关于充气中空玻璃的生产过程控制和质量检测

【中玻网】随着国家有关建筑节能的政策方针和法规的大力实施、建筑节能知识的逐渐普及，人们对节能配置高的中空玻璃需求也在不断增加，低辐射镀膜玻璃的规模化生产带来的市场增量的相对提高，使高性能中空玻璃的有效需求量的不断增加成为可能。于是出现了低辐射镀膜中空玻璃方面越来越广泛的应用，方兴未艾。但低辐射玻璃的应用带来了我们以前不曾遇到的两个问题：(1)使用离线低辐射镀膜制作中空玻璃，对密封寿命的要求变得更加突出；(2)使用低辐射玻璃解决热辐射问题之后，降低中空玻璃空腔内的热对流就变得十分迫切。中空玻璃充惰性气体有助于同时改善密封寿命和降低热对流，而充气中空玻璃所必要的初始充气浓度和气密性，是解决这两方面问题的基本保证。本文要点讨论提高充气中空玻璃的初始浓度所涉及的有关问题，如充气中空玻璃的生产过程控制和产品质量检验，旨在帮助那些已经对中空玻璃充气但浓度低于90％和那些正在考虑上中空玻璃充气设备的厂家选择正确的充气设备。
　　
　　1、充气的基本知识
　　
　　一般来说，充气中空玻璃所使用的惰性气体为氩气，具有无色、无味、无害的特点，其分子量较空气重38％，导热系数比空气小。
　　
　　由于氩气的密度比空气大，因此，在中空玻璃充气时，氩气充（进）气孔在下端、空气的出（排）气孔在上端，以置换出中空玻璃内的空气，达到所需要的氩气浓度。
　　
　　中空玻璃的充气过程实质上是流动气体从一种运动状态转移到另一种状态的过程，充气质量高与否和气体产生层流（laminar）抑或是紊流(turbulence)有关。因此，讨论中空玻璃充气质量不能离对于层流和紊流基本概念的讨论。
　　
　　层流和紊流是粘性流体运动时惯性力和粘性力共同作用的结果。粘性流体运动与理想流体运动的主要区别是微团的受力除惯性力外，还有粘性力。根据这两种力的特点，它们对流体微团运动行为的影响是不同的。按照定义，粘性力的作用是阻止流体微团发生相对运动，而惯性力的作用与粘性力的作用正好相反，因此在粘性流体流动中，流动的行为决定于这两种力作用的结果。在粘性力的作用远大于惯性力的作用条件下，气体运动产生层流，反之，在惯性力的作用远大于粘性力的作用时，气体运动产生紊流。
　　
　　直观地看，作为流体运动的一种较简单图像，层流可以看成是彼此相邻、并且具有“确定物质意义”的流层，或者说是不存在相互串动的“流体线元”，进行滑移运动的一种延伸。简单地说，层流就是流体的分层流动。此时，运动中流体承受牛顿粘性应力，与固体之间反抗彼此滑移运动的力学机制没有任何本质差异。紊流的基本特点是有涡性、不规则性、随机性、扩散性和耗散性，是一种由大小不等、频率不同的旋涡结构组成，使其物理量对时间和空间的变化均表现出不规则的随机性。
　　
　　目前，我国中空玻璃的充气质量不高，在很大的程度上是由充气过程中产生的紊流所造成的。假定充气设备的传感器只识别中空玻璃排气孔处收集到的惰性气体的浓度，且充气中空玻璃的层流和紊流较终给出的惰性气体浓度同样符合标准要求，人们用肉眼又无法区别哪片中空玻璃的惰性气体在扩散后的浓度走向。如果采用高压放电法对这类充气中空玻璃的初始浓度进行在线检验，所得出的浓度就会高出扩散后的实际浓度。结果有两种：1）如果厂家将存在紊流的产品判断为合格交付客户或送到实验室检验，扩散后的实际浓度就会低于开始测试的浓度。2）这种浓度明显变化的充气中空玻璃会困惑生产厂家，因为产品的密封并无缺点，且产品测试的只是初始浓度。
　　
　　关于流体的层流和紊流的上述表述，在于揭示中空玻璃充气过程流体运动状态转变过程中出现紊流的可能性及其特点。
　　
　　2、紊流对充气过程及浓度测量的影响
　　
　　充气中空玻璃产生紊流时，中空玻璃腔体内的部分空气始终不能被充入的氩气置换掉，因此，存在紊流的充气中空玻璃的初始浓度很难达到标准所规定的要求。此外，充气过程中所产生的紊流，使空气仍存在于中空玻璃空腔的中点位置。当中空玻璃出现紊流现象时，在中空玻璃排气孔传感器所检验到的浓度，一般来说，应高于中空玻璃腔体中点湍流的空气，而中空玻璃的惰性气体的完全扩散需要6~8小时。如果使用该方法进行在线检验，则所测出的浓度明显高于扩散后的实际浓度。因此，我们不能将这种检验方法作为充气中空玻璃的在线检验手段。否则，在充气中空玻璃内出现紊流现象条件下，会给出检验人员错误的判断。如存在紊流的充气中空玻璃，采用高压放电法检验中空玻璃的位置应尽可能靠近间隔条位置（见图4）。按照厂家建议的三个测量点，正好避开了充气中空玻璃的紊流气体，即空气位置，所给出的浓度为惰性气体的浓度。因此，有必要在充气中空玻璃放置6~8小时后，得出正确的浓度数字。据调查，有的厂家自检的充气中空玻璃初始浓度在90％以上，但经第三方测量实际浓度明显低于90％，有的甚至不足70％。通过对这些浓度差别大的充气玻璃密封的外观检验，我们很难找出任何密封缺点，因此，我们推断出现这种现象的原因之一，是由于紊流造成的。

　　但是，这种检验方法属于产品质量的事后检验。充气中空玻璃放置6-8小时后，第二道密封胶基本固化，如果充气中空玻璃的浓度达不到要求，则对已充气的中空玻璃的返工是一件费时费力的事情。此外还有两种可能：(1)如果对充气方法不改进的话，我们仍无法保证返工的产品的充气浓度达到要求；(2)采用普通的充气方法，即自然充气和充气与强制抽气法，不可避免发生紊流现象，即使是随机抽查检验的玻璃达到浓度要求，除非我们有充气过程每片玻璃的实时监控数字，否则，我们也无法确切地保证整个批次的充气玻璃都合格。
　　
　　由此可见，除非我们采用的充气设备能够有效地避免紊流出现、抑或始终保持充气过程的稳定的层流，否则，我们就不能排除在线检验的浓度的真伪。进一步说，在此条件下，我们保证充气中空玻璃的浓度的正确方法，只能是对充气中空玻璃的生产过程进行控制，而不是产品的质量控制。