淺談硅酮密封膠

■王 鵬，黃艷華，薛 磊，蘇正濤，劉 嘉，王景鶴

■北京航空材料研究院減振降噪材料及應(yīng)用技術(shù)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095

隨著國(guó)內(nèi)有機(jī)硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，硅酮密封膠行業(yè)規(guī)模效應(yīng)日益顯現(xiàn)。硅酮密封膠作為重要的建筑和道路施工密封材料，以其優(yōu)異的耐氣候老化、卓越的防紫外線及耐高低溫特點(diǎn)，獲得了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)硅酮密封膠的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn)，這里簡(jiǎn)要介紹了硅酮密封膠阻燃性能、固化性能與接縫設(shè)計(jì)及其在道路施工中的應(yīng)用情況。

1 硅酮密封膠阻燃性能研究現(xiàn)狀及作用機(jī)理

1.1 硅酮密封膠阻燃性能研究現(xiàn)狀

隨著當(dāng)前密封膠技術(shù)的不斷改進(jìn)，現(xiàn)如今逐步研制出阻燃硅酮密封膠。該密封膠分子量小，可在室溫條件下發(fā)生交聯(lián)固化，使得廣泛用于建筑行業(yè)。該類硅酮密封膠通常情況下成液體狀態(tài)，粘度在152-156cSt 之間。在等同條件下，該密封膠分子之間的作用強(qiáng)度可達(dá)2-7MPa，使其具有良好的粘接強(qiáng)度。根據(jù)組分?jǐn)?shù)量的不同，該類密封膠主要分為單組分和雙組分兩種規(guī)格，其中單組分阻燃硅酮密封膠在混合期間要保證良好的通風(fēng)環(huán)境，然后將生膠、填料、交聯(lián)助劑以及硫化劑等均勻混合，并將混合后的膠體進(jìn)行嚴(yán)格密封保存，嚴(yán)格防止外部環(huán)境中的水進(jìn)入，使其發(fā)生縮合反應(yīng)。使用過(guò)程中，只需將密封的膠體向外擠出便可使用，這種單組分規(guī)格的密封膠一般適用于建筑墻體以及室內(nèi)裝潢細(xì)縫的修補(bǔ)。另外一種屬于雙組分阻燃硅酮密封膠，該類密封膠多為加成型交聯(lián)，通常將交聯(lián)劑與基膠分開(kāi)保存，施工時(shí)均勻配合比例使用。這種密封膠固化快，并且加工生產(chǎn)成本較低，一般用于大型工廠內(nèi)的建筑施工。

1.2 硅酮密封膠阻燃作用機(jī)理

阻燃硅酮密封膠的作用方式不但與自身的化學(xué)屬性有關(guān)，而且也與外圍環(huán)境存有密切的聯(lián)系。當(dāng)外界的水分子進(jìn)入密封膠分子內(nèi)部，將加快縮合反應(yīng)的速率。例如:阻燃硅酮密封膠中有一種含醇型結(jié)構(gòu)的密封膠，該密封膠與水分子中的氫氧根發(fā)生縮合反應(yīng)，使其代替原有的甲基。具體化學(xué)反應(yīng)變化如圖1 所示，在初始狀態(tài)下，硅酮分子與水分子在等效條件下發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程第一步產(chǎn)生甲醇?xì)怏w，同時(shí)生成新的衍生物。在第二步反應(yīng)過(guò)程中，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，化合物之間發(fā)生脫水縮合反應(yīng)。在最終反應(yīng)中，在衍生物之間的相互作用下，最后形成交聯(lián)彈性體。阻燃作用機(jī)理主要為氣相阻燃，在氣相燃燒中會(huì)產(chǎn)生自由基，該自由基能夠抑制燃燒及中斷鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

2 硅酮建筑密封膠的固化特點(diǎn)

對(duì)于單組分和雙組分硅酮密封膠固化受多種因素的限定，其中包括:固化機(jī)理、固化過(guò)程、固化設(shè)計(jì)要求、固化速率以及影響固化速率的限定條件等，其中單組分固化機(jī)理為與空氣中的水分子發(fā)生固化反應(yīng)，但固化設(shè)計(jì)中要求必須有少量的水分子，使其加速脫水縮合反應(yīng)。其次對(duì)膠縫的深度以及寬度都要進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，使其達(dá)到固化所需的外在條件。固化反應(yīng)速率與水分子滲入比例有關(guān)，另外密封膠的種類對(duì)固化反應(yīng)速率也具有一定的影響，單組密封膠所選用的種類有:脫醋酸型、脫酮肟型以及脫醇型，根據(jù)反應(yīng)速率的大小一般呈現(xiàn)為:脫醋酸型＞脫酮肟型＞脫醇型。影響固化反應(yīng)速率的條件包括:濕度、溫度以及膠體的種類。雙組分固化機(jī)理為兩種膠體的固化交聯(lián)反應(yīng)，固化過(guò)程期間反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，需嚴(yán)格控制固化反應(yīng)速率。而固化反應(yīng)速率與兩組反應(yīng)物的濃度有關(guān)，并受到施工溫度的影響，調(diào)節(jié)不同的溫度可控制反應(yīng)物的反應(yīng)速率。

圖1 阻燃硅酮密封膠的化學(xué)反應(yīng)式

3 硅酮建筑密封膠的接縫設(shè)計(jì)

根據(jù)硅酮建筑密封膠結(jié)構(gòu)類型以及用途可劃分為結(jié)構(gòu)膠和密封膠，結(jié)構(gòu)膠主要起著承受結(jié)構(gòu)力的作用，一般用于玻璃與鋁合金門(mén)窗之間的粘接。結(jié)構(gòu)膠對(duì)拉伸強(qiáng)度以及粘結(jié)性均有嚴(yán)格要求，以防止出現(xiàn)粘接處出現(xiàn)裂痕，影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。密封膠主要起密封作用，發(fā)生可承受形變位移的大小能夠衡量密封膠的優(yōu)劣，發(fā)生形變量的位移越大，密封膠的密封效果越好。

3.1 硅酮結(jié)構(gòu)膠的接縫設(shè)計(jì)

硅酮結(jié)構(gòu)膠能夠承受一定的應(yīng)力，所以結(jié)構(gòu)膠的寬度和厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。厚度通常采用相對(duì)位移計(jì)算方式，假設(shè)玻璃板面的高度為h，風(fēng)荷載位移角線值為＆，則產(chǎn)生的相對(duì)位移為S=h* ＆，在計(jì)算相對(duì)位移時(shí)，保證鋁合金附框和玻璃下板面之間保持重疊，使其最上端部位位移能夠達(dá)到邊界值。根據(jù)三角形勾股定理可得，結(jié)構(gòu)膠的粘接厚度D，公式中C 表示接口應(yīng)變后產(chǎn)生的位移，通過(guò)該計(jì)算公式可得結(jié)構(gòu)膠的粘接厚度。結(jié)構(gòu)膠內(nèi)在承受能力與形變位移沒(méi)有關(guān)聯(lián)，在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)規(guī)范中，通常采用θ 值表示結(jié)構(gòu)膠的承受系數(shù)。例如:θ=12%表示該結(jié)構(gòu)膠最大伸長(zhǎng)率為12%，但根據(jù)目前國(guó)內(nèi)商用硅酮結(jié)構(gòu)膠研制技術(shù)水平分析，結(jié)構(gòu)膠伸長(zhǎng)率小于25%，所以當(dāng)承受力超過(guò)該等級(jí)時(shí)，該結(jié)構(gòu)膠不適用。

3.2 硅酮密封膠的接縫設(shè)計(jì)

4 硅酮密封膠在工程實(shí)例中的應(yīng)用

硅酮密封膠在道路工程施工中具有一定的應(yīng)用，一般的施工操作流程包括:首先施工人員使用切割機(jī)將破損的公路端面切開(kāi)，然后用鋼絲細(xì)毛刷清理槽道內(nèi)的散碎雜物，保證切口端面的整潔。待清理完畢后，用背襯帶進(jìn)行填壓，防止在施工操作過(guò)程中端面細(xì)石的脫落。其次便是向端面深縫處進(jìn)行硅酮密封膠的灌注，灌注深度約為7cm，膠底不低于地面1cm。施工過(guò)程一般選用雙組分模式，將兩種密封膠混合成對(duì)應(yīng)比例后，然后澆注在公路細(xì)縫中。在施工過(guò)程中一般會(huì)出現(xiàn)基材不粘接、固化速度慢、拉斷時(shí)間不均勻等現(xiàn)象，所以在施工過(guò)程中，一定要按照施工流程進(jìn)行施工。其次在控制比例方面要按照施工具體要求進(jìn)行合理配比，這樣才能保證硅酮密封膠密封的嚴(yán)謹(jǐn)性。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著硅酮密封膠在工程領(lǐng)域的大面積應(yīng)用，對(duì)其施工質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。在工程施工過(guò)程中，當(dāng)硅酮密封膠規(guī)格確定后，針對(duì)具體的施工對(duì)象，只有嚴(yán)格控制密封膠配合比例和滿足施工工藝要求，才能最終保證工程施工質(zhì)量。

［1］朱應(yīng)和，曾容，張冠琦.道路用硅酮密封膠及其工程應(yīng)用［J］.建筑接縫密封與防水，2009，1∶11-15.

［2］王洪敏.有機(jī)硅密封膠在建筑上的應(yīng)用［J］.有機(jī)硅材料，2008，22(1):6-9.

［3］王彥輝.混凝土接縫密封材料的比較與發(fā)展趨勢(shì)［J］.黑龍江交通科技，2013，1∶57-58.

［4］羅茜，楊思廣.硅酮密封膠及其在建筑行業(yè)的應(yīng)用［J］.廣東建材，2009，10∶80-82.

［5］馬啟元.建筑硅酮密封膠市場(chǎng)潛力巨大［J］.中小科技企業(yè)，2004，4∶13-13.