离子性中间膜夹层玻璃.doc
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1、 离子性中间膜夹层玻璃 赵西安 ( 中国建筑科学研究院 北京 100013)一、 常规的PVB 夹层玻璃目前,玻璃幕墙夹层玻璃广泛采用的中间膜是聚乙烯醇缩丁醛,简称 PVB 。PVB使用已经有多年历史,也为幕墙行业普遍熟悉。但是,这种夹胶膜最初是为汽车玻璃而开发的,所以它的性能主要是为了满足汽车玻璃的以下要求:1 能可靠地粘结玻璃,减少碎玻璃的飞散,最大限度保护驾驶员和乘客的安全。2 能防止石块和其他小物件击穿玻璃进入车内。3 有一定的柔软性,防止驾驶员头部激烈撞击挡风玻璃,并防止车内人员飞出车外。4 满足汽车的使用功能,符合光学、降噪、阻隔紫外线等要求。 由于PVB夹胶膜主要不是针对建筑幕墙
2、开发的,所以它富于弹性,比较柔软,剪切模量小,两块玻璃间受力后会有显著的相对滑移,承载力较小,弯曲变形较大。PVB夹层玻璃可以用于一般玻璃幕墙,不适宜用于有高性能要求的玻璃幕墙。 同时,PVB夹层玻璃的外露边容易受潮开胶,PVB胶膜夹层玻璃使用时间长以后容易发黄变色,这些都是应该加以注意的。 理想的建筑幕墙用夹层玻璃中间膜应能满足以下要求:1 对玻璃有较高的粘结能力,有较强的抗撕裂强度,能防止玻璃破碎时飞散。2 有较强的防护能力,可以防止自然力和人力的破坏。对强风、地震、暴力、盗窃等有足够的抵抗力。3 能承受室内人员的突然撞击,防止玻璃飞散或整体脱出,避免室内人员飞出坠落。4 有足够的剩余承载
3、力,玻璃破碎后再发生弯曲变形时不会整块脱落。5 中间膜有大的剪切模量,使两块玻璃尽可能整截面受弯工作,从而提高玻璃的承载力和弯曲刚度,减小玻璃的厚度,减轻玻璃的自重。6 无色透明,能耐受紫外线、水汽和外界气候变化影响,长时期使用不泛黄变色。 目前采用的PVB夹胶膜还不能完全满足上述要求。有必要开发更高性能的幕墙夹层玻璃专用中间膜,以适应超高层建筑幕墙、大跨度采光顶、超大尺寸夹层玻璃、全玻璃结构等对夹层玻璃的高标准要求。二、 离子性中间膜的特性 现在,能满足建筑幕墙夹层玻璃上述性能要求的夹胶膜 离子性中间膜已经由美国杜邦公司开发出来,并批量生产,商品名称为 SGP 。这种夹胶膜具有许多优良的性能
4、。(一) 具有高的强度和剪切模量,力学性能优异SGP 的剪切模量是 PVB 的50倍以上,撕裂强度比 PVB 高 5 倍。SGP 夹胶后,玻璃受力时两片玻璃之间的胶层基本上不会产生滑动,两片玻璃如同一片等厚度的单片玻璃整体工作。这样一来,承载力就是等厚度的 PVB 夹层玻璃承载力的2倍;同时,在相等荷载、相等厚度的情况下,SGP夹层玻璃的弯曲挠度只有 PVB 夹层玻璃的 1 / 4(图1)。 SGP夹层玻璃整截面工作 PVB夹层玻璃中间膜滑动 图1 SGP夹层玻璃承载力是PVB夹层玻璃的两倍,挠度只有PVB夹层玻璃的1 / 4 由于承载力提高,挠度减小,玻璃厚度会相应减小。有可能减少玻璃的用量
5、约40% ,相应也减轻了幕墙的自重。不仅有利于主体结构设计,而且节材就是节能,因为生产每一标准箱浮法玻璃要消耗标准煤16Kg,耗电7.5 度。如果加上钢化、均质化处理等,耗能就更多了。(二) 具有良好的边部稳定性,可外露使用而无须封边边部稳定性指夹层玻璃边部外露于大气条件下的耐久性。PVB夹胶不耐潮湿,水汽作用下容易开胶、分离,要求外露边缘进行封边处理。而SGP胶膜有良好的边部稳定性,对水分不敏感,在外露条件下使用也不会开胶、分离,可以开边使用,不必封边(图2)。所以SGP夹层玻璃可以很方便地用于拦板、雨棚、外挑装饰玻璃翅、玻璃遮阳板等外露边缘的构件而无须采取专门的封边措施(图3)。 图2 S
6、GP 夹层玻璃可以不加封边就在室外使用 图3 不加封边的SGP 夹层玻璃拦板(三) 玻璃破损后留有充分的剩余承载力,不会整块坠落 普通PVB夹层玻璃,尤其是钢化夹层玻璃,玻璃一旦破碎就会产生很大的弯曲变形,有整块脱落的危险(图4)。当玻璃水平安装在采光顶上时风险更大,北京香山植物园就曾发生过玻璃整块落下的意外事故。 SGP 间膜夹层玻璃整体性好,SGP夹胶膜的撕裂强度是PVB夹胶膜的5倍,即使玻璃万一破碎,SGP膜还可以粘结碎玻璃形成破坏后的一个临时结构,其弯曲变形小,还可以承受一定量的荷载而不会整片下坠。这就大大提高了玻璃的安全性(图5、图6)。 图4 PVB夹层玻璃,即使竖向安装,四边支承
7、, 图5 即使是竖向悬臂安装,SGP 夹层玻璃拦板破碎后 破碎后还是大弯曲变形,最终脱出 仍保持平面,显示还保持一定的承载力 图6 SGP夹层玻璃即使破碎,也还有足够的剩余承载力(四) 无色透明,不易变色,通透性极佳 SGP 夹胶膜本身无色透亮,而且耐候性好,不容易泛黄。SGP 膜的泛黄系数小于1.5,而PVB膜的泛黄系数为 612。因此SGP夹层玻璃能更好地满足建筑师的建筑艺术要求。 如果采用超白玻璃(低铁玻璃)、SGP中间膜夹胶,那超白夹层玻璃晶莹剔透的光学效果将是绝对顶级的(图7)。材料 图7 钻石表面精磨 19 mm超白玻璃,SGP夹胶膜夹层装饰玻璃晶莹闪亮 三、 离子性中间膜夹层玻璃
8、的试验研究 受美国杜邦公司的委托,中国建筑科学研究院于20062007年期间进行了SGP 夹层玻璃性能的研究。试验得到了SGP中间膜和PVB中间膜自身的物理力学性能以及对比了SGP夹层玻璃、等厚PVB夹层玻璃和等厚单片玻璃受力性能。 玻璃受弯试件分四边支承和两边简支两种形式(图8、图9)。 图8 四边支承玻璃试验 图9 对边简支玻璃试验 不同厚度夹层玻璃和等厚单片玻璃的对比试验表明,SGP夹层玻璃的应力和挠度与同厚度的单片玻璃基本相同;而PVB夹层玻璃由于中间层显著的滑移,应力与挠度要大得多。因而可以认为:SGP夹层玻璃作为等厚度单片玻璃整体工作;PVB夹层玻璃接近于两片单独的玻璃叠加(图10
9、、图11)。 图10 最大主应力随荷载的变化 图11 跨中挠度随荷载的变化 (方点为10mm单片玻璃;三角形为SGP 夹层玻璃;圆点为PVB夹层玻璃;夹层玻璃均为 5mm+0.76+5mm) 试验还表明,SGP 夹层玻璃破碎后,挠度并没有显著加大,仍保留相当大的剩余承载力,能保证幕墙的结构安全(图12)。 进行了30天长期荷载试验,PVB夹层玻璃长期荷载下的弯曲变形显著增大,而SGP夹层玻璃如同单片玻璃一样,长期挠度增长很小(图13)。 图12 对边简支SGP夹层玻璃破碎后还有足够剩余承载力 图13 荷载30天后的挠度,自左至右:单片玻璃;PVB夹层玻璃;SGP夹层玻璃 进行了温度升高条件下的
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