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密封胶的选择与胶缝设计
01. 介绍
为什么有多种密封胶类型?
可以采用三个步骤来确保密封胶达到它的最佳设计寿命。首先依照经验来设计胶缝.再确定密封胶需要达到的性能指标,最后选择合适的密封胶来满足这些性能。通过本资料对这些功能的介绍,可以有助于正确选择合适的密封胶。
正确选用一种密封胶,必须考虑胶缝的功能、胶缝基材、胶缝接触的环境和要求密封胶能够达到的机械性能。填缝密封胶的两个主要功能是提供耐候密封和结构密封,这样要求考虑密封胶的胶缝位移能力、拉伸强度和硬度,同时还须考虑以下标准:温度范围、化学介质、紫外光照射和工程生命周期。基材方面,须考虑胶对它的粘接性和相容性.包括支撑棒和双面胶条等辅助材料。

02. 密封胶胶缝的设计
最好的胶缝应该是密封胶均匀地填充在胶缝中,且与两边的基材有较好的粘接。密封胶粘接性能不好导致胶缝粘接失败,胶缝设计不合理会导致密封胶开裂,恶劣环境气候会引起密封胶硬化而开裂。有机硅密封胶由于它的无机化学组成.较其它密封胶具更佳的耐紫外光老化能力,因此具有特别长的使用寿命。

03. 支撑棒
胶缝须有一个底面,这样可以确保密封胶能够较好地填入胶缝,能与两侧基材有充分的接触,并且胶缝可维持正确的形状。在大多的耐候密封应用中,我们推荐采用闭孔的聚乙烯支撑圆棒.密封胶与聚乙烯不粘,这样就避免了三面粘接的形成。支撑棒中含有压缩空气,可确保不会变形.施胶时也不会在胶缝中产生滑动;同时它也不会夹带水分。当压入支撑棒时须用不锋利的设施进行操作以免将它的表面刺破而将里面的空气放出,这样易导致密封胶鼓泡而破坏。支撑棒直径须比胶缝宽25%~50%。其它种类的支撑棒属于开孔泡沫,这种物质就像海绵一样可以夹带水汽而使密封胶产生固化;而当弹性密封胶固化时水汽的存在是不好的,施打密封胶时它导致密封胶用量增加,改变胶条的形状,影响胶与基材的充分接触,从而引起粘接失败。

04. 三面粘接
三面粘接在镶嵌板结构中应用非常普遍,如铝板混合结构中、GRC门框结构中。随着胶缝位移的变化,密封胶改变形状(中间变成凹状).但体积并不发生变化。因此它们必须能够在胶缝中移动.但同时又必须保持对基材有好的粘接。图一表示三面粘接会降低密封胶改变形状的能力,因此导致密封胶的压力加大,引起密封胶的断裂。三面粘接会阻止密封胶从胶缝的第三个表面滑出,这样要求所有的位移都在胶缝之间的两个基材表面和第三个底面之间的产生。通过使用一种合适的粘接断开胶条,密封胶仅对拼缝的两个侧面产生粘接.这样当密封胶受外力影响改变形状时,可以在拼缝中滑动并保持凹槽形状。

05. 耐候密封
当密封胶应用两个或多个框形结构中的填缝时,耐候密封就出现了。密封胶须对框结构产生粘接,当框结构移动时胶对接缝的移动面提供位移变形,同时阻止热量、灰尘、水汽和细菌的通过,密封胶并不对框结构起结构固定作用。

06. 接缝位移
产生接缝位移的原因为;
1.随温度的变化(热运动)
2.随水分含量的变化
3.建筑负荷(高层建筑增加楼层而引起的压缩或现有建筑中家具的改变)
4.建筑处理
5.环境外力(风、地震等)
密封胶须能够随拼缝而改变,并提供相应的位移变形能力。位移变形通常循环产生,如热运动随着每天的温度升降而产生,同时随着每年季节的冷热交替而产生大的循环。

07. 密封胶胶条的宽度
按以下计算确定胶缝的最小宽度。一般来讲,弹性密封胶填缝宽度不能小于6mm,不能大于30mm,胶缝过大很难进行胶面修整。施胶厚度不能小于6mm,一般取宽度的一半(如:12mm宽取6mm深),然而施胶厚度通常不需要大于10mm(如25mm宽胶缝取10mm深施胶厚度,已足能满足要求)。密封胶施胶宽度控制了密封胶能够提供的最大位移能力,但不至于产生密封胶的断裂。接缝越宽,要求的位移能力越大。因此,必须计算出总的接缝位移然后才能确定最佳的接缝施胶宽度。受热变化产生的位移易于计算;但同时须计算出其它形式的位移变形,两种计算要求计算出最小的接缝尺寸。首先计算出可能的位移变形,然后推导出接缝宽度。

08. 接缝位移的计算
用以下公式计算基材可能产生的变形:
M=(MT-T)×S×L
式中:M表示基材的变形mm。
MT表示基材可能达到的最大温度℃,包含由辐射引起的温度升高及气温变化升高。如气温40℃时,黑色铝材表面温度可能达到80℃以上。T表示基材表面可能达到的最低温度℃.包括由寒风引起的温度变化。S表示基材的热膨胀系数,典型物质的膨胀系数见下表。L表示基材的长度m。
接缝位移有两个循环.白天和晚上温差变化产生的日循环和冬夏温差变化产生的年循环。密封胶要求能够经过多年后仍能满足这些位移循环变化而不失去它的弹性,同时要求能够满足这些位移变化,如要求满足可能达到的最大和最小的位移变化,计算出密封胶所需的实际接缝尺寸。

09. 接缝宽度
计算出基材的可能位移变形后,就可计算出最小的接缝尺寸,计算公式如下:
W=(100×M)/S
式中:W表示最小的接缝宽度mm。
M表示可能的最大接缝位移。
S表示允许的密封胶位移变形,以百分数表示,可由产品指标提供。
可根据基材的变形范围预先计算出接缝的最大可能位移,若基材膨胀,接缝将变小,接缝胶将受到压缩;若基材收缩,胶缝将变大。接缝四周的位移变形有时往往是不同的,如在底部机械固定的垂直板的底部将不会移动,这时受热变形将导致基材向上产生形变。在(图二)中基材在底部受到支撑,因此所有与Y轴由方向相关的形变都将对水平方向产生影响。尽管在x轴方向变形位移各占50%,但在基材A与B之间的位移变形可达到100%,B与墙体之间固定,仅占水平位移的50%,它将随着墙的位移变形在水平方向产生移动。当每块拼板尺寸不同时需考虑它们会对拼缝产生不同的位移变形;如拼缝两侧材料都不同,像玻璃与铝板幕墙中,则需分别计算它们对接缝产生的位移变形影响;每种不同的变形导致整个接缝位移的变形。位移变形也有可能是其它原因所致.如在建筑物上安装固定或移动装置时悬挂板的倾斜,或结构上增加楼层时都会形成。混凝土和砖石等多孔材料因含水分不同而膨胀和缩小。所有这此变化对接缝变形的影响都应被考虑。通常情况下也应考虑施工时间不同会产生一定的偏差。夏天施工时基材受热膨胀,接缝会变小,密封胶的工作寿命得到延长;在冬天时胶缝将变宽,胶的工作寿命将缩短。上述公式仅计算出最小胶缝宽度,密封胶的性能和基材的使用也会影响实际的接缝宽度。我们要求宽度不小于6mm。同时也有一个最大接缝宽度。膨胀的密封胶,施胶的时间和固化的密封胶都有限制。对于硅酮胶来说,最大接缝宽度40~50mm。

10. 密封胶胶条的深度/胶缝的深度
基材的合理应用及密封胶的性能都将影响胶缝的最佳深度。

11. 耐候密封
通常,胶缝的深度是宽度的一半。如果深度过大,接缝变形增加,密封胶位移时表面易出现凹凸现象,导致压力变形过大而引起粘接失败。如果胶缝深度过小,胶量偏少,会因应力集中或气泡等的形成而引起开裂,甚至导致粘接失败。溶剂型密封胶(如丁基胶)也会因增塑剂损失而引起收缩开裂。因此,耐候胶深度不超过12mm,宽度不小于6mm。

12. 结构密封
结构胶不仅要支撑结构承重,同时必须承受结构件的变形位移,因此,结构胶须有足够量,使之与基材充分接触而承受结构单元的重量。结构粘接部位是提供结构强度的部分密封胶。它是指当铝板受外力时,在一定的伸缩范围内与底部正确角度粘接的那部分密封胶。
计算此部分密封胶的公式如下:
W=((D×5)×P)/S
式中:W表示结构粘接宽度m。D表示铝板最小边的宽度m。
P表示玻璃所能承受的最大压力Kpa。S表示密封胶允许承受的最大压力Kpa。

13. 密封胶的持续承载力
上述公式是计算密封胶的间断承载力,如玻璃。而水族馆中的玻璃则承受的是持续承载压力,则有它不同的计算公式。

14. 密封胶的形状
密封胶粘接最佳形状应是正方形或长方形。当粘接基材位移时,锥形基材有三面或多面集中压力。较窄边缘的胶缝处导致粘接失败。

15. 粘接功能/耐候密封
有些非硅酮型密封胶随着时间的持续,暴露在自然环境中遭受紫外线的侵害,硬度会加大。因此选择一种品质长久的密封胶是需要慎重考虑的。在基材中需填充耐候性密封胶。它将抵御风、雨、及灰尘等自然界的环境。所以,密封胶必须能够随着基材尺寸和位移的改变,具有良好的伸缩性能.与其相关部位能够得到充分粘接。

16. 结构密封
结构胶一般用于构件之间的结构性装配粘接,同时又能解决所受的拉伸力和压力。因此,这就需要一定程度相当于机械标准要求的结构力,用模量和拉伸强度表示,数值越大,产品强度越大。结构胶不会随着时间的持续,而导致结构胶与基材之间的粘接变差。常见的结构装配如玻璃结构装配:水族馆,镜子安装等。

17. 机械性能/位移能力
它是用动态位移能力表示密封胶固化后的一项技术指标,当实际操作中的粘接宽度与设计稿的数值不一致,则通常用最大值。

18. 拉伸强度
它是指在基材粘接完好的情况下,断裂时的产品最大可能承受的力量。

19. 硬度
我们用邵氏硬度表示。硬度高的密封胶可以较少较软的密封胶所带来的挤压和磨损的危险性。较软的密封胶一般具有较大的弹性,适用于胶缝易产生位移的部位。

20. 环境因素
在变化多端的自然环境里,不同种类的密封胶或同一种密封胶的状态都将有不同反应。影响的环境因素有:紫外线照射。

21. 化学反应
温差变化(密封胶应用范围,其适应范围)

22. 胶缝设计寿命
粘接测试是与所有材料有关而非只做结构件。为了能更好地使用材料,做硅酮胶的粘接测试是非常重要的。它能确保由于不同性质的基材表面而影响胶与基材的粘接。

23. 粘污性
为了减少密封胶与石材的粘污,我们建议在使用基材前一定要做胶与石材样块的粘污测试。它能避免从不同采石场得到的不同性质的石材与胶的粘污。我们使用的测试标准是ASTMD2203。这一标准是专门测试天然石材与胶体的粘污性。

24. 相容性
不相容表现在胶缝变色,或胶体与基材粘接脱落。与密封胶不相容最典型的是塑料胶条,如丁基胶和橡胶。做相容测试需要三周时间。