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的水分子。

　　吸附現象。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合在一起。因為吸附是分子表面現象，生產固體吸附劑必須內表面積特別大才行。一般說，1克分子篩的內表面積等于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)吸附掉生產時密封于中空玻璃空氣層內的水分；

　　(2)在中空玻璃壽命期內連續吸附進入空氣層內的水分，以保持中空玻璃內的低露點(－40℃)。窗戶安裝后，水分進入空氣層內的原因是：

　　 a、鋁框插角處理不當；

　　 b、密封膠施工欠妥；

　　 c、氣溫變化導致中空窗玻璃的撓曲增加；

　　 d、密封膠的濕氣透過率。

　　(3)吸附掉生產時密封于空氣層內的揮發性農業生產體系溶質，以及中空玻璃壽命期內進入空氣層內的農業生產體系溶質。

　　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構內。在這些合成晶體中，通常采用的陽離子為鈉。

　　中空玻璃行業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，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吸附面，這種有選擇的吸附現象被稱為分子篩效應。

　　分子篩的吸附能力與電荷密度(較性)進而與所吸附的分子有關。分子篩要進一步區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)，是高度的較性分子(很強的正負電子密度)，很容易被分子篩吸附，即使在濕氣相當低的情況下也是如此，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�！�300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。

　　氧化硅膠吸附汽相的工作原理稱為毛細凝縮現象。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。如果達到水汽－液態溫度(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較理想的選擇。但是，恰恰是同一性質，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內起保護作用。

　　圖一用來表示我們上面所討論的內容。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

13X分子篩 8.5 所有 無

氧化硅膠 20-300 所有 無



三、干燥劑性質

　　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，及中空玻璃的構造。

　　中空玻璃里的干燥劑的主要作用是吸附空氣層內的濕氣。這包括中空玻璃合片時密封在空氣層內的濕氣以及在中空玻璃整個壽命期內進入空氣層的濕氣。中空玻璃內使用干燥劑的第二個目的是吸附空氣層內的溶質。這些溶質是生產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性，充填六氟化硫可減少噪音降低熱傳導性。

　　為使干燥劑起到吸附水和溶質的作用，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的水吸附能力較高，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)，氧化硅膠較差，在低露點條件下每100克所吸附的水不足1克，空氣層內殘余水量=1.0％。





中空玻璃生產中常見的溶質有甲苯和丁酮(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化學霧。圖三給出中空玻璃干燥劑對溶質的吸附能力，條件：溫度21℃，露點－34℃�？梢�，干燥劑13X的吸附能力是較高的，每100克干燥劑可吸附溶質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。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

　　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或向外撓曲。圖四表示玻璃撓度情況。生產中空玻璃時，中空玻璃內密封的空氣具有與中空玻璃生產室內相同的大氣壓和濕度條件。如果窗戶安裝處的緯度較生產環境的緯度高，中空玻璃內的氣壓就比周圍的氣壓高，玻璃向外撓曲。反之，如果環境氣壓比密封中空玻璃內的氣壓高，則玻璃就會向內撓曲。



溫度的改變也會影響中空玻璃內的空氣層。隨著空氣溫度的降低，中空玻璃內的氣體體積也縮小，反之亦然。18世紀后半葉，查理爵士發現了氣壓，溫度與氣體體積之間的關系，并用數學公式來表示。他觀察到固定體積氣體的氣壓隨著溫度變化而變化。用數學公式表示如下：

P★=P[460+T2]/[460+T1]或簡化為P★=P*T2/T1

式中：

　　P=生產車間的環境氣壓

　　P★=窗戶安裝現場的氣壓

　　T1=生產車間的溫度

　　T2=窗戶安裝現場的溫度

　　無論中空玻璃是如何構造的，它的氣壓都會隨溫度變化而變化。中空玻璃內的氣體體積膨脹(導致玻璃向外撓曲)或收縮(玻璃向內撓曲)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(由較低溫度導致)進一步向內撓曲。這種干燥劑在溫度升高時，也會向空氣層內解吸附氣體，引起窗戶向外撓曲。



　　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象。吸附數據取得的方式，將室溫下試管內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。解吸附數據的取得與上述方法類似。將試管內的干燥劑放在熱水槽內升溫到60℃后獲得。就空氣吸附來說：分子篩13X吸附空氣較高，4A次之，二氧化硅更低些，3A較低，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。表二給出向內撓曲玻璃中點的應力和破損概率的計算結果。







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

中點撓度（英寸） 0.089 0.090 0.096 0.122

中點玻璃壓強（PSI） 596 603 643 818

破損概率（片/1000） 0 0 0 0

玻璃中點空氣間隔減少% 14 14.5 15 19.5









　 圖六給出空氣間隔減少百分比的幾種情況�？壳皸l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較接近。

　　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能效果。與空氣的主要構成部分氮氣相比，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是較好的吸附劑，13X和二氧化硅較差，應避免使用。



在充惰性氣體的中空玻璃內使何種干燥劑也會影響中空玻璃內較終氣體構成，而后者又取決于向中空玻璃內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為止。其結果在一定程度上降低中空玻璃內的氬氣濃度，這種現象只有用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，可減輕這種現象。

　　六、干燥劑的選擇要考慮其綜合性質

　　掌握前面闡述的干燥劑的性質是十分必要的。對廠家來說，生產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。在我們綜合這些性質前，必須首先考慮生產所要采用哪種密封系統，以及在中空玻璃內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，也不會向空氣層內釋放農業生產體系溶質氣體。在這種情況下，3A干燥劑是較好的選擇。某些聚硫膠單道密封系統及聚硫膠、聚異丁烯膠的雙道密封系統�？赡芸諝鈱觾柔尫呸r業生產體系溶質氣體，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



在使用裝飾條或LOW－E玻璃時，應該謹慎。雖然LOW－E鍍膜本身不會減少中空玻璃的空氣間隔，但是化學霧卻更明顯。目前，使用裝飾條越來越多。按照廠家的具體操作指南及建議，安裝裝飾條不會產生任何問題。不妥當地使用某種油漆和切割油是導致兩片玻璃內污染源之一。這時，如僅僅使用3A而沒按一定比例與非常大孔徑的干燥劑(13X)混合使用，化學霧就會產生。

　　表四列出四種主要干燥劑及需要考慮的四個相應性質。表內符號的含義，一個對號表示相對某一性質干燥劑是好的，兩個對號表示更好，三個對號表示較好。類似的，一個X好表示相對某一性質使用干燥劑是差的，兩個X號表示更差，三個X號表示較差。沒有任何一種干燥劑對三種性質都同時帶有對號。例如，如果農業生產體系溶質沒有可能進入空氣層時，干燥劑3A是較佳選擇。干燥劑13X吸附水和溶質的能力非常大，但也吸附了較多的空氣(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)。二氧化硅吸附溶質的能力好，空氣吸附能力也不大，但是它吸附水的能力較差，特別是在低露點的條件下。

　　當需要干燥劑同時具有吸附水和溶質的能力時，廠家應使用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



吸附水的能力 吸附溶質的能力 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 ××× √ × ××



七、干燥劑的數量——使用多少?

　　確定干燥劑使用量的方法有三：

　　(1)經驗法；

　　(2)濕度平衡法；

　　(3)等量法。

　　經驗法簡單易行。根據經驗，大多數廠家只充兩個長邊或一個長邊加一個短邊。使用經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的方法，但仍要求好的加工質量來保證你的假設成立。首先，你需要足夠的干燥劑來除去生產中殘余在中空玻璃內的水汽(和溶質)。然后，你需要有根據地推測一下，在中空玻璃壽命期間進入中空玻璃內的水分會有多少。初始干燥所需分子篩量很少。例如，規格為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。

　　在相對濕度驅動力作用下，當中空窗外的相對濕度較空氣層內的相對濕度高時，會有更多的濕氣進入中空窗內。用濕度平行法可計算求出在窗戶壽命期內吸附進入中窗內水分所需的干燥劑量。計算時，必需知道水進入窗內的速度或濕氣透過率(MVTR)，窗戶的設計壽命及其壽命期內的較

低露點。ASTME398規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有關。

　　1.使用的密封膠種類；

　　2.中空玻璃的構造方法；

　　3.濕氣透過路線的面積及路線長度；

　　4.加工質量。

　　事實上，加工質量是影響濕氣透過率的較重要因素，因為濕氣經過的路線以及透過的面積都取決于加工質量。此外，中空窗的構造方法主要指隔條拐角的設計，也影響濕氣透過率的大小。

　　較常用的方法是等量法。等量法是指按照美國檢驗要求(ASTME－773和E－774)，符合此標準的中空玻璃廠家，在生產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，正式生產的中空窗所充填的干燥劑也必須達到0.6克/英寸。一個規格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檢驗窗戶



檢驗窗充的邊 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



八、結　論

　　干燥劑從中空玻璃內吸附濕氣和溶質的能力是影響中空窗性能的關鍵。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的間隔條，還是U型條，超級間條，或者其他冷橋隔條系統。