文/浙江凌志精細化工有限公司 汪金花 屠軍鋼 王香娣

隨著人類居住環(huán)境的改變，現(xiàn)代建筑門窗經(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，它通過本體結構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)能門窗的關鍵。

一、高溫硫化硅橡膠密封條的性能

作為節(jié)能門窗的關鍵材料，密封條在門窗中起著水密、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)能門窗提供完美的密封，具有無以倫比的性能優(yōu)勢。

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重制約，一般的塑料及橡膠或彈性體在-20OC時已脆化，即使在0OC條件下也無法施工。而硅橡膠在-70OC～ 200OC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 KJ/mol）。在熱老化環(huán)境中也容易發(fā)生斷鏈現(xiàn)象，從而導致材料的降解。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構，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變化，如：熱脹冷縮，瞬時荷載，風荷載、地震效應，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-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，生物適應性好，對外界極為敏感的熱血動物組織與硅橡膠制品接觸時，其細胞組織未發(fā)現(xiàn)異常。”該結果的公布，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，且具有選擇性透氣率

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（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

圖1.三元乙丙與硅橡膠經(jīng)過紫外老化實驗后的硬度、拉伸強度與斷裂伸長率的變化率

圖2.100OC*168h后老化性能對比

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.紫外老化性能對比

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 2000～3000 μW /cm2），實驗時間為300h。實驗結果如圖所示。

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/T 24498-2009《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、拉斷伸長率還是硬度，三元乙丙性能變化率都遠遠高于硅橡膠。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。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1%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.低溫老化性能對比

根據(jù)GB/T 24498-2009《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-35OC時，低溫脆性沖擊實驗時會出現(xiàn)裂紋，而到-40OC時，裂紋較多，到-50OC時，會斷裂；而硅橡膠在-60OC時，依然保持彈性不會斷裂，說明硅橡膠在低溫時的性能遠遠優(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-60OC 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-60OC 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，性能變化顯著，特別是拉伸強度，變化率達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/T 24498-2009《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。

表1 低溫-60 oC 7小時老化后物理性能結果

表2 不同形狀三元乙丙與硅橡膠膠條拉伸永久變形實驗結果

圖3.硅橡膠密封條與三元乙丙密封條的丁基膠相容性實驗

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100OC7天。實驗結果為硅橡膠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，固定在同一個模具上，放在室內(nèi)數(shù)天，計算回彈性。實驗結果如表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。我們做了相關的污染性實驗，實驗結果如下圖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，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)能門窗上的應用

1.門窗密封條分類

（1）框扇間密封膠條口型形狀見圖4。

口型設計原則：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<2.5mm時，可采用半封閉密封膠條，但相對密封效果稍差。配平開上下懸窗時，盡量采用半封閉弧狀密封膠條。

一般框扇間的標準距離為3.5mm 在膠條口型壁厚為1mm 的情況 經(jīng)過反復實驗比較，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）玻璃兩側密封膠條口型形(俗稱K型條)見圖5 。

口型設計原則：a.有槽口的，一般設計成一側嵌入式或穿入式固定，另一側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。對于單側配膠條的壓縮量0.5mm≤H≤1.5mm對于雙側配膠條的壓縮量0.5mm≤H≤1.5mm具體壓縮量大小與間隙及膠條的厚度有關。

圖4.框扇間密封膠條口型形狀

圖5.玻璃兩側密封膠條口型形圖

（3）等壓膠條口型形狀見下圖6。

口型設計原則：

等壓膠條是隔熱斷橋窗型密封好壞的關鍵。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，部份達到稍有變形即可，且在選用五金件時，質(zhì)量尺寸要有保障，往往因為合頁厚度或強度的變化，導致等壓膠條密封的密封失敗或窗扇無法閉合?？谛驮O計方法：底腳嵌入式緊配合設計a 部份過盈配合量1-2mm。

（4）轉角處理：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。

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：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直接粘在型材上，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用，在歐美發(fā)達國家已是一項很成熟的產(chǎn)品和技術，在我國如何通過具體的系統(tǒng)應用使節(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，包括相關標準規(guī)范的完善、專業(yè)設計人員對新材料的選用和設計、開發(fā)商和住戶對新材料的認可和要求等等，可喜的是，越來越多的行業(yè)人士認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。