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初探建筑门窗用密封胶条

来源:北京首航神箭橡塑制品公司　作者:吴俊浩　日期:2007-4-11 　页面功能【字体：大中小】【打印】【投稿】【评论】

                                      前  言
    随着现代建筑工业的蓬勃发展，建筑门窗市场已由传统的木窗、钢窗转向更具装饰和节能功能的铝合金门窗和塑料门窗。钢门窗、铝合金门窗及塑料门窗逐已呈鼎足之势。
    建筑工程使用的门窗，除要求其整体具有良好的装饰效果外，还需要具有优异的隔热、隔音、防尘、密封性能等特点。作为门窗的附件之一，弹性密封胶条是使其获得上述优异性能的重要保证。
    在过去的使用过程中，由于建筑门窗用密封胶条选用不当，出现了很多质量问题，主要表现在：
    1.密封胶条使用不久，变硬变脆，失去了弹性和密封功能。
    2.密封胶条安装后，短时间内收缩脱落，导致返工。
    3.受太阳光照射或受热后，密封胶条发粘，附着在窗体和玻璃上，有时还会出现“渗油”现象，污染了门窗，影响了门窗的密封功能和美观。
    4.因结构原因造成密封胶条的“虚假”安装或根本没有密封功能。
    由此可见，选用性能优异的密封材料以及合理的设计结构是解决上述问题关键。

一、建筑门窗密封胶条概述

    1．建筑门窗密封胶条的定义
      建筑门窗密封胶条一般是指用在建筑门窗构件，如玻璃和压条、玻璃和扇、框与扇以及扇与扇等接合部位上，能够防止内、外介质（雨水、空气、沙尘等）泄露或侵入或者能防止机械的振动、冲击和损伤，从而达到密封、隔音、绝热和绝缘等作用的带状或棒状材料（图1、图3）。
     2.密封胶条的分类
    密封条按材质可分为橡胶密封条、橡塑密封条、塑料密封条；按材质结构可分为实心密封条、海绵密封条、空心密封条、复合密封条（海绵与实心橡胶、海绵纯胶与金属嵌件、橡胶金属嵌件和海绵加皮革、纤维实体等）、静电植绒密封条以及表面涂层密封条；按加工工艺可分为硫化型密封条和非硫化型密封条；按其特殊功能可分为耐热密封条、耐寒密封条、耐油密封条、抗磨密封条以及减振密封条；按其用在门窗中的不同部位可分为玻璃密封条、框（扇）密封条、纱扇用密封条等。按其是否透明还可分为透明密封条和非透明密封条；按其装饰效果又可分为不同颜色的密封条。
     3．密封胶条的工作机理
    建筑门窗密封胶条主要是利用本体结构中唇空腔凸缘（见图１）等部位的弹性与组装的装饰件（玻璃、金属件或非金属件）等接触物体的表面产生接触压力而起到密封作用，一般在-50～70℃范围内使用。

二、建筑门窗用密封胶条种类

    目前，适于制做建筑门窗密封胶条的材料主要有三大类：橡胶、塑料和橡胶塑料共混材料。国外主要以橡胶材料为主，分别有氯丁橡胶（CR）、丁腈橡胶（NBR）、硅橡胶（SiR）和三元乙丙橡胶（EPDM）；国内主要以改性塑料材料为主，主要有增塑聚氯乙烯（PVC）、增塑聚丙烯（PP）。另外，橡胶塑料共混材料在国内、外也都有使用。下面分别就各种密封胶条材料性能作一简单介绍，以便于大家加以了解。
     1、橡胶系材料
     ⑴天然橡胶：具有很好的耐磨性，很高的弹性和力学性能。缺点是在空气中易老化,遇热变粘,在矿物油中易膨胀和溶解,耐碱但不耐强酸。使用温度范围位-55℃～+80℃。
     ⑵丁腈橡胶：主要特点是耐油、耐溶剂，但不耐酮、酯和氯化烃等介质。硫化物永久变形小，弹性和力学性能都很好。缺点是在臭氧和氧中易老化龟裂，耐寒性较差。使用温度范围为-30℃～120℃。
     ⑶氯丁橡胶：具有较好的弹性和力学性能，优异的耐光、耐热、耐老化、耐油及耐化学药品腐蚀性，尤其是其耐臭氧性能、耐天候、耐燃性更突出，在非极性溶剂中有很大的稳定性。缺点是不耐寒，低温时易结晶硬化，贮存稳定性差，加工不易控制。使用温度范围-40℃～+120℃，可作为丁腈橡胶的代用品。
     ⑷三元乙丙橡胶：综合性能优异，具有突出的耐臭氧性，优良的耐候性，很好的耐高、低温性能；突出的耐化学药药品性，能耐多种极性溶质，如刹车油、强酸强碱、酒精等。缺点是在一般矿物油和额外二酯系润滑油中膨胀量大。使用温度范围-60℃～+150℃。
     ⑸硅橡胶：具有突出的耐高、低温特性，耐臭氧及耐天候老化性能，有极好的疏水性和适当的透气性；具有无与伦比的绝缘性能。缺点是机械强度在橡胶材料中是最差的，不耐油。使用温度范围为-100～+300℃。
     ⑹聚氨酯橡胶：具有优异的弹性和耐磨性，良好的不透气性，较高的阻尼减振性能，此外还有中等耐油性，耐氧及耐臭氧老化特性。缺点是不耐酸、碱和水。使用温度范围为-30℃～+80℃。
2、塑料系材料
     ⑴增塑聚氯乙烯树脂：材料便宜易得，具有耐腐蚀、耐磨、耐酸碱和各类化学介质，耐燃烧，机械强度高，缺点是配合体系内增塑剂易迁移，随着时间的延长变硬变脆，失去弹性，不耐老化，耐候性和低温特性差。
     ⑵增塑聚丙烯树脂：性能与增塑聚氯乙烯基本相似，通常用来制做透明制品。
3、橡塑共混材料
    目前，国内、外用来制做橡胶塑料密封条的橡塑共混材料主要有以下几种：
a\丁腈橡胶/聚氯乙烯并用体系，是橡塑并用技术的先驱；
b\乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）/聚氯乙烯并用体系；
c\三元乙丙橡胶/聚氯乙烯并用体系；
d\聚氨酯橡胶/聚氯乙烯并用体系；
e\三元乙丙橡胶/聚丙烯并用体系，采用动态硫化方式进行；
f\顺丁橡胶/丁腈橡胶/聚氯乙烯并用体系。
   ⑴热塑性弹性体（TPE）  热塑性弹性体以塑料树脂为基体，以化学或物理方式掺入橡胶组分，从而形成具有橡胶的柔性和弹性，以及塑料的硬性，是性能范围很宽的材料。热塑性弹性体（TPE）的最大特点是无需硫化工艺，而采用热塑性塑料成型方法进行加工，即可大大缩短成型周期，而且废料还可以回收，并再次利用，有利于节资与节能，是一种很有发展前途的材料，可作为硫化橡胶的代用品。
    热塑性弹性体（TPE）主要有苯乙烯系TPE，即TPS；烯烃系TPE，即TPO；聚氨酯系TPE，即TPU以及聚酯系TPE，即TPEE等几大类。最近开发的用于聚氯乙烯改性的TPE属于烯烃系TPE,主要有美国杜邦公司生产的Elvalog741，742；固特异公司生产的Chemigum P83以及德国拜耳公司生产的Levapren 。改性后的聚氯乙烯密封条具有良好的耐压缩永久变形性。
   ⑵表面涂层材料  表面涂层材料是在密封条的表面涂布聚氨酯（PU，包括水分散性PU）、有机硅、Xylan或Teflon（聚四氟乙烯）等物质，以代替传统工艺上的表面植绒。涂布后的密封条表面具有良好的耐膜、光滑性，尤其是涂布硅胶面层涂料后的密封条，表面摩擦系数小，有利于门窗扇或玻璃的滑动。一般德国多用聚氨酯，美国和日本多用硅油作为密封条表面涂层材料。

三、建筑门窗密封中的明星产品—三元乙丙（EPDM）橡胶密封条

    1、优异的耐臭氧性和耐氧化性   EPDM的分子结构中的主链不含双键（图2），能够完全抵抗空气中臭氧的进攻，在臭氧浓度为100PPM的环境中，2430小时不出现龟裂（丁基橡胶500小时龟裂，氯丁橡胶40小时龟裂）；在50PPM、静拉伸30%的条件下，150小时不龟裂（丁基橡胶2小时出现龟裂）。常与二烯弹性体并用，以改善其耐臭氧性和抗氧化性（NR、SBR等遇到臭氧时会引起应力开裂、落片和所有物理性能劣化）。
   2、优异的耐侯性    EPDM可长期在阳光、潮湿、寒冷的自然环境下使用。含CB的硫化胶在阳光下暴晒三年不会出现龟裂，物理机械性能变化也很小。
   3、优异的耐热性    EPDM可在120℃条件下长期使用，最高使用温度150℃，高于150℃时开始分解，当加入适宜的防老化剂或过氧化物、醌硫化体系，其间歇耐温高达315℃。这一特性是由其饱和的主链结构所决定的。
   4、优异的低温特性    聚甲撑主链的屈挠性提供了良好的低温特性，其玻璃化温度在-35℃—-65℃之间，大多数硫化制品在-50℃条件下还是柔软的即在低温下具有较好的弹性和较少的压缩永久变形，从而使其在寒冷地区不会因环境温度过低而降低其密封性能，使在寒冷地区的冬季施工更加容易。
   5、耐化学药品性能     EPDM耐多种极性溶质，如刹车油、强酸、强碱、酒精等；耐非极性溶质性能较差，如汽油等烃类溶质等，通过采用超高分子油填充情况下可获得中等耐油性。
   6、高填充性（填料和油）   EPDM比任何其它弹性体的填充量都要高得多（可高达200份以上），弥补了价格高于一般通用橡胶（约比SBR、IR、NR高60%）的不足之处。采用超高分子量充油乙丙橡胶，不但可进一步增加填充性，降低混合加工成本，而且还可获得突出的拉伸强度和定伸强度。
   7、EPDM几乎是所有合成橡胶中比重最轻的一种（也低于增塑聚氯乙烯），所以其成品就有较轻的米重。这点也决定了其有广泛的应用前景。
     EPDM除具有上述诸多优点（表1），而且EPDM密度小，具有优良的电性能，良好的应力—应变特性、良好的耐磨性、优异的耐潮湿性和耐水蒸气性。
结束语
    纵观近年来国外建筑门窗密封条的生产和应用，可以看到有以下特点值得我们注意。
    1．正确选用密封条已成为建筑门窗产品制做过程中必须考虑并解决的重要关键。现在，已经不是密封条出了质量问题后再采取补救措施，而是已经深深地渗透到产品制做过程中。
    2．要解决建筑门窗的“密封”问题，单靠优异的材料或合理的结构都是不能解决问题的。“结构”、“材料”、“施工”、“试验”四个方面，是密不可分的。靠老的、传统的选择观念，随处从市场上购买几种密封条，是不能真正解决建筑门窗的“密封”问题的。
    3．研究和推广高性能的密封条已成为当务之急。高性能密封胶条保证了其与高质量门窗同步发展。近年来建筑门窗工程上出现的质量问题大部分是由低性能、质量差的密封条造成的。

图1

图2 三元乙丙橡胶(ENB--EPDM)分子结构

图3

表1 塑料门窗用三元乙丙橡胶、塑料系密封条材质物理性能比较

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