離子性中間膜夾層玻璃

      一、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：

　　1．能可靠地粘結(jié)玻璃，減少碎玻璃的飛散，最大限度保護(hù)駕駛員和乘客的安全。
　　2．能防止石塊和其他小物件擊穿玻璃進(jìn)入車內(nèi)。
　　3．有一定的柔軟性，防止駕駛員頭部激烈撞擊擋風(fēng)玻璃，并防止車內(nèi)人員飛出車外。
　　4．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(duì)建筑幕墻開發(fā)的，所以它富于彈性，比較柔軟，剪切模量小，兩塊玻璃間受力后會(huì)有顯著的相對(duì)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(shí)，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(shí)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：
　　1．對(duì)玻璃有較高的粘結(jié)能力，有較強(qiáng)的抗撕裂強(qiáng)度，能防止玻璃破碎時(shí)飛散。
　　2．有較強(qiáng)的防護(hù)能力，可以防止自然力和人力的破壞。對(duì)強(qiáng)風(fēng)、地震、暴力、盜竊等有足夠的抵抗力。
　　3．能承受室內(nèi)人員的突然撞擊，防止玻璃飛散或整體脫出，避免室內(nèi)人員飛出墜落。
　　4．有足夠的剩余承載力，玻璃破碎后再發(fā)生彎曲變形時(shí)不會(huì)整塊脫落。
　　5．中間膜有大的剪切模量，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。
　　6．無色透明，能耐受紫外線、水汽和外界氣候變化影響，長時(shí)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、全玻璃結(jié)構(gòu)等對(duì)夾層玻璃的高標(biāo)準(zhǔn)要求。
　　二、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。
　　（一）具有高的強(qiáng)度和剪切模量，力學(xué)性能優(yōu)異
　　SGP 的剪切模量是 PVB 的50倍以上，撕裂強(qiáng)度比 PVB 高 5 倍。SGP 夾膠后，玻璃受力時(shí)兩片玻璃之間的膠層基本上不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，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(shí)，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）。

　　由于承載力提高，撓度減小，玻璃厚度會(huì)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。不僅有利于主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且節(jié)材就是節(jié)能，因?yàn)樯a(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。
　?。ǘ┚哂辛己玫倪叢糠€(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、分離，要求外露邊緣進(jìn)行封邊處理。而SGP膠膜有良好的邊部穩(wěn)定性，對(duì)水分不敏感，在外露條件下使用也不會(huì)開膠、分離，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）。

　?。ㄈ┎Ａ茡p后留有充分的剩余承載力，不會(huì)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(huì)產(chǎn)生很大的彎曲變形，有整塊脫落的危險(xiǎn)（圖4）。當(dāng)玻璃水平安裝在采光頂上時(shí)風(fēng)險(xiǎn)更大，北京香山植物園就曾發(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(qiáng)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(gè)臨時(shí)結(jié)構(gòu)，其彎曲變形小，還可以承受一定量的荷載而不會(huì)整片下墜。這就大大提高了玻璃的安全性（圖5、圖6）。

　?。ㄋ模o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 6~12。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(duì)頂級(jí)的（圖7）。

　　三、離子性中間膜夾層玻璃的試驗(yàn)研究
　　受美國杜邦公司的委托，中國建筑科學(xué)研究院于2006~2007年期間進(jìn)行了SGP 夾層玻璃性能的研究?！　≡囼?yàn)得到了SGP中間膜和PVB中間膜自身的物理力學(xué)性能以及對(duì)比了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）。

　　不同厚度夾層玻璃和等厚單片玻璃的對(duì)比試驗(yàn)表明，SGP夾層玻璃的應(yīng)力和撓度與同厚度的單片玻璃基本相同；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(dú)的玻璃疊加（圖10、圖11）。

　　試驗(yàn)還表明，SGP 夾層玻璃破碎后，撓度并沒有顯著加大，仍保留相當(dāng)大的剩余承載力，能保證幕墻的結(jié)構(gòu)安全（圖12）。
　　進(jìn)行了30天長期荷載試驗(yàn)，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）。

　　進(jìn)行了溫度升高條件下的受力性能試驗(yàn)，溫度在50攝氏度以下時(shí)，SGP夾層玻璃的承載力不降低；而PVB夾層玻璃50攝氏度時(shí)的承載力僅為20攝氏度時(shí)的60%。
   試驗(yàn)實(shí)測，在溫度為20攝氏度時(shí)，PVB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。
　　四、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(qiáng)度f 很小，夾層玻璃受彎時(shí)中間層就產(chǎn)生很大的滑移，玻璃之間就在相對(duì)滑動(dòng)，夾膠膜實(shí)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(shí)際上還是各自單獨(dú)工作。承載力僅僅是各片玻璃單獨(dú)承載力之和。
　　反之，如果夾膠膜的剪切模量G和撕裂強(qiáng)度f很高，夾層玻璃受彎時(shí)夾膠膜滑移量極小，這時(shí)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(shí)，夾層玻璃就變成了單片玻璃。在工程上，當(dāng)夾膠層的剪切模量G大于20 N/mm2時(shí)，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達(dá)到42.7N/mm2，已經(jīng)滿足了這個(gè)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(shí)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，在相同厚度下兩者的承載力和變形有很大的差別（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(jìn)行幕墻玻璃的選用，取得更大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益（圖17、圖18）。

　　五、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：12.8mX2.6m熱彎鋼化超白夾層，15mm+2.28 SGP+15mm（圖19）。接著，生產(chǎn)了12塊12.6mX2.6m 超大尺寸熱彎鋼化夾層玻璃，12mm+1.58 SGP+12mm+1.58 SGP+12mm，用于上海蘋果店（圖20）。正是SGP離子性中間膜的應(yīng)用使得超大玻璃制造成為可能。

　　六、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 為上海東方藝術(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(qiáng)力粘接才能完成金屬板夾膠玻璃的制造。

　　七、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、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(huì)墜落。SGP中間膜夾層玻璃可以很好地滿足這些要求。
      上海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。上海中心采用雙層通風(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）。
　　廣州塔是我國已經(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1.5mX3.5m（圖34）。

　　深圳京基大廈是深圳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(gè)超高拱形大廳由SGP夾層超白玻璃覆蓋（圖35），非常通透。
　　目前國內(nèi)高層建筑玻璃幕墻配置最高檔的要數(shù)廣州利通廣場大廈，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主要是考慮：高承載力和安全性；通透潔白；鋸齒形玻璃不用封邊。

　　八、SGP 夾層玻璃在采光頂?shù)膽?yīng)用
　　SGP夾層玻璃不僅有高強(qiáng)度，而且破損后有足夠的抗彎曲能力，不會(huì)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38 為廣州塔點(diǎn)支三角形采光頂玻璃板，SGP`夾膠。沈陽恒隆廣場6000m2的采光頂也是采用SGP夾層玻璃（圖39）。

　　廣州花城廣場太古匯有廣州規(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40）。

　　小結(jié)
　　離子性中間膜SGP在建筑幕墻夾層玻璃中應(yīng)用時(shí)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夾層玻璃高承載力、安全性、通透性等特點(diǎn)。而在玻璃攔板、玻璃地板、玻璃遮陽板的應(yīng)用中，SGP夾層玻璃的耐沖擊、安全、無須封邊的優(yōu)點(diǎn)十分顯著。超大尺寸夾層玻璃和多重夾膠玻璃制品更離不開SGP夾膠膜。
　　在今后SGP夾層玻璃不斷擴(kuò)展的應(yīng)用中，我們將會(huì)看到它更廣闊的發(fā)展前景。