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技术文献

中空玻璃的干燥速度

  

引言
    在生产中空玻璃过程中,空气层内含有一定湿度的空气。为防止空气层内结露,必需使潮湿气体干燥,通过间隔条内的干燥剂将水分吸附起来。空气层的干燥过程是:根据水分浓度差运动,空气层内潮湿空气中的水分子首先扩散到间隔条的表面,然后透过间隔条孔隙渗透进间隔条内,最后被分子筛所吸附。
    中空玻璃检测标准规定中空玻璃的初始露点必需达到-400C。一般来说,中空玻璃制作后要放置过夜或24小时以上,才可达到这种完全干燥程度。但有时由于订单任务紧,中空玻璃生产后的几小时内就需要交货,而这时中空玻璃空气层还没有完全干燥。如果这种情况发生在特别寒冷的冬季,则中空玻璃空气层内的潮湿空气由于温差的急剧变化会出现冷凝现象即内结露。内结露的结果可导致中空玻璃内侧面形成永久的水迹。
    从另一个角度看,间隔条灌装完分子筛后,在转到下一道工序之前,一般要放置一段时间。在这段时间内,灌装分子筛的间隔条受水分浓度差的影响,开始吸附生产车间内的环境湿气。因此,灌装后的间隔条在进入下道工序之前,最长可以放置多久,才不会影响制作后的中空玻璃的密封寿命。可见,探讨中空玻璃的干燥速度实际上是一个问题的两个方面。
    本文的目的在于根据一系列的露点实验,解释中空玻璃制造后对其结露行为影响的若干因素,从而找出中空玻璃不形成内冷凝的适当条件。
影响中空玻璃冷凝的因素如下:
   
干燥剂种类如分子筛和硅胶
    槽铝式间隔条的形状(5种形状)
    间隔条分子筛灌装的边数,1边、2边还是4边
    灌装分子筛的间隔条位置(毗邻的2个边还是对面的2个边)
    中空玻璃的尺寸大小,如60X60cm、100X100cm、抑或是200X200cm
    氩气
实验方法
    为了解释上述不同因素对中空玻璃的干燥速度的影响,我们对几组刚制作出来的完全相同的中空玻璃,每隔一段时间对其测试露点(每组中空玻璃含有4到10块中空玻璃)。
    检测初始露点的方法采用欧洲标准EN1279-2,附录A[1]的方法或类似于德国标准DIN52 345 [2]的方法。测试方法的原理是慢慢冷却中空玻璃外片玻璃的中央部分,直到中空玻璃内部出现露点为止。在实践中,测试时将塑料烧杯的底座放在中空玻璃的外片玻璃上,烧杯内放入丙酮或乙醇,然后将一个镜子放到中空玻璃上。然后在烧杯内慢慢加入粉碎的二氧化碳。观察镜子中的玻璃内侧。中空玻璃内侧出现冷凝时的温度即为露点温度。露点温度用来表示中空玻璃内的冷凝温度。露点温度越低表示中空玻璃内的空气或惰性气体越干燥。
干燥速度-实验结果
干燥剂的影响
    用于中空玻璃内的主要干燥剂是3A分子筛。3A分子筛只对水具有很强的吸附能力,对气体如空气、氩气或其它惰性气体不吸附。在中空玻璃内使用惰性气体的目的在于改善隔热和隔音性能,因此使用3A分子筛是很重要的。除了分子筛以外,还可使用硅胶对中空玻璃空气层进行干燥。一般来说,硅胶不单独使用,而是和分子筛混合使用,用来吸附挥发有机物质以避免化学雾的产生。
    在中空玻璃生产后每隔一段时间测量一次中空玻璃的露点温度。中空玻璃内的干燥剂为两类:3A分子筛和硅胶。测试结果如图1表示。


    图1 干燥剂对中空玻璃干燥速度的影响。中空玻璃内为空气、规格为100X100cm,空气层距离为16mm, 间隔条采用双边灌装分子筛,属于缓慢干燥型。
    从图中可见,一直到露点-40ºC为止,使用分子筛和使用硅胶的两类中空玻璃,二者的干燥速度并没有明显的区别。但在较低的露点温度时,与使用分子筛的中空玻璃的干燥速度相比,使用硅胶的中空玻璃的干燥速度较慢。这一试验结果表明在中空玻璃内使用分子筛干燥的速度在低于-40ºC条件下要快于使用硅胶的速度。这是因为,在使用分子筛的情况下,中空玻璃内间隔条的外部和内部存在水分浓度差较大,从而导致水分于间隔条接缝处渗入的速度较快,从而在低温处的干燥速度较快。
    但是,这种在的露点温度处的水分浓度差在大多数情况下是没有实际意义的,即使在寒冷严酷的冬天也是如此。一般来说,除非在极其严酷的寒冷的地区,否则一般不会出现冷凝现象。
    事实:在相关的露点温度范围内,干燥剂的种类在大多数情况下对干燥速度没有任何影响。
间隔条种类的影响
    制作中空玻璃时采用的槽铝式间隔条,按照其表面每延长米的孔的多少和孔径大小来看,可以分成许多种。在干燥过程中,中空玻璃两片玻璃之间的空气层中的水分子运动扩散透过间隔条上的孔进入间隔条内与分子筛接触。干燥速度是每米间隔条上的孔径和数量的函数。描述间隔条的孔径大小极其数量对水气渗透率的影响,可通过下列实验说明。
    将几个实验用间隔条内灌装干燥剂,两端用密封胶封住,然后将其放入一个实验箱内。实验箱内温度250C相对湿度50%。实验结果表明,孔多又大的间隔条的吸附水的速度快,而孔少又小的间隔条中的分子筛吸附水的速度要慢,这一点可用分子筛的重量增加速度快慢表示。间隔条的孔的数量及大小对干燥速度影响可以进行量化,方法是将测试的间隔条从实验箱内每隔一段时间取出称量重量并记录。显然,该实验结果不但对求出中空玻璃的干燥速度有意义,更重要的是可以成为生产质量控制的手段。根据实验数据,可以估算出某种间隔条在灌装分子筛后组装成中空玻璃之前处于的等待时间最长是多少。孔多又大的间隔条如果等待时间长,分子筛吸附环境的水就会大量增加,从而缩短中空玻璃寿命。

图2.  两种不同槽铝式间隔条对分子筛水气渗透率的影响


    图3  干燥速度:间隔条对接缝的形状(孔径大小和数量)对干燥速度的影响。中空玻璃规格为100x100cm,间隔层距离为16mm,慢吸附,双边灌装。
    对不同的间隔条来说,图2表示间隔条中每100克的分子筛所吸附水的量是等待时间的函数。中空玻璃采用两种不同的间隔条。制作后,每隔一段时间测量一下露点温度。图3所表示的是,采用水气渗透率慢的间隔条制作的中空玻璃的干燥速度也慢,而采用水渗透率速度快间隔条制作的中空玻璃,其干燥速度也快。
    结论:为了使中空玻璃的干燥速度快,应使用水气渗透率高的间隔条。但切记,使用水气渗透率高的间隔条灌装分子筛后,下一道工序的等待时间越短越好。
   
灌装分子筛的间隔条的边数对干燥速度的影响


    图4中的三条曲线分别表示灌装分子筛的间隔条边数1边、2边和4边对中空玻璃的干燥速度的影响。对于只有1边间隔条灌装分子筛的中空玻璃来说,中空玻璃空气层内的所有气相水分子只能通过这唯一的间隔条表面扩散,通过上面的孔进入间隔条内。这种情况下,干燥速度较慢。
    图4 干燥速度:间隔条灌装干燥剂的边数对干燥速度的影响。
    中空玻璃规格为100x100cm,间隔层距离为16mm,慢吸附;间隔条内灌装分子筛。从图中可见,灌装分子筛间隔条的边数越多,中空玻璃的干燥速度就越快。间隔条单位面积内的孔越多,与扩散的水气分子接触的孔就越多,与单边灌装分子筛的间隔条相比,干燥速度也就越快。
    结论:为了使中空玻璃取得快的干燥速度,间隔条的四边都应灌装分子筛。
中空玻璃尺寸大小对干燥速度的影响
    中空玻璃越大,空气层内的水分子从玻璃中央扩散到间隔条的距离越长。在其它条件不变的情况下,与小片的中空玻璃相比,大片的中空玻璃的干燥速度较慢。60X60cm、100X100cm和200X200cm三种不同规格的中空玻璃的干燥速度是不同的(参见图5)。

    结论:特别是对大中空玻璃来说,如欲取得快速干燥效果的话,应采用四边灌装分子筛的办法或使用孔多又大吸附速度快的间隔条。
    图6 干燥速度:分子筛灌装位置的影响。中空玻璃样品的规格100X100cm,空气层距离16mm,中空玻璃内充空气,两边灌装,分相邻两边灌装和相对两边灌装分子筛的两种情况。
灌装分子筛的间隔条在中空玻璃内的摆放位置对干燥速度的影响
    如果中空玻璃内的间隔条不是四边全灌装分子筛的话,就有一个摆放位置问题。如两边灌装分子筛,就会遇到是相邻摆放还是相对摆放两种选择。实验结果显示,这两种摆放对正方形的中空玻璃的干燥速度是没有任何影响的(见图6)。但是,对非正方形的中空玻璃来说,间隔条的长度不同,两者位置对干燥速度是有影响的。这里,灌装分子筛的间隔条的孔越多、空气层内水分子扩散到灌装分子筛的间隔条的距离越短,干燥速度就越快。
充惰性气体对干燥速度的影响
    制作中空玻璃时,如充入惰性气体如氩气或混合惰性气体(氩气和SF6),则两片玻璃内的密封腔内的气体水份会大大减少,这是因为这些惰性气体时非常干燥的。因此,与内含空气的中空玻璃相比,充惰性气体的中空玻璃的初始露点温度,当惰性气体的浓度很高时,是较低的。充氩气的中空玻璃与含空气的中空玻璃之间的露点比较结果由图7给出。


    结论:通过充氩气或其它惰性气体,中空玻璃的干燥速度可以大大缩短。
    图7. 干燥速度:中空玻璃空气层内不同气体的影响。中空玻璃规格100X100cm,空气层距离16mm。 间隔条双边灌装分子筛;充氩气的中空玻璃干燥速度显示非常快,而内含空气的中空玻璃的吸附速度则慢。
结论
    总之,探讨中空玻璃的空气层的干燥速度,不仅可以帮助我们找出避免中空玻璃出现内冷凝的方法,而且有助于确定影响灌装分子筛后的间隔条的水气摄取因素,从而延长中空玻璃的密封寿命。概括地说,
1、 对充空气的中空玻璃来说,如果要求干燥速度快的话,可采用下述方法:
    使用孔多又大的间隔条(但应注意等待合片的时间要短);
    间隔条的四边灌装分子筛
     这些措施对大中空玻璃来说有为重要。
2、对充惰性气体的中空玻璃来说,
    充惰性气体如氩气的中空玻璃制作后,立刻显示露点温度低。这时的露点温度甚至可以低到在非常寒冷的冬天可以立刻运输的程度,而不出现冷凝现象。
3、连续弯管间隔条灌装分子筛后在存放期间,进入间隔条内的水分较之进入四边插角间隔条的要少。但是如果在插角处涂抹丁基胶的话,则通过硅胶处进入的水分可以彻底消除。
4、孔径大又多的间隔条属于干燥速度快的类型,如果灌装的分子筛量不多的话,灌装分子筛后存放期间,其吸附水的能力很快就丧失掉。因此,这类间隔条灌装分子筛后,不易存放。
    灌装干燥剂的间隔条的对水的吸附能力,从而影响其存放时间与环境温度和湿度有关。间隔条对水分子的吸附速度与环境温度和湿度成正比,与存放时间成反比。