鐵路客車車窗中空玻璃失效分析及預(yù)防措施

    伴隨中國鐵路客車高速化發(fā)展，對車窗玻璃的要求也越來越高，中空玻璃由于優(yōu)越的節(jié)能、隔音效果，抗風(fēng)壓能力高，消除霜露等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。有效的控制中空玻璃失效現(xiàn)象的發(fā)生，是促進(jìn)鐵路客車高速化發(fā)展的必要途徑。
    一、 槽鋁式中空玻璃的結(jié)構(gòu)
    鐵路客車車窗中空玻璃目前主要由兩種結(jié)構(gòu)方式：其一是5+9+5結(jié)構(gòu)，運(yùn)用于25G、25K、25B及重造車；其二是5+6+8結(jié)構(gòu)，運(yùn)用于25T及出口車。研制開發(fā)的槽鋁式中空玻璃吸取國內(nèi)先進(jìn)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，采用領(lǐng)先的丁基膠、聚硫膠雙道密封技術(shù)，具有以下特點(diǎn)：
    1、采用雙道密封：第一道密封采用熱溶丁基膠，主要起密封作用，即防止外界的水汽進(jìn)入中空玻璃空氣層內(nèi)；第二道密封采用雙組份聚硫膠，主要起結(jié)構(gòu)作用，即在外界溫度高低變化及高濕度和紫外線照射下仍能保持中空玻璃的結(jié)構(gòu)整體性。
    2、采用槽鋁定位：具有定位可靠、承壓能力強(qiáng)、分子篩灌注方便等特點(diǎn)。鐵路客車區(qū)別于民用建筑的特點(diǎn)之一就是需滿足其高速運(yùn)行適用要求，中空玻璃應(yīng)具有的抗風(fēng)壓強(qiáng)度及耐氣溫變化能力，因而暖邊（復(fù)合膠條）式中空玻璃不適用于鐵路客車使用，鐵路客車采取槽鋁式中空玻璃。
    3、槽鋁內(nèi)腔灌注分子篩：分子篩具有吸濕性能，保障中空玻璃露點(diǎn)要求，低溫下無結(jié)霜、結(jié)露現(xiàn)象，具有優(yōu)良的使用性能。
    二、中空玻璃失效的主要原因
    結(jié)合中空玻璃結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，中空玻璃失效的原因一般有以下幾種：
    1、中空玻璃透氣。水汽直接進(jìn)入中空玻璃間隔層內(nèi)，使玻璃內(nèi)表面發(fā)生霉變、反堿，槽鋁電解粉化，分子篩失效，直接影響中空玻璃的質(zhì)量，導(dǎo)致中空玻璃失效。
    2、露點(diǎn)上升。中空玻璃的露點(diǎn)是指密封于間隔層的空氣濕度達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度。國家標(biāo)準(zhǔn)GB18045—2000中規(guī)定露點(diǎn)為-40ºC，低于該溫度時(shí)間隔層中水蒸氣就會(huì)凝結(jié)成液態(tài)水，水蒸氣的含量越高，空氣的露點(diǎn)溫度也就越高。當(dāng)玻璃內(nèi)表面溫度低于間隔層內(nèi)空氣的露點(diǎn)時(shí)，空氣中的水就會(huì)在玻璃內(nèi)表面結(jié)露或結(jié)霜。當(dāng)環(huán)境溫度降低到露點(diǎn)以下，表面溫度高于0ºC時(shí)，間隔層內(nèi)的水汽便在玻璃內(nèi)表面產(chǎn)生結(jié)露；表面溫度低于0ºC時(shí)，間隔層內(nèi)的水汽便在玻璃內(nèi)表面產(chǎn)生結(jié)霜。由于玻璃內(nèi)表面的結(jié)露或結(jié)霜，影響中空玻璃的透視度，并降低中空玻璃的隔熱效果（水的傳熱系數(shù)為0.5千卡/平方米*小時(shí)*ºC，干燥空氣的傳熱系數(shù)為0.021千卡/平方米*小時(shí)*ºC，隨著空氣含水量的增加，傳熱傳熱增大，使中空玻璃間隔層的熱阻降低）。
    3、中空玻璃炸裂。由于鐵路客車運(yùn)輸?shù)奶厥庖�求，一天�?nèi)從南方就會(huì)到達(dá)北方（如杭州到齊齊哈爾），溫差在30ºC以上，加之運(yùn)行速度過快，風(fēng)壓較大，使玻璃發(fā)生炸裂。
    三、失效原因分析
    1、密封膠的選擇。
    密封膠的主要作用有兩方面。密封作用，即防止外界的水氣進(jìn)入中空玻璃空氣層內(nèi)；結(jié)構(gòu)作用，即在外界溫度變化及高濕度和紫外線照射下仍能保持中空玻璃的結(jié)構(gòu)整體性。水汽透過率指外界水汽透過膠進(jìn)入中空玻璃空氣層的速度。水汽通過聚合物（密封膠一般均為高分子聚合物）擴(kuò)散進(jìn)入間隔層是中空玻璃失效的最主要原因。
    同時(shí)，雙組份聚硫膠混膠過程中引入雜質(zhì)、劈膠過程中用力不均、擠壓不實(shí)而存在毛細(xì)小孔，在間隔層內(nèi)外壓差或濕度差的作用下，空氣中的水分進(jìn)入間隔層使中空玻璃間隔層中的水分含量增加。
制作中空玻璃的密封膠要求在高、低溫狀態(tài)下均有較好的彈性，在外界溫度變化時(shí)，與玻璃同步漲縮，不致使玻璃產(chǎn)生較大應(yīng)力。
    2、干燥劑的影響。
    用于中空玻璃內(nèi)的主要干燥劑是3A分子篩，3A分子篩只對水具有很強(qiáng)的吸附能力。中空玻璃干燥劑的有效吸附能力指的是干燥劑被密封于間隔層之后所具有的吸附能力。它是分子篩的性能、空氣濕度、添裝量以及在空氣中放置時(shí)間等的函數(shù)。干燥劑的作用有兩個(gè)，其一是吸附生產(chǎn)中密封于間隔層中的水分，使得中空玻璃有合格的初始露點(diǎn)；其二是不斷吸附從環(huán)境中通過膠層擴(kuò)散到間隔層中的水分，保證中空玻璃始終具有符合使用要求的露點(diǎn)。
    中空玻璃檢測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中空玻璃的初始露點(diǎn)必須達(dá)到-40ºC。一般來說，中空玻璃制作后要放置24小時(shí)以上，才可達(dá)到完全干燥程度，如果低于這個(gè)時(shí)間，中空玻璃內(nèi)空氣還未完全干燥，這時(shí)外界溫度很低的情況下，則中空玻璃空氣層內(nèi)的潮濕空氣由于溫差的急劇變化會(huì)出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，即內(nèi)結(jié)露，內(nèi)結(jié)露的結(jié)果可導(dǎo)致中空玻璃內(nèi)側(cè)面形成永久的水跡。
    3、生產(chǎn)時(shí)的環(huán)境濕度。
    如果生產(chǎn)車間的環(huán)境濕度較大，特別是夏季或陰雨天氣，水汽較重，就會(huì)消耗干燥劑的吸附能力從而使干燥劑的剩余吸附能力降低，使得中空玻璃使用壽命縮短。（濕度應(yīng)控制在50%以下）
    4、中空玻璃的加工工藝。
    雙組份聚硫膠混膠不均（劈膠后不固化）或一次性混膠太多造成部分膠出現(xiàn)固化（混合后的雙組份聚硫膠隨溫度升高固化速度加快，一般車間應(yīng)控制溫度在20ºC—25ºC，混膠后應(yīng)在最短時(shí)間內(nèi)用完，從攪拌到劈膠完畢不應(yīng)超過20分鐘）產(chǎn)生氣孔并降低玻璃和雙組份聚硫膠之間的粘結(jié)強(qiáng)度。工藝上玻璃清洗不凈、雙道密封時(shí)丁基膠斷條或角部密封不嚴(yán)等均可造成中空玻璃的質(zhì)量下降。
    5、玻璃的清洗。
    玻璃清洗是中空玻璃生產(chǎn)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，也是保證中空玻璃密封壽命的最重要環(huán)節(jié)。如果玻璃上的殘留油漬和汗水不能徹底清洗掉，則密封膠與玻璃的密封程度及結(jié)構(gòu)膠對玻璃的粘合性就會(huì)大大削弱，從而降低中空玻璃密封壽命。
    6、鋁間隔條的影響。
    制作中空玻璃時(shí)采用的槽鋁式間隔條，按照其表面每延長米的孔的多少和孔徑大小來看，可以分成許多種。在干燥過程中，中空玻璃兩片玻璃之間的空氣層中的水分子運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散透過間隔條上的孔進(jìn)入間隔條內(nèi)與分子篩接觸。孔多又大的間隔條吸附水的速度快；孔少又小的間隔條吸附水的速度慢。間隔條在灌注分子篩后組裝成中空玻璃之前處于等待的時(shí)間的多少直接影響這種孔玻璃的質(zhì)量，孔多又大的間隔條如果等待時(shí)間長，分子篩吸附環(huán)境中的水就會(huì)大量增加，從而縮短中空玻璃壽命。
    7、生產(chǎn)時(shí)的環(huán)境溫度。
    生產(chǎn)中空玻璃時(shí)，密封于間隔層內(nèi)的壓力是生產(chǎn)環(huán)境下的壓力，由于鐵路客車使用過程較為復(fù)雜，使用溫度與生產(chǎn)環(huán)境溫度相差較大。當(dāng)環(huán)境溫度高于生產(chǎn)溫度時(shí)（在夏季或南方地區(qū)），間隔層內(nèi)的空氣發(fā)生膨脹，產(chǎn)生正壓；當(dāng)環(huán)境溫度低于生產(chǎn)溫度時(shí)（在冬季或北方地區(qū)），間隔層內(nèi)的空氣發(fā)生收縮，產(chǎn)生負(fù)壓。由于客車運(yùn)行，正負(fù)壓交替作用，造成玻璃變形、炸裂。
    8、車窗邊框缺乏防護(hù)措施
    中空玻璃與窗框連接時(shí)，周邊缺乏防護(hù)措施，使中空玻璃支結(jié)與鋁框接觸，在使用過程中，由于車體震蕩，造成中空玻璃磕碰、炸裂。
    四、中空玻璃防止失效的預(yù)防措施
    1、嚴(yán)格控制生產(chǎn)環(huán)境的濕度。
    生產(chǎn)環(huán)境的濕度主要是影響干燥劑的有效吸附能力和剩余吸附能力。剩余吸附能力的大小決定中空玻璃在使用過程中，通過擴(kuò)散進(jìn)入間隔層的水分吸附量的大小，從而決定著中空玻璃的有效使用時(shí)間。中空玻璃生產(chǎn)濕度大時(shí)，密封于間隔層中的水分多，消耗干燥劑的吸附能力就大，剩余吸附能力就小。干燥劑消耗的吸附能力與環(huán)境濕度成正比，干燥劑的剩余吸附量隨著濕度的升高而減小，因此濕度對中空玻璃的有效使用時(shí)間的影響至關(guān)重要。
    降低環(huán)境濕度的一般有以下方式
    （1）、加裝除濕機(jī)。在中空玻璃生產(chǎn)車間安裝除濕機(jī)可有效的控制環(huán)境濕度。一般除濕機(jī)啟動(dòng)兩個(gè)小時(shí)后，潮濕環(huán)境下（5—10月份），濕度可降到60%以下；干燥環(huán)境下，濕度可降到50%以下。
    （2）、在密封間內(nèi)合片。重點(diǎn)控制中空玻璃合片工序，單獨(dú)設(shè)置密封間是控制環(huán)境濕度的有效方式。密封間可防止潮濕空氣進(jìn)入，如果與除濕機(jī)結(jié)合使用，效果良好。
    2、選擇適當(dāng)?shù)拈g隔條。
    鋁間隔條的厚度應(yīng)在0.3-.035mm之間，厚度應(yīng)均勻，不允許有硬彎、表面平整光滑，透氣孔分布均勻，鋁間隔條需經(jīng)過陽極氧化處理或去污處理，
    3、選用性能優(yōu)良的密封膠。
    密封膠要求氣密性好，耐紫外線老化、耐高溫高濕老化性能好。丁基膠是槽鋁式中空玻璃的首道密封膠，它是一種熱熔膠，具有低水汽透過率（在中空玻璃膠中最低）、有較高粘性，是鋁條側(cè)面和玻璃之間阻擋水汽的最有效屏障。
MF-840T雙組份聚硫膠符合Q/ZZY.J02-2001標(biāo)準(zhǔn)，下垂度0mm，適用期≥15min,表干期≤3h,低溫柔性≤--40ºC，粘合拉伸強(qiáng)度≥0.4Mpa。具有良好的耐油性、耐融性及密封性。
    4、嚴(yán)格控制玻璃清洗干燥。
    清洗前檢驗(yàn)玻璃無劃傷，保證密封膠與玻璃的粘結(jié)性，使用去離子水。清洗后的玻璃要通過光照檢驗(yàn)，檢查玻璃表面有無水珠、水漬、及其他污漬，若存在水珠、水漬、及其他污漬，則需對清洗干燥機(jī)運(yùn)行速度、加熱溫度、毛刷間隙進(jìn)行調(diào)整，直到達(dá)到效果完好為止。
    5、合理的安裝方式
    安裝中空玻璃的鋁框要平整，R角處圓弧半徑要規(guī)范，與玻璃接觸的周邊加墊2mm厚膠墊。中空玻璃安裝時(shí)，一定要先裝大膠條（車窗內(nèi)側(cè)膠條），再裝小膠條（車窗外側(cè)膠條），應(yīng)使用膠錘錘入玻璃。
    6、優(yōu)化中空玻璃加工工藝。
    首先，為避免出現(xiàn)混膠不均現(xiàn)象，應(yīng)首選機(jī)涂，如條件不允許，手涂時(shí)應(yīng)充分?jǐn)嚢鐰、B組份，使其均勻。辟膠時(shí)，沿一個(gè)方向從下往上承25º—35º角延續(xù)辟膠，實(shí)踐證明可有效避免出現(xiàn)劈膠過程中存在毛細(xì)小孔現(xiàn)象。
    其次，盡量縮短分子篩及鋁間隔條存放時(shí)間，隨著存放時(shí)間的增加，中空玻璃干燥劑的有效吸附能力降低，因而分子篩及鋁間隔條存放時(shí)間一般應(yīng)控制在3小時(shí)以內(nèi)。連續(xù)彎管的間隔條灌注分子篩存放期間，進(jìn)入間隔條內(nèi)的水分較之插角連接的間隔條要少得多，因而應(yīng)盡量減少插角數(shù)，同時(shí)插角處涂丁基膠，可有效的降低水汽的進(jìn)入。
    本文對中空玻璃失效原因進(jìn)行了詳盡的闡述，制定了切實(shí)可行的預(yù)防措施。伴隨中國鐵路客車高速化發(fā)展，對中空玻璃的要求也越來越高，中空玻璃生產(chǎn)應(yīng)嚴(yán)格控制各方面因素，避免中空玻璃失效現(xiàn)象的發(fā)生。我們應(yīng)不斷改進(jìn)中空玻璃生產(chǎn)工藝，努力提高技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)鐵路客車及中空玻璃向更高、更新、更強(qiáng)的方向發(fā)展。