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彩板与塑钢门窗密封条的材质优化分析

来源:中国门窗&配套材料网 　作者:* 　日期:2009-7-15
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      一、彩板门窗与塑钢门窗密封条对材质的要求
      在GB12002-89中规定了密封条系列公差及质量。该标准适用于安装玻璃和框扇间 用的改性聚氯乙烯(PVC)或橡胶弹性密封条，并对密封条材质的物理性能作出明确规定。
在该标准中，对安装玻璃用密
      一、彩板门窗与塑钢门窗密封条对材质的要求
      在GB12002-89中规定了密封条系列公差及质量。该标准适用于安装玻璃和框扇间 用的改性聚氯乙烯(PVC)或橡胶弹性密封条，并对密封条材质的物理性能作出明确规定。
在该标准中，对安装玻璃用密封条和框扇间用密封条的材质要求几乎没有区别。但二者的 低层与中层建筑用密封条(代号Ⅰ)和高层与寒冷地区建筑用密封条(代号Ⅱ)的某些技术指标 是有一定区别的。如硬度(Ⅰ)稍高于(Ⅱ)；100％定伸强度，(Ⅰ)比(Ⅱ)高1.OMPa；拉伸断 裂强度，(Ⅰ)比(Ⅱ)低于2.5MPa；脆性温度，(Ⅰ)比(Ⅱ)高10℃。
      二、原材料的选择
      从高分子材料设计角度考虑，采用橡胶与PVC树脂共混的技术路线生产橡塑彩板门窗与塑料 密封条无疑是较理想的方案，其优点是生产过程简单、适用面广，品质容易控制、性能好， 配方可调性强、成本适中。
      适用于彩板门窗与塑料门窗密封条的原材料有以下七个方面：
      1PVC树脂
      它是密封条的主体材料，可占全部材料的65％-75％从密封条的使用条件及使用寿 命考虑， 应选用平均分子量较高的悬浮聚合树脂，以确保产品有足够的拉伸性能和优良的弹性。但随 着PVC树脂平均分子量的增高，树脂的加工流动性变差。因此，在选用悬浮法PVC树脂时，要 综合考虑制品性能与加工性能两个方面的因素。

      2橡胶增韧组成
      它是与PVC树脂共混的弹性材料，通常占全部材料的10％-15％，根据聚合物共混原理，要选 用与PVC树脂溶解度参数相近的胶种或弹性体、如丁晴橡胶(粉状胶粉)、氯丁橡胶、聚氨酯 及ELVALOY即E-VA-CO(乙烯-醋酸乙烯-极性单体的三元共聚物)等，这些橡胶或弹言体被加入 PVC树脂中之后，不仅赋予密封条良好的弹性，还可起到PVC永久性增塑剂的作用，所以在成 本允许情况下，可考虑增加橡胶组成的含量。在橡胶增韧组分中还要加入防老剂等助剂，以 保证产品有足够的使用年限。

      3热稳定体系
      PVC树脂是热敏性树脂，其热稳定性很差，如将PVC树脂升至100℃时，即会产生分解，超过1 50℃时，分解更快，产生大量氯化氢气体。该树脂的分解温度低于其加工时的流动温度(170 ℃ 左右)这样是无法加工的。为此，需要在配方设计时考虑加入足够的、有效的热稳定剂。其 特点是均可吸收氯化氢，因而称其为氯化氢的接受体，通常用的有金属皂类和铅盐热稳定剂 。前 者如硬脂酸钙、硬脂酸铅等。后者如二盐基磷酸铅、三盐基硫酸铅等。因为各热稳定剂之间 有一定协同效应，所以应相互匹配使用，即可收到可靠的热稳定效果，又可尽量减少其用量 而降低成本。通常其总量约占PVC树脂的5％-7％。
      4增塑体系
      PVC树脂是一种极性很强的聚合物，其分子链之间作用力很大，不加增塑剂的PVC材料是缺乏 弹性和柔韧性的。在PVC树脂中加入适量的增塑剂可以削弱PVC大分子间的作用力，降低PVC 材料的玻璃化温度，使材料呈现较好的弹性。同时，由于加入增塑剂还可以降低其熔体粘度 ，从而可使加工性能得到改善。当然也可降低其塑化温度。
      生产密封条选用增塑剂应考虑的原则是：
      (1)注意选用能增加密封条耐久性的增塑剂，尽量少用或不用易迁移的增塑剂，如邻苯二甲 酸二丁酯(DBP)等。
      (2)注意避免或减少产品表面的污染性。
      (3)在选用的几种增塑剂之间就应有良好的协同效应。当确定增塑剂用量时，还应考虑填充 料的品种及其含量，因为它们对密封条的硬度、拉断伸长率、压缩永久变 形及脆性温度等技术指标都有直接影响，所以应综合权衡。
      用于密封条的常规增塑剂有邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、癸二酸二辛酯(DOS)等，后者适用高层 和寒带建筑密封条。
      5润滑体系
      就PVC树脂而言，所用的润滑剂和增塑剂可视为同一类物质，不同的是润滑剂的极性弱，碳 链 较长，因而其相容性比增塑剂明显降低，只有少量的润滑剂分子能像增塑剂那样插入PVC分 子链之间，在一定程度上削弱了分子链之间的引力，使各分子链在变形时容易滑动，这就是 PVC树脂中的内部润滑。
      当润滑剂附着在熔融树脂表面及成型设备表面而形成润滑剂分子层时，从而形成了润滑界面 ，结果降低了物料与加工设备之间的摩擦，这便是PVC加工过程中的外部润滑。
上述两种润滑类型很难严格区分，通常是以某一润滑为主，对另一类润滑也兼而有之。
选择密封条用润滑剂需要考虑的要点是：
      (1)因密封条是挤出成型，应侧重内部润滑，并要兼顾初期、中期及后期润滑性的均衡。
      (2)应防止密封条表面喷霜、颜色漂移等。
      (3)某些润滑剂对密封条表面光泽有一定影响，所以应选用多种润滑剂构成的润滑体系。
      适用的润滑剂有：石蜡、硬脂酸、金属皂类及脂肪酸酰胺等。
      6着色体系
      橡塑密封条所用原料在加工前需要拌入颜料，而有时颜料要用两种或多种配合，并加入适量 的颜料分散剂，所以在密封条生产配料时也必须考虑不可缺少的着色体系。
      着色体系在密封条中有以下作用：
      (1)提高密封条耐候性，尤其用碳黑生产黑色密封条会产生足够的耐候性。
      (2)使密封条便于识别、分类。
      (3)使密封条外表美观，与整体建筑协调。
      可用于密封条的颜色通常有：色素碳黑、钛白、钛黄、铁红、群青、钴绿等无毒安全颜料。 
      7填充体系
      在设计密封条生产配方时，加入填料可产生以下作用：
      (1)提高密封条尺寸稳定性、耐热性、耐候性并具有一定补强作用。
      (2)调节密封条材质的硬度、热失重、拉伸性〖HJ*4/9〗能等。
      (3)调节熔体流动性能及其挤出加工性能。
      (4)降低材料成本。
      当选用填充料的时应注意：
      (1)在PVC及橡胶材料中的分散性有时为提高填充的分散性及增加填料与树脂的键合作用，而 对填料进行活化处理。
      (2)增塑剂的耗用量。
      (3)对热和光的稳定性。
      (4)色调及光泽。
      (5)对加工性能的影响。
      可在橡塑密封条中加入的填料种类、规格繁多，如碳酸钙、碳黑、白碳黑、陶土、滑石粉、 高岭土等，均可考虑选用。
      三、橡塑密封条配方的优化设计
      当制订配方时，首先应分析国家标准GB12002-89对密封条材质的各项技术要求，确定主体材 料(聚合物)及辅助材料(和类助剂及填充料)的种类，然后确定配方中的常量因子和变量因子 。通常把PVC树脂定为100(重量份数，常量)随之其热稳定体系、润滑体系以及着色体也可相 应确定(常量)其余橡胶增韧体系、增塑体系、填充体系对密封条材质性能都有较敏感的影响 ，所以把它们都认为变量因子。
      较为方便的是采用正交设计的优化方法，分别排列出各变量因子对密封条各技术指标影响的 敏感顺序。在进行优化筛选时，需要注意各原料间的协同效应和对抗效应，所以进行正交设 计过程中要考虑变量因子的交互作用。
      除对上述变量因子的优化筛选外，当然也要把各种原料的价格考虑在内，以便使优化后所得 的配方既达到技术要求又做到成本较低。
      四、生产工艺流程的确定
      对于橡塑密封条通常可按以下工艺流程进行加工：

图1  彩门窗与塑钢门窗密封条的生产工艺流程


      五、品质保证体系
      对彩板门窗与塑钢门窗密封的使用寿命要求达到15年以上。其保证措施，一是配方的合理设 计；二是生产全过程中的品质保证体系。我们总结了多年的生产经验，针对生产全过程中的 各个环节建立了相应的品质保证制度从而形成了较完善的品质保证体系。详见图2所示。
      生产过程：

图2  彩板门窗与塑钢门窗密封条品质保证体系

      注：图2中序号表示品质保证体系。①入厂原料均应经过检验，合格后方准入库 。如更换原料厂家或对原料质量有怀疑时，须首先取小样在实验室分析，同时在生产车间 试生产一个批 次待检测通过后方可批量入厂。
      ②生产车间从原料库领料之前，首先对所领用的原料进行目测，如有怀疑，可申请质量检员 检测，如检测不合格，不领料，不生产。
      ③配料前应校对计量称、清理计量容器，以确保计量准确。
      ④高速搅拌后的PVC系统应是分散均匀的粉状混合物料，目测其分散均匀性。
      ⑤经挤出造粒后的粒料可对其抽检。测试硬度、拉伸性能等主要指标。
      ⑥挤出成型后主要是用卡尺检测尺寸公差，及目测表面光泽并通过体验手感以评价产品质量 。
      ⑦产品入库前成品管理人员抽检成品的主要指标，如硬度等。
⑧产品出厂前，如有必要，进行抽检。




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