趙西安離子性中間膜夾層玻璃

1、-PAGE . z.離子性中間膜夾層玻璃 中國建筑科學(xué)研究院 100013常規(guī)的PVB 夾層玻璃目前，玻璃幕墻夾層玻璃廣泛采用的中間膜是聚乙烯醇縮丁醛，簡稱 PVB 。PVB使用已經(jīng)有多年歷史，也為幕墻行業(yè)普遍熟悉。但是，這種夾膠膜最初是為汽車玻璃而開發(fā)的，所以它的性能主要是為了滿足汽車玻璃的以下要求：能可靠地粘結(jié)玻璃，減少碎玻璃的飛散，最大限度保護駕駛員和乘客的平安。能防止石塊和其他小物件擊穿玻璃進入車。有一定的柔軟性，防止駕駛員頭部劇烈撞擊擋風(fēng)玻璃，并防止車人員飛出車外。滿足汽車的使用功能，符合光學(xué)、降噪、阻隔紫外線等要求。 由于PVB夾膠膜主要不是針對建筑幕墻開發(fā)的，所以它富于彈性，比擬

2、柔軟，剪切模量小，兩塊玻璃間受力后會有顯著的相對滑移，承載力較小，彎曲變形較大。PVB夾層玻璃可以用于一般玻璃幕墻，不適宜用于有高性能要求的玻璃幕墻。 同時，PVB夾層玻璃的外露邊容易受潮開膠，PVB膠膜夾層玻璃使用時間長以后容易發(fā)黃變色，這些都是應(yīng)該加以注意的。 理想的建筑幕墻用夾層玻璃中間膜應(yīng)能滿足以下要求：對玻璃有較高的粘結(jié)能力，有較強的抗撕裂強度，能防止玻璃破碎時飛散。有較強的防護能力，可以防止自然力和人力的破壞。對強風(fēng)、地震、暴力、盜竊等有足夠的抵抗力。能承受室人員的突然撞擊，防止玻璃飛散或整體脫出，防止室人員飛出墜落。有足夠的剩余承載力，玻璃破碎后再發(fā)生彎曲變形時不會整塊脫落。中間

3、膜有大的剪切模量，使兩塊玻璃盡可能整截面受彎工作，從而提高玻璃的承載力和彎曲剛度，減小玻璃的厚度，減輕玻璃的自重。無色透明，能耐受紫外線、水汽和外界氣候變化影響，長時期使用不泛黃變色。 目前采用的PVB夾膠膜還不能完全滿足上述要求。有必要開發(fā)更高性能的幕墻夾層玻璃專用中間膜，以適應(yīng)超高層建筑幕墻、大跨度采光頂、超大尺寸夾層玻璃、全玻璃構(gòu)造等對夾層玻璃的高標(biāo)準(zhǔn)要求。離子性中間膜的特性現(xiàn)在，能滿足建筑幕墻夾層玻璃上述性能要求的夾膠膜 離子性中間膜已經(jīng)由美國杜邦公司開發(fā)出來，并批量生產(chǎn)，商品名稱為 SGP 。這種夾膠膜具有許多優(yōu)良的性能。具有高的強度和剪切模量，力學(xué)性能優(yōu)異SGP 的剪切模量是 PV

4、B 的50倍以上，撕裂強度比 PVB 高 5 倍。SGP 夾膠后，玻璃受力時兩片玻璃之間的膠層根本上不會產(chǎn)生滑動，兩片玻璃如同一片等厚度的單片玻璃整體工作。這樣一來，承載力就是等厚度的 PVB 夾層玻璃承載力的2倍；同時，在相等荷載、相等厚度的情況下，SGP夾層玻璃的彎曲撓度只有 PVB 夾層玻璃的 1 / 4圖1。SGP夾層玻璃整截面工作 PVB夾層玻璃中間膜滑動 圖1 SGP夾層玻璃承載力是PVB夾層玻璃的兩倍，撓度只有PVB夾層玻璃的1 / 4 由于承載力提高，撓度減小，玻璃厚度會相應(yīng)減小。有可能減少玻璃的用量約40% ，相應(yīng)也減輕了幕墻的自重。不僅有利于主體構(gòu)造設(shè)計，而且節(jié)材就是節(jié)能，

5、因為生產(chǎn)每一標(biāo)準(zhǔn)箱浮法玻璃要消耗標(biāo)準(zhǔn)煤16Kg，耗電7.5 度。如果加上鋼化、均質(zhì)化處理等，耗能就更多了。具有良好的邊部穩(wěn)定性，可外露使用而無須封邊邊部穩(wěn)定性指夾層玻璃邊部外露于大氣條件下的耐久性。PVB夾膠不耐潮濕，水汽作用下容易開膠、別離，要求外露邊緣進展封邊處理。而SGP膠膜有良好的邊部穩(wěn)定性，對水分不敏感，在外露條件下使用也不會開膠、別離，可以開邊使用，不必封邊圖2。所以SGP夾層玻璃可以很方便地用于攔板、雨棚、外挑裝飾玻璃翅、玻璃遮陽板等外露邊緣的構(gòu)件而無須采取專門的封邊措施圖3。 圖2 SGP 夾層玻璃可以不加封邊就在室外使用 圖3 不加封邊的SGP 夾層玻璃攔板玻璃破損后留有充分

6、的剩余承載力，不會整塊墜落 普通PVB夾層玻璃，尤其是鋼化夾層玻璃，玻璃一旦破碎就會產(chǎn)生很大的彎曲變形，有整塊脫落的危險圖4。當(dāng)玻璃水平安裝在采光頂上時風(fēng)險更大，香山植物園就曾發(fā)生過玻璃整塊落下的意外事故。 SGP 間膜夾層玻璃整體性好，SGP夾膠膜的撕裂強度是PVB夾膠膜的5倍，即使玻璃萬一破碎，SGP膜還可以粘結(jié)碎玻璃形成破壞后的一個臨時構(gòu)造，其彎曲變形小，還可以承受一定量的荷載而不會整片下墜。這就大大提高了玻璃的平安性圖5、圖6。圖4 PVB夾層玻璃，即使豎向安裝，四邊支承， 圖5 即使是豎向懸臂安裝，SGP 夾層玻璃攔板破碎后 破碎后還是大彎曲變形，最終脫出 仍保持平面，顯示還保持一定

7、的承載力圖6 SGP夾層玻璃即使破碎，也還有足夠的剩余承載力四 無色透明，不易變色，通透性極佳 SGP 夾膠膜本身無色透亮，而且耐候性好，不容易泛黃。SGP 膜的泛黃系數(shù)小于1.5，而PVB膜的泛黃系數(shù)為 612。因此SGP夾層玻璃能更好地滿足建筑師的建筑藝術(shù)要求。 如果采用超白玻璃低鐵玻璃、SGP中間膜夾膠，那超白夾層玻璃晶瑩剔透的光學(xué)效果將是絕對頂級的圖7。材料 圖7 鉆石外表精磨 19 mm超白玻璃，SGP夾膠膜夾層裝飾玻璃晶瑩閃亮離子性中間膜夾層玻璃的試驗研究 受美國杜邦公司的委托，中國建筑科學(xué)研究院于20062007年期間進展了SGP 夾層玻璃性能的研究。試驗得到了SGP中間膜和PV

8、B中間膜自身的物理力學(xué)性能以及比照了SGP夾層玻璃、等厚PVB夾層玻璃和等厚單片玻璃受力性能。 玻璃受彎試件分四邊支承和兩邊簡支兩種形式圖8、圖9。 圖8 四邊支承玻璃試驗 圖9 對邊簡支玻璃試驗 不同厚度夾層玻璃和等厚單片玻璃的比照試驗說明，SGP夾層玻璃的應(yīng)力和撓度與同厚度的單片玻璃根本一樣；而PVB夾層玻璃由于中間層顯著的滑移，應(yīng)力與撓度要大得多。因而可以認(rèn)為：SGP夾層玻璃作為等厚度單片玻璃整體工作；PVB夾層玻璃接近于兩片單獨的玻璃疊加圖10、圖11。圖10 最大主應(yīng)力隨荷載的變化 圖11 跨中撓度隨荷載的變化方點為10mm單片玻璃；三角形為SGP 夾層玻璃；圓點為PVB夾層玻璃；夾

9、層玻璃均為 5mm+0.76+5mm試驗還說明，SGP 夾層玻璃破碎后，撓度并沒有顯著加大，仍保存相當(dāng)大的剩余承載力，能保證幕墻的構(gòu)造平安圖12。 進展了30天長期荷載試驗，PVB夾層玻璃長期荷載下的彎曲變形顯著增大，而SGP夾層玻璃如同單片玻璃一樣，長期撓度增長很小圖13。圖12 對邊簡支SGP夾層玻璃破碎后還有足夠剩余承載力 圖13 荷載30天后的撓度，自左至右：單片玻璃；PVB夾層玻璃；SGP夾層玻璃進展了溫度升高條件下的受力性能試驗，溫度在50攝氏度以下時，SGP夾層玻璃的承載力不降低；而PVB夾層玻璃50攝氏度時的承載力僅為20攝氏度時的60%。 試驗實測，在溫度為20攝氏度時，PV

10、B夾膠膜的剪切模量G=0.84 N/mm2；而SGP夾膠膜的剪切模量G則高達(dá) 42.7 N/mm2。離子性中間膜夾層玻璃的力學(xué)性能疊合在一起的幾片玻璃的工作性能取決于中間層夾膠膜的力學(xué)性能。如果夾膠膜的剪切模量G和撕裂強度f 很小，夾層玻璃受彎時中間層就產(chǎn)生很大的滑移，玻璃之間就在相對滑動，夾膠膜實際上沒有起將玻璃連為整體的作用。這幾片玻璃看似疊合在一起，實際上還是各自單獨工作。承載力僅僅是各片玻璃單獨承載力之和。反之，如果夾膠膜的剪切模量G和撕裂強度f很高，夾層玻璃受彎時夾膠膜滑移量極小，這時候幾片玻璃就能夠共同工作，好象是一片單片玻璃一樣。理論上，當(dāng)夾膠膜的力學(xué)性能等同于玻璃時，夾層玻璃就

11、變成了單片玻璃。在工程上，當(dāng)夾膠層的剪切模量G大于20 N/mm2時，就可以認(rèn)為夾層玻璃在整體狀態(tài)下工作。SGP離子性中間層的G到達(dá)42.7N/mm2，已經(jīng)滿足了這個條件；而PVB夾膠膜的G值僅為0.84N/mm2，與上述條件相差懸殊。它們兩者受彎時的截面應(yīng)力狀態(tài)是完全不同的圖14。正是兩者的受力狀態(tài)不同，在一樣厚度下兩者的承載力和變形有很大的差異圖15、圖16。 因此，采用SGP夾層玻璃將使得玻璃的厚度減小，更有利于合理地進展幕墻玻璃的選用，取得更大的經(jīng)濟技術(shù)效益圖17、圖18。 PVB SGP 圖14 受彎時PVB夾層玻璃和SGP夾層玻璃截面應(yīng)力的分布 PVB SGP 圖15 一樣厚度時夾

12、層玻璃承載力的比擬 PVB SGP 圖16 一樣荷載作用到一樣厚度夾層玻璃時撓度的比擬 PVB SGP PVB SGP 圖17 承載力相等時玻璃的厚度 圖18 一樣外力下?lián)隙认嗟葧r玻璃的厚度PVB中間膜在超大尺寸玻璃中的應(yīng)用 目前，國外生產(chǎn)的熱彎鋼化夾層玻璃最大長度為6m。我國于2010年成功生產(chǎn)了世界上第一塊超大尺寸玻璃：12.8m*2.6m熱彎鋼化超白夾層，15mm+2.28 SGP+15mm圖19。接著，生產(chǎn)了12塊12.6m*2.6m 超大尺寸熱彎鋼化夾層玻璃，12mm+1.58 SGP+12mm+1.58 SGP+12mm，用于蘋果店圖20。正是SGP離子性中間膜的應(yīng)用使得超大玻璃制

13、造成為可能。圖19 世界第一塊 12.8 m 超大尺寸熱彎鋼化夾層玻璃 圖20 蘋果店 12 塊 12.6m*2.6m 超大夾層玻璃現(xiàn)在，13.8m*3.6m 熱彎鋼化SGP夾層玻璃已經(jīng)生產(chǎn)出來圖21，為蘋果店和美國蘋果店分別制造的15m和18m 熱彎鋼化SGP夾層玻璃也正在生產(chǎn)中。圖21 13.8m*3.6m，15mm+2.28 SGP+15mm 超大熱彎玻璃 圖22 蘋果店玻璃梁和玻璃柱的五夾層玻璃 超大尺寸SGP夾層玻璃主要用于蘋果店這樣的全玻璃構(gòu)造，與大玻璃配套的是超長多重夾膠玻璃梁和玻璃柱。圖22為蘋果店12m長SGP五夾層玻璃柱?，F(xiàn)在更長的SGP多重夾膠玻璃 已經(jīng)制造成功圖23、圖

14、24。 圖23 15m 長五夾膠超白玻璃柱 圖24 為蘋果店生產(chǎn)的15m長六夾膠超白玻璃柱SGP 夾層玻璃在大型公共建筑中的應(yīng)用 SGP 中間層夾層玻璃已經(jīng)在許多大型公共建筑中應(yīng)用。圖25 為上方藝術(shù)中心，幕墻玻璃采用兩塊玻璃夾一層多孔金屬板圖26，只有SGP 強力粘接才能完成金屬板夾膠玻璃的制造。 圖25 上方藝術(shù)中心 圖26 多孔金屬板夾膠玻璃 SGP夾層玻璃在公共建筑中應(yīng)用，提高了幕墻的平安性，減輕了玻璃的自重，而且使幕墻更為通透圖27、圖28。 圖27 上方明珠SGP 夾層玻璃護攔板 圖28 意大利 BOLZAN博物館點支幕墻SGP夾層玻璃在超高層建筑中的應(yīng)用 超高層建筑要承受大的風(fēng)力

15、、地震力和溫度變化的影響，要求玻璃面板有高的承載力和剛度，而且萬一破損還要有一定的剩余承載力而不會墜落。SGP中間膜夾層玻璃可以很好地滿足這些要求。 中心是目前在建最高的建筑，123層，632m高圖29。共采用SGP夾層玻璃150000m2。中心采用雙層通風(fēng)幕墻，外幕墻為單夾層玻璃，配置為 12mm超白+1.52 SGP+12mm超白圖30、圖31。 塔是我國已經(jīng)建成最高的建筑，高度為 600 m圖32。全部56000m2玻璃幕墻均采用SGP雙夾層中空玻璃圖33，配置為8mm+1.52 SGP+8mm+12A+8mm+1.52 SGP+8mm。三角形玻璃板塊最大尺寸為1.5m*3.5m圖34。

16、圖29 中心，高度632m 圖30 中心雙層幕墻之間的熱通道空間 圖31 中心玻璃幕墻 圖32 塔，高度600m 圖33 塔幕墻雙夾層中空玻璃 圖34 塔的樓層，落地三角形大塊SGP夾層玻璃 圖35 京基大廈頂部采用SGP夾層玻璃京基大廈是目前已建成的最高建筑，高度441m，其頂部為超大共享空間，整個超高拱形大廳由SGP夾層超白玻璃覆蓋圖35，非常通透。 目前國高層建筑玻璃幕墻配置最高檔的要數(shù)利通廣場大廈，其高度為303m圖36。63000m2的玻璃幕墻為鋸齒形，別具一格圖37。玻璃面板為超白半鋼化玻璃，SGP夾膠膜，組成為8mm+1.52 SGP+8mm+12A+8mm 。采用這樣高檔的配置

17、主要是考慮：高承載力和平安性；通透潔白；鋸齒形玻璃不用封邊。 圖36 利通廣場大廈，高度303米 圖37 利通SGP超白夾層中空鋸齒形幕墻圖38 利通SGP 夾膠中空玻璃幕墻平面 圖39 利通大廈極其通透的SGP 超白夾膠玻璃幕墻SGP 夾層玻璃在采光頂?shù)膽?yīng)用 SGP夾層玻璃不僅有高強度，而且破損后有足夠的抗彎曲能力，不會整片從高空落下，所以特別適用于玻璃采光頂?shù)乃交蛐狈挪ＡО鍓K。圖40 為塔點支三角形采光頂玻璃板，SGP夾膠。恒隆廣場6000m2的采光頂也是采用SGP夾層玻璃圖41。圖40 塔的點支玻璃采光頂采用SGP夾層玻璃 圖41 恒隆廣場采光頂花城廣場太古匯有規(guī)模最大的現(xiàn)代化購物中心，其采光頂采用了SGP夾層玻璃圖42。 圖42 太古匯購物中心SGP超白夾層玻璃采光頂 小 結(jié) 離子性中間膜SGP在建筑幕墻夾層玻璃中應(yīng)用時間不長，但它優(yōu)良的性能已經(jīng)在應(yīng)用中顯現(xiàn)出來。在大型公共建筑和超高層建筑玻璃幕墻中充分顯示了SGP夾層玻璃高承載