淺談門窗用整框注壓膠條角部強(qiáng)度

袁向東 王炳博 劉娟飛

1.整框焊接膠條技術(shù)簡(jiǎn)介

整框焊接膠條技術(shù)是近年來門窗行業(yè)新型的膠條角部粘接技術(shù)。隨著門窗行業(yè)的不斷發(fā)展，高性能門窗也成為了建筑節(jié)能的一大趨勢(shì)。傳統(tǒng)的膠條角部粘接方式容易斷裂，大大影響了門窗的結(jié)構(gòu)氣密性、水密性與整體性。而整框焊接膠條技術(shù)，不僅解決了膠條角部易斷裂的現(xiàn)象，還極大程度提高了門窗的節(jié)能、密封等性能。

該技術(shù)也逐漸成為了系統(tǒng)門窗的標(biāo)配。其加工工藝是將門窗膠條90°切成所需尺寸，放入對(duì)應(yīng)的焊接磨具內(nèi)。再將原膠放入膠條焊接機(jī)內(nèi)，將原膠高溫熔化后注入焊接磨具，從而實(shí)現(xiàn)兩段膠條的粘接。但同一廠家或不同廠家的原膠與膠條粘接后的強(qiáng)度是否能夠滿足門窗的需求？筆者對(duì)此問題進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)與總結(jié)，希望能對(duì)相關(guān)行業(yè)設(shè)計(jì)師和門窗生產(chǎn)廠家有所幫助。

2.整框焊接膠條優(yōu)勢(shì)

三元乙丙（EPDM）整框焊接膠條是繼膠水粘接、模壓拐角粘接、注射拐角焊接后新研發(fā)設(shè)計(jì)的膠條整框焊接技術(shù)。該技術(shù)有著良好的整體性、密封性及美觀性，加工操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高。此技術(shù)曾廣泛用于汽車密封，現(xiàn)結(jié)合門窗幕墻的自身特點(diǎn)調(diào)整、引用此技術(shù)，有效解決了膠條角部粘接不牢導(dǎo)致的膠條接縫開裂現(xiàn)象，從而極大程度上提高了門窗的整體性和密封性。我們通過受力分析及實(shí)驗(yàn)論證此技術(shù)是否滿足門窗受力要求。

3.整框焊接膠條焊接后強(qiáng)度論證

3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

檢測(cè)整框注壓膠條的角部連接強(qiáng)度，對(duì)比不同配方的混煉膠與膠條的融合度，對(duì)連接強(qiáng)度是否有影響。

3.2 實(shí)驗(yàn)依據(jù)

實(shí)驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)《建筑門窗、幕墻用密封膠條》（GB 24498-2009-T）。

線應(yīng)變力：對(duì)一根細(xì)桿施加一個(gè)拉力F，這個(gè)拉力除以桿的截面積S，稱為“線應(yīng)力”，桿的伸長(zhǎng)量，稱為“線應(yīng)變”。線應(yīng)力除以線應(yīng)變就等于楊氏模量

泊松比：材料沿載荷方向產(chǎn)生伸長(zhǎng)(或縮短)變形的同時(shí)，在垂直于載荷的方向會(huì)產(chǎn)生縮短(或伸長(zhǎng))變形。垂直方向上的應(yīng)變?chǔ)舕 與載荷方向上的應(yīng)變?chǔ)?之比的負(fù)值稱為材料的泊松比。以v 表示泊松比，則v=-εl/ε。三元乙丙橡膠的彈性模量0.008GPa，泊松比0.5。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：三元乙丙膠條的收縮率。最低氣溫-7℃時(shí)，1000mm 的試樣，最大收縮量8mm，收縮率為0.8%（表1）。最低氣溫-30℃時(shí),最大收縮量9mm,收縮率為0.90%（表2）。

表1 三元乙丙膠條收縮率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 膠條冷凍收縮率（-30℃）

3.3 實(shí)驗(yàn)分析

此整框膠條為鴨嘴膠條，膠條在門窗上的受力有兩種：一是門窗啟閉時(shí)的壓合力F1（圖1），二是膠條本身的彈性收縮力F2（圖2）。

圖1 鴨嘴膠條所受的壓合力示意

圖2 整框膠條收縮力示意

膠條所受的壓合力F1為瞬時(shí)力，膠條的鴨嘴處發(fā)生形變，根據(jù)泊松比的定義，此壓合力會(huì)使膠條斷面X、Y向變形（圖3）。我們經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對(duì)比得出：在-7℃氣溫下，膠條的收縮率與膠條斷面無明顯關(guān)系；在-30℃氣溫下，大斷面膠條比小斷面膠條收縮率大。故此壓合力對(duì)于整框膠條的角部連接強(qiáng)度可忽略不計(jì)。

圖3 鴨嘴膠條壓合力示意

膠條所受的彈性收縮力F2，是指膠條會(huì)根據(jù)溫度的高低熱脹冷縮。整框注壓膠條的角部粘接強(qiáng)度必須大于膠條熱脹冷縮的收縮力F2所產(chǎn)生的拉伸強(qiáng)度。

式中：E 為三元乙丙膠條的彈性模量；S 為膠條斷面面積113.74mm2，L 為膠條長(zhǎng)度1000mm，dL 為膠條變形量8mm。

1000mm 長(zhǎng)的鴨嘴膠條，在收縮8mm 的情況下，產(chǎn)生的收縮力為0.083KN，膠條斷面所受的拉伸強(qiáng)度為0.062MPa。利用公式（1.1）和（1.4）按2%的收縮率計(jì)算，收縮力F2=0.21KN，拉伸強(qiáng)度為0.15MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與2%的收縮率做對(duì)比即可。

3.4 實(shí)驗(yàn)制樣

（1）廠家A 混煉膠、廠家B 混煉膠、廠家C 膠條MFJT2347。

（2）橡膠注壓機(jī)注壓整框膠條，完成一個(gè)角部。以下表的分類依次制作出樣品（圖4）。

表3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖4 注壓角部照片

3.5 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將廠家A、廠家B 的混煉膠分別與廠家C 的膠條進(jìn)行焊接。

（2）將焊接好的膠條分別取樣，長(zhǎng)度為100mm。

（3）用萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。老化實(shí)驗(yàn)后拉拔實(shí)驗(yàn)。

（4）廠家A、廠家B的混煉膠分別與廠家C的膠條進(jìn)行焊接。

（5）將焊接好的膠條分別取樣，長(zhǎng)度為100mm。

（6）放入老化實(shí)驗(yàn)箱，溫度：100℃，時(shí)間：106h。

（7）用萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

3.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表4、表5）

表4 常溫下試驗(yàn)結(jié)果

表5 常溫老化試驗(yàn)后試驗(yàn)結(jié)果

3.7 結(jié)果分析（圖5）

圖5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）經(jīng)常規(guī)拉拔實(shí)驗(yàn)后，2 組試樣均為注壓接角處斷裂。且廠家A+廠家C 的組合粘接強(qiáng)度要＞廠家B+廠家C 的組合粘接強(qiáng)度。

（2）經(jīng)過老化+拉拔實(shí)驗(yàn)后，廠家A+廠家C 組合為注壓接角處斷裂，廠家B+廠家C 組合為角部斷裂，注壓接角處無斷裂。

廠家B+廠家C 的組合，兩組實(shí)驗(yàn)中，粘接強(qiáng)度均低于廠家A+廠家C 組合。

（3）兩組拉拔實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，最小的粘接強(qiáng)度1.38MPa 遠(yuǎn)大于膠條因收縮產(chǎn)生的斷面強(qiáng)度0.15MPa，注壓接角的角部強(qiáng)度=9.2×收縮強(qiáng)度。

3.8 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

注壓接角的角部斷面粘接強(qiáng)度為1.38MPa，為斷面收縮強(qiáng)度的9 倍～16 倍，完全可以使用，且不受混煉膠配方的影響。

4.結(jié)束語

在人們開始關(guān)心建筑節(jié)能之余，門窗的各項(xiàng)性能也逐漸成為主要角色，整框焊接膠條的使用不僅提高了加工效率，也極大程度上提高了門窗的品質(zhì)，使門窗更加系統(tǒng)化。為更好地體現(xiàn)整框焊接膠條的性能，僅靠其自身的緊密結(jié)合是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，考慮到實(shí)際安裝后膠條產(chǎn)生的收縮力并不足以將焊接處撕裂，但實(shí)際的工程中會(huì)出現(xiàn)膠條脫槽的情況，出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因有以下幾點(diǎn)：

（1）未能徹底將膠條裝入膠條槽；

（2）膠條底座的尺寸偏差過大導(dǎo)致脫槽；

（3）實(shí)際膠條槽口尺寸大于理論設(shè)計(jì)值；

（4）膠條預(yù)留量過小，膠條的冷熱收縮導(dǎo)致脫槽。

根據(jù)以上因素建議嚴(yán)格把控各項(xiàng)尺寸參數(shù)，安裝膠條時(shí)保證膠條底座完全入槽，并留出1.5%的膠條因冷熱收縮所產(chǎn)生的變形量[1]。