硅橡胶在建筑门窗密封条中的应用和发展
[来源:中国门窗＆配套材料网]
摘要：介绍了硅橡胶的发展在建筑密封胶条中的应用，就硅橡胶在密封中的优越性能及在绿色环保和其他材料的对比作了研究述评。
关键词：硅橡胶、密封条、进展、环保。
硅橡胶近年来作为一种新型橡胶材料在众多领域表现出了无以伦比的优越性能，如：建筑、汽车、航空航天、医疗卫生等领域的应用，在中国出口美国的橡胶制品中，也是迄今唯一通过美国FDA认证的橡胶制品，在崇尚绿色环保的21世纪，开发和研究硅橡胶在建筑门窗中的应用,非常适应都市人绿色环保的要求。
一、硅橡胶的发展及性能
随着普通橡胶塑料及相关配和剂被怀疑或已证实对人体致癌研究的进展，人们对硅橡胶研究及开发的热情空前高涨。
硅橡胶是指主键以Si-O单元为主，以有机基因为侧基的一类线形聚合物，是分子链兼具无机和有机性质高分子弹性材料。硅橡胶分子结构式为：
R R′
E — Si — O — E — SiO — O n
R R′′
其中R、R′均为有机基因，而尤以甲基乙烯基硅橡胶应用最广。
1940年，G．Rochow发明了用硅和氯甲烷直接合成甲基氯硅烷的方法，开始了实验室向工业化生产的转化。1944年最早由美国General Eleatric公司合成制 二甲基硅烷，同时美国Dow Corning 公司研究橡胶的合成技术，并于1945年以商品硅橡胶SR-73和SR-74问世，但产品质量极差，至1948年厂E.Nyde等人得到高质量的合物将其取代，由气相法白炭黑作为补强体系，有机过氧化物硅硫化催化，从而使硅橡胶的广泛应用成为可能。
1948年甲基乙烷基硅橡胶研制成功。1951年又开发成功苯基硅橡胶，该橡胶能在-100℃使用，随之又研究开发出室温硫化硅橡胶，从而使硅橡胶在技术上趋于完善。随后又开发出聚炭硼烷硅氧烷橡胶，可在400℃下长期使用。我国在60年代初期开始研究硅橡胶，并先后投入生产，目前全国拥有自主知识产权的企业近20家，生产能力达到5万t/a，并以30%的速度递增，应用领域进一步拓宽。
二、硅橡胶性能在建筑门窗密封胶条的应用
合和兴建筑实业公司工程技术人员于80年代开始进行硅橡胶在建筑密封条中的研究，经过原料开发，性能研究，设备开发，使硅橡胶成本下降，性能得到保持，从而使硅橡胶密封条在建筑门窗中的大量使用成为可能。
2．1优异的耐寒性及耐热性在密封条中的应用：硅橡胶可在-70℃~ +250℃的环境中长期使用，硅橡胶良好的高低温性能在纬度范围较大的中国地区尤为主要，在中国南方夏季向阳的门窗及墙面上，温度在70℃是正常的，而在冬季的漠河地区气候在-40℃也不足为奇。巨大的温差使PVC、热塑性强性体（santoprene）、三元乙丙橡胶的使用受到严重制约，一般的塑料及橡胶或弹性体在-20℃时已脆化，即使在0℃的北方地区，冬季也无法施工。而硅橡胶在-50℃ ~ 200℃时，物性根本没有大的变化。
2．2优异的气候老化性在密封条中的应用：硅橡胶的天然老化性及耐臭氧老化性优于已知其他橡胶及弹性体。硅橡胶并具有机及无机的高分子材料性能，因其表面能低，与有机物不粘附，在日晒雨淋、水和臭氧的作用下，置室外经30年老化，性能也无明显下降，这于门窗的使用寿命同步，其他材料（EPDM除外）是无法实现的。同时硅橡胶有憎水、密封、持久等性能。
2．3良好的压缩变形性质在静密封及动密封中的应用：（高温硅橡胶在150℃×70h压、变仅为10%），建筑门窗需承受来自外界及自身的力学变化，如：热胀冷缩，瞬时荷载，风荷载、地震效应，长久荷载：自重、温差形变，雪荷载等。
硅橡胶优异的弹性，良好的压缩变形，其他橡胶及塑料无法比拟，硅橡胶在邵氏30A-85A之间任意调整，使其达到最佳密封性能。
2．4良好的生理惰性、无毒无味性能在环保方面的开发尤为主要：1954年硅橡胶在与人体实验中证实：“无毒、无味、与人体组织及血液不粘连，生物适应性好，对外界极为敏感的热血动物组织与硅橡胶制品接触时，其细胞组织未发现异常。”该结果的公布，也显示了在环保及食品与医疗界中作为弹性体材料，只有硅橡胶最安全。美国FDA认证中，至今为止作为新型环保材料中没有一种比硅橡胶更对人体无害，在建筑中突出其优异环保性能，无疑是具有特殊意义的。
2．5综合物性的开发及应用：良好的撕裂拉伸及低变形，高定伸耐屈挠，得到良好的开发及利用，使硅橡胶的性能得到充分发挥。硅橡胶优异的热稳定性及透明性，又使硅橡胶可以与任何流行色彩进行调配，构成艺术建筑的完美，符合现代都市人时尚的追求。
2．6最新研究及发现对硅橡胶密封条赋予了新的环保意识：新型的苯基硅橡胶具优异的耐辐射性，耐燃烧性，使硅橡胶在密封使用中更安全。
最新研究表明：硅橡胶的氧透过率是天然胶的25倍，是IIR的428.6倍，这种性能可使居室保持新鲜的空气，最适合人的生活。
而据美国最新报道：硅橡胶对二氧化硫等有害气体的渗透率比其他硅橡胶更低，对于有大气污染的地区来说，这种发现具极其宝贵的。
三、建筑密封条中硅橡胶的开发及利用
3．1根据GB12002-89中对建筑塑料门窗密封条作了如下物理性能的要求：
类别 指标 |
单位 |
安装玻璃用密封条 |
框扇间用密封条 |
试验 |
||||
GLI |
GLII |
WeI |
WeII |
|||||
项目 |
||||||||
硬 度 |
23℃ |
度 |
65±5 |
65±5 |
65±5 |
65±5 |
5.4.3 |
|
0℃ < |
度 |
85 |
75 |
85 |
75 |
5.4.4 |
||
100%定伸强度 ≥ |
MPa |
3.0 |
2.0 |
3.0 |
2.0 |
5．4．5 |
||
拉伸断裂强度 ≥ |
MPa |
7.5 |
10.0 |
7.5 |
10.0 |
|||
拉伸断裂伸长率 |
% |
300 |
300 |
300 |
300 |
|||
热空气老化能100℃ X 72h |
拉伸强度保留率 ≥ |
% |
85 |
85 |
85 |
85 |
5．4．6 |
|
伸长率保留率 ≥ |
% |
70 |
70 |
70 |
70 |
|||
加热失重 ≤ |
% |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
|||
热收缩率70℃ X 24h ≤ |
% |
2.0 |
2.0 |
2.0 |
2.0 |
5．3 |
||
压缩永久变形（压缩率30%） < |
% |
75 |
75 |
75 |
75 |
5．4．7 |
||
脆性温度 不高于 |
℃ |
-30 |
-40 |
-30 |
-40 |
5．4．6 |
||
耐臭氧性（50pphm,伸长20%） |
|
不出现龟裂 |
5．4． |
|||||
注：有要求时密封条按GB7107进行气密性试验，按GB7108进行水密性试验，并记录于报告中。
由上表可知，硅橡胶除拉伸强度外，其他性能无以伦比。但根据≥7.5MPA的物性，使硅橡胶的成本居高不下，建设部也根据行业实际情况于2003年8月起，重新修定GB12002-89标准，这将使作为高档材料的硅橡胶更加大众化，进入普通消费大众的家中。作为国内最早在建筑中开发和利用硅橡胶的合和兴公司，在2003年中取得较大突破，在保持物性的基础上，加大开发硅橡胶配合，生产成本大幅下降，使硅橡胶的大众化利用成为了可能。
3．2与建筑门窗同寿命的开发：国家建设部在建筑门窗密封条与门窗是否同寿命的问题上展开讨论：合和兴工程技术人员在经过与其他行业的辨论后认为：既然门窗使用期定为50年，在门窗使用中没有可能中途拆换密封条，坚持密封条与门窗同寿命的观点，受到了同行的赞许，这使中国的密封条质量大胆迈出了一步，也为密封条质次价低的恶性竞争中带来了光明。
3．3生产设备的开发：为适应硅橡胶的工艺特点，合和工程技术人员经过研究采用冷出料，高温快速定形，中温二次硫化，使产品尺寸稳定，色泽艳丽，手感润滑，使硅橡胶从纯粹的建筑物变成了艺术品，赋予了建筑艺术不灭的灵魂。
四．结论：
综上所述，从硅橡胶制品使用上，其产量、品种、数量、用量均在逐年增加，用途也在不断扩大。今后，随着橡胶加工技术及建筑水平的提高，海外在建筑中对硅橡胶的应用。开发质优价低，使用方便，绿色环保的新型硅橡胶密封条将有着深远的意义。相信作为硅胶密封条大量应用，满足人们在新世纪新观念的需求。
