Герметичность стеклопакетов

Краткая историческая справка

Стеклопакет (далее СП) - строительная светопрозрачная конструкция (СПК) из двух и более листов стекла, соединенных между собой с помощью дистанционных рамок и герметиков. СП ведёт свою историю с 60-х годов XIX века.

Однако, многие ещё помнят старые двойные рамы, которые утепляли ватой, проклеивали бумажными и тканевыми полосами ради лучшей теплоизоляции в холодных погодных условиях. На пространства бывшего СССР стеклопакеты и собранные на их основе СПК массово пришли в 90-е годы XX века. За 20 лет до этого появился и стал массово применяться стеклопакет с двойной герметизацией, каким мы уже привыкли его видеть. Сегодня такой стеклопакет находит своё применение в 90% СПК.

В 50х годах XX века был изобретен стеклопакет на основе эластичного уплотнителя – герметика. В основу конструкции легли пустотелая дистанционная рамка, осушающее вещество внутри неё, а также герметик на основе тиокола. Тиокол – полисульфидный каучук, высокоустойчивый к бензину и ароматическим растворителям, имеющий хорошие характеристики старения, высокую механическую прочность, эластичность и низкую проницаемость для газов. Герметики на основе тиокола называются полисульфидными и активно применяются для вторичной герметизации стеклопакетов и в наше время.

Функции стеклопакетов

Одной из основных функций современного СП, помимо светопроведения является теплоизоляция. Для обеспечения улучшенных теплоизолирующих свойств в СП применяют тонированные (например, специальной плёнкой) стекла и газонаполнение инертными газами вместо осушенного воздуха. Такие СП называются энергосберегающими.

Ещё одной дополнительной функциональной нагрузкой в современных СП является шумоизоляция. Она достигается использованием в СП дистанционных рамок разной ширины, газонаполнением, комбинированием в стеклопакете стекол разной толщины, использованием стекол с технологией триплекс.

Отметим, что также СП могут быть морозостойкими, ударопрочными, солнцезащитные.

Ключевой конструктивной особенностью современных СП, обеспечивающей их потребительские эксплуатационные свойства, является их герметичность.

Герметичность

Герметичность — способность оболочки (корпуса), отдельных её элементов и соединений препятствовать газовому или жидкостному обмену между средами, разделёнными этой оболочкой. Это ключевая особенность СП позволяет ему:

·        Не запотевать, за счет отсутствия влаги в камерах СП

·        Хуже проводить тепло, препятствуя энергопотере;

·        Изолировать уличные и другие шумы;

·        Сохранять потребительские свойства до 20 условных лет эксплуатации (согласно ГОСТ Р 54175-2010).

Согласно ГОСТ Р 54175-2010 существуют

«5.1.4 Требования к герметизации стеклопакетов

5.1.4.1 Герметизирующие слои в стеклопакетах (в т.ч. в местах угловых соединений) должны быть сплошными, без разрывов и нарушений герметизирующего слоя (на границе первого и второго слоев герметизации не должно быть видно дистанционной рамки). Не допускаются наплывы герметика в наружном герметизирующем слое (превышающие допуск на размер).

5.1.4.2 Выступание первичного герметика (бутила) внутрь камеры стеклопакета может быть не более 2 мм.

5.1.4.3 При изготовлении двухкамерных стеклопакетов допускается смещение дистанционных рамок относительно друг друга. При этом допуск устанавливается в договоре поставки и не должен быть более 3 мм для стеклопакетов прямоугольной формы и не более 5 мм - для стеклопакетов сложной формы.

5.1.5 Стеклопакеты должны быть герметичными.»

Таким образом, герметичность является неотъемлемым качеством современных СП. 

Производство

Рассмотрим как достигается и обеспечивается герметичность СП в производстве.

Современные СП производятся с использованием двойной герметизации.

1.      Первичная герметизация осуществляется с помощью бутила, либо специальных бутилсодержащих компонентов – ленты или шнура. Нужно отметить, что именно бутил зарекомендовал себя как наиболее качественное средство первичной герметизации СП. Бутил наносится специальными бутил экструдерами. Также используются шнур или лента на основе бутила.

Бутил сам по себе обладает в десятки раз более сильными паро- и влагоизолирующими свойствами, чем вторичный герметик (полисульфидный). Поэтому производители СП, как правило, не экономят на первичном герметике, выбирая качественный бутил.

Бутил наносится специальным бутил экструдером на алюминиевую (а также стальную или комбинированную с ПВХ) дистанционную рамку в расплавленном виде, при температуре 110-120^оC. Бутил обладает отличными адгезионными свойствами как к металлу, так и к стеклу. Расплавленный бутил заполняет все микронеровности как на стекле, так и на рамке, обеспечивая первичный контур герметизации. Основная функция первичного контура герметизации - это обеспечение герметичности межстекольного пространства. В готовом стеклопакете бутил является основным барьером на пути паров влаги в межстекольное пространство из окружающей атмосферы, именно он обеспечивает 93-95% герметичности всего изделия.

Бутил является практически идеальным материалом первичной герметизации стеклопакетов. Но многих производителей отталкивает стоимость бутиловых экструдеров, которая является достаточно высокой, особенно для некрупных производств. Поэтому, в попытках сэкономить на дорогостоящем оборудовании, часто используют бутиловый шнур и бутиловую ленту. Однако, использование этих материалов влечет следующие моменты:

·        Высокая стоимость компонентов, в случае бутилового шнура или дистанционной рамки с заранее нанесенным бутиловым слоем. Что в конечном итоге ведет к повышению себестоимости СП, скрадывая выгоды от экономии на оборудовании.

·        Низкая производительность.

·        Низкое качество стеклопакетов (особенно в случае с липкой лентой).

2. Вторичная герметизация осуществляется с помощью герметиков следующих типов:

·        Хотмелт

·        Полиуретановые

·        Полисульфидные

·        Силиконовые.

Основным предназначением вторичной герметизации является придание механической прочности СП, а также эластичности, так как изделие подвергается ветровым, термическим и другим деформирующим воздействиям. Рассмотрим подробнее герметики для вторичной герметизации.

Хотмелты были широко распространены на заре появления двойной герметизации, в Европе в 70-е годы. Хотмелты являются достаточно простыми с точки зрения технологического процесса и оборудования однокомпонентными термореактивными составами. Экструдер нагревает хотмелт до 170-190^оС и расплав подается к изделию по термостойкому трубопроводу. Хотмелт достаточно быстро застывает, но простота применения не превосходит недостатки хотмелта. При нагревании (даже солнцем) хотмелт может размягчиться вплоть до стекания под действием силы тяжести. При значительном понижении температуры может потерять эластичность и потрескаться. Все эти моменты сказываются на качестве стеклопакета и его долговечности не лучшим образом.

Полиуретановые и полисульфидные герметики похожи по принципу применения, но отличаются по составу и свойствам.

Оба этих типа герметиков полимеризуются и приобретают свои окончательные свойства в результате смешивания двух компонентов в определенной, обозначенной производителем пропорции. Также их отличает примерно одно время первичного застывания (обычно 2-3 часа) и окончательного отвердения (в среднем, 24 часа). Их можно использовать как со специальным экструдером, так и смешивая компоненты вручную, они обеспечивают достаточно высокий темп производства (при использовании соответствующего оборудования).

Однако различия в химическом составе не позволяют использовать одно оборудование для полисульфидных и полиуретановых герметиков. Также, полиуретановые герметики значительно более требовательны к точности соблюдения пропорции при смешивании. И если полисульфидный герметик даёт определенные допуски по соотношению компонентов (это может изменить время застывания состава в большую или меньшую сторону), то нарушение баланса компонентов в полиуретановом герметике может привести к полному несоответствию полученной смеси предъявляемым требованиям. Поэтому, основная область применения полиуретановых герметиков – это предприятия с высокой производственной культурой и развитым технологическим оснащением. Напротив, полисульфидные герметики допускают и ручное, и машинное смешивание без потери качества.

Силиконовые герметики начали применять в 70-х годах XX века. Они обладают рядом преимуществ:

·        Стойкость к ультрафиолету

·        Высочайшая прочность и эластичность

·        Долговечность.

Однако, вместе с тем обладают рядом серьёзных недостатков, значительно сужающих область их применения:

·        Длительный срок герметизации

·        Высокие показатели газовой диффузии, что ведёт к увеличению толщины слоя герметика

·        Высокая стоимость. 

Нормативные документы

Основные положения и технические требования, предъявляемые к стеклопакетам и методологии работ с ними закреплены:

• ГОСТ 24866-2014 Стеклопакеты клееные. Технические условия.
• ГОСТ 30779-2014 Стеклопакеты клееные. Метод оценки долговечности.
• ГОСТ 32998.4-2014(EN 1279-4:2002) Стеклопакеты клееные. Методы определения физических характеристик герметизирующих слоев.
• ГОСТ 32998.6-2014(EN 1279-6:2002) Стеклопакеты клееные. Правила и методы обеспечения качества продукции.

В ГОСТ 24866-2014 также описаны 2 способа испытания герметичности стеклопакетов.

==== Рисунок 1 - Схема стенда для проверки герметичности ==== 

1 - верхний нагрузочный винт; 2 — прокладка; 3 — пружина; 4 - индикатор часового типа; 5 — стеклопакет; 6 - раздвижные опоры; 7 - нижний нагрузочный винт

Порядок проведения испытаний. 

1.      Вращением шкалы нижнего индикатора 4 стрелку устанавливают на нулевое деление.

2.      Нагрузочным винтом 7 нагружают нижнее стекло так, чтобы размер его прогиба соответствовал размеру прогиба верхнего стекла.

3.      Стеклопакет выдерживают 3-4 мин для стабилизации показаний верхнего индикатора.

4.      Вновь устанавливают показания шкал верхнего и нижнего индикаторов на нулевое деление.

5.      Стеклопакет выдерживают под нагрузкой (15±1) мин и определяют показания верхнего индикатора.

Если стеклопакет герметичен, показание верхнего индикатора должно быть не более 0,02 мм.

При испытании двухкамерного стеклопакета определение герметичности каждой камеры проводят отдельно. При этом для испытания второй камеры стеклопакет переворачивают на опорах 6 на 180° вокруг продольной оси.

6.      Оценка результатов. Образцы считают выдержавшими испытание, если у всех образцов показания верхнего индикатора не превышают 0,02 мм.  

Определение герметичности стеклопакетов в ёмкости с водой.

Сущность метода заключается в определении герметичности стеклопакетов под гидростатическим давлением воды. Испытания проводят на трех образцах стеклопакетов размерами не менее 500х500 мм. 

Испытательное оборудование и средства измерений

Емкость с вакуумной присоской, заполненная водой; схема испытательного стенда приведена на рисунке 2. Термометр по ГОСТ 28948 с погрешностью измерения не более 2°C. 

==== Рисунок 2 - Схема испытательного стенда ==== 

1 - емкость с водой; 2 - образец стеклопакета; 3 - вакуумная присоска; 4 - вода 

Проведение испытаний. 

1.      Каждый образец стеклопакета поочередно помещают на (24±1) часа в емкость с водой, имеющей температуру (23±5)°C. Схема показана на рисунке 2.

2.      Образец помещают таким образом, чтобы расстояние от стенки емкости до боковой грани стеклопакета было не менее 40 мм. Если стеклопакет содержит стекла разной толщины, его помещают вниз стеклом большей толщины.

3.      Уровень воды должен быть выше поверхности стеклопакета не менее чем на 400 мм. После извлечения стеклопакета из воды его подвергают визуальному осмотру.

4.       Допускается проводить испытания определения герметичности стеклопакетов, используя вместо вакуумной присоски другой способ закрепления стеклопакета, таким образом, чтобы торцы стеклопакетов не закрывались.

5.       Оценка результатов. Образцы считают выдержавшими испытание, если в них не обнаружены следы проникновения воды в камеры стеклопакета.

Заключение

В современных светопрозрачных конструкциях герметичности входящих в них стеклопакетов отведено немаловажное значение. За прошедшее с появления первых герметичных СП время прогресс значительно продвинул технологическую составляющую производства стеклопакетов, что привело к удешевлению стоимости качественных СПК до уровня общедоступной.

Современное сырьё и оборудование позволяют создавать СП в полном соответствии с нормативными требованиями, с невысокой себестоимостью и отличными потребительскими свойствами.

Вклад участника

Алексей Парсков