孙志军;张振华;刘东阳;代干;邢德华
【摘 要】对比了市面常见的PVB与SGP夹层制品的差异,并对这两种中间膜材料的粘接机理进行讨论;根据材料差异性,结合实际工业产品的不良类型,对夹层制品的制作工艺和技术改进进行了探讨;结合各类实际订单的要求,对夹层制品的应用发展趋势进行讨论. 【期刊名称】《玻璃》
【年(卷),期】火车鹤管2018(045)011
【总页数】7页(P38-44)
【关键词】夹层玻璃;钢化玻璃;SGP;夹层工艺
【作 者】孙志军;张振华;刘东阳;代干;邢德华
【作者单位】pe打包带中航三鑫股份有限公司 深圳市518108;广东中航特种玻璃技术有限公司 惠州市
516081;特种玻璃国家重点实验室 海口市571924;中航三鑫股份有限公司 深圳市518108;中航三鑫股份有限公司 深圳市518108;中航三鑫股份有限公司 深圳市518108
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ171
0 引言
建筑用钢化夹层玻璃具有安全、防暴、降噪、美观及阳光控制等众多优点 ［1］，因此更多的建筑师开始大量的选用夹层玻璃制品作为建筑结构件，如大跨度穹顶、大面积幕墙、透明护栏及楼梯、超厚支撑肋 ［2］。中间膜作为夹层玻璃不可或缺的材料，在很大程度上影响整个玻璃制品的性能及质量。目前市面上夹层玻璃较为常用的中间膜材料包括聚乙烯醇缩丁醛（Poly Vinyl Butyral, PVB）和DuPont公司所推出的高硬度中间膜Sentry Glass Plus（SGP）。SGP的抗撕裂强度是普通PVB的5倍，硬度高出近100倍，能极大提高夹层玻璃的抗冲撞性能［3］；并具有相同的破碎安全性和碎片保持能力，稳定性和耐高温性能也更佳 ［4］。表1给出了不同这两类中间膜的各项性能对比［5］。
相对PVB中间膜，使用SGP还可在一定程度上减小夹层玻璃厚度；与此同时，双层或多层夹胶的玻璃在实际应用中的市场份额逐步加大 ［6］，如室内防火隔断、玻璃肋、玻璃护栏、玻璃楼梯等。这些地方均会出现玻璃边外露的情况，若边部处理情况不佳则影响产品外观质量。
根据中间膜材料的差异性，结合实际工业产品的不良类型，对夹层制品的制作工艺和技术进行了改进，保证了玻璃边部外观质量。
tt27.tv表1 SGP与PVB中间膜的各项性能比较材料性能SGP PVB体积质量/g·cm线膨胀系数-3 0.95 1.07～1.08-4-4（-20～32℃）/℃拉伸强度/MPa-1（1～1.5）×104×10撕裂强度/MJ·m与玻璃的粘结强度（万能试验机CSS）/MPa延伸率/%热变形温度（66 PSI/0.455 MPa）/℃雾度/%黄指数/%折射率阻断UV的波段/nm UV阻隔率/%-3 34.5 50 20 10～15>20.7 2.1～11.5 400 275 43＜10<<2<2.5 1.5 310 99.98<2 10～15 1.47～1.5 380 99.98
图1 PVB及SGP与玻璃非锡表面的粘接机理示意图
1 SGP/PVB性能与粘结机理比较
斜管隔油池
图1为PVB及SGP与玻璃非锡表面的粘接机理示意图。PVB中间膜对玻璃的粘接力源于聚乙烯醇缩丁醛胶片中的 C-OH 基和玻璃表面丰富的Si-OH之间所形成的氢键 ［7］。由于SGP尚属于技术保密品，根据其产品介绍其组分为含有1%钠离子的乙烯与甲基丙烯酸酯共聚物，其与玻璃的黏结力除了有机基团与玻璃表面的氢键作用之外，可能还主要来自其所含Na+组分的离子键作用 ［8］，推测其粘结机理如图1（b）所示。由于中间膜层的粘接大都基于材料中羟基或/和羧基基团的作用，无论是SGP还是PVB夹层制品，对中间膜的含水率都有较为严格的限定。考虑到原材料质量波动和贮存条件，在实际工艺控制上，PVB的含水率一般不超过0.7 %，SGP不超过0.3 %。
由图1可以看出，对于SGP夹层制品，考虑到玻璃表面在贮存时的非锡表面的Si-OH钝化（受污染或与空气中的水汽结合形成水膜）导致-［O］-基团的活性降低，为提高粘接效果及制品质量，工艺上会在清洗后玻璃基片的非锡表面上涂抹经过熟化的粘接促进剂。常用的粘接促进剂组分的质量百分比：异丙醇90.0%、水8.4%、白醋1.5%、4-氨丙基三乙氧基硅烷0.1%，包括硅烷偶联剂及提供活化条件的适量有机酸。
在洁净房内，将经过尺寸配对的待夹玻璃基片和中间膜由设备进行叠放并由人工进行检视，
随后在预热温度下由压合辊提供外力进行预压合。洁净房内叠片操作、预辊压后合格的边部闭合情况见图2。
图2 洁净房内叠片操作、预辊压后合格的边部闭合情况
对于多层夹胶制品以及制品中夹入特殊工件（装饰织物、金属网/件）时，或在经过辊压后由于各种原因导致初夹效果不良（中部气泡过大/不均或边封闭效果差/发白）时，预压品需要采用加套真空袋并抽负压以进一步加强压合效果。预压品经过初步的质量评判，移入高压釜内进行加热和加压。高温下，胶膜软化并呈一定的流动性后有机基团与玻璃表面进行粘接。并且在高压条件下，预压品内残留的细小气泡，也将向胶膜内溶解，消除气相界面后整个制品呈现高透明度。
图3 高压釜内的温度/压力-时间曲线
对于多层夹层制品，则需要在多个温度值下将高压釜内的压力控制在不同范围内，尽可能将真空袋中空气残留降低，以获得优异的外观质量，常见的温度/压力-时间设置如图3所示。
2 夹层制品常见工艺缺陷及控制要点
气泡是夹层制品中最常见的工艺缺陷（图4a），直接原因是在高温高压下预压品中残留的小气泡向胶膜内的溶解不完全，在中间膜呈流动态时，残余气泡汇聚后而成。由于胶膜对空气的溶解度是有限的，因此工艺上主要是控制预压品中微小气泡的残留量，而影响残留量的一方面是辊压设备运行状态本身，另一方面对于钢化玻璃还需要着重考虑钢化后玻璃基片的平整度。由于玻璃平整度的起伏，容易造成气泡在小区域内富集并超过该区域内的胶膜对空气的溶解能力。当钢化的平整度超出限定或在预辊压出现工艺失误时，预压品的边部闭合情况不良，并且会引起在高压釜内受压时“空气吹入”而出现严重的带状边部气泡型缺陷（图4b）。在必要时，也可以对高压釜的工艺参数进行适当调整，以促进气泡溶解，减少合片过程中缺陷的产生。
图4 夹胶制品的缺陷气泡
多层夹胶制品边部目前常见的品质缺陷主要包括叠差、白线和边部粗糙等，如图5所示。SGP中间膜的力学性能决定了其常规加工时缺陷严重性更甚于PVB材料。双层夹胶或多层夹胶时，缺陷累积的视觉效果就会特别明显，并导致成品的品质损失率和返修率大幅攀升。
按摩坐垫对于夹层制品的边部，常见的品质不良还主要包括叠差、白线和边部粗糙（图5b、5c、5d）等，相对于PVB材料，SGP中间膜在常温状态下质地坚硬、难以加工，这也造成SGP夹胶制品边部外观质量更加难以控制 ［9］。对于双层夹胶或多层夹胶时，缺陷累积的视觉效果就会特别明显，从而导致成品的品质下降和返修率的大幅攀升。
图5 多层夹胶制品修边后的外观不良
坐垫纸叠差的工艺影响因素较多。首先，玻璃基片切割工序的断片质量显著影响着边部平整度，并进而影响磨边效果，玻璃越厚、断片质量越参差不齐，会造成叠差不良的增多；其次，磨边工序中，应优先选用具有高加工精度的加工中心设备进行磨边；再次预压合工序中，则应尽量避免在选片及配对过程中出现选料误差以及辊压时设备跑偏或压偏导致的边部错位。
夹层白线是因为刀架或推刀不锋利等原因造成了对胶片的拉扯，使在小区域内胶片从玻璃表面剥脱，渗入空气后，由于折射率的差异在光照下出现白现状的视差。由于SGP常温状态下比PVB坚硬，白线不良会相对显著。白线在常温下为不可逆状态，严重时需重新进釜返修。
边部粗糙则是指玻璃边部割胶后胶片凹凸不平、连续性差、毛刺较多。普通PVB边部处理通常用刀架或推刀来进行，缺陷较少。但SGP夹胶玻璃直接用刀架割平齐边或用推刀推凹槽，或用加热设备软化SGP膜后用刀架或推刀割胶，不可避免的存在质量波动，即使通过二次修边，也只能处理多余的边部毛刺，对于凹槽内的胶片外观没有改善，适合粗磨边的玻璃或需包边的玻璃。对于边部要求严格的夹层订单，业内也有一些非常规的边部平整处理方法，例如先夹胶后磨边，即生产时把玻璃尺寸做大，再按照磨边工艺再进行一次加工，但这种方法在后期磨边时很容易使玻璃爆裂破损。
3 免修边夹胶工艺夹层制品案例
对于SGP，由于其在合片温度下黏度小，流动及填充效果好，基于此特性，设计采用其他与SGP不粘结的辅材制作衬垫定型模具，在抽真空的工艺条件下SGP饱和填充玻璃与模具之间的空隙，形成一套免修边工艺来避免后期对胶膜的外力破坏，可以大幅提升边部质量。图6为采用免修边工艺为某综合体提供的带有异形边的SGP超厚三夹玻璃肋的批量供货产品的异性边部效果。
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