中空／真空节能玻璃封边部位应力与变形理论分析-论文.pdf

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1、建筑玻璃与工业玻璃2014，№8中空／真空节能玻璃封边部位应力与变形理论分析中国建筑材料科学研究总院刘小根包亦望邱岩北京建~k_r--程大学王秀芳北京新立基真空玻璃技术有限公司许海凤1引言差，特别是在北方寒冷的冬季，内、外玻璃片温差甚发展高效节能玻璃是降低建筑能耗重要途径之至超过60℃以上。由于温差作用，内、外玻璃片会产一生明显的伸缩变形差异。从而造成封接层产生应力。目前，我国节能门窗幕墙上应用最为广泛的就是Low—E中空玻璃，而作为节能玻璃的一枝新秀，真空和变形。对于中空玻璃而言，如图1所示，当温度低玻璃由于其良好的节能功效越来越受到广泛关注，应的一面玻璃缩收，而温度高的一面玻璃伸长

2、，这样就用前景非常乐观ll】。中空玻璃主流产品是采用二道会导致边部错位变形，引起中空玻璃边缘第一道密封密封胶对边缘进行气密封装，从而在中空玻璃的两片胶错位，并被挤出。玻璃之间形成一层干燥空气层或惰性气体层来降低玻璃导热系数。真空玻璃是将两片平板玻璃周边采第二道密封胶用低熔点玻璃进行熔封，并将其中间间隔层抽成真空并密闭排气而成。因此，从结构上来看，中空玻璃和图1内、外片温差作用下中空玻璃边缘变形示意图真空玻璃的耐久性与可靠性完全取决于边部密封层的气体隔绝性能，一旦边缘密封失效，则为气体渗入在温差作用下，中空玻璃内外片变形与封接材料提供可乘之机，此时，即使玻璃完好无缺，但作为一变形存在协调

3、关系。设玻璃长边尺寸为，，短边尺寸种节能产品，其已经完全失效。中空玻璃和真空玻璃为b，最大应力和变形发生在短边对应的部位。在制备和应用过程中，会受到外界大气压、温差等环如图2，设内、外玻璃片温差为，假设不受边境因素影响，从而造成产品产生一定的变形。中空玻缘封接材料约束，玻璃内外片变形差为，，实际玻璃璃由于边缘为弹性封接，因此，其面临的主要问题是在温差作用下伸缩变形时，封边材料一方面约束了温边缘变形问题，因为边缘一旦错位变形过大，就会直度高的玻璃伸长，同时又拉着温度低的玻璃伸长，最接影响第一道密封胶的功能，甚至让其完全失效。而后形成平衡阶段，此时，内、外玻璃片实际变形差为真空玻璃由于采用

4、低熔点玻璃封接，边缘变形受到熔，1，封边材料受剪切变形，设变形量为，2，即为边缘封层的抑制，但受环境冲击作用会在封接部位产生较错位变形量，封边材料剪力为Ⅳ则：大的拉应力和切应力，严重情况可造成真空玻璃边缘A1=oLAT1／2(I)破裂漏气。因此，定量分析环境作用下中空玻璃和真Al。=面N1(2)空玻璃边部变形和应力及其影响因素，对指导中空玻璃、真空玻璃边缘结构优化设计和工程应用具有一定△：(3)指导意义。由变形协调关系：2温差作用下中空玻璃／真空玻璃边缘应力与Al=A1+△f2(4)△T，变形得：A／2lmG(5)2．1温差作用下中空玻璃边缘变形分析中空玻璃在应用过程中内、外片会存在明

5、显的温上式中：为玻璃线膨胀系数，E为玻璃弹性模量，G为封边材料剪切模量，m为封边宽度，h为封边等=去+[H层材料厚度，h为玻璃厚度。则S=oLAT／c(8)这里c=()+(9)其中，，为封边玻璃弹性模量和泊松比，b和g分别为封边宽度和厚度，￡为玻璃长边长度。图2温差作用下玻璃内、外片变形协调示意图根据现有中空玻璃真空玻璃产品结构，选取玻璃线膨胀系数仅为8×10～，玻璃弹性模量70GPa，硅酮结构胶剪切模量取0．86MPa，中空玻璃结构胶打胶宽度为10ram，打胶厚度为12mm(中空玻璃间隔层厚度)。选择玻璃基片厚度为5ram，设温差为60~C，按长宽尺寸为2000ram~2000ram

6、的中空玻璃边缘变形计算如图3温差作用下真空玻璃变形与载荷下：通过实测，E：53．2GPa，v：0．24，一般b=lOmm，△f2：—g=O．15ram，a=8×10／℃。2(1+)将式(9)简化，可得：一墨兰!：：兰鱼Q12(1+)S=I1000AT／(+)IPa(1o)=0．478mm式(10)表明对剪应力影响不明显，可以忽略不由式5可以看出，中空玻璃边缘变形量与其长边计，因此，上式可以简化为：尺寸基本呈线性关系，因此，对于超大型中空玻璃结S=0．115ATt(MPa)(11)构，比如目前已有产品最大边长尺寸已超过15m。这由此可以看出，温差引起的对玻璃焊料的剪应力时，中空玻璃边缘错

7、位变形量相对较大，其对第一道只与温差和玻璃基片厚度有关，与真空玻璃长宽尺寸密封胶错位影响应引起注意。无关。2．2温差作用下真空玻璃应力分析表1为通过理论计算得到的不同厚度真空玻璃由于真空玻璃两基片四周被低熔点玻璃焊料封基片且内、外片温差为600(2下边缘封接部位剪应力数接，因此，两片玻璃的自由膨胀相互受到约束，只要值。两片玻璃的温度不同，就会因为膨胀差别而导致应力表1温差为6O℃下不同基片厚度真空玻璃和变形的产生。温差引起的真空玻璃变形及载荷分