橡胶密封胶条在门窗系统的应用与发展趋势
江阴海达橡塑股份有限公司技术总监 赵本军 摘 要：系统发展是由于（1）门窗必须通过门窗检测实验室及各种相关标准的检测要求；（2）为满足市场存在的各种需求；（3）各配套行业，公司的有效管理、配合；（4）多少公司在发展过程中，所碰到的问题、错误和改进的心得。很多门窗系统的细节，看似平凡，其实是很多错误总结而积累的经验。因此，系统被欧洲各系统公司，型材公司，视为公司的核心竞争力，它的价值是不可估计的。消费者认定XX品牌门窗，XX系统，因为它代表者品质、性能的保证。 关键词：三元乙丙、密封胶条、制造方法、生产设备 前言 密封胶条的主要材料是橡胶，要求具有优异的耐阳光紫外线老化、耐臭氧老化、耐热氧老化的抗劣化性，同时还要有低的压缩永久变形及蠕变性，耐高低温和防雨水等性能。在工艺加工上，胶料还应具有易挤出、收缩变形小、柔韧性好等特点。密封胶条使用的EPDM橡胶，采取高填充补强和多元物理化学防老体系，现已成为首选的密封胶条用胶。热塑性弹性体(TPE)由于具有橡胶和塑料的双重性格，即橡胶的物理机械性能和塑料的工艺加工特性，近年来从节能和提效出发，成为取代橡胶和塑料的理想材料，用量在急剧扩大。在工艺上制造海绵体也有一定困难，需要特殊的技术，因而用途受到一定限制，目前主要用于框扇及玻璃外侧等方面。TPV虽然更接近于橡胶，但价格居高不下也成为影响推广的又一因素。当今，密封胶条用的材料已经开始以橡胶为主，呈现多元化发展的趋势。常视使用部位、用途和要求特性不同，根据耐用年限和成本价格而合理选用不同材质。从长远看，环保节能的TPV在密封胶条上的应用范围也将会不断扩大。 1 基本特点要求 1）密封胶条为典型的橡胶挤出制品，除了对材质的挤出流动特性有特殊要求之外，因多装在外部裸露与大气接触，必须要高度重视产品的耐老化性能，达到同使用同寿命的目标，一般至少在20年以上。 2）密封胶条的形状复杂多样，千奇百怪，而且更新变化速度很快，因此，口型设计成为最关键的技术，关系到挤出的精度和速度，必须采用CAD/CAM作为技术手段，保证产品的尺寸公差。 3）密封胶条多为橡胶、塑料与金属、纤维的复合制品，有实体、海绵、中空之别，表面还经常要涂覆、喷涂、化学改性和静电植绒，因此，复合材料层之间的粘着是不可忽视的条件，决定着密封胶条外观质量和使用耐久性。
4）密封胶条除了有特殊性能要求的以外，材料成本价格对生产销售的影响最大，占到了70%～80%，已经成为企业盈利、市场竞争取胜的主要环节，而轻量化更是生产的指导思想和使用的期望要求。 5）密封胶条要求多种配合和较高的硫化技术，不仅有实心胶不同硬度的调节，硬质胶的配合，还有海绵发泡大小的掌握，尤其是它们之间牢固的粘着。此外，还有TPE、PVC等热塑性弹性体和塑料的配制方法。
6）密封胶条既是密封材料又是减震、缓冲材料，对于外露密封胶条又是装饰材料，大多兼具三种功能的作用，不仅气密水封，还要减噪隔音、舒适美观，不准有任何异味和污染，性，不能变色、喷霜、腐蚀和锈化。
7）密封胶条要有环保性，除了生产的节能之外，还要有使用时的阻燃性。
8）密封胶条既有传统产品，又有高技术含量的产品，高端产品与低档产品相差悬殊。密封胶条要满足精细的胶条尺寸精度，还要有防止安装时伸长的缺陷，有夹线胶条。
9）密封胶条的专用性特别强，几乎一种门窗一个规格，与门窗紧密结合成一组组合件，构成整窗密封的一部分，相互之间完全配合一致，要求与门窗系统同步设计、同步装配，达到从型材、五金、密封胶条、玻璃、隔热条的协同，到模拟生产和整窗效果的循环一体化。 10）密封胶条还要易于安装和方便拆卸，耐玻璃和金属划伤，对相关接触件经多次拆装也不会产生变形和损坏。对活动性密封胶条还要活动自如，轻便灵巧，不易夹伤人指。 2 制造方法 目前，橡胶密封胶条的生产方法可以分为以下三种： 2.1 挤出成型后切成要求的尺寸在硫化罐中硫化 这种方法最为简单，适用性目前不广，适用于多品种少批量生产。 2.2 挤出成型后立即连续硫化 此种方法是现代化的高效生产方式，前后形成从挤出到硫化和后处理的一条连续自动化生产线，长度达100m～200m，由10余套设备装置组成，非常适合大批量常年固定生产。 2.3 挤出成型之后再用模具硫化 此方法工艺复杂，需要平板硫化机或注射成型机，主要用于接角和特殊密封胶条的生产。 对于PVC塑料和TPE热塑性弹性体密封胶条来说，可以砍掉整个硫化工艺，只要一台塑料挤出机和一套后处理设备即可，流程比橡胶生产线要短2/3以上，生产效率也相对要高，节能80%以上，是密封胶条今后的发展方向。 3 橡胶密封胶条的生产设备 3.1 挤出机组 挤出机是密封胶条生产的最关键设备，产品尺寸精度，生产效率和节能降耗几乎全由挤出机的类型来决定。目前最普遍使用的是销钉式冷喂料直排挤出机。早期的热喂料挤出机已全被淘汰。对于复合密封胶条要用多复合的挤出机，分为机内复合和机外复合两种形式。 机头和口型是挤出机的关键，对于保证密封胶条尺寸精度至关重要。为此，现代的挤出机除了在螺杆区做文章之外，对全机已实现PLC和光机电一体化，可以自动喂料，随意控温、调速，屏蔽显示尺寸重量，并已成为密封胶条生产线的龙头。 3.2 硫化设备 目前密封胶条生产已普遍采用硫化槽，实现了连续硫化。速度每分钟可达10-20m，连续硫化装置的形式也多种多样。如微波连续硫化(UHF)、高温槽(玻璃珠沸腾乐)连续硫化(PLM)、高温液(盐浴)连续硫化(LCM)等。目前使用最广的是UHF硫化法，常与空气连续硫化(HAV)结合，两个装置前后配置在一起，加速硫化进程。还有的在微波硫化槽前也设置高温预硫化装置，如环状分组远红外线(NIB)加热器、普通远红外线加热器等。 然而，由于红外加热存在着加热温度不均、刺激人眼睛等缺点，现在大多已改用高温热风预硫化。空气热硫化槽温度可达500℃，二次硫化槽在300℃左右。近年来，有的企业已取消UHF硫化槽，在高温预硫化槽之后直接采取高温强风、多向送风的加热硫化方式。硫化槽高温加热硫化温度达600℃，高温强风硫化温度450℃，多向送风硫化温度320℃，风速为每秒50m～60m。这种硫化方法可以显著提高密封胶条的外观质量，缺点是对壁厚的大制品存在硫化程度不均的现象，形状复杂和薄细的小产品常会出现由热风吹飘而带来的变形问题。 微波硫化的最大优越性在于微波能量的穿透力特别强，使橡胶从内部开始向外加热，速度快且节能，既缩短了硫化时间又硫化均匀，比传统的蒸汽、红外线加热硫化时间短10-20倍。以前一个加热室多用一个5kW的发波器。现在，为了提高密封胶条的硫化质量均一性，已改为4个发波器，由1.5kW、3 kW和5kW发波器组成。即6kW的硫化装置用4个1.5kW发波器(加热室4个角对称同时向加热室给电)，12个kW硫化装置用4个3kW发波器，20kW硫化装置用4个5kW的发波器。 LCM和PLM硫化方式因存在环境污染隐患，在密封胶条生产方面使用尚不十分普及，但它们的优点是生产线短，节能效果好，投资少，因而也颇具吸引力，在欧美使用甚多。近年来，LCM在国外又有了新的发展。一是以硝酸盐代替亚硝酸盐；二是采用双层盐浴形式，上层为聚亚烷基二醇，下层是硝酸盐，以下层的传统盐浴加热上层的二醇盐浴，使之温度达到350℃-380℃；三是硫化槽改为封闭式，用高压的熔盐注入封闭的硫化槽，进行所谓加压盐浴的硫化，称之为PLCM硫化方式。现今，这种连续硫化方式也成为密封胶条生产的又一主流时尚。 密封胶条的接角或端末成型，以前用平板硫化机模压硫化，现大多已改为专用的接角橡胶注射成型机，射出量为30～100ml，合模力为2～21t，一人可操作四五台设备。另外，还有转盘式的橡胶注射机，有6～8台模具在转盘上旋转操作。除此之外，由于密封胶条曲线形状的多样性，批量大小的不一致性，硫化罐作为密封胶条生产的补充在许多场合仍然有其一定的优越性，迄今尚无法完全取代。硫化罐的多用途性、机动灵活性更是硫化槽无法比拟的。 3.3后处理设备 橡胶密封胶条的后处理设备也十分重要，已成为生产线的一个重要组成部分，种类很多。代表性的有喷涂机，它比毛刷可省30%～50%的涂料。灌封机可往胶条接头处注入密封胶，使两接头粘住形成一个整体。折芯机将硫化后的密封胶条中的钢芯折断，又不损及橡胶表面。钢芯供给机经挤出机送入钢芯，钢芯成型机将硫化过的密封胶条用成形辊弯曲成U字形，达到装配的要求。此外，还有切断机、打孔机、插扣机、冷却机等。 4 性能要求 橡胶密封胶条的性能质量视产品使用用途而有所不同，其中门窗密封胶条的要求最为严格。一般实芯胶条硬度以60度居多，上下控制在5度范围之内。强伸度在7MPa和300%以上，压缩永久变形(70℃×22h和100h)不得大于30%和50%。海绵条的发泡密度应在0.4-0.9g·cm-3之间，吸水率小于2%。撕裂强度不应低于1N·m-1。此外，对于复合密封胶条来说，粘接和剥离强度也是最为重要的，通常分别要在60N和30N以上。 橡胶密封胶条长期暴露在大气条件之下，要求必须经过一系列模拟大气条件的使用试验。耐天候老化性能要通过日光曝晒仪300h，耐臭氧老化性经过50ppm×38℃×30%伸长×70h，耐屈挠性频率300cp×50万次，耐寒性在-40℃×5h弯折180度，均不得出现任何异常现象。另外，经过多次拆装，对金属板和玻璃板也不能有磨损的痕迹。对于上述的性能指标，目前只有EPDM等少数橡胶可以完全满足要求。 与此同时，对密封胶条表面处理的涂料，同样也均有不同的质量要求。由于玻璃滑槽用的密封胶条表面涂料多系代替原来汽车门窗移动部位的植绒部分，海绵条的表面涂料主要面对汽车门窗、天窗和行李箱处，也都要经过耐久性、防冻性、密封性、隔音性和动摩擦系数等的考核，并且用专门仪器试验规定了最低保证值。例如耐磨性要进行常态、耐湿后、耐天候后、耐热后、涂喷后的1万～2万次循环试验。摩擦系数不能大于0.3～0.4。 5 发展趋势 综观上述情况，橡胶密封条已成为工业橡胶制品的大宗产品，门窗密封的重要零部件。随着门窗工业的现代化发展，密封胶条的前景十分广阔。一是橡胶密封胶条继续朝着美观化的方向发展，提高装饰性。可视部分的彩色化、外覆织物、表面涂饰、外层光亮饰条等，并与内饰件相互匹配，将成为新的时尚。二是橡胶密封条的密封性、减震性在现有基础上还要再进一步提高，同时功能性、智能性的密封胶条也会不断增多。三是环保型、节能型、阻燃型密封胶条将要成为发展重点，以TPU、TPV为代表的热塑性弹性体密封胶条将不断扩大，在相当部位甚至已成为主流。四是复合型密封胶条更要得到进一步普及，从双复合走向三和四复合，材料多样化、性能功能化。 橡胶密封条的高质量和低成本已成为密封胶条行业追求的主要目标，从设计上、选材上和制造工艺上将会出现新的突破。密封胶条的生产将向集成化、模块化的方向前进。密封胶条生产企业将更加紧密地与设计部门结合，走共同合作发展的道路。密封胶条与组合件生产供货的方式也会发展扩大。密封胶条企业的规模化程度、专业化水平还要进一步提高，年产千万米以上的工厂日益增多，甚至会在自动生产线的基础上出现自动化工厂。 预测未来，密封胶条将继续以年均3%-5%的速度增长，占到全球的27%以上，成为世界橡胶密封胶条第一生产大国，并开始向强国迈进。随着国外汽车密封胶条生产商在华的扩大发展，国有、民营企业与外资企业之间的市场竞争将会更加日益激化，打破三足鼎立的格局。有更多的企业走出去开始发展全球战略，在国际市场占据一席之地。 橡胶密封胶条在我国可说方兴未艾，房屋建筑面积年完成20亿m2以上，由于已普及推广使用铝合金、塑料钢窗门和各类安全门，高层建筑的屏幕墙也在迅速增多，原来用的低档密封胶条正在升级换代，橡胶密封胶条的需求量增大。 总之，橡胶密封胶条的市场前景极为广阔，作为气密、防水、隔音、减震材料发展潜力很大，产品的附加值也十分可观。今后在非轮胎橡胶制品领域里，有可能同胶管、胶带一样，成为橡胶工业的又一个极具发展前途的重要产品。 6 欧洲门窗产业现状与趋势 欧洲门窗产业处于严格的节能法规与行业标准的规范与监管，从型材系统的设计与制造、窗型设计、门窗制作工艺、直至五金及其他辅助配件的配置与安装，从而确保将优质的成窗移交给用户。 由于欧洲建筑市场趋于饱和，对门窗的市场需求增长缓慢，从而加剧了门窗企业之间的竞争。市场对门窗的需求趋于个性化，门窗产品趋于多元化，新的技术与产品持续不断地推向市场。 在欧洲门窗市场，各类材质的门窗，如PVC,实木、铝合金以及铝木复合门窗，都在各自占优势的领域得到应用。 门窗订单主要来源于住宅修缮、新建住宅、非住宅建筑修缮和新建非住宅建筑。反映了在过去的十年间门窗市场结构的特征及发展趋势。在欧洲门窗市场，来自住宅与非住宅建筑的门窗订单大致相当，来自新建房屋以及现有房屋修缮的门窗订单也几乎同等重要。随着大规模建设高潮逐渐退却，国内门窗企业有必要关注国内门窗市场在未来一段时间也会出现类似的市场格局。 7 门窗承担的作用与功能 随着人们对生活空间质量的日益关注，门窗也承担了更重要的作用与功能。从技术角度看，门窗承担了:水密性;气密性;抗风压;机械力学强度;隔热;隔音;防盗;遮阳;耐候性;操作手感等一系列重要的功能。同时，门窗代表了与地域相关的人文景观，是建筑师手中的设计元素，也是房主展示其个性的一种符号，门窗是人与环境交流的通道，并营造私密的生活空间。 8 欧洲门窗五金行业竞争格局 长期的市场竞争造成了为数不多的主导品牌共存的局面，这些知名品牌大都已经以各种方式进人中国市场。鉴于工业技术的标准化以及国际市场的融合，品牌之间产品结构与设计理念出现趋同的现象。各门窗五金制造商都在致力于新产品的开发与市场拓展。 9 发展方向与趋势 欧洲门窗五金制造商致力于通过下列途径提升其核心竞争力:品牌打造与渠道建设;技术创新与产品的差异化;环境友好的产品与流程;提高制造自动化程度以降低成本;适应门窗行业制造自动化的需求;营销创新与超值服务。 10 品牌打造与渠道建设 打造并提升品牌形象，增强品牌对客户及公众群体的影响力与可信度。拓宽营销渠道，整合业务流程，提高流程运作效率，降低流程运作成本。在欧洲市场，门窗五金企业主要面对门窗企业和区域分销商，因而能够关注其核心业务，如产品的开发与制造、物流组织、技术服务与支持等。 11 技术创新与产品的差异化 门窗系统的许多重要功能是通过五金配件来实现的，欧洲门窗五金行业持续不断的技术创新，有力推动了门窗系统的性能改进与功能创新。 基于统一技术标准的产品差异化，构成了企业的核心竞争优势，同时给市场更多更新的选择。创新与差异化一方面是针对门窗的最终用户，侧重于产品的舒适度、人性化、安全性和智能化，另一方面是针对门窗制造商，侧重于安装的便利性、提高安装效率、降低采购与管理成本，从而提升门窗企业的竞争力。 产品在市场上只要存在，有销量，说明它在某一个领域就能够发展。在建筑门窗这个领域，系统门窗是刚刚被引进到国内，而且刚刚被人们所接受，逐步的接受，能够有系统门窗这样的项目在全国建筑市场上，系统门窗制造技术的门窗质量和性能是一般门窗所不能给予的，它更完善、更好，能够提高人们生活质量，所以说系统门窗是国际建筑市场和中国建筑市场的一个发展趋势，既然是一个趋势，它就是一个客观规律，我们应该顺应这个规律向前发展，既然有95%的市场等待开发，说明系统门窗的潜力非常大，是一扇刚刚打开的大门。既然门窗是建筑的窗户，那么系统门窗在设计上必须要有好的气密，水密，隔音，隔热，抗风压。 12 结论 任何产品的发展规律都是从无到有，从有至完善的阶段。我们很欣喜看到国内在铝合金节能门窗的繁荣气象，虽然市场上优劣产品，参差不齐，很盼望有更多正确的观念能导入市场。政府主管部门、专家，能订定符合国际要求的标准，并持续且严格的执行。今日我们看到中国产的电脑、手机在国际上有一席之地，因为产品经过国际市场严格考验，企业通过激烈竞争，才产生这些好产品。同样的，唯有中国的门窗标准、检测、质量要求，与国际接轨；而中国的门窗系统能生产出与欧洲同一高水平的门窗，如此我们才有可能从门窗大国走向门窗强国，我们的行业，才能走向国际市场。 参考文献 [1] 《橡胶工业手册》化学工业出版社 [2] 《建筑材料》张君，阎培渝，覃维祖——清华大学出版社 [3] 《橡胶、塑料技术标准实用手册》李嘉宇——安徽文化出版社
[4] 《橡胶生产关键技术应用与性质用途速用速查实用手册》编委会——北方工业出版社
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