一種先進(jìn)充氣中空玻璃用聚硫密封膠的研制及性能評價

佘安字 王玉美 焦振峰 白慧 宮祥怡

摘要：通過對比國內(nèi)GB/T11944《中空玻璃》及歐洲EN1279《建筑用玻璃一中空玻璃》標(biāo)準(zhǔn)，了解到EN1279標(biāo)準(zhǔn)是比國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格的建筑中空玻璃標(biāo)準(zhǔn)，且滿足EN1279標(biāo)準(zhǔn)的聚硫密封膠的有效預(yù)期使用壽命比滿足GB/T11944的至少長10年;同時，介紹了一種符合EN1279標(biāo)準(zhǔn)充氣中空玻璃要求的先進(jìn)聚硫中空玻璃密封膠的研制及性能評價方法。

關(guān)鍵詞：充氣中空玻璃;ENl279;聚硫密封膠;研制及性能評價

中圖分類號：TQ436⁺.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）09-0007-06

隨著我國建筑業(yè)的不斷發(fā)展，建筑總能耗也越來越高。中空玻璃作為節(jié)能建筑的一部分，如何提升中空玻璃的性能，降低中空玻璃能耗，以及如何延長中空玻璃的有效使用壽命，已成為建筑行業(yè)所關(guān)注的一個焦點(diǎn)。據(jù)卜宇波等多年的工程建監(jiān)理經(jīng)驗(yàn)，指出建筑用中空玻璃的制造實(shí)施監(jiān)造，對其制造材料、工藝實(shí)施控制，可有效提高中空玻璃的使用壽命，保證建筑用中空玻璃的節(jié)能、美觀、耐久性等要求。馬啟元、李少甫等的分析指出建筑中空玻璃出現(xiàn)的過早結(jié)露、滲水、邊緣開膠甚至外層玻璃墜落事故，多與邊緣粘結(jié)耐久性和承載力不足有關(guān)。目前，歐洲、德國等發(fā)達(dá)國家對充氣式中空的節(jié)能要求較高，對低能耗中空的應(yīng)用較為普遍，相比較而言，他們對充氣中空玻璃用外道密封膠的標(biāo)準(zhǔn)研究也比較先進(jìn)。國內(nèi)尚無標(biāo)準(zhǔn)對充氣中空玻璃用密封膠的性能做出規(guī)定。所以，通過解讀國外中空玻璃用密封膠的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，確定先進(jìn)性能要求，并研制一款具有高性能的充氣中空玻璃用聚硫密封膠，對節(jié)能環(huán)保意義重大。

1先進(jìn)建筑玻璃一中空玻璃單元標(biāo)準(zhǔn)的選定

國內(nèi)，目前有關(guān)中空玻璃用彈性密封膠的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 29755-2013。《中空玻璃用彈性密封膠》，以及JG/T 471-2015?！督ㄖT窗幕墻用中空玻璃彈性密封膠》。GB/T29755-2013標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了產(chǎn)品滿足應(yīng)用的最低性能要求，未針對不同材料類別（聚硫類、有機(jī)硅類或聚氨酯類等）的中空玻璃用彈性密封膠作出具體規(guī)定，也未對產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定性和一致性提出要求，缺失密封膠粘接應(yīng)用必需的技術(shù)性能。JG/T 471-2015標(biāo)準(zhǔn)立足于國際先進(jìn)中空玻璃用彈性密封膠標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合GB/T 29755-2013，對中空玻璃用彈性聚硫密封膠的性能給出了規(guī)定。但，這些標(biāo)準(zhǔn)均未對充氣式中空玻璃用密封膠性能做出明確規(guī)定。

國際上，EN1279《建筑用玻璃一中空玻璃》作為CEN成員和聯(lián)合王國的國家必須執(zhí)行的歐洲標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定，從2003年5月起，這些國家的相關(guān)國標(biāo)必須與該標(biāo)準(zhǔn)一致。該標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了密封膠必須要滿足的性能要求，還對其性能的穩(wěn)定性做出了要求，也提供了測試方法確認(rèn)中空玻璃是否滿足這一標(biāo)準(zhǔn)。同時，EN1279-3附錄B中明確指出滿足本標(biāo)準(zhǔn)的聚硫密封膠的有效使用壽命至少為25年，是目前建筑用中空玻璃標(biāo)準(zhǔn)中可預(yù)估壽命較長的方法標(biāo)準(zhǔn)，屬于國際上較為先進(jìn)的建筑用中空玻璃標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)共包含6大部分，文章中涉及聚硫密封膠性能的測試依據(jù)EN1279-4，涉及充氣中空玻璃性能測試及評價依據(jù)EN1279-2、-3進(jìn)行。

2實(shí)驗(yàn)部分

文中共設(shè)計(jì)了4個不同原膠含量的中空玻璃用外道聚硫密封膠A組分配方：含量分別為25%、30%、35%、40%;并將這4個配方配套同一個B組分，按照質(zhì)量比A：B=10：1的配比，依據(jù)EN 1279-2、-3、-4部分進(jìn)行檢測。

2.1主要原料及耗材

主要原料：液態(tài)聚硫橡膠、環(huán)保型增塑劑A、環(huán)保型增塑劑B、補(bǔ)強(qiáng)型填料、觸變劑、增粘劑、促進(jìn)劑A、促進(jìn)劑B、MnO2、炭黑;

耗材：浮法玻璃75mm×12mm×6mm、（502±2）mm×（352±2）mm×4mm、12A鋁間隔條、MF910G丁基密封膠、3A分子篩。

2.2主要測試儀器

梅特勒電子天平、2L雙行星攪拌釜，電子萬能試驗(yàn)機(jī)，三輥研磨機(jī)，恒溫鼓風(fēng)干燥箱，馬弗爐，中空玻璃紫外輻照試驗(yàn)箱，可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱等。

2.3密封膠的制備工藝

雙組分聚硫密封膠A組分的制備工藝：按表1所示的配方量加人2L雙行星攪拌釜，攪拌抽真空制得;B組分的制備工藝：按表2所示配方量配料→攪拌釜初混和→三輥研磨機(jī)壓碾→攪拌抽真空制得。

2.4密封膠的性能測試

2.4.1測試依據(jù)

ENl279-4《建筑用玻璃一中空玻璃第四部分：邊緣密封膠的物理屬性的試驗(yàn)方法》，包含“工”型試樣的拉伸粘接性及水蒸氣透過率的測試如圖1所示。

2.4.2拉伸粘接性試樣的制備及處理

規(guī)定將密封膠制備成50mmx12mmx12mm的“工”型試樣，并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行4種方式處理后進(jìn)行拉伸測試：①標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)21d、及按①養(yǎng)護(hù)后的各項(xiàng)老化處理：②熱處理（60±2）℃×（168±5）h、③標(biāo)準(zhǔn)條件下浸水（168±5）h、④紫外（96±4）h）。

2.4.3拉伸粘接性能要求

規(guī)定了拉伸試樣在應(yīng)力一應(yīng)變曲線的OAB區(qū)域內(nèi)應(yīng)均無脫粘、無破壞（OAB區(qū)域詳情如圖2所示）。

2.4.4水蒸氣透過率測試

依據(jù)ENl279-4制備2mm厚的膠樣，將水分含量小于5%的分子篩置于水蒸氣透過率測試儀的透濕杯中，再將膠樣放到透濕杯上，再將透濕杯置于（23±1）℃，相對濕度≥90%的試驗(yàn)箱中，間隔一定的周期稱量透濕杯的質(zhì)量，并繪制時間一質(zhì)量曲線圖，取6個以上的數(shù)據(jù)連線趨于穩(wěn)定時，則認(rèn)為這條直線的斜率為水蒸氣透過率。

2.5中空玻璃性能的測試

充氬氣中空玻璃的制備：玻璃尺寸（502+2）mm×（352±2）mm×4mm，鋁間隔框規(guī)格為12A，內(nèi)道膠為MF910G丁基密封膠，每種膠樣制備15件。

2.5.1水汽滲透指數(shù)依據(jù)EN 1279-2《建筑用玻璃一中空玻璃第二部分：水氣滲透的長期試驗(yàn)方法和試驗(yàn)條件》進(jìn)行測定

2.5.2氣體泄漏率按EN 1279-3《建筑用玻璃一中空玻璃第三部分：氣體滲透和氣體濃度的公差的長期測試方法和必要條件》進(jìn)行測定。

3結(jié)果與討論

3.1不同原膠含量對密封膠性能的影響

在A組分配方中，保證其他原料種類及重量不變的情況下，僅改變原膠含量（配方詳情如表1所示），配套固定B組分（B組分配方詳情如表2所示），依據(jù)EN 1279-4測試密封膠性能。

測試項(xiàng)目包含4種條件下的拉伸粘結(jié)性實(shí)驗(yàn)及水蒸氣透過率。不同原膠含量密封膠的拉伸測試數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3數(shù)據(jù)可知：

1）四個不同原膠含量配方的拉伸試樣在應(yīng)力一應(yīng)變曲線的OAB區(qū)域均無脫粘等任何形式的破壞，滿足本部分標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）隨著A組分中原膠含量由25%遞增到35%，制備的工型試樣在標(biāo)準(zhǔn)條件及各種老化處理后的拉伸強(qiáng)度均遞增，原因是隨著原膠含量的增加，密封膠體系的交聯(lián)度升高，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度的增加，伸長率縮短。

3）當(dāng)A組分中原膠升高至40%時，體系粘度降低明顯，交聯(lián)后沒有足夠的填料去填充并支撐交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的骨架，導(dǎo)致彈性增加，伸長率變長。

4）這四個不同膠含量配方的水蒸氣透過率數(shù)值相近，說明水蒸氣透過率數(shù)值大小主要由材料種類決定，同一種材料不同配方的水蒸氣透過率數(shù)值差別不大。

3.2不同原膠含量聚硫密封膠對充氣中空玻璃氣體密封耐久性的影響

將A-1#、A-2#、A-3#、A-4#依據(jù)EN 1279-3標(biāo)準(zhǔn)要求制備充氣中空玻璃樣件，要求初始?xì)鍤鉂舛取?5%，并按照本部分要求進(jìn)行氣體密封耐久性的測試。

將充氣中空玻璃試件在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室條件下養(yǎng)護(hù)2周后，進(jìn)行如下2個階段的測試：第一個階段是從-18%～53℃的一個高低溫循環(huán)過程，每個循環(huán)12h，共28個循環(huán)，14d;第二個階段是T：58%，RH：95%的高溫高濕過程，持續(xù)4周。測試過程詳見圖3。

經(jīng)過以上兩個階段的加速老化以后，測試充氣中空玻璃單元中氬氣濃度，計(jì)算氬氣的泄漏率。

由表4數(shù)據(jù)可知，A-l#、A-2#、A-4#三個配方依據(jù)ENl279-3氣體密封耐久性測試后，氣體泄漏率高于1.00%a-1，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，僅A-3#配方滿足。分析原因，可能是A-l#、A-2#這兩個配方固化后本體強(qiáng)度不夠大，而A-4#這個配方強(qiáng)度夠大，但彈性大，均導(dǎo)致高低溫交變時由于中空腔的變形致使膠體變形明顯，從而導(dǎo)致密封膠孔道變大，氣體泄漏量大。

3.3不同原膠含量聚硫密封膠對充氣中空玻璃水汽滲透指數(shù)的影響

將A-1#、A-2#、A-3#、A-4#四個配方依據(jù)ENl279-2標(biāo)準(zhǔn)要求制備充氣中空玻璃樣件，要求初始?xì)鍤鉂舛萯>85%，按照ENl279-2進(jìn)行加速環(huán)境老化后水汽滲透指數(shù)的測試。

將試件在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室條件下養(yǎng)護(hù)2周后，進(jìn)行如下2個階段的測試：第一個階段是從-18℃～53℃的一個高低溫循環(huán)過程，每個循環(huán)12h，共56個循環(huán)，28天;第二個階段是T：58℃，RH：95%的高溫高濕過程，持續(xù)7周。測試過程詳見圖3。

經(jīng)過以上兩個階段的加速環(huán)境老化后，依據(jù)ENl279-2測試中空玻璃的水汽滲透指數(shù)。

由表5數(shù)據(jù)，可知，A-1#、A-2#、A-3#、A-4#，四個配方依據(jù)ENl279-2進(jìn)行加速環(huán)境老化后，單個水汽滲透指數(shù)均≤25%，平均水分滲透指數(shù)均≤20%，均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求;但拉伸強(qiáng)度較高的A-3#配方，其水分滲透指數(shù)單個值及均值均小于A-I#、A-2#、A-4#。原因可能是A-3#配方拉伸強(qiáng)度最大，且伸長率適中，能保證充氣中空玻璃在經(jīng)歷高低溫發(fā)生變形時，最大限度的抵御外力，并盡量維持密封膠原有尺寸，保證了氣體可泄露通道的尺寸盡量小;同時，伸長率適中，不會因?yàn)橥獾烂芊饽z過度熱膨脹而引起內(nèi)道丁基密封膠的脫粘，從而保證充氣中空玻璃良好的氣密性及水汽透過率。

4結(jié)語

綜合文中的測試數(shù)據(jù)可知：四個配方中僅A-3#配方可完全滿足ENl279-2、-3、-4標(biāo)準(zhǔn)要求，綜合分析原因是因?yàn)樵撆浞降睦煺辰Y(jié)強(qiáng)度足夠大，且伸長率適中，既保證充氣中空玻璃在受外力時，具有足夠的粘合力，不會與基材發(fā)生脫粘，又具有一定的位移變化能力，不會發(fā)生膠體斷裂或明顯的變形，故經(jīng)過加速環(huán)境老化后的氣體泄漏率、水汽滲透指數(shù)均是A-3#配方最優(yōu)，從而保證了充氣中空玻璃良好的氣密性及耐久性，可推斷出采用該配方制備的密封膠制備的充氣中空玻璃具有更長的使用壽命及應(yīng)用優(yōu)勢，前景看好。