組角膠在鋁門窗節能中的應用

    當前,節能和環保已成為人類改善生存環境,社會尋求良性發展的主題之一.隨著經濟發展和人們生活質量的不斷提高,建筑能耗已占到全國能耗40%以上,成為能源消耗中不可忽視的一部分.門窗作為建筑圍護結構中不可缺少的重要組成部分,可保證建筑的采光和通風,提高建筑物的美觀性和居住舒適度,但同時,也是建筑圍護結構中耗能最大的因素.有研究表明[1,2 ],在建筑能耗中,通過玻璃門窗造成的能耗占到了建筑總能耗的50%左右;其中由文獻中[3]多層建筑的能耗分析可知,門窗散熱約占建筑總散熱的三分之一以上.因此,提高門窗的節能性能己經成為實現建筑節能的關鍵所在.采用新型節能材料、高效的保溫系統和采光、遮陽設計等節能技術的節能門窗能夠將整個建筑物的能源損耗降低將近40%[4].隔熱斷橋鋁門窗更因為其優異的節能、隔音、防噪、防塵、防水等功能受到廣大業主的青睞.而此類門窗在生產過程中,不可避免的存在著必要的切割組裝工藝.簡單的依靠精密的切割設備、適當的角碼連接以及組角機組角固定生產的門窗角部,很容易在生產、運輸、安裝和長期的使用過程中受各種力的作用受到破壞[5].使用專用組角膠,可以有效解決鋁門窗的角部問題,提高鋁門窗隔熱性、氣密性、水密性、隔音性等性能,保證鋁門窗的節能效果.本文從鋁門窗角部問題形成的原因、組角膠的作用和特點介紹以及組角膠應用技術現狀進行了概括介紹.

    1 角部問題形成原因

    1.1 溫差

    材料自身由于溫度的改變通常會引起一定的應力作用,表現為線性膨脹/收縮率.

    鋁合金型材在正常使用溫度范圍內的尺寸變化,即線性膨脹/收縮率計算公式為:

    組角膠在鋁門窗節能中的應用

    式中 ——變化后的長度;

    ——原長度;

    ——膨脹/收縮系數,在-40 —— 50℃的范圍內,其值為2. 4×10-5 ℃;

    ——攝氏溫度變化值.

    由公式計算,1m長鋁合金型材在-40 —— 50℃的范圍內90℃溫差變化下產生的變化量: 這個2.16mm的變化率足以使門窗角部各零件相互位置錯亂或變形,造成角部強度和密封性能下降,節能更無從談起.

    1.2 外力

    許多無處不在、無可避免的必然和偶然的外力引起的變形應力會導致門窗的角部問題,例如:生產、運輸以及安裝施工過程中,產生的不同程度的碰撞、敲擊;門窗安裝完成后,長期隨自身重量以及窗洞口、墻體變形靜應力作用;開關窗、風壓、環境聲波等振動影響.這些均可造成門窗氣密、隔熱、隔音、隔塵性能下降,嚴重時還會引起門窗變形,成為門窗能耗產生的主要原因.

    2 組角膠的作用和特點

    為了解決鋁門窗的角部問題,生產出符合節能性能要求的鋁門窗,有效的做法是使用一種專為門窗設計的組角密封膠(簡稱組角膠),將角碼或插件和型材腔壁進行粘接,起結構加強和密封作用,避免門窗框架因溫差和外力形變造成錯位變形,從而保證了門窗的氣密、隔熱、隔音、隔塵等性能.

    因此,組角膠的性能需要滿足:(1)硬度高、強度大、韌性好,可以使角碼與型材腔壁之間形成結構性連接的同時也具有極好的防水性能;(2)可略微發泡、膨脹,形成金屬與金屬連接之間的彈性墊,以減弱各種力的傳導,起到避震、緩沖墊的作用;(3)耐老化性要好,可耐-40℃——80℃的溫度變化.

    目前專業組角膠多為聚氨酯類密封膠.聚氨酯膠結構中含有很強極性和化學活潑性的-NCO(異氰酸根)、-NHCOO-(氨基甲酸酯基團),對金屬、玻璃、塑料等表面光潔的材料都有優良的化學粘接力,具有較高的強度、硬度以及優異的抗沖擊特性,適用于各種結構性粘合領域,通過配方和工藝設計可以滿足組角膠的性能需求.

    3 組角膠的應用技術現狀與發展前景

    3.1 組角膠的應用技術現狀

    隨著我國節能降耗措施的實行,建筑行業逐漸將門窗幕墻的改造和節能設計作為建筑節能的重要發展方向,因此組角膠的應用也越來越來受重視.但由于我國的門窗節能技術發展較晚,在門窗組角膠應用方面還存在著較多問題.

    首先是假冒組角膠的問題.上述內容提到,專業的組角膠是一種能滿足性能要求的聚氨酯類密封膠,具有硬度高、強度大、耐老化性好等特點.而有些門窗廠錯誤地將硅酮膠、環氧膠等當作鋁合金門窗專用組角膠在使用,硅酮膠固化后硬度很低,彈性太大,固化時膠體不膨脹,不能使角碼與型腔緊密粘接成一體;而環氧膠固化后無彈性,易酥化和破碎,無法適應窗體的微震,長期使用會產生開裂、掉渣現象.

    其次是眾多生產廠沒有完全建立統一的標準化生產工藝,對組角膠的施工時間、固化速度等要求不一,要選擇適合的組角膠才能更好的保證產品質量.據調查,目前應用組角膠生產門窗的生產工藝主要有兩種,即開放性注膠工藝和整體注膠工藝.(1)開放性注膠工藝:直接將組角膠貼近型材空腔內部表面擠出,插入角碼,連接兩段型材,上組角機組角固定即可,該工藝要求足夠的的施工時間,以防還未組裝完畢組角膠已固化,不能有效的發揮作用;(2)整體注膠工藝:直接插入角碼連接兩段型材,上組角機組角固定并預制開孔,向預制孔內注膠,直至卡位點有膠溢出即可,該工藝為目前大力推廣的標準化生產工藝,要求組角膠在密閉環境下能夠快速固化,一般采用依靠兩個組分化學反應固化的雙組分聚氨酯組角膠,而單組分聚氨酯組角膠,依靠室溫濕氣固化,固化較為緩慢,一般不做推薦.

    再次是根據市場需求設計的聚氨酯組角膠,單組分和雙組分產品在技術參數上存在很大的不同.例如單組分組角膠操作簡單,施工方便,一般在七天之后才可完全固化,剪切強度可以達到6MPa以上,固化之后可發泡膨脹;而雙組分組角膠需要專用的打膠設備,可以快速固化,施工時間短,固化后硬度可達shoreD70——shoreD80,剪切強度可以達到10MPa以上,固化之后可略有膨脹但不發泡.可以看出單組分組角具有更好的避震、緩沖作用,但固化緩慢,在生產效率和角部強度上的作用遠不如雙組分組角膠.而目前尚沒有切實的證據證明哪一類組角膠更加有效.

    最后是缺乏權威的行業標準規范組角膠的性能指標,技術說明中又往往只對表干時間、施工時間、固化速度、最終剪切強度做出描述,很難保證門窗角部在長期使用過程中不出現問題.而我公司根據調研考察情況,采用苛刻的高溫和高溫高濕老化項目,并參考國外同類產品的技術說明書、施工指南、檢測報告等,引用了氣候交變、冷強度、熱強度等性能指標制定了企業標準Q/ZZY 037-2015《建筑門窗用聚氨酯組角膠》.依據Q/ZZY 037-2015進行檢測,我公司組角膠各項性能與國外同類產品基本相當,具有優良的耐熱及耐濕熱性能,經高溫老化后衰減率不超過10%,經高溫高濕老化后衰減率不超過25%.而個別國內品牌,經高溫和高溫高濕老化項目處理后,衰減率達80%,幾乎不具備基本的粘接作用.

    3.2 組角膠的發展前景

    資源問題已經成為一個世界性的問題,建筑行業也不例外,門窗通過不斷改革也在朝這個方向發展.目前,發達國家使用高性能節能門窗的比例已達門窗總量的70%,而在我國,高性能節能門窗只占門窗總量的0.5%.節能門窗普及率低造成我國的建筑能耗遠遠大于發達國家.隨著節能環保觀念的進一步深入,節能門窗必將得到大力的推廣和應用.組角膠的應用也必將得到高度的重視.

    我國每年約有21億平方米的房屋建筑工程,相當于歐洲和美國的總和.通常建筑面積中門窗面積約占25%——30%,按此推算,我國每年約有5億多平方米的門窗工程量.按每平方米門窗組角膠的用量約在0.1kg左右計算,每年組角膠的用量約為50000噸,需求巨大.適應不斷變化的市場需求,不斷改進優化組角膠,打破國外壟斷,對推動節能門窗的發展具有重要意義,必然形成良好的經濟社會效益.

    4 結束語

    組角膠是針對鋁合金門窗角部結構加強及密封專業設計的,可適應多種組角要求,能夠有效提高鋁合金門窗隔熱性、氣密性、水密性、隔音性等性能.使用專用組角膠,打造高水平的鋁合金門窗產品,將有力推動我國門窗節能事業的發展.

    參考文獻

    [1]李娜,徐金花.節能門窗在建筑中的應用田.建筑節能,2008(5) :49-51.

    [2]朱文鵬.節能窗的研究與應用.建筑技術,2001 (10) :673- 675.

    [3]陳紅兵,李德英等.窗戶對建筑能耗的影響研究田.北京建筑工程學院學報,2004.20 (4) :9-11.

    [4]詹行瓊.建筑幕墻門窗節能技術的應用及控制措施.工業設計,2016(3):155-156

    [5]王永波.鋁合金門窗的角部結構加強和密封.河北煤炭, 2007(3):53-54