随着我国建筑节能事业的不断发展,特别是天津市第四阶段居住建筑节能设计标准实施以后,对建筑门窗的节能性能要求越来越高,为了使门窗的节能性能达标,通常选用三玻中空玻璃或Low-E镀膜中空玻璃[1]。尽管三玻两中空结构可以有效改善玻璃系统的隔热保温性能,但玻璃部件的重量会大大增加,从而导致对门窗型材和五金件的力学性能要求大幅提高,还会增加安装难度,而Low-E镀膜中空玻璃生产成本较高[2],且较低的遮阳系数与天津市第4阶段居住建筑节能节能设计标准要求相背。与此同时,一种高性能的热镜中空玻璃技术[3]被引入,然而其制造工艺使得热镜中空玻璃生产成本高昂,无法在建筑领域大面积推广,但其双玻双中空结构却值得借鉴研究。

膜结构中空玻璃在借鉴了三玻中空玻璃和热镜中空玻璃的双中空结构的基础上,将聚合物膜作为隔膜引入,建立膜结构中空玻璃体系。这个体系将三玻中空玻璃和热镜中空玻璃的优点有机地结合在一起,并具有与三玻中空玻璃比自身载荷较轻,玻璃安装宽度变小,与热镜中空玻璃比价格便宜的优势。

聚合物膜属于高分子聚合物,与中空玻璃系统中的各种组成材料相比,热稳定性略差,通过研究,高分子聚合物的热稳定性可通过TGA法[4]和DCS法[5]进行研究,而力学稳定性可通过差示扫描量热法(DSC)测量玻璃化转变温度间接比较[6]以及常规力学检测来实现。本文采用差示扫描量热法,对四种常用透明聚合物膜PET膜、PP膜、PC膜、PE膜进行研究,研究其热稳定性和力学稳定性,探讨哪种膜适用于膜结构中空玻璃。

本研究依据GB/T 19466.2—2004《塑料差示扫描量热法(DSC)》中的方法对样品进行检测。将试验样品3.0mg放于示差扫描量热仪中,以每分钟20 K的升温速率,升温至200℃,保温1 min;以每分钟10 K的降温速率,降温至20℃,保温2 min;以每分钟20 K的升温速率,升温至150℃,测试结束。通过计算机软件拟合聚合物膜的差示扫描量热曲线。

图1显示了四种聚合物膜在20-200℃吸放热大小随温度升高的变化,四种聚合物膜总体上表现为两种形态,一种为PP膜和PE膜,两种膜在整个实验温度区间都存在一个较强的吸热峰,该吸热峰为两种聚合物融化过程的吸热峰,其中:PE膜吸热峰开始于60℃,峰值在110℃左右;PP膜吸热峰开始于110℃,峰值在160℃左右,即PE膜在60℃就开始融化,在110℃时融化最为剧烈;同理,PP膜融化开始于110℃,160℃融化最为剧烈。另外一种情况是PC膜和PET膜,未出现吸收峰现象,只出现阶梯状基线位移,此现象为聚合物膜的玻璃化转变过程,聚合物膜由玻璃态转变为高弹态。经检测PET膜玻璃化转变温度为77.98℃,PC膜玻璃化转变温度为150.18℃。

PC膜的玻璃化转变温度为150℃,PET膜的玻璃化转变温度为78℃,而另外两种膜的玻璃化转变温度均处于0℃以下,即PC膜、PET膜具有较高的内聚能,需要较高的温度和能量才能使内部分子链运动,所以需要更高温度和能量使其内部分子活化,宏观表现为融化、分解温度高、力学性能稳定。反之,PE膜玻璃化转变温度为-80℃,内均能较低,较低的能量即可活化分子链,宏观表现为熔点低、分解温度低、力学性能波动大。PP膜的玻璃化转变温度为0～-10℃,介于PET膜与PE膜之间,相应的热稳定性和力学稳定性也介于两者之间。

对于同种材料,处于玻璃转变温度之前,力学性能较高,距离玻璃化转变温度点越远,材料模量增大,抗拉抗压强度越大,脆性增大,抗剪切能力减弱。越接近玻璃化转变温度,硬度逐渐变小但下降幅度微小,韧性增强;聚合物膜在玻璃化转变温度和融化之间处于高弹态,具有一定的力学性能,模量下降明显,韧性较好,呈现橡胶状态;融化后将彻底失去力学性能。

建筑中空玻璃在使用环境中的温度,最高温度可以达到70℃,聚合物膜需要在20～70℃下具有较好的力学性能,PE膜在60℃左右已经开始融化,那么在70℃条件下力学性能将彻底失去,容易破坏。PP膜的融化温度为110℃,在20～70℃时仍处于高弹态,模量下降会非常明显,力学性能一般。PC膜和PET膜在20-70℃处于玻璃态,力学强度较高,但PET膜的玻璃化转变温度更接近常规使用温度,膜在使用过程中不仅会具有较好的力学强度和硬度,又会具有一定的韧性。

(1)PE膜在70℃下会融化,热稳定性及力学稳定性较差,不适用于膜结构玻璃系统。

(2) PP膜在20～70℃间处于高弹态,热稳定性及力学稳定性一般,不适用于膜结构玻璃系统。

(3) PC膜和PET膜在使用温度区间处于玻璃态,均可百富策略白菜网于膜结构玻璃体系,而PET膜的玻璃化转变温度更接近最高使用温度,更适用于膜玻璃体系。