和不透明度等缺陷的增加[2、3],对夹层玻璃的耐久性进行了实验研究。关于夹层与密封剂相互作用的具体问题,仅应提及两项已发表的研究。

在第一篇论文 [4] 中,作者提供了有关 PVB 夹层玻璃边缘分层现象的数据,分析了一些案例研究:悉尼歌剧院(澳大利亚)和新加坡樟宜 2 号航站楼(新加坡共和国)。该研究产生了一系列关于由两种类型的中间层(PVB 和 SGP)和玻璃(退火和热钢化)制成的样品的数据,并带有硅胶密封。

样品展示在自然环境(Hileah Florida)中进行了 54 个月。除了对佛罗里达州的两个案例研究进行分析外,Block 和 Davis [5] 后来对在佛罗里达州暴露于自然环境 7 年并与不同密封剂结合使用 42 个月的样品中的离聚物夹层 (SGP) 进行了类似的研究。玻璃板是用 SGP 层压的。在这两项研究中,一个称为 ESN(边缘稳定性数)的系数被定义为缺陷存在和程度的指标。

2005 年,利益相关者创建了一个工作组,由 IFT Rosenheim 协调,以定义测试程序协议,以验证:

  • 密封胶的可用性(第 1 部分):测试与中空玻璃单元边缘密封接触的材料;
  • 密封胶的可用性(第 2 部分):与夹层玻璃和夹层安全玻璃边缘接触的材料测试。

第 2 部分被假定为执行以下测试的参考,即本研究的对象。IFT 协议中引用的缺陷、污染迹象分为以下几类:

  • 气泡(大小/直径、总数、最大和平均渗透深度)
  • 变色
  • 分层

EN ISO 12543-4 部分涵盖了缺陷,其中引用了“性能的变化通过气泡、分层和混浊(不是变色)的出现来判断”。

样品制造

所测试的样品具有 300 毫米 x 300 毫米的方形,由尺寸为 600 毫米 x 600 毫米的原始夹层玻璃板获得,玻璃边缘首先经过平滑研磨加工。因此,原始窗格的边缘在层压过程之前进行处理,它们被归类为“预层压整理”(图 1 中的红线)。使用相同类型的中间层(单层),由同一家公司生产,具有两种不同的粘合度:低(标记为 LA)和高(标记为 HA),以相同的程序对整个样品进行层压过程。

由这些夹层玻璃板制成四个样品,密封剂材料按以下定义的五种配置施加到其上。通过“预层压精加工”切割夹层玻璃板获得的样品具有两个相邻的边缘,然后对其进行平滑打磨。这样,相同的 300 毫米 x 300 毫米样品有两个连续的边缘,属于“层压后整理”边缘类别(图 1 中的红色虚线)

通过切割“预层压饰面”窗格获得的样品随后使用表 1 第三列中定义的密封剂系统进行处理(图 2)。

样本由以下定义的字母/数字代码调用:

  • 组成(44.2);
  • 附着力(HA 表示高附着力或 LA 表示低附着力);
  • 封边胶(A型为A型;B型为B型;C型为C型;D型为D型;E型为E型)(见表1);如表 1 第四栏所报告。

图 1 - 样品尺寸和边缘加工(红线:“预层压精加工”边缘;红色虚线:“层压后精加工”边缘)

图 1 - 样品尺寸和边缘加工 (红线:“预层压精加工”边缘;红色虚线:“层压后精加工”边缘)

图 2 - 在 300 mm x 300 mm 样品边缘应用不同的密封材料

图 2 - 在 300 mm x 300 mm 样品边缘应用不同的密封材料

表 1

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夹层玻璃板的初步测试

为了验证无论边缘如何处理,热循环是否会导致气泡的出现,对一些没有密封剂的样品进行了高温测试,特别是对每种粘附类型(高和低)的两个样品进行了高温测试。以下热循环:

一个。不。2 个样品具有高附着力 PVB 和没有。2个PVB附着力低的样品在100°C下测试16小时,然后在23°C下目测;

湾 不。2 个样品具有高附着力 PVB 和没有。2个PVB附着力低的样品测试:

  1. 在 100°C 下 2 小时,然后在 23°C 下目视检查;
  2. 120°C下2小时,然后在23°C下目测;
  3. 在 120°C 下放置 8 小时,然后在 23°C 下进行目视检查。

根据上述程序测试的样品没有出现缺陷,如参考标准 EN ISO 12543-4 所示;甚至沿着板的边缘,独立于它们的工作过程。

高温测试

该测试旨在验证中间层和密封胶在边界条件下的兼容性,无需紫外线辐射。应用程序是IFT协议中描述的程序。测试程序为每种类型的 4 个样品提供以下阶段,其中 3 个样品(从 n° 1 到 n° 3)经受老化过程,而样品 n° 4 假设为见证样品:

  1. 在受控环境(23°C 和 50% UR)下调节 7 天;
  2. 样品检验以验证是否存在气泡或分层等缺陷;
    3.用K型热电偶抽取一些样品,精度为±0.1°C(在30个样品中,抽取3个样品并放置在测试气候室的不同位置);
  3. 在恒温箱中保存样品,温度控制,60°C 固定 21 周,检查时间步长为 7 周,每天记录气候箱和玻璃板样品的温度。

E 型样品——既有高附着力 PVB 又有低附着力——结果表明它比其他样品更容易经受高温测试。已经观察到在玻璃边缘附近出现小尺寸气泡,不区分层间粘合的类型。在图 3 和图 4 中,绘制了高温测试结果与密封胶类型和测试时间的关系图。

在样本 44.2-HA-E/01 中,没有。记录了 7 个气泡,穿透深度为 0.5 ÷ 1.17 毫米,直径约为 0.6 ÷ 2.70 毫米(图 5a);而在样品 44.2-HA-E/02 和 44.2-HA-E/03 中,沿边缘记录了一些非常小的气泡(图 5b)。这些缺陷在老化 21 周后显现出来,它们在预层压整理上,沿着粘合垫片的粘合面。

缺陷检测(是/否)与密封类型和 PVB 粘合

图 3:缺陷检测与密封类型和 PVB 附着力:HT 测试

图 3:缺陷检测与密封类型和 PVB 粘合:HT 测试

缺陷检测(是/否)与测试时间和 PVB 附着力

图 4:缺陷检测与测试时间和 PVB 附着力:HT 测试

图 4:缺陷检测与测试时间和 PVB 附着力:HT 测试

图 5:在 60°C 下 21 周后记录的缺陷:a) 样品 44.2-HA-E/01 中的气泡; b) 样品 44.2-HA-E/03 中的气泡

图 5:在 60°C 下 21 周后记录的缺陷: a) 样品 44.2-HA-E/01 中的气泡;b) 样品 44.2-HA-E/03 中的气泡

在样品 44.2-LA-E/01 中,仅在 14 周后沿层压前整理和层压后整理出现气泡。气泡深度约为 1.34 毫米(层压前整理)和 1.54 毫米(层压后整理),直径分别为 0.82÷2.16 毫米和 0.01÷1.56 毫米。

进一步老化 7 周后,现象增加:a) 在预层压整理侧记录到一些小气泡,沿边缘直径为 0.1 毫米,没有 3 个直径约为 1,18÷2,21 的气泡毫米; b) 在后层压整理面新编号。记录了 4 个气泡,其直径为 0.50÷3.48 毫米,边缘深度为 1.11÷1.56 毫米。

在样品 44.2-LA-E/02 中记录到一些小气泡,没有 2 个直径为 1 mm 的气泡很好区分,这是一种分层现象,深度为 1,24÷1,93 mm 和 3,83 mm,沿着预层压整理;沿着后层压整理编号。记录了 2 个直径为 0.5÷1.4 毫米的气泡和类似的分层效果,深度为 0.20÷1.46 毫米,延伸长度为 6.16 毫米。

在样本 44.2-LA-E/03 中,没有。记录了直径为 0.5 毫米的 1 个气泡以及深度为 0.5÷0.75 毫米和延伸为 1.5÷7.00 毫米的有限分层现象(图 6)。缺陷在 21 周后出现,并且仅在层压后整理时显现。

图 6 - 60°C 下 21 周后记录的缺陷:样品 44.2-LA-E/03 中的气泡

图 6 - 60°C 下 21 周后记录的缺陷: 样品 44.2-LA-E/03 中的气泡

高湿度和紫外线照射测试

该试验旨在验证中间层与密封胶在模拟环境条件的边界条件下的相容性。

应用程序是IFT协议中描述的程序。

测试程序为每种类型的 4 个样品提供以下阶段,其中 3 个样品(从 n° 5 到 n° 7)经受老化过程,而样品 n° 8 被假定为见证样品:

  1. 在受控环境(23°C 和 50% UR)下调节 7 天;
  2. 样品检验以验证是否存在气泡或分层等缺陷;
    3.用K型热电偶抽取一些样品,精度为±0.1°C(在30个样品中,抽取3个样品并放置在测试气候室的不同位置);
  3. 样品在恒温箱中保存,温度控制在 58°C,湿度 > 95% 7 周,并在第 7 周结束时检查;
  4. 将样品放置在钢架上进行紫外线照射试验(14 周长),按照 EN ISO 12543-4:2000,每天记录绘制的样品的温度和照射强度。

在图 7 和图 8 中,绘制了高温测试结果与密封胶类型和测试时间的关系图。

缺陷检测(是/否)与密封类型和 PVB 粘合

图 7 - 缺陷检测与密封类型和 PVB 附着力:RU + UV 测试

图 7 - 缺陷检测与密封类型和 PVB 附着力:RU + UV 测试

缺陷检测(是/否)与测试时间和 PVB 附着力

图 8 - 缺陷检测与测试时间和 PVB 附着力:RU + UV 测试

图 8 - 缺陷检测与测试时间和 PVB 附着力:RU + UV 测试

样品在气候室中放置 7 周后没有表现出缺陷。

在采样类型 A 中,在紫外线照射后观察到以下方面:

  • 样品 44.2-HA-A/05:沿预层压整理的一些小气泡,延伸 131.15 毫米,直径约 0.10 毫米;在接下来的 7 周内,一个直径为 1.56 毫米的新气泡沿着预层压整理,一个直径为 1.16 毫米的新气泡沿着层压后整理;
  • 样品 44.2-HA-A/06:经过 14 周的紫外线照射后,沿预层压饰面出现直径为 1.35 毫米的气泡;
  • 样品 44.2-LA-A/05:沿着后层压精加工,气泡的渗透深度为 1.33 毫米,直径为 1.34 毫米,增加到 1.65 毫米;
  • 样品 44.2-LA-A/07:沿预层压精加工,气泡的穿透深度为 0.91 毫米,直径为 1.00 毫米,沿层压后精加工分层,深度为 1.14 ÷1,28 毫米,加长 3,15÷11,83 毫米;7 周后,缺陷的尺寸和延伸程度略有增加。

在采样类型 B 中,在紫外线照射后观察到以下方面:

  • 样品 44.2-HA-B/06:在第一个周期(7 周)期间,沿预层压精加工的一些小气泡延伸 27.11 毫米,直径约为 0.1÷1.35 毫米;在接下来的 7 周辐照期间,没有出现更多的缺陷。
  • 样品 44.2-HA-B/07:沿后层压精加工的分层现象,深度为 2.36 毫米,延伸为 68.36 毫米(图 9);再经过 7 周的紫外线照射后,观察到小缺陷增加(深度达 3.31 毫米,延伸达 69.28 毫米);
  • 样品 44.2-LA-B-06:沿预层压精加工的单个气泡,直径为 1.39 毫米。

图 9:样品 44.2-HA-B/07 中的“分层”,经过 7 周的紫外线照射测试

图 9:样品 44.2-HA-B/07 中的“分层”,经过 7 周的紫外线照射测试

在采样类型 C 中,在紫外线照射后观察到以下方面:

  • 样品 44.2-HA-C/06:沿预层压精加工的一些小气泡,深度为 0.05 毫米,延伸为 28.32÷68.20 毫米;直径的平均值为 0.1 毫米;再延长 7 周后,缺陷增加到 84.46 毫米;
  • 样品 44.2-HA-C/07:沿预层压精加工的分层现象,深度为 1.57÷3.09 毫米,延伸部分为 12.51÷14.71 毫米(图 10);再过 7 周后,延伸量增加到 13,07 毫米,深度增加 1,73÷3,20 毫米。

图 10 - 样品 44.2-HA-C/07 中的气泡,经过 7 周的紫外线照射测试

图 10 -样品 44.2-HA-C/07 中的气泡,经过 7 周的紫外线照射测试

在采样类型 D 中,在紫外线照射后观察到以下方面:

  • 样品 44.2-HA-D/07:沿预层压整理的一些小气泡,深度为 0.5 毫米,延伸为 9.28 毫米;直径的平均值为1毫米;再过 7 周后,沿预层压饰面,缺陷的直径增加了 1.0 毫米,延伸增加了 11.56 毫米;层压后整理在前 7 周后表现出分层现象,延伸 12.40 毫米,深度 1.02 毫米,在接下来的几周后增加(深度 1.75 毫米,延伸 12.42 毫米) ;
  • 样品 44.2-LA-D/06:经过 14 周的紫外线照射后,没有。出现了 3 个直径为 0.68÷1.37 毫米的气泡。
    在采样类型 E 中,在紫外线照射后观察到以下方面:
  • 样品 44.2-HA-E/05:沿层压前和层压后整理的小气泡,平均直径为 1.65 毫米;这些缺陷在进一步经过 7 周的紫外线老化后是稳定的;
  • 样品 44.2-HA-E/06:沿层压前和层压后整理的小气泡,平均直径为 1.6 毫米,并在层压后整理的拐角附近有分层缺陷;再经过 7 周的紫外线老化后,分层增加到 1.39 ÷ 7.37 毫米的深度;
  • 样品 44.2-HA-E/07:沿层压前和层压后整理的小气泡,平均直径为 1.6 毫米;经过 7 周的紫外线老化后,这些缺陷略有增加;
  • 样品 44.2-LA-E/05:平均直径为 0.1 毫米(图 11)的前和后层压饰面的小气泡和深度为 1 的后层压饰面角附近的分层缺陷,50 ÷ 3,61 毫米和 62,5 毫米的扩展(图 12);经过 7 周的紫外线老化后,这些缺陷略有增加;
  • 样品 44.2-LA-E/06:沿预层压饰面的小气泡,平均直径为 0.1 毫米;这些缺陷在进一步经过 7 周的紫外线老化后稳定,但没有。25 个气泡出现在层压后的表面,直径为 0.5 ÷ 0.71 毫米;
  • 样品 44.2-LA-E/07:沿预层压精加工的小气泡,平均直径为 0.1 毫米,没有。2 个直径为 1 毫米的后层压表面的气泡。

图 11 - 样品 44.2-LA-E/05 上的分层,经过 7 周的紫外线照射测试

图 11 - 样品 44.2-LA-E/05 上的分层,经过 7 周的紫外线照射测试

图 12 - 样品 44.2-LA-E/05 上的气泡,经过 7 周的紫外线照射测试

图 12 - 样品 44.2-LA-E/05 上的气泡,经过 7 周的紫外线照射测试

进一步测试以增加出现的缺陷

随后,在下一阶段的研究中,将用于进行高温试验的样品依次进行以下试验:

1) 从 -5°C 到 +80°C 的 24 小时温度循环,斜率为 21.25°C/小时,持续 28 天。

2) 在室温下浸入水中 28 天的测试。

3) 在每个密封面的一半上涂一层醋酸硅树脂,然后在硅树脂成网后进行高温测试(60°C)14 天;然后,对相同的样品,在气候室中进行14天的高湿试验;最后进行了14天的紫外线辐射测试,总共持续了42天。

涉及 1)、2) e 3) 点的测试并未证明存在新缺陷,并且先前测试中记录的缺陷是稳定的。只有一种情况出现了进一步的缺陷:样品 44.2-LAE/03,其中在点 3) 的高湿测试结束时,在未使用醋酸硅树脂的后层压整理过程中出现分层现象(图 13)。

图 13 - 样品 44.2-LA-E/03 中的气泡,经过 2 周高湿度测试,然后在 60°C 下进行 2 周高温测试

图 13 - 样品 44.2-LA-E/03 中的气泡,经过 2 周高湿度测试,然后在 60°C 下进行 2 周高温测试

结论

60°C高温试验21周,检查步骤7周,除E型样品外,其他样品均未出现缺陷,其中硅胶垫片沿夹层玻璃用中性硅胶粘合窗格。

在第 14 周和第 21 周之间的循环期间,沿预层压整理对 5 到 6 个样品记录了气泡 (E);仅在层压后整理过程中的 2 个样品上记录到相同的现象。仅在 1 个样品 (44.2-LA-E-02) 上记录到分层。

高湿度(58°C 和 95% HR 持续 7 周)和随后的紫外线照射(遵循 ISO EN 12543-4 持续 14 周)的组合测试导致缺陷的出现 - 主要是气泡 - 从照射阶段开始所有类型的样品,在预层压完成的情况下,样品数量更多(14 个样品)。在层压后整理(5 个样品)上更频繁地记录到适度的分层现象。缺陷较多的抽样为E型。

在该样品 (E) 中,主要缺陷是气泡的出现,无论边缘修整的类型如何,均具有中等大小;仅在 2 个样品中记录到分层,一个 LA(低附着力)和一个 HA(高附着力)。一般而言,缺陷的出现发生在第 14 周结束时。

对样品进行的额外测试,之前在高温下测试了 21 周,与醋酸硅应用的侧面已经存在或扩展的缺陷相比,没有证明额外缺陷的开始。

E 型边缘光洁度对于气泡和分层等缺陷的发生似乎是相对关键的。然而,缺陷扩展仅限于样品边缘。用硅酮密封胶粘合硅酮垫圈的技术方案可能不是特定环境应用的最佳方案。

在暴露程序之后,从未在测试玻璃中检测到明显而清晰的夹层污染现象,类似于有时在玻璃幕墙的某些应用(图 14)或其他类型的应用中发现的情况。

在我们调查的案例中,由于原位发生了一段时间,因此没有注意到深度污染现象。这取决于材料质量和层压工艺以及使用的老化类型。这意味着当发生污染分层时,可能发生了某些工艺故障或湿度和密封材料在边缘工作。

图 14 - 带有夹层玻璃板的 IGU 缺陷:a) 从玻璃板边缘开始的缺陷; b) 从气泡开始的缺陷

图 14 - 带有夹层玻璃板的 IGU 缺陷: a) 从玻璃板边缘开始的缺陷; b) 从气泡开始的缺陷

参考

[1] Keller U., Mortelmans H., Adhesion in Laminated Safety Glass - What makes it work?, Glass Processing Days, 1999, pp. 353-356.
[2] Wong B.C., Shattering old myths about defect formation in laminated glass, Glass Processing Days, 1997, pp. 464-469.
[3] De Jackome G.E., Moisture induced delaminations in automotive windscreens, Glass Processing Days, 1997, pp. 486-490.
[4] Davis P., Cadwallader R., Delamination Issues with Laminated Glass - Causes and prevention, Glass Processing Days, 2003, pp. 427-430.
[5] Block V., Davis P.S., Enhanced Edge Stability with Structural Glass laminates, Glass Processing Days, 2005, pp. 1-2.

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