建筑玻璃现阶段发展趋势及应用分析

来源:建筑门窗配套件委员会专家组专家、美国创奇公司技术代表　作者:刘军　日期:2007-4-18 　页面功能【字体：大中小】【打印】【投稿】【评论】

内容摘要：随着建筑多元化的发展，建筑玻璃的已经成为建筑多样化和建筑功能化的关键组成部分，尤其是最近几年，建筑用深加工玻璃的品种、数量也得到了很大的发展，产品质量有了很大的提高。但是一些建筑使用的深加工玻璃出现了如钢化玻璃自爆、中空玻璃漏气等多种问题，造成很大的损失。本文重点针对一些建筑使用玻璃出现的问题进行探讨分析，以期为玻璃深加工行业和建筑部门提供一些借鉴。

　　一) 世界建筑的发展对玻璃的要求变化

　　从20世纪60年代，随着第一个玻璃幕墙出现开始，建筑幕墙一直占据着建筑市场的主导位置并引领着建筑行业技术的发展。

　　到目前，建筑对玻璃的要求经过了从白玻、本体着色玻璃、热反射镀膜到低辐射镀膜玻璃的变化。玻璃的颜色也由无色、茶色、金黄色到兰色、绿色并最后向通透方向的发展　变化。随着现代建筑设计理念向人性化、亲近自然以及世界各国对能源危机的忧患意识提高，对建筑节能的重视程度也越来越高，对玻璃的要求也逐步向功能性、通透性进行转变。全世界建筑行业对玻璃的要求有向高通透、低反射或者减反射的方向转变的趋势。

　　二) 建筑玻璃的主要应用品种及特点

　　1、钢化玻璃

　　它是利用加热到一定温度后迅速冷却的方法，或是化学方法进行特殊处理的玻璃。一般是在原来普通的浮法玻璃基础上，经过将玻璃加热到软化点温度再经过淬火处理，使玻璃内部中心部位具有张应力而玻璃表面部位具有压应力并达到均匀应力平衡的玻璃产品。钢化玻璃的品种包括化学钢化也称离子钢化和物理钢化两种；

　　化学钢化玻璃的特点是由于采用颗粒较大的离子如钾离子置换玻璃表面的钠离子，在约400度的温度下经过一定的工艺制作完成；化学钢化玻璃可以切割、热弯等，但经过高温加工后的玻璃强度会受影响；化学钢化玻璃的初始强度可以达到原片的6-7倍，但是随着使用时间加长，性能会衰减；由于离子置换的特殊性，多数使用在超薄的玻璃上。
物理钢化玻璃的特点是强度高，一般强度可以达到普通平板玻璃的4倍左右；安全—钢化玻璃破碎后立即分裂成没有尖角产生的小颗粒；缺点是存在自暴的可能；

　　物理钢化玻璃也同样存在着两个品种即全钢化玻璃及热增强玻璃之分，热增强玻璃不存在自暴现象，但是强度仅仅是普通玻璃的两倍左右，多数应用在高层建筑，提高抗风压性能；热增强玻璃不属于安全玻璃。

　　2、夹层玻璃

　　夹层玻璃是由一层玻璃与一层或多层玻璃、塑料材料夹中间层而成的玻璃制品，中间层是介于玻璃之间或玻璃与塑料材料之间起粘结和隔离作用的材料，使夹层玻璃具有抗冲击、阳光控制、隔音等性能；

　　夹层玻璃的特点是安全—即使破碎，也不会对人造成伤害，如汽车风挡玻璃；阻挡紫外线，减少物体退色。PVB胶片可以减少达到99%以上的紫外线；缺点是降低采光性能、玻璃自重增加。

　　3、镀膜玻璃

　　镀膜玻璃俗称热反射玻璃，包括阳光控制镀膜玻璃和低辐射镀膜玻璃（Low-E）玻璃两个品种。镀膜形成的原理是在原片玻璃表面镀上金属或者金属氧化物/氮化物膜，使玻璃的遮蔽系数降低。又称低辐射玻璃、“Low-E”玻璃（low emissivity coated glass），是一种对波长范围4.5μm-25 μm的远红外线有较高反射比的镀膜玻璃。低辐射镀膜玻璃还可以复合阳光控制功能，称为阳光控制低辐射玻璃。

　　镀膜玻璃主要有两个系列的品种，一种是在线镀膜玻璃，也称气相蒸发镀膜玻璃；一种是离线镀膜玻璃，也称磁控溅射镀膜玻璃。在线汽相蒸发镀膜玻璃的特点是持久的/损伤阻抗，无制作程序限制；可以钢化、切割、热弯处理及其他二次加工；没有去边和密封相容性的问题；

　　磁控溅射镀膜玻璃的特点是产品性能及使用范围广泛；溅射程序要求员工具有好的操作习惯；二次加工过程中需要删除边部；合成中空玻璃时采用的密封剂必须与膜层相容；可以采用已经钢化的玻璃加工制成钢化镀膜玻璃，多数不能直接用于钢化；多数不能异地加工，而必须在镀膜玻璃生产完成后尽快加工合成中空玻璃使用。

　　4、中空玻璃

　　中空玻璃是由两片或多片玻璃以有效支撑均匀隔开并周边粘结密封，使玻璃层间形成有干燥气体空间的制品。目前市场上大部分的中空玻璃全部为胶封中空玻璃，而胶封中空玻璃又分为传统铝条及暖边密封方式。Swiggle暖边中空玻璃在世界上第一个提出暖边概念并一直引领着世界暖边中空玻璃的发展方向。

　　要满足不同的建筑性能需求，必须采用多品种组合的复合玻璃产品，如着色中空玻璃、着色夹层玻璃、镀膜中空玻璃、彩釉中空玻璃、彩釉夹层玻璃、镀膜夹层中空玻璃等等。由于中国地域辽阔，南北气候特征差异悬殊，因此对建筑玻璃性能指标的要求不尽相同；此外不同功能用途的建筑物对玻璃的节能性、隔声性及采光的要求也有所差异。因此，设计师或使用者在选择玻璃时必然面临这样的问题：什么样的玻璃、怎样的复合玻璃结构能满足建筑物的性能要求？不同地区甚至建筑物的不同部位是否应选择同样的玻璃？而对于玻璃深加工企业来说，设计师的设计结构配置是否合理？要求企业制作的产品是否能够达到设计要求？如何避免产品出现质量问题？将是十分关键的问题。本文拟就一些建筑应用玻璃出现的问题做一些技术剖析，希望能够从另外的角度给设计师、使用者和加工企业提供一些基础素材。

　　三) 建筑用玻璃容易出现的问题及解决办法>

　　1、NiS导致钢化玻璃的自爆问题

　　硫化镍引起热增强以及钢化安全玻璃自爆的问题，在最近的几年在我国许多幕墙工程上十分普遍，也给很多企业造成极大的损失，虽然业内人士尝试使用多种测量方法解决这个问题，但是由于一直没有完全成功，仍然在建筑幕墙以及许多现代建筑上遗留了非常实际的问题。本文重点探讨NiS引起钢化玻璃自爆的机理。

　　概述：

　　由于浮法玻璃制作工艺的原因，玻璃内部可能包含硫化镍杂质，这些杂质以小水晶状态存在，在一般情况下，不会造成玻璃破损，但是在玻璃熔化以及钢化处理过程中，经过稳态390℃的温度条件，改变了α态-硫化镍NiS的组成。在这个过程中，由于玻璃冷却速度快，导致NiS没有转换所需要的时间，因而被冰冻在玻璃成分内，硫化镍NiS没有转换本身的相态。β态-硫化镍NiS的体积较α态-硫化镍NiS的体积高2.2%到4%，从α态-硫化镍NiS到β态-硫化镍NiS转换可以导致玻璃内部产生诱导应力、压力导致在包含物周围产生半圆的裂纹，这些变化在尺寸达到临界之前一直是稳定的，最终取决于玻璃内部包含物周围环境压力状况。

　　在室温条件下，α态-硫化镍NiS到β态-硫化镍NiS转换是缓慢的，需要很长时间。当Nis的体积增长超过钢化玻璃可以接受的临界状态时，自爆就会发生。NiS具有典型的熟化周期，最长的可以达到4-5年的时间，主要引起的原因是玻璃与硫化镍NiS的热膨胀系数不同造成的。

　　欧洲标准(prEN14179-1)已经提议采用热浸程序克服钢化玻璃自爆的问题，这是破坏性实验，经过2个小时在290±10℃的温度下，消除硫化镍包含物对玻璃的挤压。

　　自爆起始点：

　　硫化镍导致钢化玻璃自爆引发点典型的是出现在玻璃中心部位，形状类似“蝶形”，两个翅膀组成的形状类似五边形或者六边形，见图1。对玻璃石头做微量分析显示，在玻璃断面中心位置经常发现镍和硫磺附加在非常小的金属如铁以及铜上，显微镜显示，硫镍矿NiS是主要成分。从另一方面看，“蝶形”的出现并不一定能够证明是硫化镍NiS出现造成，也有其他材料能够导致钢化玻璃出现相同的现象，因为玻璃内部储存了太高的能量。
硫化镍石头大多数具有球形组成，有时，他们也有一些椭圆形状，这就显示，在玻璃熔化过程中，他们一定被熔化而且没有与玻璃融合。因此，象油在水中一样，他们形成小滴游离在玻璃溶液中。另一方面，石头表面是粗糙的，显示在玻璃冷却过程中发生了结晶化：从高温到低温过程中出现同素相态转换。

　　同素相态转换、热膨胀、化学合成等，这个同素相态转换是导致钢化玻璃自爆的真正原因，NiS包含物遭受相态转换，导致结晶体膨胀。虽然也存在其他相态的硫化镍（如Ni7S6、Ni3S4或者Ni3S2），但是他们与钢化玻璃自爆没有关系，真正导致钢化玻璃自爆的仅仅是NiS。

　　NiS硫化镍化合物的热膨胀系数大约为14×10-6（平均在20-300℃）和16×10-6（大约在350-500℃高温），这些数值较玻璃的热膨胀系数（在相同温度范围内为9×10-6）高。另外，α态-硫化镍NiS理论上可以包括更多的硫（NiSx 1≤x<1.08），实际上，经常发现在α态-NiS中有铁的痕迹。这些Ni(Fez)Sx是具有与他们本身特性不同的地方（如同素相态转换以及从α态-硫化镍NiS到β态-硫化镍NiS转换的速度）。

　　NiS包含物的粒子尺寸变化大约在0.05mm到0.6mm之间，平均在0.2mm（见图1），所有的能够导致自爆的NiS包含物都在钢化玻璃的内部，在玻璃厚度方向25%-75%的范围之间（即玻璃的张力区）（见图2）。

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