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Miikkael Niemi
(芬蘭斯巴萊克有限公司 芬蘭赫爾辛基 00100)
摘要: 為了跟上市場對高性能中空玻璃產品的要求，企業在質量控制方面一直做著不懈的努力，特別是涉及充氣中空玻璃的氣體保持力時尤顯重要。新式無損檢測方法使之成為現實，即對任何復雜的中空玻璃配置進行氣體含量檢測，確保交付終端客戶手中的充氣中空玻璃符合訂單要求。
關鍵詞：高性能門窗 充氣中空玻璃 無損檢測 標準 等離子發射光譜技術 可調諧半導體激光技術
The TDLS application in gas concentration testing inside IGU
Miikkael Niemi
(AB Sparklike Oy, Helsinki 00100 Finland)
Summary:
Keeping pace with high performing insulating glass products is a struggle for quality control. The new non-invasive testing method makes it possible to measure even the most complex insulating glass structures and deliver tested products to end-users.
Key words:
High performance windows, argon gas filled IGU, non-invasive gas concentration testing, standard, plasma emission spectroscopy, TDLS
如今市場對玻璃產品的性能要求越來越高，日益增長的需求使得廠家對產品質量不容懈怠。現在的玻璃產品包含著多種多樣的元素，以強化他們的性能。其中一項主要的性能就是節能，不管是在炎熱還是寒冷的建筑工程應用上都一樣。節能屬性可以通過很多方法實現，例如鍍膜，多片玻璃以及其間添入介質。該介質可以是空氣，真空或者特定氣體 – 通常是氬氣或者氪氣。
加強中空玻璃隔熱性能的一種普遍做法就是對其間隔層進行氬氣或者氪氣填充，而該項作業可以通過自動中空生產線的板壓段進行（圖1），也可以半自動人工操作完成。這項作業的挑戰在于如何判斷正確的充氣含量，以及如何確保充氣中空玻璃的初始濃度達標。氣體可能會通過中空玻璃的密封膠涂布不當而造成逃逸，這就需要在給客戶包裝發貨前進行氣體含量檢測。中空玻璃產品以及門窗企業的產品責任通常是在交貨后要延續幾年。因此，他們在尋找增加氣體填充安全感的方法。
圖1 意大利FOREL公司自動中空生產線（帶自動充氣板壓段）
即便所有區域都沒有一個清楚的標準，但是行業及生產企業已經累積了最佳實踐方法以制造高品質充氣中空玻璃產品。事實是小分子氣體比較容易泄露，這才是真正的挑戰。因此，深加工企業為了確保氣體含量在充氣作業完成后可以達到最高，在充氣時基本都設置為95%或者更高。
實際的氬氣含量可以通過破壞性或者非破壞性檢測方法進行測量。破壞性檢測方法都需要通過注射器刺穿中空玻璃的密封膠進入間腔層進行取氣，然后對所取的氣體樣本進行自動計算。這些方法通常都是便宜的和準確度高的穩健技術，但需要破壞中空玻璃結構。在實際操作中，這就意味著無法將被測量過的中空玻璃產品再包裝交付給客戶，也無法對該中空玻璃產品進行重復測量。
非破壞性檢測方法可以在不破壞中空玻璃結構的基礎上進行氣體含量檢測。目前應用最普遍的無損檢測方法就是等離子發射光譜法（圖2），即檢測儀器通過高壓電火花放電激穿玻璃被測表面，使間隔層內氬氣發生電離現象，儀器收集氣體被電離后的光束，氬氣含量就被會自動計算出來。這種檢測方法快速，準確度高，在普通雙片中空玻璃領域應用廣泛，只需輕抵非鍍膜面的一面隨意取點進行測量即可。非破壞性檢測方法還可以根據質量體系或者客戶要求對同一片充氣中空玻璃產品進行反復檢測。但是，等離子發射光譜法的技術局限性就是只能對單面鍍膜的雙片中空玻璃產品進行測量。
圖2 Gasglass便攜式惰性氣體分析儀（等離子發射光譜技術）
目前，測量的技術領域有了最新進展，解決了以上檢測方法在充氣中空玻璃氣體含量應用時所遇到的問題。最新的可調諧半導體激光技術（圖3）可以穿透鍍膜和夾膠對充氣中空玻璃產品進行非破壞性檢測。
該項創新技術可以對結構復雜的充氣中空玻璃產品進行氣體含量檢測，例如節能型的三玻兩腔充氣中空玻璃。激光技術提升了這些高性能產品的質量保證，使其與產品預期匹配。因該項激光技術是通過非破壞性方法測量間隔層內氧氣含量，故它可以檢測任何一種氣體的含量。
圖3 可調諧半導體激光技術原理
該項創新技術應用可調諧激光束射入中空玻璃，利用測量信號的反射、強度和諧波變化以測定間隔層內氧氣的含量（圖4）。接著，氧氣含量被換算成惰性氣體的百分比，最普遍應用的惰性氣體就是氬氣和氪氣。對于擁有高效質量控制的中空生產線來說，它可以讀取每一片充氣中空玻璃中的氣體含量信息。激光氣體分析系統正符合此項要求，可以集成安裝到現有中空生產線上，與生產控制軟件或者系統進行連接。在當今的生產管理運營中，質量控制扮演著一個前所未有的角色，它不僅可以消除不良品的出現，還可以在銷售發生客訴時提供技術支持。
圖4 激光氣體分析儀應用
小結：高性能的節能中空玻璃其中一項關鍵配置要求就是對其間隔層進行惰性氣體填充，并要求將氣體保持很多年，充氣對中空玻璃隔熱性能起了至關重要的作用，而控制氣體填充和檢測氣體含量則需要有效且可靠的工具，才能符合日漸嚴格的行業標準和法規要求。非破壞性檢測為中空玻璃企業帶來了安全保障，不僅可以讓廠家對其送審的產品進行檢測，同時還可以幫助他們對已經安裝上墻的充氣中空玻璃產品進行現場檢測或者長期跟蹤檢測，以驗證其產品的氣體保持力性能。
