铝合金门窗空腔灌注发泡胶（高性能门窗用聚氨酯组角胶应用性能研究）

铝合金门窗空腔灌注发泡胶（高性能门窗用聚氨酯组角胶应用性能研究）015）粘接强度高，可以显著提升门窗角部位置的强度，从而提高门窗的整体强度，进一步有利于提高门窗的抗风压性能。2）耐老化性好，可耐-40 ℃~80 ℃的温度变化；3）无溶剂，符合环保要求；4）初始强度高，有利于提高生产效率；

近年来，随着建筑及门窗行业的快速发展，国家政策导向以及人们对生活品质的追求，极大地推动了国内高端节能门窗及系统化门窗的普及。高性能门窗的各个组件对于整个门窗系统的性能都不可或缺。其中，角部是门窗节能最为薄弱的环节。目前，高性能门窗普遍为角码连接型门窗。组角胶是一种以聚氨酯（PU）为主要成分、专为角码连接型门窗设计，将角码与型材腔壁进行填充粘接，起结构加强作用的密封胶产品，对于门窗结构强度、使用年限、密封性等方面都具有重要促进作用。因此，高性能门窗用聚氨酯组角胶的应用性能研究具有重要意义。

目前，聚氨酯组角胶主要分为单组分和双组分聚氨酯组角胶。单组分聚氨酯组角胶使用简单、灵活，然而其固化过程为湿气固化，对水分要求高，高性能门窗系统优异的水密性和气密性往往导致单组分组角胶的固化时间大大延长。与单组分聚氨酯组角胶相比，双组分聚氨酯组角胶具有固化过程不依赖湿气、固化速度快、固化后强度高的优点。因而，近年来双组分聚氨酯组角胶的应用越来越广泛。在此，主要对双组分聚氨酯组角胶的应用性能进行了研究。

组角胶的性能要求

1）韧性好，良好的韧性可以使型材与型材之间形成弹性连接，从而减弱各种力的传导，起到避震、缓冲的作用；

2）耐老化性好，可耐-40 ℃~80 ℃的温度变化；

3）无溶剂，符合环保要求；

4）初始强度高，有利于提高生产效率；

5）粘接强度高，可以显著提升门窗角部位置的强度，从而提高门窗的整体强度，进一步有利于提高门窗的抗风压性能。

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双组分聚氨酯组角胶固化情况研究

将双组分聚氨酯组角胶施胶于密封塑料管中，研究无湿气条件下的固化情况。结果表明，在隔绝湿气条件下，1 h后双组分组角胶即可实现内外整体固化，摁压后不粘手；2 h后摁压无明显下沉；4 h后整体固化良好，可从PP管中取出。

图1 密闭条件下双组分聚氨酯组角胶的固化情况

不同固化时间对应的双组分聚氨酯组角胶的强度如图2所示，固化6 h后，其剪切强度即＞3 MPa；固化24 h后，其剪切强度达到8.15 MPa；固化7 d后，其剪切强度＞9 MPa。24 h强度达到7 d强度的89%。

图2 双组分聚氨酯组角胶强度-固化时间曲线

此外，由于门窗、角码尺寸加工越来越精密，角码与门窗间的缝隙越来越小，因此打胶厚度相对变小。通过研究胶厚度对剪切模块粘接强度的影响可以发现，随着胶层厚度的增加，模块剪切强度迅速降低，当胶层厚度＞2 mm后，模块剪切强度＜4 MPa。因此，实际应用中建议提高角码加工精度，降低角码与腔体间厚度，从而提高角码与腔体粘接强度，提高门窗整体的粘接强度。

图3 胶层厚度与粘接强度关系曲线

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施胶比例对粘接强度的影响

双组分聚氨酯组角胶A、B组分混合比例的波动往往会对最终聚氨酯胶的性能产生影响，以下研究了3个体积比条件下双组分聚氨酯组角胶的粘接强度。当A组分体积比过量10%时，强度下降18.4%，为7.47 MPa；当B组分体积比过量10%时，强度降低5.7%，为8.64 MPa。实际应用中，选择推力作用于双管的胶枪可以提高双组分聚氨酯组角胶施胶后的性能。

表1 混合体积比对双组分组角胶粘接强度的影响

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实际门窗角部拉力值测定

为了准确分析双组分聚氨酯组角胶施胶后组角位置的粘接强度，我们进一步研究了实际门窗角部位置使用双组分聚氨酯组角胶后的粘接强度。结果表明，使用双组分聚氨酯组角胶后门窗角部位置破坏形式表现为角码断裂。即通过使用双组分聚氨酯组角胶，角部位置的粘接强度大于角码本身强度。

图4 使用双组分聚氨酯组角胶后门窗角部位置拉断情况图

使用双组分聚氨酯组角胶后门窗角部位置的最大拉力值为11 200 N左右，使用双组分聚氨酯组角胶具有优异的结构加强作用。

图5 使用双组分组角胶后角部位置强度拉力图

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聚氨酯组角胶的选用

首先是假冒组角胶的问题。JC/T 2560—2020《建筑门窗用组角结构密封胶》标准中明确规定，组角胶以聚氨酯为主要成分，然而有些门窗厂商错误地将硅酮胶、环氧胶等当作门窗专用组角胶在使用。硅酮胶固化后硬度很低，弹性太大，固化时胶体不膨胀，不能使角码与型腔紧密粘接成一体；而环氧胶固化后无弹性，易酥化和破碎，无法适应窗体的微震，耐候性差，长期使用会产生开裂、掉渣现象。

其次是门窗生产厂没有建立完全统一的标准化生产工艺。目前，应用组角胶组装门窗的生产工艺主要有两种，即开放性注胶工艺和整体注胶工艺。1）开放性注胶工艺：直接将组角胶贴近型材空腔内部表面，挤出组角胶，插入角码，连接两段型材，上组角机组角固定即可，该工艺要求足够的施工时间，以防还未组装完毕组角胶已固化，不能有效的发挥作用；2）整体注胶工艺：直接插入角码连接两段型材，上组角机组角固定并预制开孔，向预制孔内注胶，直至卡位点有胶溢出即可，该工艺为目前大力推广的标准化生产工艺，要求组角胶在密闭环境下能够快速固化。整体注胶工艺一般采用双组分聚氨酯组角胶，而开放式注胶工艺一般采用单组分聚氨酯组角胶。然而，部分门窗厂商存在组角胶与施工工艺不匹配的情况，从而影响了组角胶性能的体现。

开放式注胶工艺存在的主要问题是组角胶浪费较大，在安装角码的过程中角码将大部分组角胶推到腔体内部，导致组角胶利用率降低；另一个问题就是高性能门窗整体加工精度提高，水分难以进入门窗铝型材腔体内部，从而导致单组分组角胶固化速度慢、强度上升慢，部分客户甚至存在打胶后一个月胶还没完全固化的情况。相对而言，双组分组角胶的整体注胶工艺优势明显，仅施工性能上多了一道开孔步骤，导致打胶效率降低。

单、双组分聚氨酯组角胶应用性能对比如表2所示，可以看出单组分组角胶具有打胶方便的优点，但是固化过程对环境中湿度依赖大，固化相对慢、最终强度较低，另外组角胶浪费较大，实际门窗组角胶总费用与双组分组角胶相当；双组分组角胶A、B组分直接反应固化、强度高、使用过程中胶是利用率高。综合而言，双组分组角胶优势明显，随着建筑门窗节能要求的提高，双组分组角胶的市场将进快速发展。

表2 单、双组分聚氨酯组角胶应用对比

综合而言，双组分组角胶优势明显，双组分聚氨酯组角胶的使用可以显著改善门窗角部位置的粘接强度、密封性能，提高门窗整体防水性、气密性，从而进一步降低建筑能耗，促进建筑行业碳达峰、碳中和。

本文来源于《中国建筑防水》杂志社