鐵路客車車窗中空玻璃失效分析及預防措施

    伴隨中國鐵路客車高速化發展，對車窗玻璃的要求也越來越高，中空玻璃由于優越的節能、隔音效果，抗風壓能力高，消除霜露等特點得到廣泛應用。有效的控制中空玻璃失效現象的發生，是促進鐵路客車高速化發展的必要途徑。
    一、 槽鋁式中空玻璃的結構
    鐵路客車車窗中空玻璃目前主要由兩種結構方式：其一是5+9+5結構，運用于25G、25K、25B及重造車；其二是5+6+8結構，運用于25T及出口車。研制開發的槽鋁式中空玻璃吸取國內先進生產經驗，采用領先的丁基膠、聚硫膠雙道密封技術，具有以下特點：
    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入中空玻璃空氣層內；第二道密封采用雙組份聚硫膠，主要起結構作用，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構整體性。
    2、采用槽鋁定位：具有定位可靠、承壓能力強、分子篩灌注方便等特點。鐵路客車區別于民用建筑的特點之一就是需滿足其高速運行適用要求，中空玻璃應具有的抗風壓強度及耐氣溫變化能力，因而暖邊（復合膠條）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、槽鋁內腔灌注分子篩：分子篩具有吸濕性能，保障中空玻璃露點要求，低溫下無結霜、結露現象，具有優良的使用性能。
    二、中空玻璃失效的主要原因
    結合中空玻璃結構特點，中空玻璃失效的原因一般有以下幾種：
    1、中空玻璃透氣。水汽直接進入中空玻璃間隔層內，使玻璃內表面發生霉變、反堿，槽鋁電解粉化，分子篩失效，直接影響中空玻璃的質量，導致中空玻璃失效。
    2、露點上升。中空玻璃的露點是指密封于間隔層的空氣濕度達到飽和狀態時的溫度。國家標準GB18045—2000中規定露點為-40ºC，低于該溫度時間隔層中水蒸氣就會凝結成液態水，水蒸氣的含量越高，空氣的露點溫度也就越高。當玻璃內表面溫度低于間隔層內空氣的露點時，空氣中的水就會在玻璃內表面結露或結霜。當環境溫度降低到露點以下，表面溫度高于0ºC時，間隔層內的水汽便在玻璃內表面產生結露；表面溫度低于0ºC時，間隔層內的水汽便在玻璃內表面產生結霜。由于玻璃內表面的結露或結霜，影響中空玻璃的透視度，并降低中空玻璃的隔熱效果（水的傳熱系數為0.5千卡/平方米*小時*ºC，干燥空氣的傳熱系數為0.021千卡/平方米*小時*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。由于鐵路客車運輸的特殊要求，一天內從南方就會到達北方（如杭州到齊齊哈爾），溫差在30ºC以上，加之運行速度過快，風壓較大，使玻璃發生炸裂。
    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入中空玻璃空氣層內；結構作用，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構整體性。水汽透過率指外界水汽透過膠進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）擴散進入間隔層是中空玻璃失效的最主要原因。
    同時，雙組份聚硫膠混膠過程中引入雜質、劈膠過程中用力不均、擠壓不實而存在毛細小孔，在間隔層內外壓差或濕度差的作用下，空氣中的水分進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、低溫狀態下均有較好的彈性，在外界溫度變化時，與玻璃同步漲縮，不致使玻璃產生較大應力。
    2、干燥劑的影響。
    用于中空玻璃內的主要干燥劑是3A分子篩，3A分子篩只對水具有很強的吸附能力。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間等的函數。干燥劑的作用有兩個，其一是吸附生產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；其二是不斷吸附從環境中通過膠層擴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。
    中空玻璃檢測標準規定中空玻璃的初始露點必須達到-40ºC。一般來說，中空玻璃制作后要放置24小時以上，才可達到完全干燥程度，如果低于這個時間，中空玻璃內空氣還未完全干燥，這時外界溫度很低的情況下，則中空玻璃空氣層內的潮濕空氣由于溫差的急劇變化會出現冷凝現象，即內結露，內結露的結果可導致中空玻璃內側面形成永久的水跡。
    3、生產時的環境濕度。
    如果生產車間的環境濕度較大，特別是夏季或陰雨天氣，水汽較重，就會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，一般車間應控制溫度在20ºC—25ºC，混膠后應在最短時間內用完，從攪拌到劈膠完畢不應超過20分鐘）產生氣孔并降低玻璃和雙組份聚硫膠之間的粘結強度。工藝上玻璃清洗不凈、雙道密封時丁基膠斷條或角部密封不嚴等均可造成中空玻璃的質量下降。
    5、玻璃的清洗。
    玻璃清洗是中空玻璃生產的第一個環節，也是保證中空玻璃密封壽命的最重要環節。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構膠對玻璃的粘合性就會大大削弱，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動擴散透過間隔條上的孔進入間隔條內與分子篩接觸。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間的多少直接影響這種孔玻璃的質量，孔多又大的間隔條如果等待時間長，分子篩吸附環境中的水就會大量增加，從而縮短中空玻璃壽命。
    7、生產時的環境溫度。
    生產中空玻璃時，密封于間隔層內的壓力是生產環境下的壓力，由于鐵路客車使用過程較為復雜，使用溫度與生產環境溫度相差較大。當環境溫度高于生產溫度時（在夏季或南方地區），間隔層內的空氣發生膨脹，產生正壓；當環境溫度低于生產溫度時（在冬季或北方地區），間隔層內的空氣發生收縮，產生負壓。由于客車運行，正負壓交替作用，造成玻璃變形、炸裂。
    8、車窗邊框缺乏防護措施
    中空玻璃與窗框連接時，周邊缺乏防護措施，使中空玻璃支結與鋁框接觸，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防措施
    1、嚴格控制生產環境的濕度。
    生產環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，通過擴散進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間。中空玻璃生產濕度大時，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間的影響至關重要。
    降低環境濕度的一般有以下方式
    （1）、加裝除濕機。在中空玻璃生產車間安裝除濕機可有效的控制環境濕度。一般除濕機啟動兩個小時后，潮濕環境下（5—10月份），濕度可降到60%以下；干燥環境下，濕度可降到50%以下。
    （2）、在密封間內合片。重點控制中空玻璃合片工序，單獨設置密封間是控制環境濕度的有效方式。密封間可防止潮濕空氣進入，如果與除濕機結合使用，效果良好。
    2、選擇適當的間隔條。
    鋁間隔條的厚度應在0.3-.035mm之間，厚度應均勻，不允許有硬彎、表面平整光滑，透氣孔分布均勻，鋁間隔條需經過陽極氧化處理或去污處理，
    3、選用性能優良的密封膠。
    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標準，下垂度0mm，適用期≥15min,表干期≤3h,低溫柔性≤--40ºC，粘合拉伸強度≥0.4Mpa。具有良好的耐油性、耐融性及密封性。
    4、嚴格控制玻璃清洗干燥。
    清洗前檢驗玻璃無劃傷，保證密封膠與玻璃的粘結性，使用去離子水。清洗后的玻璃要通過光照檢驗，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，則需對清洗干燥機運行速度、加熱溫度、毛刷間隙進行調整，直到達到效果完好為止。
    5、合理的安裝方式
    安裝中空玻璃的鋁框要平整，R角處圓弧半徑要規范，與玻璃接觸的周邊加墊2mm厚膠墊。中空玻璃安裝時，一定要先裝大膠條（車窗內側膠條），再裝小膠條（車窗外側膠條），應使用膠錘錘入玻璃。
    6、優化中空玻璃加工工藝。
    首先，為避免出現混膠不均現象，應首選機涂，如條件不允許，手涂時應充分攪拌A、B組份，使其均勻。辟膠時，沿一個方向從下往上承25º—35º角延續辟膠，實踐證明可有效避免出現劈膠過程中存在毛細小孔現象。
    其次，盡量縮短分子篩及鋁間隔條存放時間，隨著存放時間的增加，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間一般應控制在3小時以內。連續彎管的間隔條灌注分子篩存放期間，進入間隔條內的水分較之插角連接的間隔條要少得多，因而應盡量減少插角數，同時插角處涂丁基膠，可有效的降低水汽的進入。
    本文對中空玻璃失效原因進行了詳盡的闡述，制定了切實可行的預防措施。伴隨中國鐵路客車高速化發展，對中空玻璃的要求也越來越高，中空玻璃生產應嚴格控制各方面因素，避免中空玻璃失效現象的發生。我們應不斷改進中空玻璃生產工藝，努力提高技術水平和產品質量，促進鐵路客車及中空玻璃向更高、更新、更強的方向發展。