袁向東 王炳博 劉娟飛

1.整框焊接膠條技術簡介

整框焊接膠條技術是近年來門窗行業(yè)新型的膠條角部粘接技術。隨著門窗行業(yè)的不斷發(fā)展，高性能門窗也成為了建筑節(jié)能的一大趨勢。傳統(tǒng)的膠條角部粘接方式容易斷裂，大大影響了門窗的結構氣密性、水密性與整體性。而整框焊接膠條技術，不僅解決了膠條角部易斷裂的現(xiàn)象，還極大程度提高了門窗的節(jié)能、密封等性能。

該技術也逐漸成為了系統(tǒng)門窗的標配。其加工工藝是將門窗膠條90°切成所需尺寸，放入對應的焊接磨具內。再將原膠放入膠條焊接機內，將原膠高溫熔化后注入焊接磨具，從而實現(xiàn)兩段膠條的粘接。但同一廠家或不同廠家的原膠與膠條粘接后的強度是否能夠滿足門窗的需求？筆者對此問題進行了相關實驗與總結，希望能對相關行業(yè)設計師和門窗生產(chǎn)廠家有所幫助。

2.整框焊接膠條優(yōu)勢

三元乙丙（EPDM）整框焊接膠條是繼膠水粘接、模壓拐角粘接、注射拐角焊接后新研發(fā)設計的膠條整框焊接技術。該技術有著良好的整體性、密封性及美觀性，加工操作簡單，生產(chǎn)效率高。此技術曾廣泛用于汽車密封，現(xiàn)結合門窗幕墻的自身特點調整、引用此技術，有效解決了膠條角部粘接不牢導致的膠條接縫開裂現(xiàn)象，從而極大程度上提高了門窗的整體性和密封性。我們通過受力分析及實驗論證此技術是否滿足門窗受力要求。

3.整框焊接膠條焊接后強度論證

3.1 實驗目的

檢測整框注壓膠條的角部連接強度，對比不同配方的混煉膠與膠條的融合度，對連接強度是否有影響。

3.2 實驗依據(jù)

實驗參照標準《建筑門窗、幕墻用密封膠條》（GB 24498-2009-T）。

線應變力：對一根細桿施加一個拉力F，這個拉力除以桿的截面積S，稱為“線應力”，桿的伸長量，稱為“線應變”。線應力除以線應變就等于楊氏模量

泊松比：材料沿載荷方向產(chǎn)生伸長(或縮短)變形的同時，在垂直于載荷的方向會產(chǎn)生縮短(或伸長)變形。垂直方向上的應變εl 與載荷方向上的應變ε 之比的負值稱為材料的泊松比。以v 表示泊松比，則v=-εl/ε。三元乙丙橡膠的彈性模量0.008GPa，泊松比0.5。

實驗數(shù)據(jù)：三元乙丙膠條的收縮率。最低氣溫-7℃時，1000mm 的試樣，最大收縮量8mm，收縮率為0.8%（表1）。最低氣溫-30℃時,最大收縮量9mm,收縮率為0.90%（表2）。

表1 三元乙丙膠條收縮率實驗數(shù)據(jù)

表2 膠條冷凍收縮率（-30℃）

3.3 實驗分析

此整框膠條為鴨嘴膠條，膠條在門窗上的受力有兩種：一是門窗啟閉時的壓合力F1（圖1），二是膠條本身的彈性收縮力F2（圖2）。

圖1 鴨嘴膠條所受的壓合力示意

圖2 整框膠條收縮力示意

膠條所受的壓合力F1為瞬時力，膠條的鴨嘴處發(fā)生形變，根據(jù)泊松比的定義，此壓合力會使膠條斷面X、Y向變形（圖3）。我們經(jīng)過實驗對比得出：在-7℃氣溫下，膠條的收縮率與膠條斷面無明顯關系；在-30℃氣溫下，大斷面膠條比小斷面膠條收縮率大。故此壓合力對于整框膠條的角部連接強度可忽略不計。

圖3 鴨嘴膠條壓合力示意

膠條所受的彈性收縮力F2，是指膠條會根據(jù)溫度的高低熱脹冷縮。整框注壓膠條的角部粘接強度必須大于膠條熱脹冷縮的收縮力F2所產(chǎn)生的拉伸強度。

式中：E 為三元乙丙膠條的彈性模量；S 為膠條斷面面積113.74mm2，L 為膠條長度1000mm，dL 為膠條變形量8mm。

1000mm 長的鴨嘴膠條，在收縮8mm 的情況下，產(chǎn)生的收縮力為0.083KN，膠條斷面所受的拉伸強度為0.062MPa。利用公式（1.1）和（1.4）按2%的收縮率計算，收縮力F2=0.21KN，拉伸強度為0.15MPa。實驗結果與2%的收縮率做對比即可。

3.4 實驗制樣

（1）廠家A 混煉膠、廠家B 混煉膠、廠家C 膠條MFJT2347。

（2）橡膠注壓機注壓整框膠條，完成一個角部。以下表的分類依次制作出樣品（圖4）。

表3 實驗數(shù)據(jù)

圖4 注壓角部照片

3.5 實驗步驟

（1）將廠家A、廠家B 的混煉膠分別與廠家C 的膠條進行焊接。

（2）將焊接好的膠條分別取樣，長度為100mm。

（3）用萬能實驗機進行實驗。老化實驗后拉拔實驗。

（4）廠家A、廠家B的混煉膠分別與廠家C的膠條進行焊接。

（5）將焊接好的膠條分別取樣，長度為100mm。

（6）放入老化實驗箱，溫度：100℃，時間：106h。

（7）用萬能實驗機進行實驗。

3.6 實驗結果（表4、表5）

表4 常溫下試驗結果

表5 常溫老化試驗后試驗結果

3.7 結果分析（圖5）

圖5 實驗結果

（1）經(jīng)常規(guī)拉拔實驗后，2 組試樣均為注壓接角處斷裂。且廠家A+廠家C 的組合粘接強度要＞廠家B+廠家C 的組合粘接強度。

（2）經(jīng)過老化+拉拔實驗后，廠家A+廠家C 組合為注壓接角處斷裂，廠家B+廠家C 組合為角部斷裂，注壓接角處無斷裂。

廠家B+廠家C 的組合，兩組實驗中，粘接強度均低于廠家A+廠家C 組合。

（3）兩組拉拔實驗的結果，最小的粘接強度1.38MPa 遠大于膠條因收縮產(chǎn)生的斷面強度0.15MPa，注壓接角的角部強度=9.2×收縮強度。

3.8 實驗結論

注壓接角的角部斷面粘接強度為1.38MPa，為斷面收縮強度的9 倍～16 倍，完全可以使用，且不受混煉膠配方的影響。

4.結束語

在人們開始關心建筑節(jié)能之余，門窗的各項性能也逐漸成為主要角色，整框焊接膠條的使用不僅提高了加工效率，也極大程度上提高了門窗的品質，使門窗更加系統(tǒng)化。為更好地體現(xiàn)整框焊接膠條的性能，僅靠其自身的緊密結合是遠遠不夠的，考慮到實際安裝后膠條產(chǎn)生的收縮力并不足以將焊接處撕裂，但實際的工程中會出現(xiàn)膠條脫槽的情況，出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因有以下幾點：

（1）未能徹底將膠條裝入膠條槽；

（2）膠條底座的尺寸偏差過大導致脫槽；

（3）實際膠條槽口尺寸大于理論設計值；

（4）膠條預留量過小，膠條的冷熱收縮導致脫槽。

根據(jù)以上因素建議嚴格把控各項尺寸參數(shù)，安裝膠條時保證膠條底座完全入槽，并留出1.5%的膠條因冷熱收縮所產(chǎn)生的變形量[1]。