Ustanowienie przez CEN nowych norm europejskich dotyczących uszczelek do okien i drzwi (EN 12365-1/4:2003) wprowadziło duże zamieszanie w interpretacji wymagań i stosowanych kryteriów oceny. Wymagania i nowa klasyfikacja dotycząca uszczelek budowlanych są poważnie zawężone w stosunku do powszechnie stosowanych dotąd norm ISO. Niniejszy artykuł rozpoczyna cykl poświecony uszczelkom budowlanym. Przedstawione zostaną problemy wynikające z dotychczasowych doświadczeń zastosowania różnych materiałów i ich właściwości, typów konstrukcyjnych uszczelek i ich zastosowań w powiązaniu z nowymi wymaganiami wynikającymi z wdrażania nowych norm europejskich.

Wprowadzenie
Aktualnie przygotowywane są do wdrożenia, krajowe projekty pakietu czterech norm europejskich dotyczących uszczelek i taśm uszczelniających do drzwi, okien, żaluzji i ścian osłonowych. Powyższy pakiet został już wdrożony do Polskich Norm w 2004 r. jako normy uznaniowe w języku oryginału.

Są to:
. PN-EN 12365-1:2004 (U) Okucia budowlane. Uszczelki i taśmy uszczelniające do drzwi, okien, żaluzji i ścian osłonowych. Część 1: Wymagania eksploatacyjne i klasyfikacja.
. PN-EN 12365-2:2004 (U) Część 2: Metoda badania liniowej siły ściskającej,
. PN-EN 12365-3:2004 (U) Część 3: Metoda badania powrotu poodkształceniowego,
. PN-EN 12365-4:2004 (U) Część 4: Metoda badania powrotu poodkształceniowego po przyspieszonym starzeniu.

Na uwagę zasługuje sam tytuł norm europejskich, w którym uszczelki budowlane zaliczone zostały do okuć budowlanych. Mimo to dalej pełnią funkcję uszczelnień oraz podkładek tłumiących drgania.

Wstępna analiza powyższych norm europejskich wskazuje, że nowych elementów jest więcej. Cały pakiet opiera się na przedstawieniu nowej klasyfikacji oraz zakresów wymagań eksploatacyjnych. Dla różnych zastosowań uszczelek podstawą badań i klasyfikacji są załączone w pakiecie trzy metody badawcze przedstawione w częściach 2-4. Uzupełnieniem metod badawczych jest wyszczególnienie sześciu klas dotyczących zakresów temperatur pracy uszczelek w celu określenia poziomu wymagań eksploatacyjnych.

 

Zakres temperatury pracy - wg przedstawionej w normie definicji - stanowią temperatury, w zakresie których możliwa jest prawidłowa eksploatacja uszczelki lub taśmy uszczelniającej.

W EN 12365-1 wyznaczono 6 klas dla różnych zakresów temperatur eksploatacji uszczelek:
. klasa 1: 0°C do +45°C;
. klasa 2: -10°C do +55°C;
. klasa 3: -20°C do +85°C;
. klasa 4: -25°C do +100°C;
. klasa 5: -40°C do +70°C;
. klasa 6: 0°C do +200°C.

Jest to nowe spojrzenie na zakres wymagań, jakie dotychczas stawiano uszczelkom budowlanym. Również nowością jest zapis dotyczący możliwości zastosowań różnych materiałów do produkcji uszczelek. W zakresie stosowania tych materiałów norma europejska nie wnosi żadnych ograniczeń. Z takiego założenia wynika wniosek, że klasyfikacja materiałów zastosowanych w produkcji uszczelek będzie wynikała jedynie ze spełnienia określonego zakresu temperatury pracy uszczelek.

Dotychczasowe wymagania dla materiałów do produkcji uszczelek budowlanych
Uszczelki zastosowane w stolarce otworowej mają zasadniczy wpływ na jej właściwą eksploatację przez zapewnienie wymagań podstawowych, wynikających z dyrektywy budowlanej, szczególnie w zakresie:
. oszczędności energii i odpowiedniej izolacyjności cieplnej przegród,
. ochrony przed hałasem i drganiami,
. odpowiednich warunków higienicznych i zdrowotnych.

Spełnienie tych wymagań oznacza dobór właściwych materiałów do produkcji uszczelek, zapewniających nie tylko pożądaną elastyczność, ale również odporność na zmienne warunki atmosferyczne, długotrwałe obciążenia oraz starzenie klimatyczne.

Wykonanie uszczelek opiera się na wykorzystaniu różnych materiałów wielkocząsteczkowych, przede wszystkim z gumy lub tworzyw termoplastycznych. 

 

Uszczelki gumowe
Guma stanowi tradycyjny już materiał uszczelniający, otrzymywany przez wulkanizację różnych rodzajów kauczuku małymi ilościami substancji wulkanizujących (siarka, nadtlenki) lub pod działaniem promieniowania o dużej energii.
Podwyższone wymagania trwałościowe mogą spełnić tylko wyroby gumowe pełne, o dobrym poziomie jakościowym, wolne od wyraźnych wad powierzchniowych: porowatości i nieregularności wymiarowych.

Uszczelki produkowane są najczęściej w kolorze czarnym, z uwagi na bardzo korzystny wpływ sadzy - napełniacza aktywnego – na parametry wytrzymałościowe. W przypadku innych kolorów należy przewidywać obniżenie właściwości wytrzymałościowych. Aktualnie wysokoaktywne krzemionki zastosowane jako napełniacze w wyrobach kolorowych są prawie porównywalne z aktywnymi sadzami, pod względem oddziaływania na twardość i wytrzymałość na rozciąganie wulkanizatu.

Jednak wysokoaktywne i półaktywne napełniacze mieszanek gumowych osłabiają bardziej niż sadza zdolność powrotu poodkształceniowego (powrót elastyczny), przy porównywalnych właściwościach wytrzymałościowych. Nieaktywne napełniacze jak baryt i kreda, nadają mieszankom gumowym dobrą zdolność powrotu elastycznego, za to obniżają wytrzymałość. Dodatek kredy w wytwarzaniu mieszanek gumowych może być regulatorem twardości, a przede wszystkim jego rola sprowadza się do obniżenia kosztów produkcji.

O jakości materiału do produkcji uszczelek decyduje wybór odpowiedniego rodzaju kauczuku lub ich mieszanin. Coraz mniejszą rolę spełniają typowe mieszanki gumowe, oparte na tradycyjnych układach wulkanizujących kauczuki. W przypadku produkcji uszczelek w postaci profili ciągłych (taśm) opieramy się głównie na typach kauczuków syntetycznych: nitrylowych, akrylowych, chloroprenowych (neoprenowych), silikonowych a przede wszystkim na grupie kauczuków etylenowo-propylenowych. Aktualnie cała produkcja uszczelek gumowych (wulkanizowanych) opiera się na bazie terpolimerów EPDM (etylenowo-propylenowodienowy elastomer).



Uszczelki z gumy EPDM
Kauczuk EPDM stanowi więc terpolimer składający się z mieszaniny monomerów etylenowo-propylenowych wzbogaconych o monomer dienowy oznaczony symbolem D. Zawartość składnika dienowego (zawierającego wiązania podwójne) w terpolimerze wynosi 2,5÷4%. Składnik dienowy kauczuku EPDM powoduje jego zdolność do sieciowania i umożliwia wulkanizację siarką i nadtlenkami.

Te dwa czynniki sieciujące wywierają znaczny wpływ na właściwości wulkanizatu oraz na metody jego przetwórstwa. Ponieważ cena kauczuku EPDM rośnie w miarę rosnącej zawartości wiązań podwójnych, z ekonomicznego punktu widzenia lepiej jest przy wyborze sieciowania nadtlenkowego w obecności siarki, stosować typy EPDM o małej zawartości wiązań podwójnych.

Zaletą sieciowania nadtlenkowego jest możliwość skrajnie szybkiej wulkanizacji (sieciowania) podczas wytłaczania profili uszczelek w wytłaczarce. Jednocześnie wyższy stopień sieciowania w mieszance na bazie EPDM powoduje wyższą stabilność cieplną otrzymanych wulkanizatów oraz wyższą odporność przy ściskaniu.

Ta ostatnia właściwość jest szczególnie cenna. Parametr ten stanowi jeden z ważniejszych wskaźników, charakteryzujących przydatność w eksploatacji wielu uszczelnień. Im wyższa jest odporność przy ściskaniu, tym większą otrzymujemy zdolność powrotu poodkształceniowego materiału do kształtu pierwotnego.

Główne zalety uszczelek z EPDM to duża odporność ozonowa i atmosferyczna. Z tych powodów uszczelki z gumy EPDM są szeroko wykorzystywane w przemyśle motoryzacyjnym oraz w budownictwie. Jednak z uwagi na dużą sztywność uszczelki z gumy pełnej wykorzystywane są przede wszystkim do uszczelnień okien i drzwi metalowych (stalowych i aluminiowych) oraz jako uszczelki konstrukcyjne przy szkleniu oraz w ścianach osłonowych.

 



Uszczelki silikonowe
Obecnie trudno sobie wyobrazić proces szklenia i uszczelniania okien bez zastosowania kauczuków silikonowych, z uwagi na ich doskonałą przyczepność do szkła i innych materiałów. Najczęściej wykorzystywane są kauczuki jednoskładnikowe, sieciujące się bez ogrzewania pod wpływem wilgoci z powietrza. Używane są zamiast kitu do uszczelnienia z zewnątrz i wewnątrz styku między szybą a ramiakiem, w szybach zespolonych jako podwójne uszczelnienie na styku okapnika z listwą okapnikową oraz w budowie szklarni i fasad.

Podstawową zaletą kauczuków silikonowych jest odporność na wysoką i niską temperaturę (wieloletnia gwarancja na stosowanie w temperaturach -40÷100°C, krótkookresowa do temp. 200°C). Zaletą jest również odporność na starzenie się pod wpływem tlenu, ozonu i światła UV oraz silna adhezja do szkła i elementów metalowych. Poza tym uszczelki silikonowe wykorzystuje się do uszczelniania istniejącej i uszkodzonej stolarki okiennej o uniwersalnym kształcie rurki o różnych przekrojach.

Tego rodzaju uszczelki renowacyjne doskonale wypełniają zmienne luzy na obwodzie starych okien drewnianych. Decydując się na zastosowanie uszczelek z gumy silikonowej musimy pamiętać o stosunkowo słabej ich wytrzymałości mechanicznej i odporności na ścieranie a także małej odporności na działanie pary wodnej, olejów technicznych i wysokiej cenie (dwukrotnie wyższej od uszczelek z gumy chloroprenowej i EPDM).

Mała wytrzymałość na rozciąganie rekompensowana jest dobrą elastycznością (wydłużenie względne przy zerwaniu 150÷300%) i zachowaniu tego poziomu w bardzo szerokim zakresie temperatur. Należy jednak zaznaczyć, że właściwości mechaniczne gum otrzymanych przez sieciowanie na gorąco są znaczne wyższe niż sieciowanych na zimno.



Uszczelki z termoplastycznych tworzyw sztucznych

Uszczelki na bazie PVC
Do klasycznych uszczelek z termoplastycznych tworzyw sztucznych zaliczyć można uszczelki wykonane z plastyfikowanego polichlorku winylu. Aktualne wymagania dla uszczelek budowlanych spełniają jedynie dobre receptury modyfikowanego polichlorku winylu z mieszaninami kauczuków nitrylowych (PVC/NBR) jako środków plastyfikujących.

Termoplastyczne uszczelki wykonane na bazie plastyfikowanego polichlorku winylu są w stosunku do uszczelnień gumowych łatwiejsze w produkcji i tańsze.

Jednak takie wady jak mała odporność termiczna, sprężystość i zdolność utrzymania pierwotnego kształtu oraz duży skurcz termiczny powodują, że zastosowania uszczelek na bazie polichlorku winylu są mocno ograniczone. Najczęściej wykorzystywane są do produkcji uszczelek drzwiowych, bramowych, a także uszczelek przyszybowych w oknach.

Termoplastyczne kauczuki
Wymagania ochrony środowiska, poparte znikomym odzyskiem wulkanizowanych kauczuków sprzyjały zaistnieniu nowej generacji materiałów uszczelniających – termoplastycznych kauczuków. Materiały te oznaczane są symbolem TPE (termoplastyczne elastomery). Zbudowane są z polimerów lub mieszaniny polimerów, mających w temperaturze użytkowania właściwości podobne do właściwości gumy, które zanikają w temperaturze przerobu, dzięki czemu możliwe jest dalsze przetwórstwo, natomiast pojawiają się wówczas, gdy materiał powraca do temperatury, w której jest użytkowany.

Termoplastyczne kauczuki swój rozwój zawdzięczają unikalnemu sprzężeniu właściwości wulkanizowanych elastomerów z termoplastami. Podstawowe zalety nowej technologii to przetwórstwo charakterystyczne dla termoplastów, tzn. brak konieczności końcowej wulkanizacji i możliwość ponownego przetwarzania powstających odpadów.

Najlepiej poznane i szeroko wykorzystywane w produkcji uszczelek są termoplastyczne kauczuki na bazie styrenu TPE S. Bazą są najtańsze kopolimery SBS oraz bardzo elastyczne termoplastyczne kauczuki SEBS (styren-etylen-butadienstyren).

Również szeroko wykorzystywane są termoplastyczne elastomery TPE O stanowiące mieszanki tworzyw termoplastycznych takich jak polipropylen i kauczuk etylenowo-polipropylenowy.

Oprócz otrzymywania termoplastycznych kauczuków TPE, aktualnie rozwija się dziedzina otrzymywania mieszanin polimerów i stopów sieciowanych w warunkach dynamicznych. Materiały w ten sposób otrzymywane oznaczane są symbolem TPE V (termoplastyczne wulkanizaty).

Najbardziej znane produkty to mieszaniny polipropylenu z usieciowanym kauczukiem EPDM (PP/EPDM).
W ten sposób otrzymane termoplastyczne kauczuki charakteryzują się bardzo dobrą odpornością na czynniki atmosferyczne, stabilnością termiczną w połączeniu z odpornością na odkształcenia trwałe pod wpływem sił ściskających.

Bardzo dobre właściwości uszczelniające nowych materiałów nie pozbawione są pewnych wad. Przede wszystkim charakteryzują się mniejszą wytrzymałością w stosunku do wymagań zapisanych dla gum wulkanizowanych. Jednak parametr wytrzymałości na rozerwanie nie jest istotny w ocenie jakości produkowanych uszczelek do stolarki budowlanej i pominięty został w normach
europejskich.



Uszczelki porowate
Bardzo ważną grupę uszczelek budowlanych stanowią miękkie uszczelki otrzymane z porowatego EPDM. Ten typ uszczelek ma szczególne znaczenie przy renowacji i uszczelnianiu starego typu stolarki drewnianej, w tradycyjnych oknach bezuszczelkowych.

Powstające z biegiem lat użytkowania okien luzy, mogą być usunięte przez dobranie uszczelki o odpowiedniej grubości. Do uszczelnienia starych okien aktualnie proponuje się uszczelki z materiałów porowatych z warstwą samoprzylepną. Uszczelki te często posiadają dodatkowe zbrojenie taśmy klejącej włóknem szklanym lub siatką poliestrową, która ułatwia równomierne nałożenie warstwy kleju oraz zapobiega nadmiernemu naciąganiu uszczelki podczas montażu.

Uszczelki samoprzylepne z gumy porowatej EPDM są przeznaczone do stosowania przez indywidualnych użytkowników. Zaletą uszczelek z gumy porowatej EPDM jak i innych porowatych uszczelek otrzymanych z termoplastycznych kauczuków jest uzyskanie litego naskórka oraz komórek zamkniętych podczas prowadzania procesu spieniania bezpośrednio w wytłaczarce. Uzyskanie tych efektów technologicznych sprawia, że oprócz dobrych ogólnych właściwości, miękkości i sprężystości uszczelki porowate charakteryzują się bardzo małą nasiąkliwością wilgoci.

Próby zastosowania innych materiałów uszczelkowych z termoplastycznych tworzyw sztucznych nie dają zbyt pozytywnych wyników, ponieważ ich twardość w skali Shore´a jest zbyt duża, a materiały bardziej miękkie, jak polietylen lub poliuretan, posiadają mniejszą trwałość i odporność na czynniki atmosferyczne. Porowate uszczelki z polietylenu i poliuretanu stosowane są jedynie do uszczelnień renowacyjnych i technicznych.

Spieniając poliuretan uzyskujemy w przeważającej części (około 90%) strukturę otwartą, a więc bardziej miękką i mniej wytrzymałą. Szczelność tworzyw spienionych o porach otwartych jest funkcją stopnia ich sprasowania. Wadą tego typu taśm uszczelniających jest możliwość chłonięcia wilgoci i utrzymywania się jej przez dłuższy czas w wypadku niedostatecznego ich dociśnięcia. Materiały otrzymane z porowatego tworzywa sztucznego mają mniejsze zastosowanie z uwagi na produkcję prostych profili w postaci taśm i opasek.

Rys. 1. Powiązanie klasyfikacji z zakresami temperatury pracy uszczelek

Ocena materiałów uszczelkowych
W ostatnich latach ocena materiałów uszczelkowych różniła się w zależności od właściwości surowców podstawowych. Uszczelki gumowe oceniane były zgodnie z warunkami technicznymi normy ISO 3934:1978 lub szeroko rozpowszechnionej normy DIN 7863:1983, która stanowiła połączenie dwóch norm międzynarodowych ISO (ISO 3934:1978 oraz ISO 5892:1981).

Powyższa norma prezentowała wymagania dla pełnego zakresu twardości gumowych uszczelek budowlanych. Podstawą oceny termoplastycznych materiałów uszczelkowych była norma brytyjska BS 7412:1991 oraz dokument RAL-GZ 716/1:1997, scalający w jednym systemie wymagania dla uszczelek gumowych i termoplastycznych. Dokonując przeglądu norm dla wymagań eksploatacyjnych uszczelek, trzeba wspomnieć o wydanych i bardzo dobrze opracowanych normach europejskich w zakresie uszczelnień z elastomerów do złączy rurociągów i rur (PN-EN 681-1/4:2002).

Jest to pakiet zharmonizowanych z dyrektywą budowlaną czterech norm dotyczących wymagań materiałowych uszczelek do złączy wodociągowych i odwadniających, takich jak: guma (PN-EN 681-1:2002), elastomery termoplastyczne (PN EN 681-2:2002), guma komórkowa (PN EN 681-3:2002), uszczelnienia poliuretanowe (PN-EN 681-4:2002). Powyższy pakiet norm jest ściśle powiązany z dotychczas stosowanymi metodami badań zgodnymi z normami ISO.

W tym samym roku, ukazało się drugie wydanie normy międzynarodowej ISO 3934:2002 (Guma, wulkanizowana i termoplastyczna – Formowane uszczelki dla budownictwa – Klasyfikacja, specyfikacja i metody badań), w którym również wydzielono wymagania dla gumy wulkanizowanej, termoplastycznych kauczuków i gum porowatych. Wymagania te dotyczą właściwości wytrzymałościowych oraz odkształcenia trwałego przy ściskaniu, w powiązaniu z różnymi zakresami temperatur pracy uszczelek.

Nowy pakiet norm europejskich (EN 12365-1/4:2003) na uszczelki budowlane nie jest spójny w zakresie klasyfikacji oraz zakresów temperatury pracy uszczelek z wcześniej wydaną normą międzynarodową ISO 3934:2002.

W zakończeniu chciałbym jeszcze raz podkreślić nowe podejście do klasyfikacji uszczelek budowlanych jako okuć budowlanych. W omawianych wyżej normach europejskich uszczelki klasyfikuje się w sześciu klasach odpowiadających różnym zakresom temperatur ich pracy (rysunek 1).

Klasa 1 została powiązana z najmniejszym zakresem pracy uszczelek tylko w temperaturach dodatnich do +45°C. Do tej klasy należą przestarzałe uszczelki ze zmiękczonego PVC-P, stosowane do produkcji masywnych uszczelek do bram oraz uszczelki z porowatego polietylenu.

Klasa 2 zarezerwowana będzie dla szeregu uszczelek produkowanych na bazie modyfikowanego kauczukiem polichlorku winylu (PVC/NBR) oraz mniej odpornych termicznie blokowych kauczuków termoplastycznych TPE S.

Klasa 3 odnosi się do pracy tradycyjnych gum wulkanizowanych, a także do dobrych jakościowo kauczuków termoplastycznych.

Klasa 4 jest wyłącznie zarezerwowana dla uszczelek wyprodukowanych z gumy na bazie kauczuku EPDM, aktualnie najlepszego materiału wulkanizowanego.

Do klasy 5, z uwagi na doskonałą odporność na niskie temperatury, przypisać można bardzo dobre jakościowo uszczelki z termoplastycznych wulkanizatów TPE V.

W ostatniej, wysokotemperaturowej klasie 6, o temperaturze eksploatacyjnej do +200°C, możliwe jest zastosowanie tylko uszczelek silikonowych.

dr inż. Krzysztof Wienskowski
Instytut Techniki Budowlanej
Oddział Wielkopolski w Poznaniu 

więcej informacji: Świat Szkła 4/2006

  • Logo - alu
  • Logo aw
  • Logo - fenzi
  • Logo - glass serwis
  • Logo - lisec
  • Logo - mc diam
  • Logo - polflam
  • Logo - saint gobain
  • Logo termo
  • Logo - swiss
  • Logo - guardian
  • Logo - forel
  • vitrintec wall solutions logo

Copyright © Świat Szkła - Wszelkie prawa zastrzeżone.