建筑门窗密封胶条材料特性和性能分析

陈振伟，贺燕(沈阳理工大学，辽宁 沈阳 110159)

建筑门窗密封胶条材料特性和性能分析

陈振伟，贺燕
(沈阳理工大学，辽宁 沈阳 110159)

由于密封胶条对满足和提高建筑门窗、幕墙的物理性能具有十分重要的作用，因此人们一直在对密封胶条的材料、配方和生产工艺等进行优化设计，相信对密封胶条材料特性更加合理的分析和选用会对提高建筑节能门窗的气密性、水密性、隔声性和保温性发挥更大的作用。

密封胶条； 门窗系统；被动式建筑

密封胶条在汽车、火车、飞机、轮船等行业应用十分广泛，近些年随着我国建筑行业的迅猛发展，节能门窗系统对密封胶条的要求越来越高，特别是被动式节能建筑对门窗的密封要求。

门窗密封胶条的主要功能是保证门窗、幕墙系统完美的水密性、气密性、抗风压性，另外还能起到隔音降噪、防尘、节能的作用，虽然仅占门窗成本的1%，但是对一个完美的门窗系统而言起到至关重要的作用。如果密封胶条的材料性能、结构设计等方面没有严密的控制，密封胶条就没法发挥其真正的作用。

本文主要通过介绍目前节能建筑门窗密封胶条的材料特性及性能分析方面的知识，以期为建筑节能门窗行业内的人士提供参考。

1 建筑门窗密封胶条材料特性

目前行业常见的密封胶条主要材质有三元乙丙橡胶、硅橡胶、热塑性弹性体、氯丁胶等类材质，应根据使用的环境、门窗的功能要求去选择合适的单一、复合材质密封胶条。

（1）三元乙丙橡胶（EPDM）橡胶密封条：以三元乙丙为主要材料，添加炭黑、填充剂、橡胶油、活性剂、促进剂、交联剂等原料经过混炼、挤出、高温硫化成型等工序生产而成。三元乙丙是一种饱和橡胶，主链是由化学性能稳定的饱和烃组成，只有在侧链中含有不饱和双键，分子内无极性取代基，分子间内聚能低，分子链在宽的温度范围内保持良好的柔顺性。这些机构特点决定了其有极高的化学稳定性。

材料的基本物理性能包括：拉伸强度、拉断伸长率、压缩永久变形等性能优越，综合性能优异，具有突出的耐臭氧性、优良的耐候性、很好的耐高温、低温性能、突出的耐化学药品性、能耐多种极性溶质，相对密度小，使用温度范围-60~+150℃。可满足高温、严寒、沿海、高原等多种地域的建筑门窗密封使用。缺点是在一般矿物油及润滑油中膨胀。目前，国产密封胶条中三元乙丙橡胶密封胶条的比例占到了70%以上，但市场上有很多企业用再生三元乙丙胶生产门窗密封胶条，产品的性能很差，极大影响了三元乙丙密封胶条在行业里的形象。

（2）硅橡胶（SILICONE）密封胶条：以硅橡胶为主要材料，添加白炭黑、软化油、填充剂、交联剂等原料经过混炼、挤出、高温硫化成型等工序生产而成。这种材料密封胶条具有突出的耐高、低温特性，可达到食品卫生要求的卫生级别，可满足多种颜色的要求。硅橡胶密封胶条可以满足-60~250℃的工作范围，可适用于高温、寒冷、紫外线照射强烈地区。但拉伸强度差，压缩永久型变低，缺口撕裂性能差，在动态密封的条件下，长时间使用存在制品易损坏的情况。可用于耐高温的特殊场合门窗密封。

（3）热塑性弹性体（Thermoplastic Elastomer-TPE）密封胶条：是以热塑性弹性材料为主，经过单螺杆塑料挤出机挤出成型。

热塑性弹性体亦称热塑性橡胶是介于橡胶与树脂之间的一种新型高分子弹性材料，不仅可以取代部分橡胶，还能使塑料得到改性。热塑性弹性体所具有的橡胶与塑料的双重性能和宽广的特性，使之在建筑门窗密封胶条的生产中也得到了积极的发展和应用。

热塑性弹性体密封胶条有良好的物理性能，力学性能可达到硫化橡胶的级别，且无须硫化交联；耐拉伸性能优异，长期耐温可超过70℃，耐一般化学品（水、酸、碱、醇类溶剂），可短期浸泡于溶剂或油中，无毒无味性，良好的抗紫外线辐射及抗氧化性能。比重小，相同断面结构的密封胶条产品单位重量的出材率高。缺点是热塑性弹性体密封胶条的耐热性不如三元乙丙橡胶、硅橡胶密封胶条，随着温度上升其物理机械性能下降幅度较大。同时，压缩变形、弹回性、耐候性等同橡胶密封胶条相比较差，价格上也往往高于同类的橡胶密封胶条。

（4）氯丁橡胶（CR）密封胶条：以氯丁橡胶为主要材料，添加炭黑、填充剂、橡胶油、活性剂、促进剂、交联剂等原料经过混炼、挤出、高温硫化成型等工序生产而成。物料的拉伸强度、拉断伸长率、压缩永久变形较好，耐磨性优异，由于含氯具有阻燃性，但通常在燃烧的状态下会释放出氯气有令人发生呼吸困难的可能。有优良的耐候性，耐臭氧性能，耐热老化性，使用温度范围-30~+120℃。一般用于制作黑色制品。缺点是贮存稳定性差，贮存过程中会发生增硬现象，耐寒性不好，相对密度较大，在目前的建筑门窗密封领域应用有被淘汰的趋势。

表1 常用材料密封胶条选用表

（5）常用材料密封胶条选用表

常用材料密封胶条选用见表1。

2 建筑节能门窗密封胶条常规性能要求

密封胶条材料的性能决定了产品的使用寿命，特别是我国地域辽阔，南北纬度跨度大，气候的要求极为苛刻，为保证密封胶条的密封有效，故通常材料有如下常规性能：

（1）热老化后硬度、拉伸强度和拉断伸长率

这是橡胶材料的基本性能要求。根据使用状态密封胶条的使用温度范围在-40~+75℃，热空气老化温度一般选择+75℃，低温一般选择-35~-40℃热老化后硬度、拉伸强度和拉断伸长率越稳定越好。

（2）压缩永久变形

由于密封条是利用其材料的高弹性与门窗框之间接触产生压力来实现密封。橡胶在压缩状态时会发生物理和化学变化。当压缩消失后，这些变化阻止橡胶恢复到其原来的状态，于是就产生了压缩永久变形。因此压缩永久变形是衡量密封材料性能一项重要的指标，压缩永久变形越小越好。

（3）耐候性能

门窗的使用环境一直要处于全天候状态，因此要求密封胶条在各种环境下保持一定的性能要求和必要的使用寿命。所以要求所用的材料具有良好的耐臭氧、耐紫外线性能。

（4）耐污染性

抗污染性是建筑幕墙密封条行业需要关注的重要指标。与材料的相关性最大之处在于炭黑不可避免的迁移性和增塑剂的牌号选择。硅橡胶和EPDM 材质的抗污染性较好，热塑性弹性体材质的抗污染性一般。当前全球建筑门窗用型材有PVC塑料型材、铝合金型材、木质型材等。而塑料型材表面为了美观和耐用会有共挤层包括PMMA（聚甲基丙烯酸酯）和ASA （苯乙烯丙烯腈丙烯酸酯），当热塑性弹性体类TPVC胶条与此类型材使用时应依据GB/T24498—2009标准做相容性试验，耐涂膜性也应当作为密封条的常规检测。

（5）低温性能

由于密封条的使用温度范围在-40~+75℃之间。胶条材料直接影响密封胶条的低温弹性。为了使其在低温条件下仍保持较好的弹性，这项性能被视为常规的性能。低温性能通常用脆性温度来表示，也可以在指定温度（一般是使用下限温度）条件下，经一定时间（一般24 h）存放后，密封条仍具有一定的弹性来体现。

（6）成品性能

根据使用功能和安装要求，通常提出一系列成品常规性能项目：①压缩负荷（又称挤压性）；②胶条接头黏结性；③压入拔出力。

（7）安装性能

门窗胶条要有承受挤压力的要求。如现在民用建筑常用的平开窗，它要求关闭时关闭力较小即胶条的反弹力愈小愈好，但又要求关闭后密封条有一定的弹性，以保持良好的密封，即回弹恢复好。因此要解决这一矛盾，挤压力应有一个合适的范围值。随着计算机技术的飞速发展，适应于各种领域的软件不断推出和更新，对于这类矛盾，可通过CAD/CAE和有限元分析方法，获得合适的范围值。

在降低关闭力方面，通过密封条发泡材料结构来调整，比如在密封部位用发泡材料代替密实材料，或在管壁上增开一些凹槽，减小导向泡管在受压力时的形变，减少屈服力。也可以在密封条上钻适当数量的排气孔，关门时及时排出泡管中的空气，但排气孔的大小和数量不能影响密封条的挺性。

对于有夹紧要求部位的型材需要合适的压入力和拔出力，密封条的压入力和拔出力也是一对相对突出的矛盾。希望密封胶条既装配容易又能够保证使用牢固。也就是说压入力小还要保证难拔出。拔出力直接影响密封条的正常使用。对拔出力起主要作用的是型材的胶条安装槽口结构，根据要求设计压入槽口部位胶条的材料为高硬度材料，并带有防止滑脱的倒齿可解决压入力和拔出力的矛盾。

（8）扩展功能

为了满足建筑门窗在使用舒适用、功能性、节能性等方面的要求，作为密封条的试验项目应扩展包括机械性能方面的开关力试验，可靠性方面的开关耐久性试验，密封性方面的雨淋试验，阻燃性方面的阻燃试验和烟雾毒性试验、潮湿环境的耐菌试验等。

3 结束语

通过以上对建筑节能门窗密封胶条材料特性及性能分析的介绍，希望在设计节能门窗密封胶条时，应考虑优异的材料特性及密封胶条与门窗配合使用的密封要求。综合解决节能门窗的水密、气密、保温等性能，从而满足建筑门窗的节能环保要求。

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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)

陈振伟（1975-），男，沈阳理工大学材料工程专业工程硕士，现就职沈阳瑞得塑胶制造有限公司，总工，主要从事建筑、汽车、轨道交通、桥梁、轮船、飞机等相关橡塑密封制品的研发生产。

通讯邮箱：13889234735@163.com

2016-04-25