关于暖边间隔条节能与耐久性能指标的探讨

1 引言

暖边中空玻璃系统自从20 世纪70 年代问世以来，已经发展了将近半个世纪。现如今，无论是在国外还是在国内，暖边间隔条的市场占有量逐年提高，配套的暖边中空玻璃生产技术也日趋成熟。尤其是最近几年，各地政府还出台相关政策，主推耐久性能良好的暖边间隔条作为被动式低能耗居住建筑门窗专用间隔条。这是由于近年来国家乃至世界对节能减排的迫切需求，建筑门窗作为建筑节能的关键结构，从其设计之初便被提出很高的节能与耐久的要求。而作为暖边中空玻璃系统关键所在的暖边间隔条，其节能与耐久性能指标的好坏，关系到中空玻璃边部保温的程度和整体使用寿命。

本文引用了新颁布实施的JC/T 2453-2018《中空玻璃间隔条 第3 部分：暖边间隔条》标准中等效导热系数、热失重和耐紫外线辐照性能三项性能指标。这三项指标是暖边间隔条有别于不锈钢间隔条和铝间隔条的特殊之处，更直观地反映了暖边间隔条的节能与耐久性。研究的目的是为了探讨如何更好地改进暖边间隔条。

2 暖边间隔条的等效导热系数

2.1 等效导热系数的定义

德国标准DIN V 4108-4:2002-02给出一种定量化定义暖边间隔条导热系数的公式：

该公式表示由不同间隔条材料的厚度与其导热系数的积的和值[1]，用来评价热量传递性能的参数，属于理论计算。

由于暖边间隔条生产工艺多样，产品所用原材料种类繁多、结构各异，生产过程中原材料会存在一定的不均匀性，多为复合材料。因此，标准JC/T 2453-2018 引入了暖边间隔条等效导热系数的概念，想以一种直接测量的方式来反映成品暖边系统边部位置的导热系数，评价暖边中空玻璃边缘间隔条位置热量传递性能的参数，以表示。示意图如图1 所示。

图1 暖边间隔条等效导热系数示意图

2.2 等效导热系数的测试装置

研究用导热系数测试装置采用双平板式结构，测试对象主要面向低导热系数的材料，依据国家标准GB/T10294-2008中的“绝热材料稳态热阻及有关特性的测定-防护热板法”进行测试装置的总体设计[2]。此次研究用测试装置，热阻测量精度为0.00001，冷热板控温精度在0.001℃，平衡条件下计量板允许温差为0.1℃，冷板允许温差为0.2℃。环境温度应控制在23℃ ±2℃，相对湿度30%RH ～ 70%RH。测试装置见图2，其装置结构示意图见图3。

图2 导热系数测试装置

图3 导热系数测试装置结构示意图

2.3 等效导热系数的测量

按照标准JC/T 2453-2018 中附录C 的内容来制备试样和测量等效导热系数。

对不同结构和材料的暖边间隔条的测量，结果见表1。

表1 暖边间隔条等效导热系数测量数据

2.4 数据分析

从测试结果看，等效导热系数的大小，不仅取决于暖边间隔条的材质，还取决于样品的规格。柔性暖边间隔条的等效导热系数要略低于刚性暖边间隔条的等效导热系数；16A 的试样等效导热系数要低于12A 的试样；带有不锈钢材质的暖边间隔条等效导热系数都要略高；同样规格的玻纤增强复合材料+ 复合膜的暖边间隔条等效导热系数相对最低，符合材料固有的导热属性。

但是在实际的生产生活中，并不能一味地追求低导热系数材质的暖边间隔条，因为还涉及其生产工艺、生产成本，以及暖边间隔条的使用寿命问题。接下来，我们要探讨的即是暖边间隔条的耐久性能。

3 暖边间隔条的热失重

3.1 热失重的含义

热失重又称热重法（TG），是目前测定塑料聚合物使用最广泛的方法。暖边间隔条中常用的材料除不锈钢以外，还有如聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯、玻纤增强复合材料、聚异丁烯等都属于高分子聚合物，用途广泛，具有耐磨损、阻燃、耐化学腐蚀和电绝缘性好等优势，但自身也存在易老化、热稳定性差等缺点。热重法的目的是为了检验暖边间隔条在保证强度的前提下，其耐热性能是否达标，是否满足在高低温环境下长期使用的要求。

3.2 热失重的测试方法

截取3 根（100±2）mm 的暖边间隔条，放置在环境温度（23±2)℃的干燥器皿中24h，使用精度为0.0001g的电子天平称量重量。通常热重法又分为定温法、非定温法和高解析法3 类。此处采用定温法，它是在不同的温度下考察样品质量随恒温时间的变化[3]。使用设定温度为70℃的烘箱加热试样168h 后，取出放置到真空干燥皿中冷却0.5h 后再次称重，计算热失重。

3.3 热失重的测量

对于不同材质的暖边间隔条，按照上述测试方法测量暖边间隔条热失重，结果见表2。

表2 暖边间隔条热失重测量数据

3.4 数据分析

从测试结果看，玻纤增强复合材料+ 复合膜材质暖边间隔条的热失重大于聚丙烯+ 不锈钢、PVC+ 不锈钢、聚异丁烯等材质暖边间隔条的热失重，说明高温对复合材料的影响要大于对聚丙烯、聚氯乙烯（PVC）、聚异丁烯等材料的影响。因为聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯、玻纤增强复合材料、聚异丁烯等都属于近亲。例如PVC 树脂与经过表面处理的玻璃纤维复合改性后制备出 PVC / 玻纤复合材料，大部分材料都是通过添加各种助剂和采用不同的成型方法，制备出性能各异的塑材，目的都是为了提高材料的力学性能和耐热性能。

高温对于这类塑材是一种不小的考验，往往夏季阳光长时间照射中空玻璃，中空玻璃腔内温度必然升高，持续高温环境通常会导致材料质量降低、树脂基体降解等问题。此时，材料的各方面性能都会降低，如材料的拉伸性能、弯曲性能、剪切性能、冲击性能等，带来的便是中空玻璃密封性能、抗压性能失效等严重问题。

阳光照射下的暖边间隔条，不仅受到高温的影响，还伴随着紫外线照射的影响，后者同样能加速暖边间隔条的老化。因此，在耐久性能方面，我们不仅要探讨暖边间隔条的耐热性，还要考虑暖边间隔条的耐紫外线辐照性能。

4 暖边间隔条的耐紫外线照射性能

4.1 紫外线辐照的机理

查看在一定时长的紫外线照射影响下，暖边间隔条是否有颜色变化，间隔条表面是否剥离出粉末。很明显，这也是对高分子聚合物材料的耐久性考验。

表3 各种光的能量

由表3 可看出，紫外线的辐照能量最大，它与材料的化学键能非常接近。高分子材料在单纯的紫外线照射下破坏并不是最终破坏，它只是破坏的第一步，也是最关键的一步。在热和氧的条件下，高分子聚合物会发生链式反应，发生降解，从而导致材料的物理性能和化学性能的下降。因而，紫外线既影响中空玻璃美观，又会造成中空玻璃密封失效，降低其使用寿命。

4.2 耐紫外线照射的测试

类似于GB/T 11944-2012《中空玻璃》标准中耐紫外线辐照性能检测，暖边间隔条耐紫外线照射时间要远大于中空玻璃的检测时长，需要连续照射504h，使用紫外线测试仪，辐照光源功率300W、在315nm~380nm波长范围内辐照强度不小于40W/m2 的紫外灯。图4 反映在紫外线照射下不同时长暖边间隔条表面变色及粉化情况[4]。

图4 不同时长紫外照射暖边间隔条变色情况

5 结语

随着暖边间隔条在节能中空玻璃中运用的普及，人们对暖边间隔条的节能和耐久性能指标也越来越重视。在节能方面，暖边间隔条要优于铝间隔条，材料本身的低导热系数让它在节能中空玻璃领域占有举足轻重的地位。但一味地追求过低的中空玻璃边部传热不太现实，比如玻纤增强复合材料+ 复合膜的等效导热系数很低，但其热失重高于其他材质的暖边间隔条。所以，用节能和耐久性能的综合考量来评价暖边间隔条性能更为可靠。

暖边间隔条的耐久性，往往取决于其高分子聚合物材料的选取，从热失重和紫外线照射的测试结果与数据分析中可看出，高聚物发生光氧化降解需要具备三个条件，即紫外线照射、有氧的环境、一定的高温。普遍的方法是通过往材料中添加光稳定剂和抗氧剂来提高材料自身性能，或者向中空腔内充惰性气体。探讨这些性能指标旨在为暖边间隔条更节能、更耐久、更经济实用及更优化的发展提供思路。

参考文献

[1] 王积刚，黄日勇. 铝合金门窗幕墙节能技术概述[J].建筑节能,2007,01.

[2] GB/T 10294-2008，绝热材料稳态热阻及有关特性的测定- 防护热板法[S]. 2008.

[3] 刘元俊，贺传兰，邓建国等. 热重法测定聚合物热降解反应动力学参数进展[J]. 工程塑料应用,2005.

[4] ALU-PRO srl. Test Report of UV Radiation as perDIN EN ISO 4892-2 [R].2017-Mar-01.

作者

中国建材检验认证集团秦皇岛有限公司 王中 刘丰源

秦皇岛玻璃工业研究设计院有限公司 贾立丹