中空玻璃的干燥速度

引言
    在生產(chǎn)中空玻璃過(guò)程中，空氣層內含有一定濕度的空氣。為防止空氣層內結露，必需使潮濕氣體干燥，通過(guò)間隔條內的干燥劑將水分吸附起來(lái)�？諝鈱拥母稍镞^(guò)程是：根據水分濃度差運動(dòng),空氣層內潮濕空氣中的水分子首先擴散到間隔條的表面，然后透過(guò)間隔條孔隙滲透進(jìn)間隔條內，較后被分子篩所吸附。
    中空玻璃檢驗標準規定中空玻璃的初始露點(diǎn)必需達到－40⁰C。一般來(lái)說(shuō)，中空玻璃制作后要放置過(guò)夜或24小時(shí)以上，才可達到這種完全干燥程度。但有時(shí)由于訂單任務(wù)緊，中空玻璃生產(chǎn)后的幾小時(shí)內就需要交貨，而這時(shí)中空玻璃空氣層還沒(méi)有完全干燥。如果這種情況發(fā)生在特別寒冷的冬季，則中空玻璃空氣層內的潮濕空氣由于溫差的急劇變化會(huì )出現冷凝現象即內結露。內結露的結果可導致中空玻璃內側面形成較久的水跡。
    從另一個(gè)角度看，間隔條灌裝完分子篩后，在轉到下一道工序之前，一般要放置一段時(shí)間。在這段時(shí)間內，灌裝分子篩的間隔條受水分濃度差的影響，開(kāi)始吸附生產(chǎn)車(chē)間內的環(huán)境濕氣。因此，灌裝后的間隔條在進(jìn)入下道工序之前，較長(cháng)可以放置多久，才不會(huì )影響制作后的中空玻璃的密封壽命�？梢�(jiàn)，探討中空玻璃的干燥速度實(shí)際上是一個(gè)問(wèn)題的兩個(gè)方面。
    本文的目的在于根據一系列的露點(diǎn)實(shí)驗，解釋中空玻璃制造后對其結露行為影響的若干因素，從而找出中空玻璃不形成內冷凝的適當條件。
影響中空玻璃冷凝的因素如下：
    干燥劑種類(lèi)如分子篩和硅膠
    槽鋁式間隔條的形狀（5種形狀）
    間隔條分子篩灌裝的邊數，1邊、2邊還是4邊
    灌裝分子篩的間隔條位置（毗鄰的2個(gè)邊還是對面的2個(gè)邊）
    中空玻璃的尺寸大小，如60X60cm、100X100cm、抑或是200X200cm
    氬氣
實(shí)驗方法
    為了解釋上述不同因素對中空玻璃的干燥速度的影響，我們對幾組剛制作出來(lái)的完全相同的中空玻璃，每隔一段時(shí)間對其測試露點(diǎn)（每組中空玻璃含有4到10塊中空玻璃）。
    檢驗初始露點(diǎn)的方法采用歐洲標準EN1279-2,附錄A[1]的方法或類(lèi)似于德國標準DIN52 345 [2]的方法。測試方法的原理是慢慢冷卻中空玻璃外片玻璃的中點(diǎn)部分，直到中空玻璃內部出現露點(diǎn)為止。在實(shí)踐中，測試時(shí)將塑料燒杯的底座放在中空玻璃的外片玻璃上，燒杯內放入丙酮或乙醇，然后將一個(gè)鏡子放到中空玻璃上。然后在燒杯內慢慢加入粉碎的二氧化碳。觀(guān)察鏡子中的玻璃內側。中空玻璃內側出現冷凝時(shí)的溫度即為露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)溫度用來(lái)表示中空玻璃內的冷凝溫度。露點(diǎn)溫度越低表示中空玻璃內的空氣或惰性氣體越干燥。
干燥速度－實(shí)驗結果
干燥劑的影響
    用于中空玻璃內的主要干燥劑是3A分子篩。3A分子篩只對水具有很強的吸附能力，對氣體如空氣、氬氣或其它惰性氣體不吸附。在中空玻璃內使用惰性氣體的目的在于改善隔熱和隔音性能，因此使用3A分子篩是很重要的。除了分子篩以外，還可使用硅膠對中空玻璃空氣層進(jìn)行干燥。一般來(lái)說(shuō)，硅膠不單獨使用，而是和分子篩混合使用，用來(lái)吸附揮發(fā)農業(yè)生產(chǎn)體系物質(zhì)以避免化學(xué)霧的產(chǎn)生。
    在中空玻璃生產(chǎn)后每隔一段時(shí)間測量一次中空玻璃的露點(diǎn)溫度。中空玻璃內的干燥劑為兩類(lèi)：3A分子篩和硅膠。測試結果如圖1表示。

    圖1 干燥劑對中空玻璃干燥速度的影響。中空玻璃內為空氣、規格為100X100cm，空氣層距離為16mm, 間隔條采用雙邊灌裝分子篩，屬于緩慢干燥型。
    從圖中可見(jiàn)，一直到露點(diǎn)－40ºC為止，使用分子篩和使用硅膠的兩類(lèi)中空玻璃，二者的干燥速度并沒(méi)有明顯的區別。但在較低的露點(diǎn)溫度時(shí)，與使用分子篩的中空玻璃的干燥速度相比，使用硅膠的中空玻璃的干燥速度較慢。這一試驗結果表明在中空玻璃內使用分子篩干燥的速度在低于－40ºC條件下要快于使用硅膠的速度。這是因為，在使用分子篩的情況下，中空玻璃內間隔條的外部和內部存在水分濃度差非常大，從而導致水分于間隔條接縫處滲入的速度較快，從而在低溫處的干燥速度較快。
    但是，這種在的露點(diǎn)溫度處的水分濃度差在大多數情況下是沒(méi)有實(shí)際意義的，即使在寒冷嚴酷的冬天也是如此。一般來(lái)說(shuō)，除非在較其嚴酷的寒冷的地區，否則一般不會(huì )出現冷凝現象。
    事實(shí)：在相關(guān)的露點(diǎn)溫度范圍內，干燥劑的種類(lèi)在大多數情況下對干燥速度沒(méi)有任何影響。
間隔條種類(lèi)的影響
    制作中空玻璃時(shí)采用的槽鋁式間隔條，按照其表面每延長(cháng)米的孔的多少和孔徑大小來(lái)看，可以分成許多種。在干燥過(guò)程中，中空玻璃兩片玻璃之間的空氣層中的水分子運動(dòng)擴散透過(guò)間隔條上的孔進(jìn)入間隔條內與分子篩接觸。干燥速度是每米間隔條上的孔徑和數量的函數。描述間隔條的孔徑大小較其數量對水氣滲透率的影響，可通過(guò)下列實(shí)驗說(shuō)明。
    將幾個(gè)實(shí)驗用間隔條內灌裝干燥劑，兩端用密封膠封住，然后將其放入一個(gè)實(shí)驗箱內。實(shí)驗箱內溫度25⁰C相對濕度50％。實(shí)驗結果表明，孔多又大的間隔條的吸附水的速度快，而孔少又小的間隔條中的分子篩吸附水的速度要慢，這一點(diǎn)可用分子篩的重量增加速度快慢表示。間隔條的孔的數量及大小對干燥速度影響可以進(jìn)行量化，方法是將測試的間隔條從實(shí)驗箱內每隔一段時(shí)間取出稱(chēng)量重量并記錄。顯然，該實(shí)驗結果不但對求出中空玻璃的干燥速度有意義，更重要的是可以成為生產(chǎn)質(zhì)量控制的手段。根據實(shí)驗數據，可以估算出某種間隔條在灌裝分子篩后組裝成中空玻璃之前處于的等待時(shí)間較長(cháng)是多少�？锥嘤执蟮拈g隔條如果等待時(shí)間長(cháng)，分子篩吸附環(huán)境的水就會(huì )大量增加，從而縮短中空玻璃壽命。

圖2.  兩種不同槽鋁式間隔條對分子篩水氣滲透率的影響

    圖3  干燥速度：間隔條對接縫的形狀（孔徑大小和數量）對干燥速度的影響。中空玻璃規格為100x100cm，間隔層距離為16mm，慢吸附，雙邊灌裝。
    對不同的間隔條來(lái)說(shuō)，圖2表示間隔條中每100克的分子篩所吸附水的量是等待時(shí)間的函數。中空玻璃采用兩種不同的間隔條。制作后，每隔一段時(shí)間測量一下露點(diǎn)溫度。圖3所表示的是，采用水氣滲透率慢的間隔條制作的中空玻璃的干燥速度也慢，而采用水滲透率速度快間隔條制作的中空玻璃，其干燥速度也快。
    結論：為了使中空玻璃的干燥速度快，應使用水氣滲透率高的間隔條。但切記，使用水氣滲透率高的間隔條灌裝分子篩后，下一道工序的等待時(shí)間越短越好。
    灌裝分子篩的間隔條的邊數對干燥速度的影響

    圖4中的三條曲線(xiàn)分別表示灌裝分子篩的間隔條邊數1邊、2邊和4邊對中空玻璃的干燥速度的影響。對于只有1邊間隔條灌裝分子篩的中空玻璃來(lái)說(shuō)，中空玻璃空氣層內的所有氣相水分子只能通過(guò)這的間隔條表面擴散，通過(guò)上面的孔進(jìn)入間隔條內。這種情況下，干燥速度較慢。
    圖5 干燥速度：間隔條灌裝干燥劑的邊數對干燥速度的影響。
    中空玻璃規格為100x100cm，間隔層距離為16mm，慢吸附；間隔條內灌裝分子篩。從圖中可見(jiàn)，灌裝分子篩間隔條的邊數越多，中空玻璃的干燥速度就越快。間隔條單位面積內的孔越多，與擴散的水氣分子接觸的孔就越多，與單邊灌裝分子篩的間隔條相比，干燥速度也就越快。
    結論：為了使中空玻璃取得快的干燥速度，間隔條的四邊都應灌裝分子篩。
中空玻璃尺寸大小對干燥速度的影響
    中空玻璃越大，空氣層內的水分子從玻璃中點(diǎn)擴散到間隔條的距離越長(cháng)。在其它條件不變的情況下，與小片的中空玻璃相比，大片的中空玻璃的干燥速度較慢。60X60cm、100X100cm和200X200cm三種不同規格的中空玻璃的干燥速度是不同的（參見(jiàn)圖5）。

    結論：特別是對大中空玻璃來(lái)說(shuō)，如欲取得快速干燥效果的話(huà)，應采用四邊灌裝分子篩的辦法或使用孔多又大吸附速度快的間隔條。
    圖6 干燥速度：分子篩灌裝位置的影響。中空玻璃樣品的規格100X100cm,空氣層距離16mm,中空玻璃內充空氣，兩邊灌裝，分相鄰兩邊灌裝和相對兩邊灌裝分子篩的兩種情況。
灌裝分子篩的間隔條在中空玻璃內的擺放位置對干燥速度的影響
    如果中空玻璃內的間隔條不是四邊全灌裝分子篩的話(huà)，就有一個(gè)擺放位置問(wèn)題。如兩邊灌裝分子篩，就會(huì )遇到是相鄰擺放還是相對擺放兩種選擇。實(shí)驗結果顯示，這兩種擺放對正方形的中空玻璃的干燥速度是沒(méi)有任何影響的（見(jiàn)圖6）。但是，對非正方形的中空玻璃來(lái)說(shuō)，間隔條的長(cháng)度不同，兩者位置對干燥速度是有影響的。這里，灌裝分子篩的間隔條的孔越多、空氣層內水分子擴散到灌裝分子篩的間隔條的距離越短，干燥速度就越快。
充惰性氣體對干燥速度的影響
    制作中空玻璃時(shí)，如充入惰性氣體如氬氣或混合惰性氣體（氬氣和SF₆），則兩片玻璃內的密封腔內的氣體水份會(huì )大大減少，這是因為這些惰性氣體時(shí)非常干燥的。因此，與內含空氣的中空玻璃相比，充惰性氣體的中空玻璃的初始露點(diǎn)溫度，當惰性氣體的濃度很高時(shí)，是較低的。充氬氣的中空玻璃與含空氣的中空玻璃之間的露點(diǎn)比較結果由圖7給出。

    結論：通過(guò)充氬氣或其它惰性氣體，中空玻璃的干燥速度可以大大縮短。
    圖7. 干燥速度：中空玻璃空氣層內不同氣體的影響。中空玻璃規格100X100cm,空氣層距離16mm。 間隔條雙邊灌裝分子篩；充氬氣的中空玻璃干燥速度顯示非�？�，而內含空氣的中空玻璃的吸附速度則慢。
結論
    總之，探討中空玻璃的空氣層的干燥速度，不僅可以幫助我們找出避免中空玻璃出現內冷凝的方法，而且有助于確定影響灌裝分子篩后的間隔條的水氣攝取因素，從而延長(cháng)中空玻璃的密封壽命。概括地說(shuō)，
1、 對充空氣的中空玻璃來(lái)說(shuō)，如果要求干燥速度快的話(huà)，可采用下述方法：
    使用孔多又大的間隔條（但應注意等待合片的時(shí)間要短）；
    間隔條的四邊灌裝分子篩
     這些措施對大中空玻璃來(lái)說(shuō)有為重要。
2、對充惰性氣體的中空玻璃來(lái)說(shuō)，
    充惰性氣體如氬氣的中空玻璃制作后，立刻顯示露點(diǎn)溫度低。這時(shí)的露點(diǎn)溫度甚至可以低到在非常寒冷的冬天可以立刻運輸的程度，而不出現冷凝現象。
3、連續彎管間隔條灌裝分子篩后在存放期間，進(jìn)入間隔條內的水分較之進(jìn)入四邊插角間隔條的要少。但是如果在插角處涂抹丁基膠的話(huà)，則通過(guò)硅膠處進(jìn)入的水分可以完全清理。
4、孔徑大又多的間隔條屬于干燥速度快的類(lèi)型，如果灌裝的分子篩量不多的話(huà)，灌裝分子篩后存放期間，其吸附水的能力很快就喪失掉。因此，這類(lèi)間隔條灌裝分子篩后，不易存放。
    灌裝干燥劑的間隔條的對水的吸附能力，從而影響其存放時(shí)間與環(huán)境溫度和濕度有關(guān)。間隔條對水分子的吸附速度與環(huán)境溫度和濕度成正比，與存放時(shí)間成反比。