淺談硅橡膠密封條在節(jié)能門(mén)窗上的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用

文/浙江凌志精細(xì)化工有限公司 汪金花 屠軍鋼 王香娣

隨著人類(lèi)居住環(huán)境的改變，現(xiàn)代建筑門(mén)窗經(jīng)歷了從鋼門(mén)窗到塑鋼門(mén)窗、普通鋁合金門(mén)窗到斷橋隔熱門(mén)窗、系統(tǒng)門(mén)窗，建筑門(mén)窗行業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了密封膠條的更新?lián)Q代，從最初的天然膠密封條的時(shí)代，發(fā)展到現(xiàn)代硅橡膠密封條，密封條在門(mén)窗配件中的作用地位也越加顯現(xiàn)。

密封膠條是建筑門(mén)窗的重要組成部分之一，它通過(guò)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間、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(jī)械的振動(dòng)、沖擊和損傷，從而起到密封、隔音、絕熱和絕緣等作用，對(duì)節(jié)能建筑門(mén)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(shuō)密封膠條是節(jié)能門(mén)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(mén)窗的關(guān)鍵材料，密封條在門(mén)窗中起著水密、氣密及節(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(mén)窗提供完美的密封，具有無(wú)以倫比的性能優(yōu)勢(shì)。

高溫硫化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-70OC ～ 200OC的環(huán)境中長(zhǎng)期使用，硅橡膠良好的高低溫性能在緯度范圍較大的中國(guó)地區(qū)尤為主要，在中國(guó)南方夏季向陽(yáng)的門(mén)窗及墻面上，溫度在70OC是正常的，而在冬季的北方地區(qū)氣候在-40OC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-20OC時(shí)已脆化，即使在0OC條件下也無(wú)法施工。而硅橡膠在-70OC～ 200OC時(shí)，物性根本沒(méi)有大的變化。

2.優(yōu)異的耐氣候老化性

無(wú)論是塑料還是三元乙丙類(lèi)的有機(jī)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(xiàn)輻照能（370 KJ/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。而硅橡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(xiàn)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(wú)明顯下降，可與門(mén)窗的使用壽命同步，是其他材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

3.良好的彈性和回彈性

建筑門(mén)窗始終承受來(lái)自外界及自身的力學(xué)變化，如：熱脹冷縮，瞬時(shí)荷載，風(fēng)荷載、地震效應(yīng)，長(zhǎng)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(wú)法比擬，硅橡膠在邵氏30A-85A之間任意調(diào)整，使其達(dá)到最佳密封性能。

4.安全環(huán)保

1954年硅橡膠在與人體實(shí)驗(yàn)中證實(shí)：“無(wú)毒、無(wú)味、與人體組織及血液不粘連，生物適應(yīng)性好，對(duì)外界極為敏感的熱血?jiǎng)游锝M織與硅橡膠制品接觸時(shí)，其細(xì)胞組織未發(fā)現(xiàn)異常?！痹摻Y(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(guó)FDA（美國(guó)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(méi)有一種比硅橡膠更對(duì)人體無(wú)害，在建筑中突出其優(yōu)異環(huán)保性能，無(wú)疑是具有特殊意義的。

5.透氣性好，且具有選擇性透氣率

最新研究表明：硅橡膠的氧透過(guò)率是天然膠的25倍，是丁基橡膠（IIR）的428.6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(mén)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(lèi)密封膠條性能對(duì)比

圖1.三元乙丙與硅橡膠經(jīng)過(guò)紫外老化實(shí)驗(yàn)后的硬度、拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率的變化率

圖2.100OC*168h后老化性能對(duì)比

密封膠條在各種老化環(huán)境下性能的變化，對(duì)于門(mén)窗的密封性能有著非常重要的影響。在實(shí)際使用過(guò)程中，建筑門(mén)窗工程中密封膠條質(zhì)量問(wèn)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(yáng)光照射后，發(fā)粘附著在窗體和玻璃上現(xiàn)象，污染了門(mén)窗.影響了門(mén)窗的密封功能和美觀；或短時(shí)間內(nèi)收縮脫槽脫落，失去作用。這些都是因?yàn)橘|(zhì)量不好的膠條耐老化性差，經(jīng)太陽(yáng)長(zhǎng)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(dòng)產(chǎn)生安全隱患。密封膠條失效將會(huì)對(duì)窗戶(hù)的性能帶來(lái)十分不利的影響，包括降低窗戶(hù)的氣密性、水密性和保溫性能。密封條必須在窗戶(hù)的整個(gè)壽命周期內(nèi)都保持彈性，并與窗戶(hù)形成一個(gè)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(duì)比

根據(jù)JC/T 485-2007《建筑窗用彈性密封膠》測(cè)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(xiàn)輻照強(qiáng)度 2000～3000 μW /cm2），實(shí)驗(yàn)時(shí)間為300h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。

硬度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)變化率。由圖1可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)紫外老化實(shí)驗(yàn)后，三元乙丙的物理 性能下降比較明顯，拉伸強(qiáng)度的變化率達(dá)到了20%，而硅橡膠的性能變化比較小，基本上都在5%以?xún)?nèi)，表明在長(zhǎng)期戶(hù)外使用時(shí)，硅橡膠比三元乙丙的耐紫外老化性更好，能更長(zhǎng)久在保持密封性能。(見(jiàn)圖1)

2.熱空氣老化實(shí)驗(yàn)對(duì)比

根據(jù)GB/T 24498-2009《建筑門(mén)窗、幕墻用硅橡膠密封條》中的熱空氣老化試驗(yàn)方法，設(shè)定溫度為100℃，老化168小時(shí)，測(cè)試硅橡膠與三元乙丙橡膠的硬度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)的變化率。由圖2可見(jiàn)，無(wú)論是拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率還是硬度，三元乙丙性能變化率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硅橡膠。說(shuō)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(jī)械性能。同時(shí)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(shí)驗(yàn)中，我們也測(cè)量了兩種膠條的熱失重。從圖2中可以看到，三元乙丙橡膠會(huì)在熱老化實(shí)驗(yàn)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(huì)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中緩慢釋放，從而影響其性能。硅橡膠的熱失重非常小，在1%以下，可見(jiàn)其本身的熱穩(wěn)定性非常好，膠條的材料變化不大，因此機(jī)械性能也非常穩(wěn)定。

3.低溫老化性能對(duì)比

根據(jù)GB/T 24498-2009《建筑門(mén)窗、幕墻用硅橡膠密封條》，測(cè)試兩種材料的低溫脆性與-60℃的低溫老化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，市售三元乙丙在-35OC時(shí)，低溫脆性沖擊實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂紋，而到-40OC時(shí)，裂紋較多，到-50OC時(shí)，會(huì)斷裂；而硅橡膠在-60OC時(shí)，依然保持彈性不會(huì)斷裂，說(shuō)明硅橡膠在低溫時(shí)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(mén)窗密封。

而經(jīng)過(guò)低溫-60OC 7小時(shí)老化后，其性能對(duì)比如表1所示。

由表1可見(jiàn)，硅橡膠經(jīng)低溫-60OC 7小時(shí)老化后，拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率、硬度的變化率都比較小，而三元乙丙經(jīng)過(guò)這樣較低溫度的老化后，性能變化顯著，特別是拉伸強(qiáng)度，變化率達(dá)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(shí)驗(yàn)。

根據(jù)GB/T 24498-2009《建筑門(mén)窗、幕墻用硅橡膠密封條》，測(cè)試兩種材料制備的膠條的壓縮永久變形與拉伸永久變形。

表1 低溫-60 oC 7小時(shí)老化后物理性能結(jié)果

表2 不同形狀三元乙丙與硅橡膠膠條拉伸永久變形實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3.硅橡膠密封條與三元乙丙密封條的丁基膠相容性實(shí)驗(yàn)

采用A型試樣限制器測(cè)試實(shí)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(yàn)條件為100OC7天。實(shí)驗(yàn)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(mén)窗的長(zhǎng)期開(kāi)啟、閉合使用過(guò)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(mén)窗節(jié)能的破壞者。

將同一口型的膠條從20cm長(zhǎng)度拉伸至30.5cm，固定在同一個(gè)模具上，放在室內(nèi)數(shù)天，計(jì)算回彈性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示?？梢?jiàn)，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(qiáng)人意。(見(jiàn)表2)

5.材料間相容性對(duì)比

隨著中空玻璃的普及，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(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)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(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)

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(shí)驗(yàn)，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(wú)任何反應(yīng)，顯示出較好的相容性。而三元乙丙膠條則會(huì)使得丁基膠變軟，甚至出現(xiàn)拉絲等粘連現(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(huì)進(jìn)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(mén)窗上的應(yīng)用

1.門(mén)窗密封條分類(lèi)

（1）框扇間密封膠條口型形狀見(jiàn)圖4。

口型設(shè)計(jì)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(chēng)O型條) ?？蛏乳g距<2.5mm時(shí)，可采用半封閉密封膠條，但相對(duì)密封效果稍差。配平開(kāi)上下懸窗時(shí)，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(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)比較，膠條突出型材安裝平面5-6.5mm 時(shí) 密封效果較好并存在以下函數(shù)關(guān)系：

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(chēng)K型條)見(jiàn)圖5 。

口型設(shè)計(jì)原則：a.有槽口的，一般設(shè)計(jì)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(duì)于單側(cè)配膠條的壓縮量0.5mm≤H≤1.5mm對(duì)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)。

圖4.框扇間密封膠條口型形狀

圖5.玻璃兩側(cè)密封膠條口型形圖

（3）等壓膠條口型形狀見(jiàn)下圖6。

口型設(shè)計(jì)原則：

等壓膠條是隔熱斷橋窗型密封好壞的關(guān)鍵。由于框扇密封膠條具有一定壓縮量，門(mén)窗閉合時(shí)就已經(jīng)需要一定的閉合力，若片面要求等壓膠條的過(guò)盈配合量，就會(huì)存在關(guān)窗費(fèi)力的現(xiàn)象。因此等壓膠條的配合在門(mén)窗扇閉合時(shí)，部份達(dá)到稍有變形即可，且在選用五金件時(shí)，質(zhì)量尺寸要有保障，往往因?yàn)楹享?yè)厚度或強(qiáng)度的變化，導(dǎo)致等壓膠條密封的密封失敗或窗扇無(wú)法閉合?？谛驮O(shè)計(jì)方法：底腳嵌入式緊配合設(shè)計(jì)a 部份過(guò)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(duì)角處，若是包邊式的就不用斷開(kāi)，也有的只切開(kāi)一點(diǎn)點(diǎn)，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。

圖6.等壓膠條口型形圖

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：

（1）嵌入式膠條的優(yōu)點(diǎn)：方便安裝和拆換，可先組窗上墻后再裝配膠條。缺點(diǎn)： 在受到較大外力時(shí)容易脫落。穿入式膠條的優(yōu)點(diǎn)：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(shí)撕掉粘膠保護(hù)膜就可將膠條直接粘在型材上，多用于室內(nèi)門(mén)窗、家具的防撞部位。

（3）在一些特殊場(chǎng)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(zhǎng)期保持其物理力學(xué)性能，做到有效密封，長(zhǎng)期密封，特別適用于節(jié)能門(mén)窗。就硅橡膠密封條的推廣和應(yīng)用，在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已是一項(xiàng)很成熟的產(chǎn)品和技術(shù)，在我國(guó)如何通過(guò)具體的系統(tǒng)應(yīng)用使節(jié)能門(mén)窗得到最優(yōu)化的配置，這還需要通過(guò)行業(yè)的各個(gè)層面的努力，包括相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的完善、專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)新材料的選用和設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)商和住戶(hù)對(duì)新材料的認(rèn)可和要求等等，可喜的是，越來(lái)越多的行業(yè)人士認(rèn)識(shí)到硅橡膠具有無(wú)以倫比的性?xún)r(jià)比的優(yōu)勢(shì)，更適用于節(jié)能門(mén)窗，以及取代三元乙丙密封條是必然的趨勢(shì)。