中空玻璃是用兩片或兩片以上玻璃，中間用帶有干燥劑的間隔框隔開，周邊采用密封膠密封而制成的玻璃制品。中空玻璃因其具有隔熱、隔音、防結霜、防結露等優良性能，已被廣泛用于建筑、制冷等領域。2011年我國中空玻璃的產量達4087.37萬平方米，同比增長13.51%。對于如此巨大的中空玻璃市場，質量問題至關重要。目前我國中空玻璃存在的主要問題是壽命短、質量沒有保證，主要表現是使用一段時間后中空玻璃內部出現結露或結霜，甚至產生中空玻璃進水現象，中空玻璃隔熱保溫等功效完全喪失。這種問題產生的主要原因是密封膠失效。導致中空玻璃密封膠失效的原因是多方面的，如密封膠的選擇及其性能、施工工藝等。本文針對影響中空玻璃密封膠失效的各種因素進行了系統地分析研究，提出預防措施。
1.中空玻璃失效現象
近年來，中空玻璃出現了一系列嚴重的質量問題，其中包括：(1)中空玻璃內表面結露或結霜以及漏氣、漏水現象；(2)中空玻璃腔體內出現丁基膠流淌現象；(3)鍍膜中空玻璃腔體出現彩虹現象或膜層受到腐蝕、氧化等現象；(4)二道密封膠固化后產生氣泡，或者使用一段時間產生脆化、開裂現象。
2.原因分析
經過對近幾年來諸多中空玻璃失效案例的分析調研，主要原因可歸納為以下幾類。
2.1密封膠選擇不當
密封膠一般為高分子聚合物，通常用于中空玻璃的密封膠有聚硫密封膠、硅酮密封膠、丁基密封膠和聚氨酯密封膠等。對于這些高分子材料，其兩側存在逸度差(壓差或濃度差)，在逸度較高的一側，氣體分子(空氣和水)能夠進入固體聚合物中，移動并穿過聚合物鏈陣從逸度較低的一側釋放出來。影響水蒸氣擴散的因素主要是聚合物的氣體滲透系數、膠層厚度和空氣層內外的水汽壓差[5]。
水份擴散遵循關系式：J=P/L×ΔP (1)
式中：J-擴散速度，指單位時間、單位面積上氣體通過一定厚度的聚合物的擴散量；P-聚合物氣體滲透系數；L-聚合物的厚度；ΔP-聚合物兩側的氣體分壓差。
由上述關系式可以看出，在膠層厚度與環境條件同樣的情況下，密封膠材料的氣體滲透系數越小，其氣密性越好，越不易導致中空玻璃密封失效現象的發生。在中空玻璃的制作過程中如果選用了氣體滲透系數較大的密封膠，則易出現密封性不良，中空玻璃露點上升，結露或結霜甚至進水等現象[6]（圖1.a、圖1.b）。
2.2硅酮密封膠中摻入低沸點物質（如白油等）
硅酮密封膠生產都是以端羥基聚硅氧烷為基料，以二甲基硅油為增塑劑，產品質量穩定。隨著市場競爭的日益激烈，一些企業為降低成本在硅酮密封膠產品中摻入低沸點物質（如白油）代替二甲基硅油，使產品耐久性大大降低。
白油是石油潤滑油餾分高壓加氫精制而成的無色、無味白色油狀長鏈烷烴，常用于紡織潤滑劑和冷卻劑，微量使用可以改善橡膠制品的表面光澤。白油基本組成為飽和烴結構，主要成分為C16～C31的正異構烷烴類的混合物，分子量較小（250～450），沸點低，易揮發。白油的分子鏈以C-C鍵為主，不能溶解以Si-O化學鍵為主鏈結構的硅酮密封膠，只能在卷曲的大分子鏈間留存，但隨著大分子的交聯固化鏈間距離壓縮，尤其是在環境溫度較高的情況下，白油必將揮發、滲出，隨著時間的推移硅酮膠將逐漸硬化、收縮，甚至開裂(圖2.b)，從而導致粘結失效。而中空玻璃所采用的第一道密封膠丁基膠中主要成分是聚異丁烯，其分子鏈以C-C鍵為主，與白油類似，二者之間的極性相近。根據相似相溶原理，丁基密封膠遇到白油時，就會被其溶脹、溶解，從而產生中空玻璃流淌現象（圖1.c）。當白油進入鍍膜中空玻璃時，玻璃就會出現彩虹現象（圖1.d），膜層被腐蝕從而導致鍍膜玻璃失效。
2.3密封膠施工工藝不當
中空玻璃密封膠施工過程中，如不按照正確的施工工藝執行，就會導致中空玻璃漏氣、漏水等問題的發生。密封膠施工工藝不當主要有以下四個方面：
（1）基材粘結面清潔度不夠。密封膠固化后因基材表面清潔度不夠造成粘結強度低，粘結性能較差，氣密性受到影響。
（2）密封膠混膠比例不當或混膠不均勻。雙組分密封膠的A、B組分混合比例不當，混合不夠充分，會導致打出的膠固化不均勻，部分粘結性能不好。此外如果在混膠過程中混入氣泡，在擠出過程中易造成斷膠現象，影響其粘結性能。
（3）清洗打膠設備的溶劑沒有揮發干凈。打膠設備一般采用溶劑進行清洗，清洗打膠設備的溶劑如果未揮發完全，打膠時附著在密封膠的表面，就會在密封膠與基材粘結表面形成氣孔，導致密封膠與玻璃粘結不良。
（4）施工和養護條件不符合工藝要求。
以硅酮密封膠為例，施工溫度范圍一般在5～40℃（具體情況參照密封膠供應商的要求），施工溫度過高或過低均會影響密封膠的性能。溫度過高時施工可能造成硅酮密封膠的固化反應速度過快，產生的小分子物質來不及遷移出膠體表面而在膠體內部聚集形成氣泡(圖2.a)，從而破壞膠縫的美觀和性能。溫度過低，硅酮密封膠的固化速度會特別慢，固化過程會顯著延長。溫度低于4℃時，基材的表面容易結露或結冰、結霜等，為粘結安全性帶來很大隱患。做成中空玻璃后，如果養護時間太短，密封膠還沒有完全固化就直接接觸陽光暴曬，則會出現密封膠外觀顏色變化或起泡現象。
3.預防措施
3.1選擇合適的密封膠
選擇氣體滲透率低的中空玻璃密封膠是減少氣體擴散速度的有效措施之一。表1是幾種常用的中空玻璃密封膠按照EN1279《中空玻璃》標準進行的氣密性試驗的結果，其中丁基橡膠的氣體滲透率和水蒸汽滲透率最小，這是因為丁基橡膠為長線性緊密卷曲且易轉動的分子鏈結構，且其分子鏈中側甲基排列十分密集，限制了聚合物分子的熱運動，有效地降低了氣體的滲透，從而賦予了丁基膠優異的氣密性，所以目前雙道密封中空玻璃均采用丁基橡膠作為第一道密封層[7～8]。
相比較其它密封膠，硅酮密封膠的氣密性最差，但是硅酮密封膠具有優越的耐紫外光輻射、耐水等耐老化性能，長期使用后性能保持效果非常良好[9～10]。聚硫密封膠具有較低的水蒸汽透過率，對玻璃具有良好的粘結性能，同時又具有優異的耐油、耐溶劑性能，綜合性能優異，性價比較高，是最早用于中空玻璃行業的密封膠。近年來，對中空玻璃外道密封膠的研究相當多，從實際使用情況來看，對于建筑門窗、明框玻璃幕墻、空調機車、冰箱冰柜等中空玻璃應選用丁基/聚硫密封體系(即丁基膠做第一道密封膠，聚硫密封膠作為第二道密封)；而對于隱框或半隱框玻璃幕墻，需要承擔結構強度，則應選擇丁基/硅酮密封體系[11]。
3.2杜絕使用摻白油的硅酮密封膠
相對于不含白油的密封膠，含有白油的密封膠具有獨特的熱重及紅外分析圖譜，見圖3、圖4。
圖3中2#曲線是摻白油的密封膠（白油含量10%）的熱失重曲線，在160℃開始失重，這是因為白油為低沸點物質，閃點僅160～230℃；而不含白油的硅酮密封膠的熱失重曲線（1#）顯示失重起點為400℃左右。通過這種對比分析可以明顯地判斷出硅酮密封膠中是否摻有白油。
圖4為硅酮結構密封膠的紅外光譜圖，31500px-1處為Si-CH3吸收峰，1130～25000px-1處為Si-O-Si的伸縮振動吸收峰，74000px-1為CH3的C-H非對稱伸縮振動峰，以上特征峰在1#和2#中均有出現；而2#圖譜中在34500px-1出現CH3的C-H對稱彎曲振動，1470cm-1為CH2的彎曲振動吸收峰，以及在2860cm-1處出現CH2的C-H非對稱伸縮振動。因此，可以定性判斷2#密封膠中存在白油。
綜合以上分析可以看出，利用熱重分析和紅外光譜分析可以有效地判斷硅酮密封膠中是否摻有白油，可以以此為依據，杜絕使用摻有白油的硅酮密封膠。
3.3嚴格控制施工工藝
（1）基材表面的清潔及溶劑的選擇
材料表面是密封粘結的關鍵之處，無論何種材料表面，在現場施工時均易粘染不潔凈的物質，如油污、灰塵、脫模劑、水氣或保護膠帶膜去除后殘存的物質等。這些材料在施打密封膠前都應用溶劑進行清洗干凈，但并不是每種溶劑都可以有效地清除任何污染物，有些溶劑的使用可能會嚴重地損壞某種材料的表面，所以溶劑的正確選擇是粘結材料表面清潔要求的一個關鍵環節。
溶劑的選擇因污染物的不同而異。非油性的灰塵和污垢，用50%的異丙醇（IPA）加50%的去離子水或75%的酒精就可清除干凈。油性的污垢和薄膜，需用脫脂溶劑如丁酮（MEK）、二甲苯來清潔。
清洗溶劑也可以根據不同的季節進行選擇。其中IPA和MEK可溶解在水中，所以非常適合在冬天使用，它能有效去除基材表面的冷凝水及結霜。甲苯和二甲苯不能溶于水，故較適合于夏天使用。
（2）施工及養護條件
中空玻璃密封膠應在規定的溫濕度條件（參照密封膠供應商的要求）下進行施工和養護，防止發生施工及養護溫度過高或過低而導致密封膠性能受到影響的現象。
（3）打膠工藝
密封膠的打膠工藝是制作中空玻璃的重要環節，它決定著中空玻璃制品的綜合質量。第一道密封膠丁基膠涂膠須均勻，涂膠截面要一致，應仔細檢查中間有無斷線、氣泡以及影響美觀的雜質，四角丁基膠條應互相接觸壓合，必要時應重新涂敷或補膠，不要存在漏氣的隱患。第二道密封膠一般為雙組分聚硫或硅酮密封膠，涂膠時還應滿足以下要求：A、B組分應嚴格按照生產廠商提供的混合比例配比，兩組分應充分混合均勻（通過“蝴蝶試驗”進行測試），打膠量準確，無欠膠和多膠現象。打膠時盡量勻速的沿一個方向打膠，防止產生氣泡，打膠完畢后刮去玻璃表面殘余涂膠時要與第一道密封膠緊密接觸，不應留有空隙。
（4）膠層厚度
從2.1中式(1)可以看出，氣體通過聚合物的擴散量與膠層厚度成反比，膠層越厚其擴散量越少，所以GB/T 11944-2002標準中規定[12]：單道密封膠層厚度為10mm±2mm，雙道密封外層密封膠層厚度為5mm～7mm。可見膠層厚度的大小也是中空玻璃密封性能好壞的關鍵因素，在生產時一定要保證膠層具有適當的厚度且厚度均勻。
4.結論
綜上所述，中空玻璃密封膠失效的原因是多方面的，主要有原材料的選擇、密封膠的選用、施工工藝等。在實際的應用過程中，應選用合適的密封膠及質量有保證的密封膠，杜絕使用摻白油的硅酮密封膠，嚴格控制施工工藝等措施預防密封膠失效現象的發生，延長中空玻璃的有效使用壽命。
