陳振偉，賀燕(沈陽理工大學，遼寧 沈陽 110159)

建筑門窗密封膠條材料特性和性能分析

陳振偉，賀燕
(沈陽理工大學，遼寧 沈陽 110159)

由于密封膠條對滿足和提高建筑門窗、幕墻的物理性能具有十分重要的作用，因此人們一直在對密封膠條的材料、配方和生產(chǎn)工藝等進行優(yōu)化設計，相信對密封膠條材料特性更加合理的分析和選用會對提高建筑節(jié)能門窗的氣密性、水密性、隔聲性和保溫性發(fā)揮更大的作用。

密封膠條； 門窗系統(tǒng)；被動式建筑

密封膠條在汽車、火車、飛機、輪船等行業(yè)應用十分廣泛，近些年隨著我國建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，節(jié)能門窗系統(tǒng)對密封膠條的要求越來越高，特別是被動式節(jié)能建筑對門窗的密封要求。

門窗密封膠條的主要功能是保證門窗、幕墻系統(tǒng)完美的水密性、氣密性、抗風壓性，另外還能起到隔音降噪、防塵、節(jié)能的作用，雖然僅占門窗成本的1%，但是對一個完美的門窗系統(tǒng)而言起到至關(guān)重要的作用。如果密封膠條的材料性能、結(jié)構(gòu)設計等方面沒有嚴密的控制，密封膠條就沒法發(fā)揮其真正的作用。

本文主要通過介紹目前節(jié)能建筑門窗密封膠條的材料特性及性能分析方面的知識，以期為建筑節(jié)能門窗行業(yè)內(nèi)的人士提供參考。

1 建筑門窗密封膠條材料特性

目前行業(yè)常見的密封膠條主要材質(zhì)有三元乙丙橡膠、硅橡膠、熱塑性彈性體、氯丁膠等類材質(zhì)，應根據(jù)使用的環(huán)境、門窗的功能要求去選擇合適的單一、復合材質(zhì)密封膠條。

（1）三元乙丙橡膠（EPDM）橡膠密封條：以三元乙丙為主要材料，添加炭黑、填充劑、橡膠油、活性劑、促進劑、交聯(lián)劑等原料經(jīng)過混煉、擠出、高溫硫化成型等工序生產(chǎn)而成。三元乙丙是一種飽和橡膠，主鏈是由化學性能穩(wěn)定的飽和烴組成，只有在側(cè)鏈中含有不飽和雙鍵，分子內(nèi)無極性取代基，分子間內(nèi)聚能低，分子鏈在寬的溫度范圍內(nèi)保持良好的柔順性。這些機構(gòu)特點決定了其有極高的化學穩(wěn)定性。

材料的基本物理性能包括：拉伸強度、拉斷伸長率、壓縮永久變形等性能優(yōu)越，綜合性能優(yōu)異，具有突出的耐臭氧性、優(yōu)良的耐候性、很好的耐高溫、低溫性能、突出的耐化學藥品性、能耐多種極性溶質(zhì)，相對密度小，使用溫度范圍-60~+150℃?？蓾M足高溫、嚴寒、沿海、高原等多種地域的建筑門窗密封使用。缺點是在一般礦物油及潤滑油中膨脹。目前，國產(chǎn)密封膠條中三元乙丙橡膠密封膠條的比例占到了70%以上，但市場上有很多企業(yè)用再生三元乙丙膠生產(chǎn)門窗密封膠條，產(chǎn)品的性能很差，極大影響了三元乙丙密封膠條在行業(yè)里的形象。

（2）硅橡膠（SILICONE）密封膠條：以硅橡膠為主要材料，添加白炭黑、軟化油、填充劑、交聯(lián)劑等原料經(jīng)過混煉、擠出、高溫硫化成型等工序生產(chǎn)而成。這種材料密封膠條具有突出的耐高、低溫特性，可達到食品衛(wèi)生要求的衛(wèi)生級別，可滿足多種顏色的要求。硅橡膠密封膠條可以滿足-60~250℃的工作范圍，可適用于高溫、寒冷、紫外線照射強烈地區(qū)。但拉伸強度差，壓縮永久型變低，缺口撕裂性能差，在動態(tài)密封的條件下，長時間使用存在制品易損壞的情況?？捎糜谀透邷氐奶厥鈭龊祥T窗密封。

（3）熱塑性彈性體（Thermoplastic Elastomer-TPE）密封膠條：是以熱塑性彈性材料為主，經(jīng)過單螺桿塑料擠出機擠出成型。

熱塑性彈性體亦稱熱塑性橡膠是介于橡膠與樹脂之間的一種新型高分子彈性材料，不僅可以取代部分橡膠，還能使塑料得到改性。熱塑性彈性體所具有的橡膠與塑料的雙重性能和寬廣的特性，使之在建筑門窗密封膠條的生產(chǎn)中也得到了積極的發(fā)展和應用。

熱塑性彈性體密封膠條有良好的物理性能，力學性能可達到硫化橡膠的級別，且無須硫化交聯(lián)；耐拉伸性能優(yōu)異，長期耐溫可超過70℃，耐一般化學品（水、酸、堿、醇類溶劑），可短期浸泡于溶劑或油中，無毒無味性，良好的抗紫外線輻射及抗氧化性能。比重小，相同斷面結(jié)構(gòu)的密封膠條產(chǎn)品單位重量的出材率高。缺點是熱塑性彈性體密封膠條的耐熱性不如三元乙丙橡膠、硅橡膠密封膠條，隨著溫度上升其物理機械性能下降幅度較大。同時，壓縮變形、彈回性、耐候性等同橡膠密封膠條相比較差，價格上也往往高于同類的橡膠密封膠條。

（4）氯丁橡膠（CR）密封膠條：以氯丁橡膠為主要材料，添加炭黑、填充劑、橡膠油、活性劑、促進劑、交聯(lián)劑等原料經(jīng)過混煉、擠出、高溫硫化成型等工序生產(chǎn)而成。物料的拉伸強度、拉斷伸長率、壓縮永久變形較好，耐磨性優(yōu)異，由于含氯具有阻燃性，但通常在燃燒的狀態(tài)下會釋放出氯氣有令人發(fā)生呼吸困難的可能。有優(yōu)良的耐候性，耐臭氧性能，耐熱老化性，使用溫度范圍-30~+120℃。一般用于制作黑色制品。缺點是貯存穩(wěn)定性差，貯存過程中會發(fā)生增硬現(xiàn)象，耐寒性不好，相對密度較大，在目前的建筑門窗密封領(lǐng)域應用有被淘汰的趨勢。

表1 常用材料密封膠條選用表

（5）常用材料密封膠條選用表

常用材料密封膠條選用見表1。

2 建筑節(jié)能門窗密封膠條常規(guī)性能要求

密封膠條材料的性能決定了產(chǎn)品的使用壽命，特別是我國地域遼闊，南北緯度跨度大，氣候的要求極為苛刻，為保證密封膠條的密封有效，故通常材料有如下常規(guī)性能：

（1）熱老化后硬度、拉伸強度和拉斷伸長率

這是橡膠材料的基本性能要求。根據(jù)使用狀態(tài)密封膠條的使用溫度范圍在-40~+75℃，熱空氣老化溫度一般選擇+75℃，低溫一般選擇-35~-40℃熱老化后硬度、拉伸強度和拉斷伸長率越穩(wěn)定越好。

（2）壓縮永久變形

由于密封條是利用其材料的高彈性與門窗框之間接觸產(chǎn)生壓力來實現(xiàn)密封。橡膠在壓縮狀態(tài)時會發(fā)生物理和化學變化。當壓縮消失后，這些變化阻止橡膠恢復到其原來的狀態(tài)，于是就產(chǎn)生了壓縮永久變形。因此壓縮永久變形是衡量密封材料性能一項重要的指標，壓縮永久變形越小越好。

（3）耐候性能

門窗的使用環(huán)境一直要處于全天候狀態(tài)，因此要求密封膠條在各種環(huán)境下保持一定的性能要求和必要的使用壽命。所以要求所用的材料具有良好的耐臭氧、耐紫外線性能。

（4）耐污染性

抗污染性是建筑幕墻密封條行業(yè)需要關(guān)注的重要指標。與材料的相關(guān)性最大之處在于炭黑不可避免的遷移性和增塑劑的牌號選擇。硅橡膠和EPDM 材質(zhì)的抗污染性較好，熱塑性彈性體材質(zhì)的抗污染性一般。當前全球建筑門窗用型材有PVC塑料型材、鋁合金型材、木質(zhì)型材等。而塑料型材表面為了美觀和耐用會有共擠層包括PMMA（聚甲基丙烯酸酯）和ASA （苯乙烯丙烯腈丙烯酸酯），當熱塑性彈性體類TPVC膠條與此類型材使用時應依據(jù)GB/T24498—2009標準做相容性試驗，耐涂膜性也應當作為密封條的常規(guī)檢測。

（5）低溫性能

由于密封條的使用溫度范圍在-40~+75℃之間。膠條材料直接影響密封膠條的低溫彈性。為了使其在低溫條件下仍保持較好的彈性，這項性能被視為常規(guī)的性能。低溫性能通常用脆性溫度來表示，也可以在指定溫度（一般是使用下限溫度）條件下，經(jīng)一定時間（一般24 h）存放后，密封條仍具有一定的彈性來體現(xiàn)。

（6）成品性能

根據(jù)使用功能和安裝要求，通常提出一系列成品常規(guī)性能項目：①壓縮負荷（又稱擠壓性）；②膠條接頭黏結(jié)性；③壓入拔出力。

（7）安裝性能

門窗膠條要有承受擠壓力的要求。如現(xiàn)在民用建筑常用的平開窗，它要求關(guān)閉時關(guān)閉力較小即膠條的反彈力愈小愈好，但又要求關(guān)閉后密封條有一定的彈性，以保持良好的密封，即回彈恢復好。因此要解決這一矛盾，擠壓力應有一個合適的范圍值。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，適應于各種領(lǐng)域的軟件不斷推出和更新，對于這類矛盾，可通過CAD/CAE和有限元分析方法，獲得合適的范圍值。

在降低關(guān)閉力方面，通過密封條發(fā)泡材料結(jié)構(gòu)來調(diào)整，比如在密封部位用發(fā)泡材料代替密實材料，或在管壁上增開一些凹槽，減小導向泡管在受壓力時的形變，減少屈服力。也可以在密封條上鉆適當數(shù)量的排氣孔，關(guān)門時及時排出泡管中的空氣，但排氣孔的大小和數(shù)量不能影響密封條的挺性。

對于有夾緊要求部位的型材需要合適的壓入力和拔出力，密封條的壓入力和拔出力也是一對相對突出的矛盾。希望密封膠條既裝配容易又能夠保證使用牢固。也就是說壓入力小還要保證難拔出。拔出力直接影響密封條的正常使用。對拔出力起主要作用的是型材的膠條安裝槽口結(jié)構(gòu)，根據(jù)要求設計壓入槽口部位膠條的材料為高硬度材料，并帶有防止滑脫的倒齒可解決壓入力和拔出力的矛盾。

（8）擴展功能

為了滿足建筑門窗在使用舒適用、功能性、節(jié)能性等方面的要求，作為密封條的試驗項目應擴展包括機械性能方面的開關(guān)力試驗，可靠性方面的開關(guān)耐久性試驗，密封性方面的雨淋試驗，阻燃性方面的阻燃試驗和煙霧毒性試驗、潮濕環(huán)境的耐菌試驗等。

3 結(jié)束語

通過以上對建筑節(jié)能門窗密封膠條材料特性及性能分析的介紹，希望在設計節(jié)能門窗密封膠條時，應考慮優(yōu)異的材料特性及密封膠條與門窗配合使用的密封要求。綜合解決節(jié)能門窗的水密、氣密、保溫等性能，從而滿足建筑門窗的節(jié)能環(huán)保要求。

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Properties and performance analysis of building doors and windows sealing strip material

Properties and performance analysis of Building doors and Windows sealing strip material

Chen Zhenwei, He Yan
(Shenyang Ligong University, Shenyang 110159, Liaoning, China)

Fluid sealant plays an important role to satisfy and improve the physical performance of building doors and Windows. People have do optimization design for sealing strip of material, formulation and production process , believe that reasonable analysis and choose of fl uid sealant material properties will play more important role to improve the building energy-saving Windows and doors of air tightness, water tightness, sound insulation and heat preservation.

sealing strip; windows system; passive construction

TQ336.42

：1009-797X(2016)15-0033-04

ADOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.15.006

(R-01)

陳振偉（1975-），男，沈陽理工大學材料工程專業(yè)工程碩士，現(xiàn)就職沈陽瑞得塑膠制造有限公司，總工，主要從事建筑、汽車、軌道交通、橋梁、輪船、飛機等相關(guān)橡塑密封制品的研發(fā)生產(chǎn)。

通訊郵箱：13889234735@163.com

2016-04-25