組角膠在鋁門窗節(jié)能中的應(yīng)用

    當(dāng)前,節(jié)能和環(huán)保已成為人類改善生存環(huán)境,社會尋求良性發(fā)展的主題之一.隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活質(zhì)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(hù)結(jié)構(gòu)中不可缺少的重要組成部分,可保證建筑的采光和通風(fēng),提高建筑物的美觀性和居住舒適度,但同時,也是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(jié)能性能己經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的關(guān)鍵所在.采用新型節(jié)能材料、高效的保溫系統(tǒng)和采光、遮陽設(shè)計等節(jié)能技術(shù)的節(jié)能門窗能夠?qū)⒄麄€建筑物的能源損耗降低將近40%[4].隔熱斷橋鋁門窗更因?yàn)槠鋬?yōu)異的節(jié)能、隔音、防噪、防塵、防水等功能受到廣大業(yè)主的青睞.而此類門窗在生產(chǎn)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(shè)備、適當(dāng)?shù)慕谴a連接以及組角機(jī)組角固定生產(chǎn)的門窗角部,很容易在生產(chǎn)、運(yùn)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(jié)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(diǎn)介紹以及組角膠應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)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(yīng)力作用,表現(xiàn)為線性膨脹/收縮率.

    鋁合金型材在正常使用溫度范圍內(nèi)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(jié)能中的應(yīng)用

    式中 ——變化后的長度;

    ——原長度;

    ——膨脹/收縮系數(shù),在-40 —— 50℃的范圍內(nèi),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(nèi)90℃溫差變化下產(chǎn)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(qiáng)度和密封性能下降,節(jié)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(yīng)力會導(dǎo)致門窗的角部問題,例如:生產(chǎn)、運(yùn)輸以及安裝施工過程中,產(chǎn)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(yīng)力作用;開關(guān)窗、風(fēng)壓、環(huán)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(yán)重時還會引起門窗變形,成為門窗能耗產(chǎn)生的主要原因.

    2 組角膠的作用和特點(diǎn)

    為了解決鋁門窗的角部問題,生產(chǎn)出符合節(jié)能性能要求的鋁門窗,有效的做法是使用一種專為門窗設(shè)計的組角密封膠(簡稱組角膠),將角碼或插件和型材腔壁進(jìn)行粘接,起結(jié)構(gòu)加強(qiáng)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(qiáng)度大、韌性好,可以使角碼與型材腔壁之間形成結(jié)構(gòu)性連接的同時也具有極好的防水性能;(2)可略微發(fā)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(dǎo),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(yè)組角膠多為聚氨酯類密封膠.聚氨酯膠結(jié)構(gòu)中含有很強(qiáng)極性和化學(xué)活潑性的-NCO(異氰酸根)、-NHCOO-(氨基甲酸酯基團(tuán)),對金屬、玻璃、塑料等表面光潔的材料都有優(yōu)良的化學(xué)粘接力,具有較高的強(qiáng)度、硬度以及優(yōu)異的抗沖擊特性,適用于各種結(jié)構(gòu)性粘合領(lǐng)域,通過配方和工藝設(shè)計可以滿足組角膠的性能需求.

    3 組角膠的應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展前景

    3.1 組角膠的應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀

    隨著我國節(jié)能降耗措施的實(shí)行,建筑行業(yè)逐漸將門窗幕墻的改造和節(jié)能設(shè)計作為建筑節(jié)能的重要發(fā)展方向,因此組角膠的應(yīng)用也越來越來受重視.但由于我國的門窗節(jié)能技術(shù)發(fā)展較晚,在門窗組角膠應(yīng)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(nèi)容提到,專業(yè)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(qiáng)度大、耐老化性好等特點(diǎn).而有些門窗廠錯誤地將硅酮膠、環(huán)氧膠等當(dāng)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(huán)氧膠固化后無彈性,易酥化和破碎,無法適應(yīng)窗體的微震,長期使用會產(chǎn)生開裂、掉渣現(xiàn)象.

    其次是眾多生產(chǎn)廠沒有完全建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量.據(jù)調(diào)查,目前應(yīng)用組角膠生產(chǎn)門窗的生產(chǎn)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(nèi)部表面擠出,插入角碼,連接兩段型材,上組角機(jī)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(fā)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(jī)組角固定并預(yù)制開孔,向預(yù)制孔內(nèi)注膠,直至卡位點(diǎn)有膠溢出即可,該工藝為目前大力推廣的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)工藝,要求組角膠在密閉環(huán)境下能夠快速固化,一般采用依靠兩個組分化學(xué)反應(yīng)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(jù)市場需求設(shè)計的聚氨酯組角膠,單組分和雙組分產(chǎn)品在技術(shù)參數(shù)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(qiáng)度可以達(dá)到6MPa以上,固化之后可發(fā)泡膨脹;而雙組分組角膠需要專用的打膠設(shè)備,可以快速固化,施工時間短,固化后硬度可達(dá)shoreD70——shoreD80,剪切強(qiáng)度可以達(dá)到10MPa以上,固化之后可略有膨脹但不發(fā)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(chǎn)效率和角部強(qiáng)度上的作用遠(yuǎn)不如雙組分組角膠.而目前尚沒有切實(shí)的證據(jù)證明哪一類組角膠更加有效.

    最后是缺乏權(quán)威的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范組角膠的性能指標(biāo),技術(shù)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(qiáng)度做出描述,很難保證門窗角部在長期使用過程中不出現(xiàn)問題.而我公司根據(jù)調(diào)研考察情況,采用苛刻的高溫和高溫高濕老化項(xiàng)目,并參考國外同類產(chǎn)品的技術(shù)說明書、施工指南、檢測報告等,引用了氣候交變、冷強(qiáng)度、熱強(qiáng)度等性能指標(biāo)制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/ZZY 037-2015《建筑門窗用聚氨酯組角膠》.依據(jù)Q/ZZY 037-2015進(jìn)行檢測,我公司組角膠各項(xiàng)性能與國外同類產(chǎn)品基本相當(dāng),具有優(yōu)良的耐熱及耐濕熱性能,經(jīng)高溫老化后衰減率不超過10%,經(jīng)高溫高濕老化后衰減率不超過25%.而個別國內(nèi)品牌,經(jīng)高溫和高溫高濕老化項(xiàng)目處理后,衰減率達(dá)80%,幾乎不具備基本的粘接作用.

    3.2 組角膠的發(fā)展前景

    資源問題已經(jīng)成為一個世界性的問題,建筑行業(yè)也不例外,門窗通過不斷改革也在朝這個方向發(fā)展.目前,發(fā)達(dá)國家使用高性能節(jié)能門窗的比例已達(dá)門窗總量的70%,而在我國,高性能節(jié)能門窗只占門窗總量的0.5%.節(jié)能門窗普及率低造成我國的建筑能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)達(dá)國家.隨著節(jié)能環(huán)保觀念的進(jìn)一步深入,節(jié)能門窗必將得到大力的推廣和應(yīng)用.組角膠的應(yīng)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(dāng)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(yīng)不斷變化的市場需求,不斷改進(jìn)優(yōu)化組角膠,打破國外壟斷,對推動節(jié)能門窗的發(fā)展具有重要意義,必然形成良好的經(jīng)濟(jì)社會效益.

    4 結(jié)束語

    組角膠是針對鋁合金門窗角部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)及密封專業(yè)設(shè)計的,可適應(yīng)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(chǎn)品,將有力推動我國門窗節(jié)能事業(yè)的發(fā)展.

    參考文獻(xiàn)

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

    [2]朱文鵬.節(jié)能窗的研究與應(yīng)用.建筑技術(shù),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(xué)院學(xué)報,2004.20 (4) :9-11.

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