赵西安离子性中间膜夹层玻璃.docx

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赵西安离子性中间膜夹层玻璃

离子性中间膜夹层玻璃

（中国建筑科学研究院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。

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．能承受室人员的突然撞击，防止玻璃飞散或整体脱出，避免室人员飞出坠落。

4．有足够的剩余承载力，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。

（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1SGP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2SGP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，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4PVB夹层玻璃，即使竖向安装，四边支承，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6SGP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6~12。

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19mm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2006~2007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、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=0.84N/mm2；而SGP夹胶膜的剪切模量G则高达42.7N/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，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20N/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，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）。

PVBSGP

图14受弯时PVB夹层玻璃和SGP夹层玻璃截面应力的分布

PVBSGP

图15相同厚度时夹层玻璃承载力的比较

PVBSGP

图16相同荷载作用到相同厚度夹层玻璃时挠度的比较

PVBSGPPVBSGP

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+2.28SGP+15mm（图19）。

接着，生产了12块12.6mX2.6m超大尺寸热弯钢化夹层玻璃，12mm+1.58SGP+12mm+1.58SGP+12mm，用于苹果店（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12.8m超大尺寸热弯钢化夹层玻璃图20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2113.8mX3.6m，15mm+2.28SGP+15mm超大热弯玻璃图22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2315m长五夹胶超白玻璃柱图24为苹果店生产的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上方艺术中心图26多孔金属板夹胶玻璃

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。

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。

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+1.52SGP+12mm超白（图30、图31）。

塔是我国已经建成最高的建筑，高度为600m（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+1.52SGP+8mm）+12A+（8mm+1.52SGP+8mm）。

三角形玻璃板块最大尺寸为1.5mX3.5m（图34）。

图29中心，高度632m图30中心双层幕墙之间的热通道空间

图31中心玻璃幕墙图32塔，高度600m图33塔幕墙双夹层中空玻璃

图34塔的楼层，落地三角形大块SGP夹层玻璃图35京基大厦顶部采用SGP夹层玻璃

京基大厦是目前已建成的最高建筑，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。

目前国高层建筑玻璃幕墙配置最高档的要数利通广场大厦，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+1.52SGP+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为塔点支三角形采光顶玻璃板，SGP`夹胶。

恒隆广场6000m2的采光顶也是采用SGP夹层玻璃（图41）。

图40塔的点支玻璃采光顶采用SGP夹层玻璃`图41恒隆广场采光顶

花城广场太古汇有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

省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