硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的自然老化試驗(yàn)研究

張燕玲，程 鵬，陳繼芳，段 珊

（鄭州中原思藍(lán)德高科股份有限公司，河南 鄭州 450007）

硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的自然老化試驗(yàn)研究

張燕玲，程 鵬，陳繼芳，段 珊

（鄭州中原思藍(lán)德高科股份有限公司，河南 鄭州 450007）

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外多個(gè)品牌硅酮結(jié)構(gòu)密封膠進(jìn)行的自然老化試驗(yàn)研究，定期跟蹤檢測(cè)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境老化后的力學(xué)性能。結(jié)果表明，不同品牌的產(chǎn)品之間之質(zhì)量水平及自然老化性能存在較大差異，經(jīng)過(guò)3 a左右的自然老化，國(guó)內(nèi)外不同品牌的質(zhì)保10 a的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠之力學(xué)性能均有明顯衰減；質(zhì)保25 a硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的力學(xué)性能基本穩(wěn)定，具有優(yōu)異的耐久穩(wěn)定性。

硅酮結(jié)構(gòu)密封膠；自然老化；耐久性能

硅酮結(jié)構(gòu)密封膠對(duì)建筑幕墻的安全和使用壽命起著關(guān)鍵作用，國(guó)內(nèi)因結(jié)構(gòu)密封膠質(zhì)量問(wèn)題而導(dǎo)致玻璃幕墻透氣漏水、玻璃板塊墜落傷人毀物等事故屢有發(fā)生，對(duì)人民生命和財(cái)產(chǎn)安全造成惡劣影響。為控制結(jié)構(gòu)密封膠的產(chǎn)品質(zhì)量，國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)市售硅酮結(jié)構(gòu)密封膠產(chǎn)品均按照GB 16776—2005《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》的要求進(jìn)行檢測(cè)及質(zhì)量控制，生產(chǎn)廠家依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)只能提供10 a的質(zhì)量保證，不能滿足國(guó)家規(guī)范規(guī)定“玻璃幕墻設(shè)計(jì)使用年限不低于25 a”的要求[1，2]。為提高要求，2016年4月1日國(guó)家正式實(shí)施建工行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)JG/T 475—2015《建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》，該標(biāo)準(zhǔn)借鑒國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)ETAG 002《結(jié)構(gòu)密封膠裝配系統(tǒng)技術(shù)認(rèn)證指南》進(jìn)行編制，該標(biāo)準(zhǔn)明確提出了建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠產(chǎn)品不低于25 a設(shè)計(jì)使用年限的要求[3，4]。即滿足標(biāo)準(zhǔn)JG/T 475或ETAG 002要求的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠產(chǎn)品應(yīng)具有25 a的質(zhì)量保證期。目前國(guó)內(nèi)已有滿足標(biāo)準(zhǔn)要求質(zhì)保25 a的結(jié)構(gòu)密封膠產(chǎn)品品牌，如“思藍(lán)德”等，且已在多個(gè)新建、改建玻璃幕墻工程中成熟應(yīng)用。本研究為了更好地考查質(zhì)保25 a密封膠的實(shí)際應(yīng)用情況，將質(zhì)保10 a的不同密封膠與之進(jìn)行性能對(duì)比，并采用不同硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在我國(guó)不同地區(qū)進(jìn)行自然老化的試驗(yàn)研究。

自然老化試驗(yàn)就是將硅酮結(jié)構(gòu)密封膠試樣放置于自然氣候環(huán)境下暴露，使其經(jīng)受紫外光、水、溫度等綜合氣候因素的影響，通過(guò)定期跟蹤實(shí)際工況下硅酮結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品的老化情況，測(cè)定其性能變化并評(píng)價(jià)硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的耐久性。本研究參考深圳某工程用質(zhì)保25 a硅酮結(jié)構(gòu)密封膠自然老化研究實(shí)例，詳細(xì)介紹該項(xiàng)研究工作的方法及結(jié)果，期望能夠?yàn)槲覈?guó)建筑工程質(zhì)量跟蹤檢測(cè)工作提供技術(shù)依據(jù)及參考。

1 自然老化實(shí)驗(yàn)研究

1.1 試樣選擇

選取國(guó)內(nèi)外4個(gè)知名品牌硅酮結(jié)構(gòu)密封膠產(chǎn)品，具體信息如表1所示。

表1 國(guó)內(nèi)外不同品牌的產(chǎn)品信息Tab.1 Product information of different brand samples at home and abroad

1.2 試樣制作

對(duì)選取的各品牌密封膠，按規(guī)定數(shù)量（滿足跟蹤年限需要）制作符合標(biāo)準(zhǔn)ETAG002或JG/T 475—2015要求的“工”型試樣（如圖1所示）。試樣制作完畢后，放置在標(biāo)準(zhǔn)條件[溫度（23±2）℃、相對(duì)濕度（50±5）%]下養(yǎng)護(hù)28 d。

圖1 試樣尺寸示意圖Fig.1 Dimensions of test specimen

1.3 試樣放置場(chǎng)地

由于此方法涉及的環(huán)境因素較為復(fù)雜，不同地區(qū)的環(huán)境存在較大差異，為了更好地反映硅酮結(jié)構(gòu)密封膠實(shí)際應(yīng)用所受到的影響，試樣放置地點(diǎn)應(yīng)在實(shí)際應(yīng)用的工程現(xiàn)場(chǎng)，或者選擇氣候環(huán)境條件與工程用膠環(huán)境條件相近的地方。深圳某工程項(xiàng)目自然老化地點(diǎn)設(shè)置在該工程樓頂平臺(tái)（如圖2所示）。試樣放置應(yīng)離地面有一定距離，這樣既防止雨水積存，又能夠暴露于太陽(yáng)光下不受遮擋。

為更全面地考查硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在不同氣候條件的自然老化性能，除在深圳該工程現(xiàn)場(chǎng)外，還在深圳（亞熱帶季風(fēng)氣候）、鄭州（溫帶季風(fēng)氣候）等不同地區(qū)分別設(shè)置自然老化場(chǎng)地進(jìn)行試驗(yàn)。同時(shí)，選取多個(gè)品牌硅酮結(jié)構(gòu)密封膠產(chǎn)品，按照相同條件進(jìn)行制樣，并放置于鄭州地區(qū)自然老化場(chǎng)地進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

圖2 深圳某工程自然老化試樣放置現(xiàn)場(chǎng)Fig.2 Place area of natural aging samples for a project in Shenzhen

1.4 自然老化周期及取樣

計(jì)劃開(kāi)展50 a自然老化跟蹤檢測(cè)工作，現(xiàn)已進(jìn)展3 a。從試樣開(kāi)始放置日期（2013年2月1日）開(kāi)始，每年取樣2次，每次取5個(gè)試樣，直至50 a。每次取回試樣在標(biāo)準(zhǔn)條件下靜置（24±4）h，進(jìn)行力學(xué)性能等檢測(cè)。

1.5 檢測(cè)方法

根據(jù)ETAG002或JG/T 475標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)所取試件進(jìn)行平行測(cè)試其拉伸粘接性能。試驗(yàn)溫度為（23±2）℃，拉伸速度為5 mm/min。

結(jié)果表示：①粘接拉伸強(qiáng)度的平均值、斷裂伸長(zhǎng)率；②內(nèi)聚破壞面積。

1.6 評(píng)價(jià)指標(biāo)

在硅酮結(jié)構(gòu)密封膠試樣自然老化過(guò)程中，周期性取樣進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)力學(xué)性能變化評(píng)價(jià)自然老化的影響。主要指標(biāo)包括粘接拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等。

2 結(jié)果分析

2.1 鄭州地區(qū)自然老化試驗(yàn)結(jié)果

“思藍(lán)德”質(zhì)保25 a硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在鄭州地區(qū)進(jìn)行了持續(xù)1 260 d的自然老化跟蹤試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 鄭州地區(qū)自然老化性能測(cè)試結(jié)果Tab.2 Test results of natural aging performance in Zhengzhou area

由表2可知：質(zhì)保25 a硅酮結(jié)構(gòu)密封膠初始拉伸粘接強(qiáng)度為1.10 MPa，通過(guò)1 260 d的持續(xù)大氣自然老化，拉伸粘接強(qiáng)度一直保持在1.00～1.13 MPa之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為5.3%；初始斷裂伸長(zhǎng)率為265%，在初期因深層后固化而略有增加，105 d后增加到350%以上（351%），之后一直保持在351%～415%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為6.4%?？梢?jiàn)，經(jīng)過(guò)1 260 d鄭州地區(qū)（溫帶季風(fēng)氣候）的自然老化，“思藍(lán)德”質(zhì)保25 a硅酮結(jié)構(gòu)密封膠力學(xué)性能保持基本穩(wěn)定，具有優(yōu)異的耐久穩(wěn)定性。

2.2 深圳地區(qū)自然老化試驗(yàn)結(jié)果

“思藍(lán)德”質(zhì)保25 a硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在深圳地區(qū)進(jìn)行了持續(xù)1 200 d的自然老化跟蹤試驗(yàn)，歷次測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 深圳地區(qū)大氣暴曬老化性能測(cè)試結(jié)果Tab.3 Test results of outdoor exposure aging performance in Shenzhen area

由表3可知：質(zhì)保25 a硅酮結(jié)構(gòu)密封膠初始拉伸粘接強(qiáng)度為1.10 Mpa，通過(guò)1 200 d的持續(xù)大氣自然老化，拉伸粘接強(qiáng)度一直保持在0.99～1.14 MPa之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為5.3%；初始斷裂伸長(zhǎng)率為265%，在初期因深層后固化而略有增加，105 d后增加到380%以上，基本上一直保持在380%～436%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為9.0%。可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)1 200 d深圳地區(qū)（亞熱帶季風(fēng)氣候）的自然老化，“思藍(lán)德”質(zhì)保25 a硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的力學(xué)性能保持基本穩(wěn)定，具有優(yōu)異的耐久穩(wěn)定性。

2.3 深圳某工程老化平臺(tái)自然老化試驗(yàn)結(jié)果

自2013年2月起，持續(xù)3 a對(duì)深圳某工程用“思藍(lán)德”質(zhì)保25 a硅酮結(jié)構(gòu)密封膠老化情況進(jìn)行跟蹤，每年取樣2次，每次取5個(gè)試樣，并對(duì)所取試樣進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 深圳某工程用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠試樣自然老化性能測(cè)試結(jié)果Tab.4 Test results of natural aging performance of structural silicone sealant for a project in Shenzhen

由表4可知：質(zhì)保25 a硅酮結(jié)構(gòu)密封膠初始拉伸粘接強(qiáng)度為1.10 Mpa，通過(guò)1080 d的持續(xù)大氣曝曬自然老化，拉伸粘接強(qiáng)度一直保持在0.96～1.14 MPa之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為6.7%，產(chǎn)品拉伸粘接強(qiáng)度基本保持不變；初始斷裂伸長(zhǎng)率為265%，在初期因深層后固化而略有增加，150 d后增加到400%以上（450%），之后一直保持在378%～413%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為6.5%。可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)3 a的自然老化，該項(xiàng)工程用“思藍(lán)德”質(zhì)保25 a硅酮結(jié)構(gòu)密封膠之力學(xué)性能保持基本穩(wěn)定，具有優(yōu)異的耐久穩(wěn)定性。

2.4 不同品牌硅酮結(jié)構(gòu)膠自然老化試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

不同品牌硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在鄭州地區(qū)同樣自然條件下同期進(jìn)行了持續(xù)900 d的自然老化跟蹤試驗(yàn)，歷次測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表5 不同品牌硅酮結(jié)構(gòu)膠自然老化性能對(duì)比（鄭州地區(qū)）Tab.5 Comparison of natural aging performance of different brand silicone structural sealants

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由表5可知：國(guó)內(nèi)1#試樣，拉伸強(qiáng)度在初始的90 d有明顯增大（從1.34 MPa增至1.63 MPa），之后到180 d時(shí)恢復(fù)到初始值左右（1.29～1.42 MPa），但斷裂伸長(zhǎng)率明顯降低，初始時(shí)154%，到360 d以后急劇降低至91%～106%，降低了近50%；國(guó)內(nèi)2#試樣，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均有明顯降低，拉伸強(qiáng)度從0.96 MPa降低到900 d時(shí)僅僅只有32%，已變硬變脆；國(guó)外1#試樣，拉伸強(qiáng)度在初始的90 d有明顯增大（從1.05 MPa增至1.37 MPa），之后到180 d時(shí)恢復(fù)到初始值左右（0.97 MPa)，之后緩慢降低，900 d時(shí)降低至0.86 MPa；但斷裂伸長(zhǎng)率明顯降低，初始時(shí)282%，90 d時(shí)急劇降低至160%，之后緩慢降低，900 d時(shí)降低至136%，相比初始時(shí)降低了一半以上。

“思藍(lán)德”質(zhì)保25 a硅酮結(jié)構(gòu)密封膠試樣，拉伸強(qiáng)度歷次試驗(yàn)結(jié)果顯示無(wú)明顯差異，基本保持穩(wěn)定；斷裂伸長(zhǎng)率，在初期因深層后固化，在105 d時(shí)略有增加，之后多次試驗(yàn)結(jié)果顯示無(wú)明顯差異，趨于穩(wěn)定。

綜合以上分析可見(jiàn)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，中國(guó)市場(chǎng)國(guó)內(nèi)外不同品牌的硅酮結(jié)構(gòu)膠之拉伸粘接強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均有明顯衰減；而“思藍(lán)德”質(zhì)保25 a硅酮結(jié)構(gòu)膠拉伸粘接強(qiáng)度基本保持不變；斷裂伸長(zhǎng)率在老化初期略有增加，90 d后基本趨于穩(wěn)定。

值得關(guān)注的是，表4中，序號(hào)7（老化時(shí)間1 080 d）的數(shù)據(jù)為多方專家代表（工程業(yè)主代表、施工方代表、行業(yè)專家代表、鄭州中原公司代表）現(xiàn)場(chǎng)共同監(jiān)督驗(yàn)證檢測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果，此次檢測(cè)（老化時(shí)間1 080 d）拉伸粘接強(qiáng)度（0.99 MPa）和斷裂伸長(zhǎng)率（378%）與以往跟蹤檢測(cè)數(shù)據(jù)相比，無(wú)明顯差異。

3 結(jié)論

（1）國(guó)內(nèi)市場(chǎng)所售硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，不同品牌之間的產(chǎn)品質(zhì)量水平及自然老化性能存在較大差異，隨著自然老化時(shí)間的延長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)外不同品牌的能夠滿足GB 16776質(zhì)保10 a硅酮結(jié)構(gòu)膠之拉伸粘接強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均有明顯衰減；“思藍(lán)德”質(zhì)保25 a硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的力學(xué)性能基本穩(wěn)定，具有優(yōu)異的耐自然環(huán)境老化性能及耐久穩(wěn)定性，能夠保證幕墻的安全和使用壽命。

（2）硅酮結(jié)構(gòu)密封膠自然老化研究工作為一項(xiàng)有效反映幕墻使用安全性的方法，該方法的應(yīng)用能夠?yàn)槲覈?guó)建筑工程質(zhì)量安全、跟蹤檢測(cè)工作提供參考和依據(jù)。

[1]JGJ 102-2003,玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2]GB 16776-2005,建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠[S].

[3]JG/T 475-2015,建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠[S].

[4]ETAG 002,Guideline for European Technical Approval for Structural Sealant Glazing kits：Part 1 Supported and Unsupported Systems[S].

Experimental investigation of natural ageing of structural silicone sealants

ZHANG Yan-ling, CHENG Peng, CHEN Ji-fang, DUAN Shan
(Zhengzhou Zhongyuan Silande High Technology Co., Ltd., Zhengzhou, Henan 450000, China)

The natural ageing properties of the various brand structural silicone sealants at home and abroad were studied, the mechanical properties after aging under the actual application environments were regularly determined by tracking. The results show that the difference of the quality level and natural aging performance of the different brand products is significant; after natural aging for three years, the mechanical performance of the structural silicone sealants with quality assurance for 10 years at home and abroad has obvious attenuation, and the mechanical performance of the structural silicone sealant with quality assurance for 25 years is basically stable and has excellent durable stability.

structural silicone sealant; natural ageing; durable stability

TQ 436+.6

A

1001-5922（2017）01-0065-04

2016-07-27

張燕玲（1973-），女，工程師，主要從事密封膠研發(fā)工作。E-mail：zylzzzy@sina.com。

程鵬（1985-），男，碩士研究生，工程師，主要從事密封膠研發(fā)質(zhì)控工作。E-mail：chengpeng308@163.com。