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一、干燥劑的概念
干燥劑是一種與水具有高度親合性的材料，能夠吸附周圍其他材料中的水分。
固體干燥劑是吸附劑類的一部分。中空玻璃使用的固體吸附劑包括分子篩與氧化硅膠(即二氧化硅)兩種，通過吸附作用的物理方法除去空氣層內(nèi)的水分子。
吸附現(xiàn)象。水相分子或氣相分子聚集在固體的表面上，由分子間的相互作用結(jié)合在一起。因為吸附是分子表面現(xiàn)象，生產(chǎn)固體吸附劑必須內(nèi)表面積特別大才行。一般說，1克分子篩的內(nèi)表面積等于750平方米。形象地說：一杯分子篩的表面積都張開的話相當(dāng)于40個足球場的面積大。
二、使用干燥劑的目的
1.使用干燥劑的目的有三
(1)吸附掉生產(chǎn)時密封于中空玻璃空氣層內(nèi)的水分；
(2)在中空玻璃壽命期內(nèi)連續(xù)吸附進入空氣層內(nèi)的水分，以保持中空玻璃內(nèi)的低露點(－40℃)。窗戶安裝后，水分進入空氣層內(nèi)的原因是：
a、鋁框插角處理不當(dāng)；
b、密封膠施工欠妥；
c、氣溫變化導(dǎo)致中空窗玻璃的撓曲增加；
d、密封膠的濕氣透過率。
(3)吸附掉生產(chǎn)時密封于空氣層內(nèi)的揮發(fā)性有機溶質(zhì)，以及中空玻璃壽命期內(nèi)進入空氣層內(nèi)的有機溶質(zhì)。
2.中空玻璃用的干燥劑種類及工作原理
干燥劑種類：主要有分子篩和氧化硅膠(即二氧化硅)
(1)分子篩
分子篩是硅和氧化鋁合成的微孔晶體材料。為保持晶體凈放電為零，帶陽離子的原子定位于晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)。在這些合成晶體中，通常采用的陽離子為鈉。
中空玻璃行業(yè)廣泛使用的分子篩有兩類：A類和X類。分子篩是在嚴格控制的生產(chǎn)條件下合成，成型和激活的?？刂坪铣蛇^程可保證三維微孔孔徑的一致性。3A分子篩的孔徑為3埃，4A分子篩的孔徑為4埃；13X分子篩的孔徑為8.5埃(1?=100，000，000)。
分子篩的工作原理。分子篩通過物理吸引力將分子吸附在晶體的表面積上。由于分子篩表面積的95％位于孔徑內(nèi)，需要通過篩選來甄別鄰近分子的大小，只有小分子才能通過晶體的孔徑開口進入分子篩的內(nèi)吸附面，這種有選擇的吸附現(xiàn)象被稱為分子篩效應(yīng)。
分子篩的吸附能力與電荷密度(極性)進而與所吸附的分子有關(guān)。分子篩要進一步區(qū)分混合分子中哪些可以吸附，并確定在多大程度上電荷密度可使分子吸附在晶體上。水分子特別小(2.6埃)，是高度的極性分子(很強的正負電子密度)，很容易被分子篩吸附，即使在濕氣相當(dāng)?shù)偷那闆r下也是如此，水分子一旦被吸附就會牢牢地固定在晶體上。
(2)氧化硅膠
氧化硅膠是非晶體的二氧化硅，其孔徑的范圍為20?！?00埃。氧化硅膠的表面積也非常大，每克氧化硅膠的表面積為300～800平方米。由于微孔的孔徑范圍大，因而不具有分子篩效應(yīng)。
氧化硅膠吸附汽相的工作原理稱為毛細凝縮現(xiàn)象。水汽分子沿著分子篩的孔徑由大向小前進，直到達到與其直徑大小相同處停下，黏附在分子篩壁上，保持半液體狀態(tài)。如果達到水汽－液態(tài)溫度(即沸點)，氧化硅膠的吸附能力增加。
因為氧化硅膠吸附濕氣分子的能力隨溫度升高而增加。所以，如果中空窗在正常室溫條件下長時間接觸高濕度，用氧化硅膠作為干燥劑是最理想的選擇。但是，恰恰是同一性質(zhì)，使氧化硅膠很難在低濕度條件(即低露點條件)下在中空玻璃的密封系統(tǒng)內(nèi)起保護作用。
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圖一用來表示我們上面所討論的內(nèi)容。X軸表示露點水平，也可以用壓強單位(局部水汽壓強)表示。Y軸表示在某一露點(局部壓強)處多少克水分子被吸附在干燥上。從圖可見，每100克分子篩在－70°F露點處都具有吸附至少8克水分子的能力(0.0121?Hg或1.61Pa)。表一列出中空玻璃空氣層中常見的四種分子篩，其孔徑大小，及進入微孔內(nèi)被吸附各種常見分子。 表1
| 干燥劑類型 | 孔徑（埃） | 被吸附物 | 非吸附物 |
| 3A分子篩 | 3 | H2O | 其他一切 |
| 4A分子篩 | 4 | H2O、空氣、氬氣、氪氣 | SF6溶質(zhì) |
| 13X分子篩 | 8.5 | 所有 | 無 |
| 氧化硅膠 | 20-300 | 所有 | 無 |
如何選擇正確的干燥劑，或按照正確的比例混合干燥劑，取決于上述分子篩的性質(zhì)，及中空玻璃的構(gòu)造。
中空玻璃里的干燥劑的主要作用是吸附空氣層內(nèi)的濕氣。這包括中空玻璃合片時密封在空氣層內(nèi)的濕氣以及在中空玻璃整個壽命期內(nèi)進入空氣層的濕氣。中空玻璃內(nèi)使用干燥劑的第二個目的是吸附空氣層內(nèi)的溶質(zhì)。這些溶質(zhì)是生產(chǎn)中空玻璃時由某些密封膠，油漆或機械油所帶來的。使用干燥劑所考慮的第三個問題是干燥劑吸附空氣層內(nèi)的氣體(空氣或惰性氣體)的能力。充填惰性氣體如氬氣或氪氣可降低中空玻璃的熱傳導(dǎo)性，充填六氟化硫可減少噪音降低熱傳導(dǎo)性。
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為使干燥劑起到吸附水和溶質(zhì)的作用，在選擇干燥劑時，必須同時考慮干燥劑溫度與人們所要達到露點的溫度。例如，圖二給出溫度為21℃結(jié)露點為－40℃條件下，四種干燥劑的水吸附能力。在這些條件下，13X的水吸附能力最高，每100克干燥劑可吸附水16克，4A第二，3A第三(每100克干燥劑吸附水13.5克)，氧化硅膠最差，在低露點條件下每100克所吸附的水不足1克，空氣層內(nèi)殘余水量=1.0％。
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中空玻璃生產(chǎn)中常見的溶質(zhì)有甲苯和丁酮(MEK)，即使在低露點條件下也必須吸附掉，以避免在中空玻璃的玻璃之間出現(xiàn)化學(xué)霧。圖三給出中空玻璃干燥劑對溶質(zhì)的吸附能力，條件：溫度21℃，露點－34℃。可見，干燥劑13X的吸附能力是最高的，每100克干燥劑可吸附溶質(zhì)23克。相同條件下，氧化硅膠次之，每100克的吸附能力為12.5克。該圖可以說明分子篩效應(yīng)。甲苯和丁酮的分子直徑大于3A和4A的孔徑。由于它們不能進入晶體的內(nèi)部面積，分子篩對它們的吸附能力幾乎為零。
干燥劑對水和溶質(zhì)的吸附能力隨溫度變化而變化。溫度升高，干燥劑的吸附能力下降，反之亦然。干燥劑對水和溶質(zhì)的吸附能力隨所要求的露點減少而減少，這是由于這些分子的局部壓強較低的緣故。
四、氣體吸附與中空玻璃的撓曲
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中空玻璃干燥劑對氣體吸附和解析付直接影響玻璃的撓曲(或撓度)。因此，理解它們的特點對盡可能避免或減少玻璃的撓曲，是十分重要的。玻璃的撓度指中空玻璃片非直線平行地向內(nèi)或向外撓曲。圖四表示玻璃撓度情況。生產(chǎn)中空玻璃時，中空玻璃內(nèi)密封的空氣具有與中空玻璃生產(chǎn)室內(nèi)相同的大氣壓和濕度條件。如果窗戶安裝處的緯度較生產(chǎn)環(huán)境的緯度高，中空玻璃內(nèi)的氣壓就比周圍的氣壓高，玻璃向外撓曲。反之，如果環(huán)境氣壓比密封中空玻璃內(nèi)的氣壓高，則玻璃就會向內(nèi)撓曲。 溫度的改變也會影響中空玻璃內(nèi)的空氣層。隨著空氣溫度的降低，中空玻璃內(nèi)的氣體體積也縮小，反之亦然。18世紀后半葉，查理爵士發(fā)現(xiàn)了氣壓，溫度與氣體體積之間的關(guān)系，并用數(shù)學(xué)公式來表示。他觀察到固定體積氣體的氣壓隨著絕對溫度變化而變化。用數(shù)學(xué)公式表示如下：
P★=P[460+T2]/[460+T1]或簡化為P★=P*T2/T1
式中：
P=生產(chǎn)車間的環(huán)境氣壓
P★=窗戶安裝現(xiàn)場的氣壓
T1=生產(chǎn)車間的溫度
T2=窗戶安裝現(xiàn)場的溫度
無論中空玻璃是如何構(gòu)造的，它的氣壓都會隨溫度變化而變化。中空玻璃內(nèi)的氣體體積膨脹(導(dǎo)致玻璃向外撓曲)或收縮(玻璃向內(nèi)撓曲)是不可避免的。因此，為減輕中空玻璃所受的壓力，所有的中空玻璃的構(gòu)造都不是100％的剛性，中空玻璃常用的分子篩影響窗戶的撓曲。干燥劑周圍的溫度下降時，除3A分子篩外的所有干燥劑都吸附空氣的分子。該吸附過程從空氣層吸附更多的氣體，使已撓曲的玻璃(由較低溫度導(dǎo)致)進一步向內(nèi)撓曲。這種干燥劑在溫度升高時，也會向空氣層內(nèi)解吸附氣體，引起窗戶向外撓曲。
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圖五表示幾種干燥劑在兩個不同溫度下的空氣吸附和解吸附現(xiàn)象。吸附數(shù)據(jù)取得的方式，將室溫下試管內(nèi)的干燥劑用干冰冷卻到0℃，將體積變化值(立方厘米)除以試管中的吸附劑的重量求出氣體吸附值。解吸附數(shù)據(jù)的取得與上述方法類似。將試管內(nèi)的干燥劑放在熱水槽內(nèi)升溫到60℃后獲得。就空氣吸附來說：分子篩13X吸附空氣最高，4A次之，二氧化硅更低些，3A最低，3A被認為是“低撓曲”干燥劑。
與僅僅由氣溫變化對空氣層收縮的影響相比，低撓曲干燥劑的空氣吸附對中空玻璃撓曲影響是相當(dāng)小的。中空玻璃40英寸×66英寸厚5/8英寸，用索爾瓦森公式來求得兩種情況下的撓度。表二給出向內(nèi)撓曲玻璃中央的應(yīng)力和破損概率的計算結(jié)果。
表2 O0F條件下空氣間隔距離
| 無干燥劑 | 3A充兩長邊 | 3A+13X充兩長邊 | 13X充兩長邊 | |
| 初始壓強（PSIA） | 14.7 | 14.7 | 14.7 | 14.7 |
| 無撓度壓強（PSI0） | 1.89 | 1.92 | 2.04 | 2.60 |
| 中央撓度（英寸） | 0.089 | 0.090 | 0.096 | 0.122 |
| 中央玻璃壓強（PSI） | 596 | 603 | 643 | 818 |
| 破損概率（片/1000） | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 玻璃中央空氣間隔減少% | 14 | 14.5 | 15 | 19.5 |
圖六給出空氣間隔減少百分比的幾種情況。第一條形表示非干燥劑引起的撓曲情況。第二條形表示中空玻璃的兩個長邊充3A引起的撓曲情況。第三條形與第四分別表示充3A和13X混合干燥劑和13X引起撓曲情況。索爾瓦森方程僅適于對自由邊緣或定位邊緣條件的計算。上述計算使用的自由邊緣與實際情況最接近。
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五、充惰性氣體所需考慮的問題
使用惰性氣體(氬氣和氪氣)可以提高中空窗的節(jié)能效果。與空氣的主要構(gòu)成部分氮氣相比，惰性氣體被吸附性較弱。盡管如此，仍然能被某些干燥劑(13X和二氧化硅)吸附。為獲得減少噪音及改善熱傳導(dǎo)效果而使用六氟化硫替代空氣時，也需考慮空氣吸附的問題。在考慮空氣吸附時，3A是最好的吸附劑，13X和二氧化硅最差，應(yīng)避免使用。 在充惰性氣體的中空玻璃內(nèi)使何種干燥劑也會影響中空玻璃內(nèi)最終氣體構(gòu)成，而后者又取決于向中空玻璃內(nèi)充填惰性氣體的方式。如果充惰性氣體的方法為置換法，那么，在充惰性氣體(氬氣)之前，任何具有空氣吸附性能的干燥劑都會吸附了一定量的空氣。密封后，這些空氣將與氬氣不斷交換，直到達到某種均衡狀態(tài)為止。其結(jié)果在一定程度上降低中空玻璃內(nèi)的氬氣濃度，這種現(xiàn)象只有用13X和二氧化硅作為干燥劑時可以測量出來。如果使用(惰性氣體)氬氣，采取先真空后充氣的方法，可減輕這種現(xiàn)象。
六、干燥劑的選擇要考慮其綜合性質(zhì)
掌握前面闡述的干燥劑的性質(zhì)是十分必要的。對廠家來說，生產(chǎn)中空玻璃之前必須確定使用何種干燥劑。而選擇干燥劑，必須考慮干燥劑的綜合性質(zhì)。在我們綜合這些性質(zhì)前，必須首先考慮生產(chǎn)所要采用哪種密封系統(tǒng)，以及在中空玻璃內(nèi)還使用哪些其他材料。
熱融丁基膠、聚安酯、硅酮膠以及其他與聚異丁烯膠的其他密封膠，即使在天氣非常惡劣的情況下，也不會向空氣層內(nèi)釋放有機溶質(zhì)氣體。在這種情況下，3A干燥劑是最好的選擇。某些聚硫膠單道密封系統(tǒng)及聚硫膠、聚異丁烯膠的雙道密封系統(tǒng)?？赡芸諝鈱觾?nèi)釋放有機溶質(zhì)氣體，所以建議使用3A與13X(或二氧化硅)的混合物。表三列出干燥劑與密封膠正確搭配的幾種情況。 表3 干燥劑的選擇—密封膠
| 密封膠 | 建議使用的干燥劑 |
| 熱融丁基膠 | 3A |
| 聚胺酯 | 3A |
| 聚硫膠 單道密封 | 3A/13X |
| 聚硫膠/聚異丁烯膠 | 3A或3A/13X |
| 其他密封膠/聚異丁烯膠 | 3A |
表四列出四種主要干燥劑及需要考慮的四個相應(yīng)性質(zhì)。表內(nèi)符號的含義，一個對號表示相對某一性質(zhì)干燥劑是好的，兩個對號表示更好，三個對號表示最好。類似的，一個X好表示相對某一性質(zhì)使用干燥劑是差的，兩個X號表示更差，三個X號表示最差。沒有任何一種干燥劑對三種性質(zhì)都同時帶有對號。例如，如果有機溶質(zhì)沒有可能進入空氣層時，干燥劑3A是最佳選擇。干燥劑13X吸附水和溶質(zhì)的能力最大，但也吸附了最多的空氣(和惰性氣體氬氣和氪氣)，4A吸附水的能力第二大，但對溶質(zhì)的吸附能力為零，并仍然吸附空氣(和氬氣/氪氣)。二氧化硅吸附溶質(zhì)的能力好，空氣吸附能力也不大，但是它吸附水的能力最差，特別是在低露點的條件下。
當(dāng)需要干燥劑同時具有吸附水和溶質(zhì)的能力時，廠家應(yīng)使用3A和13X的混合干燥劑或3A與二氧化硅的混合物。 表4 干燥劑的選擇—需綜合性質(zhì)
| 吸附水的能力 | 吸附溶質(zhì)的能力 | 吸附空氣的能力 | 吸附氬氣/氪氣的能力 | |
| 3A分子篩 | √ | ××× | √√√ | √√ |
| 4A分子篩 | √√ | ××× | ×× | ×× |
| 13X分子篩 | √√√ | √√ | ××× | ××× |
| 二氧化硅 | ××× | √ | × | ×× |
確定干燥劑使用量的方法有三：
(1)經(jīng)驗法；
(2)濕度平衡法；
(3)等量法。
經(jīng)驗法簡單易行。根據(jù)經(jīng)驗，大多數(shù)廠家只充兩個長邊或一個長邊加一個短邊。使用經(jīng)驗法可為中空窗的壽命期提供足夠的干燥劑。
溫度平行法。盡管濕度平衡法是一種較科學(xué)的方法，但仍要求好的加工質(zhì)量來保證你的假設(shè)成立。首先，你需要足夠的干燥劑來除去生產(chǎn)中殘余在中空玻璃內(nèi)的水汽(和溶質(zhì))。然后，你需要有根據(jù)地推測一下，在中空玻璃壽命期間進入中空玻璃內(nèi)的水分會有多少。初始干燥所需分子篩量很少。例如，規(guī)格為30×30×1/2英寸的中空玻璃在溫度21℃相對濕度80％條件下，空氣層內(nèi)所含水分僅為0.1克。如果窗的兩邊充3A干燥劑，大約可裝90克。在這90克干燥劑中，用來干燥露點－40℃時的空氣(或氣體)需要的干燥劑不超過1克，但使用二氧化硅達到該露點卻需要10克干燥劑。
相對濕度驅(qū)動力作用下，當(dāng)中空窗外的相對濕度較空氣層內(nèi)的相對濕度高時，會有更多的濕氣進入中空窗內(nèi)。用濕度平行法可計算求出在窗戶壽命期內(nèi)吸附進入中窗內(nèi)水分所需的干燥劑量。計算時，必需知道水進入窗內(nèi)的速度或濕氣透過率(MVTR)，窗戶的設(shè)計壽命及其壽命期內(nèi)的最低露點。ASTME398規(guī)定了測量中空窗密封膠濕氣透過率的步驟。濕氣透過率與下列因數(shù)有關(guān)。
1.使用的密封膠種類；
2.中空玻璃的構(gòu)造方法；
3.濕氣透過路線的面積及路線長度；
4.加工質(zhì)量。
事實上，加工質(zhì)量是影響濕氣透過率的最重要因素，因為濕氣經(jīng)過的路線以及透過的面積都取決于加工質(zhì)量。此外，中空窗的構(gòu)造方法主要指隔條拐角的設(shè)計，也影響濕氣透過率的大小。
最常用的方法是等量法。等量法是指按照美國檢測要求(ASTME－773和E－774)，符合此標(biāo)準(zhǔn)的中空玻璃廠家，在生產(chǎn)中使用的干燥劑與送檢樣品使用的干燥劑必須等量或更多。例如，如果送檢窗(四邊充填分子篩)通過CBA等級，那么該送檢窗則使用了0.6克干燥劑/英寸。因此，正式生產(chǎn)的中空窗所充填的干燥劑也必須達到0.6克/英寸。一個規(guī)格30×40英寸的中空窗的周長是140英寸，需要至少84克的干燥劑(0.6×140)。表五給出其他幾種情況。 表5 代表性的中空玻璃均衡例子 140*20*1/4檢測窗戶
| 檢測窗充的邊 | 干燥劑（克） | 周長（英寸） | 干燥劑使用（克/英寸） |
| 4邊 | 41 | 68 | 0.6 |
| 兩長邊 | 27 | 68 | 0.4 |
| 一長邊一短邊 | 20 | 68 | 0.3 |
| 一長邊 | 14 | 68 | 0.2 |
干燥劑從中空玻璃內(nèi)吸附濕氣和溶質(zhì)的能力是影響中空窗性能的關(guān)鍵。本文所述的干燥劑的基本原理適用于所有中空窗的組裝，而無論這些窗采用的是傳統(tǒng)的間隔條，還是U型條，超級間條，或者其他冷橋隔條系統(tǒng)。
