离子性中间膜夹层玻璃.docx

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1、.离子性中间膜夹层玻璃 赵西安 （ 中国建筑科学研究院 北京 100013）一、 常规的PVB 夹层玻璃目前，玻璃幕墙夹层玻璃广泛采用的中间膜是聚乙烯醇缩丁醛，简称 PVB 。PVB使用已经有多年历史，也为幕墙行业普遍熟悉。但是，这种夹胶膜最初是为汽车玻璃而开发的，所以它的性能主要是为了满足汽车玻璃的以下要求：1 能可靠地粘结玻璃，减少碎玻璃的飞散，最大限度保护驾驶员和乘客的安全。2 能防止石块和其他小物件击穿玻璃进入车内。3 有一定的柔软性，防止驾驶员头部激烈撞击挡风玻璃，并防止车内人员飞出车外。4 满足汽车的使用功能，符合光学、降噪、阻隔紫外线等要求。 由于PVB夹胶膜主要不是针对建筑幕墙

2、开发的，所以它富于弹性，比较柔软，剪切模量小，两块玻璃间受力后会有显著的相对滑移，承载力较小，弯曲变形较大。PVB夹层玻璃可以用于一般玻璃幕墙，不适宜用于有高性能要求的玻璃幕墙。 同时，PVB夹层玻璃的外露边容易受潮开胶，PVB胶膜夹层玻璃使用时间长以后容易发黄变色，这些都是应该加以注意的。 理想的建筑幕墙用夹层玻璃中间膜应能满足以下要求：1 对玻璃有较高的粘结能力，有较强的抗撕裂强度，能防止玻璃破碎时飞散。2 有较强的防护能力，可以防止自然力和人力的破坏。对强风、地震、暴力、盗窃等有足够的抵抗力。3 能承受室内人员的突然撞击，防止玻璃飞散或整体脱出，避免室内人员飞出坠落。4 有足够的剩余承载

3、力，玻璃破碎后再发生弯曲变形时不会整块脱落。5 中间膜有大的剪切模量，使两块玻璃尽可能整截面受弯工作，从而提高玻璃的承载力和弯曲刚度，减小玻璃的厚度，减轻玻璃的自重。6 无色透明，能耐受紫外线、水汽和外界气候变化影响，长时期使用不泛黄变色。 目前采用的PVB夹胶膜还不能完全满足上述要求。有必要开发更高性能的幕墙夹层玻璃专用中间膜，以适应超高层建筑幕墙、大跨度采光顶、超大尺寸夹层玻璃、全玻璃结构等对夹层玻璃的高标准要求。二、 离子性中间膜的特性 现在，能满足建筑幕墙夹层玻璃上述性能要求的夹胶膜 离子性中间膜已经由美国杜邦公司开发出来，并批量生产，商品名称为 SGP 。这种夹胶膜具有许多优良的性能

4、。（一） 具有高的强度和剪切模量，力学性能优异SGP 的剪切模量是 PVB 的50倍以上，撕裂强度比 PVB 高 5 倍。SGP 夹胶后，玻璃受力时两片玻璃之间的胶层基本上不会产生滑动，两片玻璃如同一片等厚度的单片玻璃整体工作。这样一来，承载力就是等厚度的 PVB 夹层玻璃承载力的2倍；同时，在相等荷载、相等厚度的情况下，SGP夹层玻璃的弯曲挠度只有 PVB 夹层玻璃的 1 / 4（图1）。 SGP夹层玻璃整截面工作 PVB夹层玻璃中间膜滑动 图1 SGP夹层玻璃承载力是PVB夹层玻璃的两倍，挠度只有PVB夹层玻璃的1 / 4 由于承载力提高，挠度减小，玻璃厚度会相应减小。有可能减少玻璃的用量

5、约40% ，相应也减轻了幕墙的自重。不仅有利于主体结构设计，而且节材就是节能，因为生产每一标准箱浮法玻璃要消耗标准煤16Kg，耗电7.5 度。如果加上钢化、均质化处理等，耗能就更多了。（二） 具有良好的边部稳定性，可外露使用而无须封边边部稳定性指夹层玻璃边部外露于大气条件下的耐久性。PVB夹胶不耐潮湿，水汽作用下容易开胶、分离，要求外露边缘进行封边处理。而SGP胶膜有良好的边部稳定性，对水分不敏感，在外露条件下使用也不会开胶、分离，可以开边使用，不必封边（图2）。所以SGP夹层玻璃可以很方便地用于拦板、雨棚、外挑装饰玻璃翅、玻璃遮阳板等外露边缘的构件而无须采取专门的封边措施（图3）。 图2 S

6、GP 夹层玻璃可以不加封边就在室外使用 图3 不加封边的SGP 夹层玻璃拦板（三） 玻璃破损后留有充分的剩余承载力，不会整块坠落 普通PVB夹层玻璃，尤其是钢化夹层玻璃，玻璃一旦破碎就会产生很大的弯曲变形，有整块脱落的危险（图4）。当玻璃水平安装在采光顶上时风险更大，北京香山植物园就曾发生过玻璃整块落下的意外事故。 SGP 间膜夹层玻璃整体性好，SGP夹胶膜的撕裂强度是PVB夹胶膜的5倍，即使玻璃万一破碎，SGP膜还可以粘结碎玻璃形成破坏后的一个临时结构，其弯曲变形小，还可以承受一定量的荷载而不会整片下坠。这就大大提高了玻璃的安全性（图5、图6）。 图4 PVB夹层玻璃，即使竖向安装，四边支承

7、， 图5 即使是竖向悬臂安装，SGP 夹层玻璃拦板破碎后 破碎后还是大弯曲变形，最终脱出 仍保持平面，显示还保持一定的承载力 图6 SGP夹层玻璃即使破碎，也还有足够的剩余承载力（四） 无色透明，不易变色，通透性极佳 SGP 夹胶膜本身无色透亮，而且耐候性好，不容易泛黄。SGP 膜的泛黄系数小于1.5，而PVB膜的泛黄系数为 612。因此SGP夹层玻璃能更好地满足建筑师的建筑艺术要求。 如果采用超白玻璃（低铁玻璃）、SGP中间膜夹胶，那超白夹层玻璃晶莹剔透的光学效果将是绝对顶级的（图7）。材料 图7 钻石表面精磨 19 mm超白玻璃，SGP夹胶膜夹层装饰玻璃晶莹闪亮 三、 离子性中间膜夹层玻璃

8、的试验研究 受美国杜邦公司的委托，中国建筑科学研究院于20062007年期间进行了SGP 夹层玻璃性能的研究。试验得到了SGP中间膜和PVB中间膜自身的物理力学性能以及对比了SGP夹层玻璃、等厚PVB夹层玻璃和等厚单片玻璃受力性能。 玻璃受弯试件分四边支承和两边简支两种形式（图8、图9）。 图8 四边支承玻璃试验 图9 对边简支玻璃试验 不同厚度夹层玻璃和等厚单片玻璃的对比试验表明，SGP夹层玻璃的应力和挠度与同厚度的单片玻璃基本相同；而PVB夹层玻璃由于中间层显著的滑移，应力与挠度要大得多。因而可以认为：SGP夹层玻璃作为等厚度单片玻璃整体工作；PVB夹层玻璃接近于两片单独的玻璃叠加（图10

9、、图11）。 图10 最大主应力随荷载的变化 图11 跨中挠度随荷载的变化 （方点为10mm单片玻璃；三角形为SGP 夹层玻璃；圆点为PVB夹层玻璃；夹层玻璃均为 5mm+0.76+5mm） 试验还表明，SGP 夹层玻璃破碎后，挠度并没有显著加大，仍保留相当大的剩余承载力，能保证幕墙的结构安全（图12）。 进行了30天长期荷载试验，PVB夹层玻璃长期荷载下的弯曲变形显著增大，而SGP夹层玻璃如同单片玻璃一样，长期挠度增长很小（图13）。 图12 对边简支SGP夹层玻璃破碎后还有足够剩余承载力 图13 荷载30天后的挠度，自左至右：单片玻璃；PVB夹层玻璃；SGP夹层玻璃 进行了温度升高条件下的

10、受力性能试验，温度在50摄氏度以下时，SGP夹层玻璃的承载力不降低；而PVB夹层玻璃50摄氏度时的承载力仅为20摄氏度时的60%。 试验实测，在温度为20摄氏度时，PVB夹胶膜的剪切模量G=0.84 N/mm2；而SGP夹胶膜的剪切模量G则高达 42.7 N/mm2。四、 离子性中间膜夹层玻璃的力学性能叠合在一起的几片玻璃的工作性能取决于中间层（夹胶膜）的力学性能。如果夹胶膜的剪切模量G和撕裂强度f 很小，夹层玻璃受弯时中间层就产生很大的滑移，玻璃之间就在相对滑动，夹胶膜实际上没有起将玻璃连为整体的作用。这几片玻璃看似叠合在一起，实际上还是各自单独工作。承载力仅仅是各片玻璃单独承载力之和。反之

11、，如果夹胶膜的剪切模量G和撕裂强度f很高，夹层玻璃受弯时夹胶膜滑移量极小，这时候几片玻璃就能够共同工作，好象是一片单片玻璃一样。理论上，当夹胶膜的力学性能等同于玻璃时，夹层玻璃就变成了单片玻璃。在工程上，当夹胶层的剪切模量G大于20 N/mm2时，就可以认为夹层玻璃在整体状态下工作。SGP离子性中间层的G达到42.7N/mm2，已经满足了这个条件；而PVB夹胶膜的G值仅为0.84N/mm2，与上述条件相差悬殊。它们两者受弯时的截面应力状态是完全不同的（图14）。正是两者的受力状态不同，在相同厚度下两者的承载力和变形有很大的差别（图15、图16）。 因此，采用SGP夹层玻璃将使得玻璃的厚度减小，

12、更有利于合理地进行幕墙玻璃的选用，取得更大的经济技术效益（图17、图18）。 PVB SGP 图14 受弯时PVB夹层玻璃和SGP夹层玻璃截面应力的分布 PVB SGP 图15 相同厚度时夹层玻璃承载力的比较 PVB SGP 图16 相同荷载作用到相同厚度夹层玻璃时挠度的比较 PVB SGP PVB SGP 图17 承载力相等时玻璃的厚度 图18 相同外力下挠度相等时玻璃的厚度五、 PVB中间膜在超大尺寸玻璃中的应用 目前，国外生产的热弯钢化夹层玻璃最大长度为6m。我国于2010年成功生产了世界上第一块超大尺寸玻璃：12.8mX2.6m热弯钢化超白夹层，15mm+2.28 SGP+15mm（图

13、19）。接着，生产了12块12.6mX2.6m 超大尺寸热弯钢化夹层玻璃，12mm+1.58 SGP+12mm+1.58 SGP+12mm，用于上海苹果店（图20）。正是SGP离子性中间膜的应用使得超大玻璃制造成为可能。 图19 世界第一块 12.8 m 超大尺寸热弯钢化夹层玻璃 图20 上海苹果店 12 块 12.6mx2.6m 超大夹层玻璃 现在，13.8mX3.6m 热弯钢化SGP夹层玻璃已经生产出来（图21），为香港苹果店和美国苹果店分别制造的15m和18m 热弯钢化SGP夹层玻璃也正在生产中。 图21 13.8mX3.6m，15mm+2.28 SGP+15mm 超大热弯玻璃 图22

14、上海苹果店玻璃梁和玻璃柱的五夹层玻璃 超大尺寸SGP夹层玻璃主要用于苹果店这样的全玻璃结构，与大玻璃配套的是超长多重夹胶玻璃梁和玻璃柱。图22为上海苹果店12m长SGP五夹层玻璃柱。现在更长的SGP多重夹胶玻璃 已经制造成功（图23、图24）。 图23 15m 长五夹胶超白玻璃柱 图24 为香港苹果店生产的15m长六夹胶超白玻璃柱六、 SGP 夹层玻璃在大型公共建筑中的应用 SGP 中间层夹层玻璃已经在许多大型公共建筑中应用。图25 为上海东方艺术中心，幕墙玻璃采用两块玻璃夹一层多孔金属板（图26），只有SGP 强力粘接才能完成金属板夹胶玻璃的制造。 图25 上海东方艺术中心 图26 多孔金属

15、板夹胶玻璃 SGP夹层玻璃在公共建筑中应用，提高了幕墙的安全性，减轻了玻璃的自重，而且使幕墙更为通透（图27、图28）。 图27 上海东方明珠SGP 夹层玻璃护拦板 图28 意大利 BOLZAN博物馆点支幕墙七、 SGP夹层玻璃在超高层建筑中的应用 超高层建筑要承受大的风力、地震力和温度变化的影响，要求玻璃面板有高的承载力和刚度，而且万一破损还要有一定的剩余承载力而不会坠落。SGP中间膜夹层玻璃可以很好地满足这些要求。 上海中心是目前在建最高的建筑，123层，632m高（图29）。共采用SGP夹层玻璃150000m2。上海中心采用双层通风幕墙，外幕墙为单夹层玻璃，配置为 12mm超白+1.52

16、 SGP+12mm超白（图30、图31）。 广州塔是我国已经建成最高的建筑，高度为 600 m（图32）。全部56000m2玻璃幕墙均采用SGP双夹层中空玻璃（图33），配置为（8mm+1.52 SGP+8mm）+12A+（8mm+1.52 SGP+8mm）。三角形玻璃板块最大尺寸为1.5mX3.5m（图34）。 图29 上海中心，高度632m 图30 上海中心双层幕墙之间的热通道空间 图31 上海中心玻璃幕墙 图32 广州塔，高度600m 图33 广州塔幕墙双夹层中空玻璃 图34 广州塔的楼层，落地三角形大块SGP夹层玻璃 图35 深圳京基大厦顶部采用SGP夹层玻璃 深圳京基大厦是深圳目前已

17、建成的最高建筑，高度441m，其顶部为超大共享空间，整个超高拱形大厅由SGP夹层超白玻璃覆盖（图35），非常通透。 目前国内高层建筑玻璃幕墙配置最高档的要数广州利通广场大厦，其高度为303m（图36）。63000m2的玻璃幕墙为锯齿形，别具一格（图37）。玻璃面板为超白半钢化玻璃，SGP夹胶膜，组成为（8mm+1.52 SGP+8mm）+12A+8mm 。采用这样高档的配置主要是考虑：高承载力和安全性；通透洁白；锯齿形玻璃不用封边。 图36 广州利通广场大厦，高度303米 图37 利通SGP超白夹层中空锯齿形幕墙图38 利通SGP 夹胶中空玻璃幕墙平面 图39 利通大厦极其通透的SGP 超白夹

18、胶玻璃幕墙八、 SGP 夹层玻璃在采光顶的应用 SGP夹层玻璃不仅有高强度，而且破损后有足够的抗弯曲能力，不会整片从高空落下，所以特别适用于玻璃采光顶的水平或斜放玻璃板块。 图40 为广州塔点支三角形采光顶玻璃板，SGP夹胶。沈阳恒隆广场6000m2的采光顶也是采用SGP夹层玻璃（图41）。 图40 广州塔的点支玻璃采光顶采用SGP夹层玻璃 图41 沈阳恒隆广场采光顶 广州花城广场太古汇有广州规模最大的现代化购物中心，其采光顶采用了SGP夹层玻璃（图42）。 图42 广州太古汇购物中心SGP超白夹层玻璃采光顶 小 结 离子性中间膜SGP在建筑幕墙夹层玻璃中应用时间不长，但它优良的性能已经在应用

19、中显现出来。在大型公共建筑和超高层建筑玻璃幕墙中充分显示了SGP夹层玻璃高承载力、安全性、通透性等特点。而在玻璃拦板、玻璃地板、玻璃遮阳板的应用中，SGP夹层玻璃的耐冲击、安全、无须封边的优点十分显著。超大尺寸夹层玻璃和多重夹胶玻璃制品更离不开SGP夹胶膜。 在今后SGP夹层玻璃不断扩展的应用中，我们将会看到它更广阔的发展前景。我中心于2012年8月17日-19日在南京举办“节能建筑幕墙和超高层幕墙设计施工技术培训班”一、授课专家席时葭 中国建筑装饰协会幕墙委专家组专家全国建筑门窗及幕墙标准化技术委员会委员吴智勇 中国金属结构协会门窗幕墙委员会专家 四川省成都市金属结构行业协会副秘书长曾任成飞集团装修工程总公司副总兼总工联系人： 董琳18811125591；.