組角膠在鋁門窗節(jié)能中的應(yīng)用

      當前，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，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(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為其優(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?shù)慕谴a連接以及組角機組角固定生產(chǎn)的門窗角部，很容易在生產(chǎn)、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(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介紹以及組角膠應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)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(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：  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)力會導致門窗的角部問題，例如：生產(chǎn)、運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

      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行粘接，起結(jié)構(gòu)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(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，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(yōu)良的化學粘接力，具有較高的強度、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、強度大、耐老化性好等特點。而有些門窗廠錯誤地將硅酮膠、環(huán)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(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)一的標準化生產(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，上組角機組角固定并預制開孔，向預制孔內(nèi)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(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，剪切強度可以達到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(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(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)標準規(guī)范組角膠的性能指標，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、冷強度、熱強度等性能指標制定了企業(yè)標準Q/ZZY 037-2015《建筑門窗用聚氨酯組角膠》。依據(jù)Q/ZZY 037-2015進行檢測，我公司組角膠各項性能與國外同類產(chǎn)品基本相當，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(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)達國家使用高性能節(jié)能門窗的比例已達門窗總量的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遠大于發(fā)達國家。隨著節(jié)能環(huán)保觀念的進一步深入，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。