隨著人類居住環(huán)境的改變,現(xiàn)代建筑門窗（詞條“建筑門窗”由行業(yè)大百科提供）經(jīng)歷了從鋼門窗到塑鋼門窗、普通鋁合金門窗到斷橋隔熱門窗、系統(tǒng)門窗,建筑門窗行業(yè)的發(fā)展帶動了密封膠條的更新?lián)Q代,從最初的天然膠密封條的時代,發(fā)展到現(xiàn)代硅橡膠密封條,密封條在門窗配件中的作用地位也越加顯現(xiàn)。
密封膠條是建筑門窗的重要組成部分之一,它通過本體結(jié)構(gòu)中唇空腔凸緣等部位的彈性與接觸面產(chǎn)生的接觸壓力使型材與玻璃之問、框與扇之間閉合,有效防止內(nèi)、外介質(zhì)(雨水、空氣、沙塵等)泄露或侵入,防止機械的振動、沖擊和損傷,從而起到密封、隔音、絕熱和絕緣等作用,對節(jié)能建筑門窗獲得優(yōu)異的防水、保溫、隔音、密封等性能起到重要的保障,所以說密封膠條是節(jié)能門窗的關(guān)鍵。
一、高溫硫化硅橡膠密封條的性能
作為節(jié)能門窗的關(guān)鍵材料、密封條在門窗中起著水密、氣密（詞條“氣密”由行業(yè)大百科提供）及節(jié)能的重要作用。而硅橡膠密封膠條作為革命性的密封產(chǎn)品,為節(jié)能門窗提供完美的密封,具有無以倫比的性能優(yōu)勢。高溫硫化（詞條“硫化”由行業(yè)大百科提供）硅橡膠具有卓越的性能,主要為:
1.優(yōu)異的耐寒性及耐熱性
硅橡膠可在-70℃一200℃的環(huán)境中長期使用,硅橡膠良好的高低溫性能在緯度范圍較大的中國地區(qū)尤為主要,在中國南方夏季向陽的門窗及墻面上,溫度在70℃是正常的,而在冬季的北方地區(qū)氣候在-40℃也不足為奇。巨大的溫差使PVC、熱塑性彈性體、三元乙丙橡膠的使用受到嚴(yán)重制約,一般的塑料及橡膠或彈性體在-20℃時已脆化,即使在0℃條件下也無法施工。而硅橡膠在孑-70℃一200℃時,物性根本沒有大的變化。
2.優(yōu)異的耐氣候老化性
無論是塑料還是三元乙丙類的有機橡膠,其材料基本為碳氧鏈和碳碳鏈構(gòu)成。這些材料的C-O和C-C鍵能(分別為336KJ/mol和356KJ/mol),都低于紫外線輻照能(370/mol)。在熱老化環(huán)境中也容易發(fā)生斷鏈現(xiàn)象,從而導(dǎo)致材料的降解。表現(xiàn)為密封膠條不耐紫外老化和熱老化。而硅像膠其主鏈基本為硅氧鍵結(jié)構(gòu)，Si-O-Si鍵能(452KJ/mol)高于紫外線輻照能,因此硅橡膠具有優(yōu)異的耐氣候老化性能。在日曬雨淋、水和臭氧的作用下,置室外經(jīng)30年老化,性能也無明顯下降,可與門窗的使用壽命同步,是其他材料無法實現(xiàn)的。
3.良好的彈性和回彈性
建筑門窗始終承受來自外界及自身的力學(xué)變化,如:熱脹冷縮,瞬時荷載,風(fēng)荷載（詞條“風(fēng)荷載”由行業(yè)大百科提供）、地震效應(yīng),長久荷載:自重、溫差形變,雪荷載等。硅橡膠優(yōu)異的彈性,良好的壓縮變形,其他橡膠及塑料無法比擬,硅橡膠在邵氏30A一85A之間任意調(diào)整,使其達到最佳密封性能。
4.安全環(huán)保
1954年硅橡膠在與人體實驗中證實:“無毒、無味、與人體組織及血液不粘連,生物適應(yīng)性好，對外界極為敏感的熱血動物組織與硅橡膠制晶接觸時,其細(xì)胞組織未發(fā)現(xiàn)異常。”該結(jié)果的公布,也顯示了在環(huán)保與醫(yī)療界中作為彈性體材料,只有硅橡膠最安全。美國FDA(美國食品藥物管理局)認(rèn)證中,至今為止作為新型環(huán)保材料中沒有一種比硅橡膠更對人體無害,在建筑中突出其優(yōu)異環(huán)保性能,無疑是具有特殊意義的。
5.透氣性好,旦具有選擇性透氣率
最新研究表明:硅橡膠的氧透過率是天然膠的25倍,是丁基橡膠(HR)的42.86倍,這種性能可使居室保持新鮮的空氣、、最適合人的生活。
6.表面光潔,顏色多樣
具有良好的表面性能,而且顏色可以做成彩色的,可以與任意顏色的門窗型材搭配,具有很好的裝飾效果。優(yōu)良的表面性能,防粘、疏水。
二、不同種類密封膠條性能對比
密封膠條在各種老化環(huán)境下性能的變化,對于門窗的密封性能有著非常重要的影響。在實際使用過程中,建筑門窗工程中密封膠條質(zhì)量問題主要表現(xiàn)是使用不久變硬變脆,失去了彈性和密封功能;或受太陽光照射后,發(fā)粘附著在窗體和玻璃上現(xiàn)象,污染了門窗，影響了門窗的密封功能和美觀;或短時間內(nèi)收縮脫槽脫落,失去作用。這些都是因為質(zhì)量不好的膠條耐老化性差,經(jīng)太陽長期暴曬,膠條老化后變硬,失去彈性,容易脫落。不僅密封性差,而且造成玻璃松動產(chǎn)生安全隱患。密封膠條失效將會對窗戶的性能帶來十分不利的影響,包括降低窗戶的氣密性、水密性和保溫性能。密封條必須在窗戶的整個壽命周期內(nèi)都保持彈性,并與窗戶形成一個整體。
為此,我們考察了密封膠條紫外老化性能、熱老化性能、低溫性能和材料間的相容性。
1.紫外老化性能對
根據(jù)JC/T 485-2007《建筑窗用彈性密封膠》測試了三組硅橡膠密封條和三元乙丙膠條的紫外老化性能(燈管功率300瓦,燈管距試件250mm,紫外線輻照強度2000一3000μW /cm2),實驗時間為300h。實驗結(jié)果如圖所示。
硬度、拉伸強度和斷裂伸長變化率。由圖1可見,經(jīng)過紫外老化實驗后,三元乙丙的物理性能下降比較明顯,拉伸強度的變化率達到了20%,而硅橡膠的性能變化比較小,基本上都在5%以內(nèi),表明在長期戶外使用時,硅橡膠比三元乙丙的耐紫外老化性更好,能更長久在保持密封性能。(見圖1)
2.熱空氣老化實驗對比
根據(jù)GB/T24498-2009《建筑門窗、幕墻用硅橡膠密封條》中的熱空氣老化試驗方法,設(shè)定溫度為100℃ ,老化168小時,測試硅橡膠與三元乙丙橡膠的硬度、拉伸強度和斷裂伸長的變化率。由圖2可見,無論是拉伸強度、拉斷伸長率（詞條“伸長率”由行業(yè)大百科提供）還是硬度,三元乙丙性能變化率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硅橡膠。說明相同的環(huán)境中,三元乙丙橡膠不耐老化,硬度上升,膠條脆性增加,性能下降。而硅橡膠則依舊能保持原有的機械性能。同時發(fā)現(xiàn),小分子的揮發(fā)也是造成密封條收縮的原因之一。因此在熱老化實驗中,我們也測量了兩種膠條的熱失重（詞條“熱失重”由行業(yè)大百科提供）。從圖2中可以看到,三元乙丙橡膠會在熱老化實驗中約有2%左右的熱失重。由于三元乙丙的增塑劑多為環(huán)烷烴,這部分小分子會在長期使用過程中緩慢釋放,從而影響其性能。硅橡膠的熱失重非常小,在l%以下,可見其本身的熱穩(wěn)定性非常好,膠條的材料變化不大,因此機械性能也非常穩(wěn)定。
3.低溫者化性能對比
根據(jù)GB/T24498-2009《建筑門窗、幕墻用硅橡膠密封條》,測試兩種材料的低溫脆性與-60℃ 的低溫老化實驗。實驗發(fā)現(xiàn),市售三元乙丙在-35℃時,低溫脆性沖擊實驗時會出現(xiàn)裂紋,而到-40℃時,裂紋較多,到-50℃時,會斷裂;而硅橡膠在-60℃時,依然保持彈性不會斷裂,說明硅橡膠在低溫時的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于三元乙丙橡膠,特別適宜于北方氣候條件下的門窗密封。
而經(jīng)過低溫-60℃7小時老化后,其性能對比如表1所示。
由表1可見,硅橡膠經(jīng)低溫-60℃7小時老化后,拉伸強度與斷裂伸長率、硬度的變化率都比較小,而三元乙丙經(jīng)過這樣較低溫度的老化后,性能變化顯蓍,特別是拉伸強度,變化率30%以上,材料的物性發(fā)生明顯變化。
4,壓縮永久變形與拉伸永久變形實驗
根據(jù)GB/T24498-2009《建筑門窗、幕墻用硅橡膠密封條》,測試兩種材料制備的膠條的壓縮永久變形與拉伸永久變形。
采用A型試樣限制器測試實心圓柱體狀膠料的壓縮永久變形,試樣直徑29±0.5mm,高12.5± 0.5mm,試驗條件為100°C7天。實驗結(jié)果為硅橡膠7天老化后的壓縮永久變形為24%,三元乙丙的為56%。表明,在門窗的長期開啟、閉合使用過程中,硅橡膠具有優(yōu)異的保障密封的性能,而三元乙丙老化后,將逐漸失去其密封性能,從而成為門窗節(jié)能的破壞者。
將同一口型的膠條從20cm長度拉伸至30.5cm,固定在同一個模具（詞條“模具”由行業(yè)大百科提供）上,放在室內(nèi)數(shù)天,計算回彈性。實驗結(jié)果如表2所示。可見,硅橡膠在拉伸條件下依然表現(xiàn)出良好的永久變形性,而三元乙丙的表現(xiàn)差強人意。(見表2)
5.材料間相容性對比
隨著中空玻璃（詞條“中空玻璃”由行業(yè)大百科提供）的普及,密封膠條與硅酮密封膠、丁基膠的相容性也是不可忽視的問題。在實際應(yīng)用過程中,我們發(fā)現(xiàn)由于三元乙丙橡膠中小分子的揮發(fā)造成的中空玻璃流淚的現(xiàn)象。我們做了相關(guān)的污染性實驗,實驗結(jié)果如下圖3所示。
圖3硅橡膠密封條與三元乙丙密封條的丁基膠相容性實驗
a、b為同一塊玻璃上打上丁基膠后放置兩種膠條,左邊為硅膠（詞條“硅膠”由行業(yè)大百科提供）條,右邊為三元乙丙膠條。c、f為相同口型的兩種膠條的丁基膠相容性實驗,c、e為硅橡膠,d、f為三元乙丙膠條。
從圖中可以看出,硅橡膠密封條與丁基膠無任何反應(yīng),顯示出較好的相容性。而三元乙丙膠條則會使得丁基膠變軟,甚至出現(xiàn)拉絲（詞條“拉絲”由行業(yè)大百科提供）等粘連現(xiàn)象。這也是由于三元乙丙膠條中存在易揮發(fā)的環(huán)烷烴造成的。環(huán)烷烴會進入丁基膠中,造成丁基膠性能的變化,從而導(dǎo)致了中空玻璃密封失敗,表現(xiàn)為中空玻璃流淚的現(xiàn)象。
三、硅橡膠密封條在節(jié)能門窗上的應(yīng)用
1.門窗密封條（詞條“門窗密封條”由行業(yè)大百科提供）分類
(1)框扇間密封膠條口型形狀見圖4。
口型設(shè)計原則:在框扇間距允許的情況下,盡量采用封閉式空心密封條[俗稱O型條]。框扇間距<25mm時,可采用半封閉密封膠條,但相對密封效果稍差。配平開上下懸窗（詞條“下懸窗”由行業(yè)大百科提供）時,盡量采用半封閉弧狀密封膠條。
一般框扇間的標(biāo)準(zhǔn)距離為3.5mm在膠條口型壁厚為1mm的情況經(jīng)過反復(fù)實驗比較,膠條突出型材安裝平面5-6.5mm時密封效果較好并存在以下函數(shù)關(guān)系:
1.5+A≤H≤1.5+A+1/X
H:膠條突出型材高度A:框扇間距X:膠條口型壁厚
(2)玻璃兩側(cè)密封膠條口型形(俗稱K型條)見圖5。
口型沒計原則:
a.有槽口的,一般設(shè)計成一側(cè)嵌入式或穿入式固定,另一側(cè)安裝好玻璃后直接壓入。
b.膠條在型材和玻璃的接觸面具有一定的傾角,既美觀又方便雨水的瀉流角度為好。對于單側(cè)配膠條的壓縮量0.5mm≤H≤1.5mm對于雙側(cè)配膠條的壓縮量0.5mm≤H≤1.5mm
具體壓縮量大小與間隙及膠條的厚度有關(guān)。
(3)等壓膠條口型形狀見下圖6。
口型設(shè)計原則:
等壓膠條是隔熱斷橋窗型密割好壞的關(guān)鍵。由于框扇密封膠條具有一定壓縮量,門窗閉合時就已經(jīng)需要一定的閉合力,若片面要求等壓膠條的過盈配合量,就會存在關(guān)窗費力的現(xiàn)象。因此等壓膠條的配合在門窗扇閉合時,部份達到梢有變形即可,且在選用五金件時,質(zhì)景尺寸要有保障,往往因為合頁厚度或強度的變化,導(dǎo)致等壓膠條密封的密封失敗或窗扇無法閉合。口型設(shè)計方法:底腳嵌入式緊配合設(shè)計a部份過盈配合量1-2mm。
(4)轉(zhuǎn)角處理:a采用45度剪斷并用密封膠固定對角處,若是包邊式的就不用斷開,也有的只切開一點點,但外觀還是完整的;b直接做成L型角,連接處用密封膠粘接;c直接做成整框。
2.密封膠條的固定方式:
密封膠條在型材中的固定方式可分為嵌入式、穿入式、粘合式:
(l)嵌入式膠條的優(yōu)點:方便安裝和拆換,可先組窗上墻后再裝配膠條。缺點: 在受到較大外力時容易脫落:穿入式膠條的優(yōu)點:與型材配合較好,不容易脫落,但不易拆換,必須在型材組窗之前穿入。
(2)粘合式膠條是在膠條與型材接觸部位粘有粘膠,施工時撕掉粘膠保護膜就可將膠條苴接粘在型材上,多用于室內(nèi)門窗、家具的防撞部位。
(3)在一些特殊場合必須使用穿入式安裝。如幕墻的外露防水膠條主要考慮安全性原因膠條與型材的配合。要充分考慮到型材因噴涂、電泳、木紋轉(zhuǎn)印等原因,造成的裝配膠條的槽口的縮小。
在大力提倡綠色低碳建筑,發(fā)展高技術(shù)的新材料的今天,硅橡膠密封膠條綜合性能優(yōu)異能勝任各種密封需求,并長期保持其物理力學(xué)性能,做到有效密封,長期密封,特別適用于節(jié)能門窗。就硅橡膠密封條的推廣和應(yīng)用,在歐美發(fā)這國家已是一項很成熟的產(chǎn)品和技術(shù),在我國如何通過具體的系統(tǒng)應(yīng)用使節(jié)能門窗得到最優(yōu)化的配置,這還需要通過行業(yè)的各個層面的努力,包括相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的完善、專業(yè)設(shè)計人員對新材料的選用和設(shè)計、開發(fā)商和住戶對新材料的認(rèn)可和要求等等,可喜的是,越來越多的行業(yè)人士認(rèn)識到硅橡膠具有無以倫比的性價比的優(yōu)勢,更適用于節(jié)能門窗,以及取代三元乙丙密封條是必然的趨勢。【完】
