浅谈门窗用整框注压胶条角部强度

袁向东 王炳博 刘娟飞

1.整框焊接胶条技术简介

整框焊接胶条技术是近年来门窗行业新型的胶条角部粘接技术。随着门窗行业的不断发展，高性能门窗也成为了建筑节能的一大趋势。传统的胶条角部粘接方式容易断裂，大大影响了门窗的结构气密性、水密性与整体性。而整框焊接胶条技术，不仅解决了胶条角部易断裂的现象，还极大程度提高了门窗的节能、密封等性能。

该技术也逐渐成为了系统门窗的标配。其加工工艺是将门窗胶条90°切成所需尺寸，放入对应的焊接磨具内。再将原胶放入胶条焊接机内，将原胶高温熔化后注入焊接磨具，从而实现两段胶条的粘接。但同一厂家或不同厂家的原胶与胶条粘接后的强度是否能够满足门窗的需求？笔者对此问题进行了相关实验与总结，希望能对相关行业设计师和门窗生产厂家有所帮助。

2.整框焊接胶条优势

三元乙丙（EPDM）整框焊接胶条是继胶水粘接、模压拐角粘接、注射拐角焊接后新研发设计的胶条整框焊接技术。该技术有着良好的整体性、密封性及美观性，加工操作简单，生产效率高。此技术曾广泛用于汽车密封，现结合门窗幕墙的自身特点调整、引用此技术，有效解决了胶条角部粘接不牢导致的胶条接缝开裂现象，从而极大程度上提高了门窗的整体性和密封性。我们通过受力分析及实验论证此技术是否满足门窗受力要求。

3.整框焊接胶条焊接后强度论证

3.1 实验目的

检测整框注压胶条的角部连接强度，对比不同配方的混炼胶与胶条的融合度，对连接强度是否有影响。

3.2 实验依据

实验参照标准《建筑门窗、幕墙用密封胶条》（GB 24498-2009-T）。

线应变力：对一根细杆施加一个拉力F，这个拉力除以杆的截面积S，称为“线应力”，杆的伸长量，称为“线应变”。线应力除以线应变就等于杨氏模量

泊松比：材料沿载荷方向产生伸长(或缩短)变形的同时，在垂直于载荷的方向会产生缩短(或伸长)变形。垂直方向上的应变εl 与载荷方向上的应变ε 之比的负值称为材料的泊松比。以v 表示泊松比，则v=-εl/ε。三元乙丙橡胶的弹性模量0.008GPa，泊松比0.5。

实验数据：三元乙丙胶条的收缩率。最低气温-7℃时，1000mm 的试样，最大收缩量8mm，收缩率为0.8%（表1）。最低气温-30℃时,最大收缩量9mm,收缩率为0.90%（表2）。

表1 三元乙丙胶条收缩率实验数据

表2 胶条冷冻收缩率（-30℃）

3.3 实验分析

此整框胶条为鸭嘴胶条，胶条在门窗上的受力有两种：一是门窗启闭时的压合力F1（图1），二是胶条本身的弹性收缩力F2（图2）。

图1 鸭嘴胶条所受的压合力示意

图2 整框胶条收缩力示意

胶条所受的压合力F1为瞬时力，胶条的鸭嘴处发生形变，根据泊松比的定义，此压合力会使胶条断面X、Y向变形（图3）。我们经过实验对比得出：在-7℃气温下，胶条的收缩率与胶条断面无明显关系；在-30℃气温下，大断面胶条比小断面胶条收缩率大。故此压合力对于整框胶条的角部连接强度可忽略不计。

图3 鸭嘴胶条压合力示意

胶条所受的弹性收缩力F2，是指胶条会根据温度的高低热胀冷缩。整框注压胶条的角部粘接强度必须大于胶条热胀冷缩的收缩力F2所产生的拉伸强度。

式中：E 为三元乙丙胶条的弹性模量；S 为胶条断面面积113.74mm2，L 为胶条长度1000mm，dL 为胶条变形量8mm。

1000mm 长的鸭嘴胶条，在收缩8mm 的情况下，产生的收缩力为0.083KN，胶条断面所受的拉伸强度为0.062MPa。利用公式（1.1）和（1.4）按2%的收缩率计算，收缩力F2=0.21KN，拉伸强度为0.15MPa。实验结果与2%的收缩率做对比即可。

3.4 实验制样

（1）厂家A 混炼胶、厂家B 混炼胶、厂家C 胶条MFJT2347。

（2）橡胶注压机注压整框胶条，完成一个角部。以下表的分类依次制作出样品（图4）。

表3 实验数据

图4 注压角部照片

3.5 实验步骤

（1）将厂家A、厂家B 的混炼胶分别与厂家C 的胶条进行焊接。

（2）将焊接好的胶条分别取样，长度为100mm。

（3）用万能实验机进行实验。老化实验后拉拔实验。

（4）厂家A、厂家B的混炼胶分别与厂家C的胶条进行焊接。

（5）将焊接好的胶条分别取样，长度为100mm。

（6）放入老化实验箱，温度：100℃，时间：106h。

（7）用万能实验机进行实验。

3.6 实验结果（表4、表5）

表4 常温下试验结果

表5 常温老化试验后试验结果

3.7 结果分析（图5）

图5 实验结果

（1）经常规拉拔实验后，2 组试样均为注压接角处断裂。且厂家A+厂家C 的组合粘接强度要＞厂家B+厂家C 的组合粘接强度。

（2）经过老化+拉拔实验后，厂家A+厂家C 组合为注压接角处断裂，厂家B+厂家C 组合为角部断裂，注压接角处无断裂。

厂家B+厂家C 的组合，两组实验中，粘接强度均低于厂家A+厂家C 组合。

（3）两组拉拔实验的结果，最小的粘接强度1.38MPa 远大于胶条因收缩产生的断面强度0.15MPa，注压接角的角部强度=9.2×收缩强度。

3.8 实验结论

注压接角的角部断面粘接强度为1.38MPa，为断面收缩强度的9 倍～16 倍，完全可以使用，且不受混炼胶配方的影响。

4.结束语

在人们开始关心建筑节能之余，门窗的各项性能也逐渐成为主要角色，整框焊接胶条的使用不仅提高了加工效率，也极大程度上提高了门窗的品质，使门窗更加系统化。为更好地体现整框焊接胶条的性能，仅靠其自身的紧密结合是远远不够的，考虑到实际安装后胶条产生的收缩力并不足以将焊接处撕裂，但实际的工程中会出现胶条脱槽的情况，出现此现象的原因有以下几点：

（1）未能彻底将胶条装入胶条槽；

（2）胶条底座的尺寸偏差过大导致脱槽；

（3）实际胶条槽口尺寸大于理论设计值；

（4）胶条预留量过小，胶条的冷热收缩导致脱槽。

根据以上因素建议严格把控各项尺寸参数，安装胶条时保证胶条底座完全入槽，并留出1.5%的胶条因冷热收缩所产生的变形量[1]。