组角胶在铝门窗节能中的应用

    当前,节能和环保已成为人类改善生存环境,社会寻求良性发展的主题之一.随着经济发展和人们生活质量的不断提高,建筑能耗已占到全国能耗40%以上,成为能源消耗中不可忽视的一部分.门窗作为建筑围护结构中不可缺少的重要组成部分,可保证建筑的采光和通风,提高建筑物的美观性和居住舒适度,但同时,也是建筑围护结构中耗能最大的因素.有研究表明[1,2 ],在建筑能耗中,通过玻璃门窗造成的能耗占到了建筑总能耗的50%左右;其中由文献中[3]多层建筑的能耗分析可知,门窗散热约占建筑总散热的三分之一以上.因此,提高门窗的节能性能己经成为实现建筑节能的关键所在.采用新型节能材料、高效的保温系统和采光、遮阳设计等节能技术的节能门窗能够将整个建筑物的能源损耗降低将近40%[4].隔热断桥铝门窗更因为其优异的节能、隔音、防噪、防尘、防水等功能受到广大业主的青睐.而此类门窗在生产过程中,不可避免的存在着必要的切割组装工艺.简单的依靠精密的切割设备、适当的角码连接以及组角机组角固定生产的门窗角部,很容易在生产、运输、安装和长期的使用过程中受各种力的作用受到破坏[5].使用专用组角胶,可以有效解决铝门窗的角部问题,提高铝门窗隔热性、气密性、水密性、隔音性等性能,保证铝门窗的节能效果.本文从铝门窗角部问题形成的原因、组角胶的作用和特点介绍以及组角胶应用技术现状进行了概括介绍.

    1 角部问题形成原因

    1.1 温差

    材料自身由于温度的改变通常会引起一定的应力作用,表现为线性膨胀/收缩率.

    铝合金型材在正常使用温度范围内的尺寸变化,即线性膨胀/收缩率计算公式为:

    组角胶在铝门窗节能中的应用

    式中 ——变化后的长度;

    ——原长度;

    ——膨胀/收缩系数,在-40 —— 50℃的范围内,其值为2. 4×10-5 ℃;

    ——摄氏温度变化值.

    由公式计算,1m长铝合金型材在-40 —— 50℃的范围内90℃温差变化下产生的变化量: 这个2.16mm的变化率足以使门窗角部各零件相互位置错乱或变形,造成角部强度和密封性能下降,节能更无从谈起.

    1.2 外力

    许多无处不在、无可避免的必然和偶然的外力引起的变形应力会导致门窗的角部问题,例如:生产、运输以及安装施工过程中,产生的不同程度的碰撞、敲击;门窗安装完成后,长期随自身重量以及窗洞口、墙体变形静应力作用;开关窗、风压、环境声波等振动影响.这些均可造成门窗气密、隔热、隔音、隔尘性能下降,严重时还会引起门窗变形,成为门窗能耗产生的主要原因.

    2 组角胶的作用和特点

    为了解决铝门窗的角部问题,生产出符合节能性能要求的铝门窗,有效的做法是使用一种专为门窗设计的组角密封胶(简称组角胶),将角码或插件和型材腔壁进行粘接,起结构加强和密封作用,避免门窗框架因温差和外力形变造成错位变形,从而保证了门窗的气密、隔热、隔音、隔尘等性能.

    因此,组角胶的性能需要满足:(1)硬度高、强度大、韧性好,可以使角码与型材腔壁之间形成结构性连接的同时也具有极好的防水性能;(2)可略微发泡、膨胀,形成金属与金属连接之间的弹性垫,以减弱各种力的传导,起到避震、缓冲垫的作用;(3)耐老化性要好,可耐-40℃——80℃的温度变化.

    目前专业组角胶多为聚氨酯类密封胶.聚氨酯胶结构中含有很强极性和化学活泼性的-NCO(异氰酸根)、-NHCOO-(氨基甲酸酯基团),对金属、玻璃、塑料等表面光洁的材料都有优良的化学粘接力,具有较高的强度、硬度以及优异的抗冲击特性,适用于各种结构性粘合领域,通过配方和工艺设计可以满足组角胶的性能需求.

    3 组角胶的应用技术现状与发展前景

    3.1 组角胶的应用技术现状

    随着我国节能降耗措施的实行,建筑行业逐渐将门窗幕墙的改造和节能设计作为建筑节能的重要发展方向,因此组角胶的应用也越来越来受重视.但由于我国的门窗节能技术发展较晚,在门窗组角胶应用方面还存在着较多问题.

    首先是假冒组角胶的问题.上述内容提到,专业的组角胶是一种能满足性能要求的聚氨酯类密封胶,具有硬度高、强度大、耐老化性好等特点.而有些门窗厂错误地将硅酮胶、环氧胶等当作铝合金门窗专用组角胶在使用,硅酮胶固化后硬度很低,弹性太大,固化时胶体不膨胀,不能使角码与型腔紧密粘接成一体;而环氧胶固化后无弹性,易酥化和破碎,无法适应窗体的微震,长期使用会产生开裂、掉渣现象.

    其次是众多生产厂没有完全建立统一的标准化生产工艺,对组角胶的施工时间、固化速度等要求不一,要选择适合的组角胶才能更好的保证产品质量.据调查,目前应用组角胶生产门窗的生产工艺主要有两种,即开放性注胶工艺和整体注胶工艺.(1)开放性注胶工艺:直接将组角胶贴近型材空腔内部表面挤出,插入角码,连接两段型材,上组角机组角固定即可,该工艺要求足够的的施工时间,以防还未组装完毕组角胶已固化,不能有效的发挥作用;(2)整体注胶工艺:直接插入角码连接两段型材,上组角机组角固定并预制开孔,向预制孔内注胶,直至卡位点有胶溢出即可,该工艺为目前大力推广的标准化生产工艺,要求组角胶在密闭环境下能够快速固化,一般采用依靠两个组分化学反应固化的双组分聚氨酯组角胶,而单组分聚氨酯组角胶,依靠室温湿气固化,固化较为缓慢,一般不做推荐.

    再次是根据市场需求设计的聚氨酯组角胶,单组分和双组分产品在技术参数上存在很大的不同.例如单组分组角胶操作简单,施工方便,一般在七天之后才可完全固化,剪切强度可以达到6MPa以上,固化之后可发泡膨胀;而双组分组角胶需要专用的打胶设备,可以快速固化,施工时间短,固化后硬度可达shoreD70——shoreD80,剪切强度可以达到10MPa以上,固化之后可略有膨胀但不发泡.可以看出单组分组角具有更好的避震、缓冲作用,但固化缓慢,在生产效率和角部强度上的作用远不如双组分组角胶.而目前尚没有切实的证据证明哪一类组角胶更加有效.

    最后是缺乏权威的行业标准规范组角胶的性能指标,技术说明中又往往只对表干时间、施工时间、固化速度、最终剪切强度做出描述,很难保证门窗角部在长期使用过程中不出现问题.而我公司根据调研考察情况,采用苛刻的高温和高温高湿老化项目,并参考国外同类产品的技术说明书、施工指南、检测报告等,引用了气候交变、冷强度、热强度等性能指标制定了企业标准Q/ZZY 037-2015《建筑门窗用聚氨酯组角胶》.依据Q/ZZY 037-2015进行检测,我公司组角胶各项性能与国外同类产品基本相当,具有优良的耐热及耐湿热性能,经高温老化后衰减率不超过10%,经高温高湿老化后衰减率不超过25%.而个别国内品牌,经高温和高温高湿老化项目处理后,衰减率达80%,几乎不具备基本的粘接作用.

    3.2 组角胶的发展前景

    资源问题已经成为一个世界性的问题,建筑行业也不例外,门窗通过不断改革也在朝这个方向发展.目前,发达国家使用高性能节能门窗的比例已达门窗总量的70%,而在我国,高性能节能门窗只占门窗总量的0.5%.节能门窗普及率低造成我国的建筑能耗远远大于发达国家.随着节能环保观念的进一步深入,节能门窗必将得到大力的推广和应用.组角胶的应用也必将得到高度的重视.

    我国每年约有21亿平方米的房屋建筑工程,相当于欧洲和美国的总和.通常建筑面积中门窗面积约占25%——30%,按此推算,我国每年约有5亿多平方米的门窗工程量.按每平方米门窗组角胶的用量约在0.1kg左右计算,每年组角胶的用量约为50000吨,需求巨大.适应不断变化的市场需求,不断改进优化组角胶,打破国外垄断,对推动节能门窗的发展具有重要意义,必然形成良好的经济社会效益.

    4 结束语

    组角胶是针对铝合金门窗角部结构加强及密封专业设计的,可适应多种组角要求,能够有效提高铝合金门窗隔热性、气密性、水密性、隔音性等性能.使用专用组角胶,打造高水平的铝合金门窗产品,将有力推动我国门窗节能事业的发展.

    参考文献

    [1]李娜,徐金花.节能门窗在建筑中的应用田.建筑节能,2008(5) :49-51.

    [2]朱文鹏.节能窗的研究与应用.建筑技术,2001 (10) :673- 675.

    [3]陈红兵,李德英等.窗户对建筑能耗的影响研究田.北京建筑工程学院学报,2004.20 (4) :9-11.

    [4]詹行琼.建筑幕墙门窗节能技术的应用及控制措施.工业设计,2016(3):155-156

    [5]王永波.铝合金门窗的角部结构加强和密封.河北煤炭, 2007(3):53-54