复合型密封胶条在系统门窗中的特性及应用

来源:2018转型发展高峰论坛 查看原文  时间:2018-10-22

本篇文章内容由[中国幕墙网]编辑部整理发布:

  系统门窗指的是运用系统集成的思维方式,基于针对不同地域气候环境和使用功能要求所研发的门窗系统,按照严格的程序进行设计、制造和安装,具备高可靠性、高性价比的建筑门窗。系统门窗是由多要素、多个子系统相互作用、相互依赖所构成的有一定秩序的集合体,能够有效保证建筑性能。

  目前,国内外系统门窗企业所采用的密封胶条材质主要以耐老化性能和物理性能均十分优异的三元乙丙橡胶为主,达85%以上。随着门窗企业及售后市场对系统门窗性能的要求越来越高,单一的三元乙丙密实胶挤出的密封条已不能满足市场的需要,在这种趋势下,一些具有自主研发能力的密封条生产企业对密封条的用途进行了细分,针对用于不同位置的密封胶条,采用密实橡胶、海绵橡胶复合,密实橡胶、玻纤复合、密实橡胶,海绵橡胶、玻纤三复合以及海绵表面附加光滑涂层等方法,来解决各种密封和隔热问题。这些将不同材料复合在一起的胶条,统称为复合型密封胶条。本文主要就复合型密封胶条在系统门窗中的特性及应用进行介绍及探讨,以期为有相关需求的客户或研究者提供帮助。

  1 三元乙丙海绵橡胶的特性

  三元乙丙发泡海绵胶条是通过将化学发泡剂加入到三元乙丙橡胶之中,经过高温发泡并硫化定型后得到的一种截面呈蜂窝状结构的发泡胶条,具有以下特点:

  a) 密度低。海绵橡胶中有大量气泡存在,其密度约为0.5~0.6g/立方厘米,为普通胶条的二分之一甚至更低。

  b) 隔热性优良。由于海绵橡胶中有大量泡孔,泡孔中气体的热导率比实心橡胶低很多,所以发泡胶条的导热率很低。

  c) 隔音效果好。海绵橡胶的隔音效果是通过吸收声波能量,使声波不能反射传递而达到的。

  d) 比强度高。由于海绵橡胶密度低,比强度自然要比非发泡制品高。发泡胶条的机械强度随发泡倍数的增加而下降。

  e) 优异的耐热、耐化学药品性能,比密实橡胶更加优秀的压缩回弹性,低温柔软性。

  海绵橡胶和实心橡胶的性能对比如表1所示:

  表1 海绵橡胶和实心橡胶性能对比

  由表1可以看出,海绵橡胶的硬度远低于实心橡胶,压缩永久变形也优于实心橡胶,由此可以获得更好的密封性能,而导热系数只相当于实心橡胶的三分之一,是保温隔热的理想材料,不足之处在于拉伸强度低于密实橡胶。所以,海绵橡胶更加适合用于密封部位而不适合用在安装部位。

  2 三元乙丙实心橡胶和海绵橡胶复合产品的特性及应用

  2.1 鉴于海绵橡胶自身的柔软性和良好的压缩变形性能,市面上出现了应用于开启扇上的实心海绵复合胶条,如图2所示,将密封条负责密封的部位由实心橡胶更换为海绵发泡橡胶,以提供更加优秀的气密性和水密性以及防尘效果,减小关窗力度。同时,安装部位依然采用硬度较高、物理性能优秀的实心橡胶,以保证胶条的安装牢固性,经过长期的使用后不易脱落。

图1 纯实心橡胶胶条 图2 实心橡胶和海绵橡胶复合胶条

  我们知道,由于型材表面上总是存在着微观的凹凸不平,型材厂家有时还会在型材表面进行粗糙度处理,所以,型材表面都是凹凸不平的。为了保证密封,就必须对密封条的密封部位施加足够大的压力,使其发生弹性或塑性变形以填充型材表面的间隙。海绵橡胶的优势在于:在较低的压紧力的作用下,即可发生较大的弹性形变,并且由于其质地柔软,可以良好的填充型材表面的间隙,达到有效的密封。同时,窗户更加容易开启和关闭。海绵橡胶和实心橡胶的压缩应力曲线见图3。海绵橡胶的压缩永久变形优于实心橡胶,这就意味着在长期的压缩密封中,海绵橡胶的应力松弛损失更小。对海绵橡胶进行压缩方式的应力松弛试验,通过阿伦尼乌兹公式计算得出:在47℃的条件下,至少需要30年,其压缩应力才会损失15%。如图4所示:

图4 海绵橡胶的压缩应力松弛表

  2.2 除了在开启扇上的应用,实心/海绵复合密封胶条还应用于系统门窗中的等压胶条,如图5所示:

图5 实心、海绵复合等压胶条

  我们一般用U值的大小来表征整窗的节能程度,等压胶条在型材中起到阻断空气对流和热辐射的功能,对于降低整扇窗户的U值,起着至关重要的作用,而实心胶条的导热系数在0.25W/(m·K)左右,略显偏大,海绵橡胶的导热系数为0.1W/(m·K),若将等压胶条中空腔部位的实橡胶心胶更换为海绵橡胶后,可以明显降低窗户的U值。

  纯密实橡胶整框U=1.8 密实海绵复合整框U=1.55

图5 纯实心和复合型等压胶条整窗U值对比

  如图5所示,在型材、玻璃、隔热条等条件相同情况下,我们用热工软件对EPDM实心胶条、复合胶条的进行了对比分析,分析结果表明,使用复合型等压胶条,最高可以将整窗的U值降低0.25左右。

  3 三元乙丙实心橡胶、玻纤绳复合产品的特性及应用

  通常情况下,将密封条安装在型材框架上的方式有两种,一种是穿入式安装,另一种为压入式安装。当安装方法为穿入式时,由于密封条在穿入时受到拉力,安装完成后,密封条内部会残留有收缩的应力无法消除,在一段时间后就会在这种应力的作用下产生收缩,造成端头的拉伸断裂,严重影响密封效果。将玻纤绳与三元乙丙复合的密封条可以完美解决这一问题。图6所示:这种密封条通过特殊的模具和挤出机机头挤出,将无法延伸的玻纤绳复合进三元乙丙橡胶,二者通过粘合剂牢固的粘结在一起,在胶条受到拉伸时,内部的玻纤将承受外部的拉力,从而使胶条不会产生延伸,避免了密封条后期的收缩问题。目前市面上已经衍生出了玻纤与密实橡胶双复合胶条、玻纤与密实胶、海绵胶三复合胶条等各类产品。

图6 实心橡胶、玻纤双复合密封条

  4 三元乙丙实心橡胶、遇水膨胀橡胶复合产品的特性及应用

  遇水膨胀橡胶是一种独特的橡胶新产品,该种橡胶在遇水后产生6-7倍的膨胀变形,并充满接缝的所有不规则表面、空穴及间隙,同时产生巨大的接触压力,彻底防止渗漏。

  遇水膨胀橡胶较普通橡胶具有更卓越的特性和优点。当接缝或施工缝发生位移,造成间隙超出材料的弹性范围时,普通型橡胶止水材料则失去止水作用。而该材料还可以通过吸水膨胀来止水。使用遇水膨胀橡胶作为堵漏密封止水材料,不仅用量节省,而且还可以消除一般弹性材料因过大压缩而引起弹性疲劳的特点,使防水效果更为可靠。

  与遇水膨胀橡胶复合的胶条(图7)通常用在玻璃批水条上,膨胀橡胶被设计用于第二、三道密封。由于第一道防水密封的作用,其在平时一般不会与水接触。一旦第一道防水密封失效,当水进入第二道密封遇到膨胀橡胶后,膨胀橡胶与水反应,发生膨胀,体积变为原来的3倍以上,(图8)从而加强密封面积和密封力,彻底防止渗漏。更为可贵的是,当膨胀后的胶条处于干燥环境时,其体积会慢慢的恢复到未膨胀之前的状态,并且可以反复膨胀,长期使用。

图7 实心橡胶、遇水膨胀橡胶双复合密封条

  5 其他复合型密封胶条

  除了上述几种常见的复合密封胶条外,市面上还有其他各种类型的复合密封条,例如:

  a) 密封部位复合有光滑涂层或者绒毛的,以降低开关窗户时的涩感,以及开关窗时的噪音,并且加强密封。

  b) 在胶条的安装部位复合一层硬质PP,增加安装部位的牢固度,使胶条更易安装,不易脱落。

  c) 胶条表面复合一层彩胶,使其与窗户型材颜色相似,整体更加美观,更加协调。

  总结:

  目前,国内门窗密封条生产厂家众多,生产的产品档次和质量良莠不齐,导致密封条市场鱼龙混杂,而能够利用资源优势进行整合并形成自主品牌的企业,才能做大做强。门窗密封条生产厂家不仅仅是为门窗企业提供产品配套,还必须介入到门窗开发设计过程中去,只有这样,所研发的密封条产品才更有针对性,更加专业,从而推进新材料,新工艺、新技术的应用,并以此来延伸整个门窗幕墙行业的可持续性发展。各种针对用处不同而进行了功能细分的复合型密封条,是今后三元乙丙胶条发展的一个方向。


  作者:庄澎 赵本军 江阴海达橡塑股份有限公司
来源:2018转型发展高峰论坛
 
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