浅谈硅橡胶密封条在节能门窗上的优势和应用

文/浙江凌志精细化工有限公司 汪金花 屠军钢 王香娣

随着人类居住环境的改变，现代建筑门窗经历了从钢门窗到塑钢门窗、普通铝合金门窗到断桥隔热门窗、系统门窗，建筑门窗行业的发展带动了密封胶条的更新换代，从最初的天然胶密封条的时代，发展到现代硅橡胶密封条，密封条在门窗配件中的作用地位也越加显现。

密封胶条是建筑门窗的重要组成部分之一，它通过本体结构中唇空腔凸缘等部位的弹性与接触面产生的接触压力使型材与玻璃之间、框与扇之间闭合，有效防止内、外介质(雨水、空气、沙尘等)泄露或侵入，防止机械的振动、冲击和损伤，从而起到密封、隔音、绝热和绝缘等作用，对节能建筑门窗获得优异的防水、保温、隔音、密封等性能起到重要的保障，所以说密封胶条是节能门窗的关键。

一、高温硫化硅橡胶密封条的性能

作为节能门窗的关键材料，密封条在门窗中起着水密、气密及节能的重要作用。而硅橡胶密封胶条作为革命性的密封产品，为节能门窗提供完美的密封，具有无以伦比的性能优势。

高温硫化硅橡胶具有卓越的性能，主要为：

1.优异的耐寒性及耐热性

硅橡胶可在-70OC ～ 200OC的环境中长期使用，硅橡胶良好的高低温性能在纬度范围较大的中国地区尤为主要，在中国南方夏季向阳的门窗及墙面上，温度在70OC是正常的，而在冬季的北方地区气候在-40OC也不足为奇。巨大的温差使PVC、热塑性弹性体、三元乙丙橡胶的使用受到严重制约，一般的塑料及橡胶或弹性体在-20OC时已脆化，即使在0OC条件下也无法施工。而硅橡胶在-70OC～ 200OC时，物性根本没有大的变化。

2.优异的耐气候老化性

无论是塑料还是三元乙丙类的有机橡胶，其材料基本为碳氧链和碳碳链构成。这些材料的C-O和C-C键能( 分别为336KJ/mol和356KJ/mol)，都低于紫外线辐照能（370 KJ/mol）。在热老化环境中也容易发生断链现象，从而导致材料的降解。表现为密封胶条不耐紫外老化和热老化。而硅橡胶其主链基本为硅氧键结构，Si-O-Si键能（452KJ/mol）高于紫外线辐照能，因此硅橡胶具有优异的耐气候老化性能。在日晒雨淋、水和臭氧的作用下，置室外经30年老化，性能也无明显下降，可与门窗的使用寿命同步，是其他材料无法实现的。

3.良好的弹性和回弹性

建筑门窗始终承受来自外界及自身的力学变化，如：热胀冷缩，瞬时荷载，风荷载、地震效应，长久荷载：自重、温差形变，雪荷载等。硅橡胶优异的弹性，良好的压缩变形，其他橡胶及塑料无法比拟，硅橡胶在邵氏30A-85A之间任意调整，使其达到最佳密封性能。

4.安全环保

1954年硅橡胶在与人体实验中证实：“无毒、无味、与人体组织及血液不粘连，生物适应性好，对外界极为敏感的热血动物组织与硅橡胶制品接触时，其细胞组织未发现异常。”该结果的公布，也显示了在环保与医疗界中作为弹性体材料，只有硅橡胶最安全。美国FDA（美国食品药物管理局）认证中，至今为止作为新型环保材料中没有一种比硅橡胶更对人体无害，在建筑中突出其优异环保性能，无疑是具有特殊意义的。

5.透气性好，且具有选择性透气率

最新研究表明：硅橡胶的氧透过率是天然胶的25倍，是丁基橡胶（IIR）的428.6倍，这种性能可使居室保持新鲜的空气，最适合人的生活。

6.表面光洁，颜色多样

具有良好的表面性能，而且颜色可以做成彩色的，可以与任意颜色的门窗型材搭配，具有很好的装饰效果。优良的表面性能，防粘、疏水。

二、不同种类密封胶条性能对比

图1.三元乙丙与硅橡胶经过紫外老化实验后的硬度、拉伸强度与断裂伸长率的变化率

图2.100OC*168h后老化性能对比

密封胶条在各种老化环境下性能的变化，对于门窗的密封性能有着非常重要的影响。在实际使用过程中，建筑门窗工程中密封胶条质量问题主要表现是使用不久变硬变脆，失去了弹性和密封功能；或受太阳光照射后，发粘附着在窗体和玻璃上现象，污染了门窗.影响了门窗的密封功能和美观；或短时间内收缩脱槽脱落，失去作用。这些都是因为质量不好的胶条耐老化性差，经太阳长期暴晒，胶条老化后变硬，失去弹性，容易脱落。不仅密封性差，而且造成玻璃松动产生安全隐患。密封胶条失效将会对窗户的性能带来十分不利的影响，包括降低窗户的气密性、水密性和保温性能。密封条必须在窗户的整个寿命周期内都保持弹性，并与窗户形成一个整体。

为此，我们考察了密封胶条紫外老化性能、热老化性能、低温性能和材料间的相容性

1.紫外老化性能对比

根据JC/T 485-2007《建筑窗用弹性密封胶》测试了三组硅橡胶密封条和三元乙丙胶条的紫外老化性能（灯管功率300瓦，灯管距试件250mm，紫外线辐照强度 2000～3000 μW /cm2），实验时间为300h。实验结果如图所示。

硬度、拉伸强度和断裂伸长变化率。由图1可见，经过紫外老化实验后，三元乙丙的物理 性能下降比较明显，拉伸强度的变化率达到了20%，而硅橡胶的性能变化比较小，基本上都在5%以内，表明在长期户外使用时，硅橡胶比三元乙丙的耐紫外老化性更好，能更长久在保持密封性能。(见图1)

2.热空气老化实验对比

根据GB/T 24498-2009《建筑门窗、幕墙用硅橡胶密封条》中的热空气老化试验方法，设定温度为100℃，老化168小时，测试硅橡胶与三元乙丙橡胶的硬度、拉伸强度和断裂伸长的变化率。由图2可见，无论是拉伸强度、拉断伸长率还是硬度，三元乙丙性能变化率都远远高于硅橡胶。说明相同的环境中，三元乙丙橡胶不耐老化，硬度上升，胶条脆性增加，性能下降。而硅橡胶则依旧能保持原有的机械性能。同时发现，小分子的挥发也是造成密封条收缩的原因之一。因此在热老化实验中，我们也测量了两种胶条的热失重。从图2中可以看到，三元乙丙橡胶会在热老化实验中约有2%左右的热失重。由于三元乙丙的增塑剂多为环烷烃，这部分小分子会在长期使用过程中缓慢释放，从而影响其性能。硅橡胶的热失重非常小，在1%以下，可见其本身的热稳定性非常好，胶条的材料变化不大，因此机械性能也非常稳定。

3.低温老化性能对比

根据GB/T 24498-2009《建筑门窗、幕墙用硅橡胶密封条》，测试两种材料的低温脆性与-60℃的低温老化实验。实验发现，市售三元乙丙在-35OC时，低温脆性冲击实验时会出现裂纹，而到-40OC时，裂纹较多，到-50OC时，会断裂；而硅橡胶在-60OC时，依然保持弹性不会断裂，说明硅橡胶在低温时的性能远远优于三元乙丙橡胶，特别适宜于北方气候条件下的门窗密封。

而经过低温-60OC 7小时老化后，其性能对比如表1所示。

由表1可见，硅橡胶经低温-60OC 7小时老化后，拉伸强度与断裂伸长率、硬度的变化率都比较小，而三元乙丙经过这样较低温度的老化后，性能变化显著，特别是拉伸强度，变化率达30%以上，材料的物性发生明显变化。

4.压缩永久变形与拉伸永久变形实验。

根据GB/T 24498-2009《建筑门窗、幕墙用硅橡胶密封条》，测试两种材料制备的胶条的压缩永久变形与拉伸永久变形。

表1 低温-60 oC 7小时老化后物理性能结果

表2 不同形状三元乙丙与硅橡胶胶条拉伸永久变形实验结果

图3.硅橡胶密封条与三元乙丙密封条的丁基胶相容性实验

采用A型试样限制器测试实心圆柱体状胶料的压缩永久变形，试样直径29±0.5mm，高12.5±0.5mm，试验条件为100OC7天。实验结果为硅橡胶7天老化后的压缩永久变形为24%，三元乙丙的为56%。表明，在门窗的长期开启、闭合使用过程中，硅橡胶具有优异的保障密封的性能，而三元乙丙老化后，将逐渐失去其密封性能，从而成为门窗节能的破坏者。

将同一口型的胶条从20cm长度拉伸至30.5cm，固定在同一个模具上，放在室内数天，计算回弹性。实验结果如表2所示。可见，硅橡胶在拉伸条件下依然表现出良好的永久变形性，而三元乙丙的表现差强人意。(见表2)

5.材料间相容性对比

随着中空玻璃的普及，密封胶条与硅酮密封胶、丁基胶的相容性也是不可忽视的问题。在实际应用过程中，我们发现由于三元乙丙橡胶中小分子的挥发造成的中空玻璃流泪的现象。我们做了相关的污染性实验，实验结果如下图3所示。

图3 硅橡胶密封条与三元乙丙密封条的丁基胶相容性实验

a,b为同一块玻璃上打上丁基胶后放置两种胶条，左边为硅胶条，右边为三元乙丙胶条。c～f为相同口型的两种胶条的丁基胶相容性实验，c,e为硅橡胶，d,f 为三元乙丙胶条。

从图中可以看出，硅橡胶密封条与丁基胶无任何反应，显示出较好的相容性。而三元乙丙胶条则会使得丁基胶变软，甚至出现拉丝等粘连现象。这也是由于三元乙丙胶条中存在易挥发的环烷烃造成的。环烷烃会进入丁基胶中，造成丁基胶性能的变化，从而导致了中空玻璃密封失败，表现为中空玻璃流泪的现象。

三、硅橡胶密封条在节能门窗上的应用

1.门窗密封条分类

（1）框扇间密封胶条口型形状见图4。

口型设计原则：在框扇间距允许的情况下，尽量采用封闭式空心密封条(俗称O型条) 。框扇间距<2.5mm时，可采用半封闭密封胶条，但相对密封效果稍差。配平开上下悬窗时，尽量采用半封闭弧状密封胶条。

一般框扇间的标准距离为3.5mm 在胶条口型壁厚为1mm 的情况 经过反复实验比较，胶条突出型材安装平面5-6.5mm 时 密封效果较好并存在以下函数关系：

H：胶条突出型材高度 A：框扇间距 X：胶条口型壁厚

（2）玻璃两侧密封胶条口型形(俗称K型条)见图5 。

口型设计原则：a.有槽口的，一般设计成一侧嵌入式或穿入式固定，另一侧安装好玻璃后直接压入。

b.胶条在型材和玻璃的接触面具有一定的倾角，既美观又方便雨水的泻流角度为好。对于单侧配胶条的压缩量0.5mm≤H≤1.5mm对于双侧配胶条的压缩量0.5mm≤H≤1.5mm具体压缩量大小与间隙及胶条的厚度有关。

图4.框扇间密封胶条口型形状

图5.玻璃两侧密封胶条口型形图

（3）等压胶条口型形状见下图6。

口型设计原则：

等压胶条是隔热断桥窗型密封好坏的关键。由于框扇密封胶条具有一定压缩量，门窗闭合时就已经需要一定的闭合力，若片面要求等压胶条的过盈配合量，就会存在关窗费力的现象。因此等压胶条的配合在门窗扇闭合时，部份达到稍有变形即可，且在选用五金件时，质量尺寸要有保障，往往因为合页厚度或强度的变化，导致等压胶条密封的密封失败或窗扇无法闭合。口型设计方法：底脚嵌入式紧配合设计a 部份过盈配合量1-2mm。

（4）转角处理：a.采用45度剪断并用密封胶固定对角处，若是包边式的就不用断开，也有的只切开一点点，但外观还是完整的；b.直接做成L型角，连接处用密封胶粘接；c.直接做成整框。

图6.等压胶条口型形图

2.密封胶条的固定方式：

密封胶条在型材中的固定方式可分为嵌入式、穿入式、 粘合式：

（1）嵌入式胶条的优点：方便安装和拆换，可先组窗上墙后再装配胶条。缺点： 在受到较大外力时容易脱落。穿入式胶条的优点：与型材配合较好，不容易脱落，但不易拆换，必须在型材组窗之前穿入。

（2）粘合式胶条是在胶条与型材接触部位粘有粘胶，施工时撕掉粘胶保护膜就可将胶条直接粘在型材上，多用于室内门窗、家具的防撞部位。

（3）在一些特殊场合必须使用穿入式安装。如幕墙的外露防水胶条主要考虑安全性原因胶条与型材的配合。要充分考虑到型材因喷涂、电泳、木纹转印等原因，造成的装配胶条的槽口的缩小。

在大力提倡绿色低碳建筑，发展高技术的新材料的今天，硅橡胶密封胶条综合性能优异能胜任各种密封需求，并长期保持其物理力学性能，做到有效密封，长期密封，特别适用于节能门窗。就硅橡胶密封条的推广和应用，在欧美发达国家已是一项很成熟的产品和技术，在我国如何通过具体的系统应用使节能门窗得到最优化的配置，这还需要通过行业的各个层面的努力，包括相关标准规范的完善、专业设计人员对新材料的选用和设计、开发商和住户对新材料的认可和要求等等，可喜的是，越来越多的行业人士认识到硅橡胶具有无以伦比的性价比的优势，更适用于节能门窗，以及取代三元乙丙密封条是必然的趋势。