硅酮結(jié)構(gòu)密封膠粘接問題分析和解決方案

周平 蔣金博 汪洋 盧云飛 龐達(dá)誠 高洋

1.概述

玻璃幕墻作為一種外圍護(hù)和裝飾結(jié)構(gòu)，以其透明、美觀等優(yōu)點(diǎn)在建筑領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。玻璃幕墻按玻璃面板的固定方式可分為框支承玻璃幕墻、點(diǎn)支承玻璃幕墻和全玻璃幕墻；而框支承玻璃幕墻按幕墻形式又可以分為明框玻璃幕墻、隱框玻璃幕墻和半隱框玻璃幕墻。隱框玻璃幕墻金屬框架的構(gòu)件完全不顯露于面板外表面，而半隱框玻璃幕墻則是金屬框架的豎向或橫向構(gòu)件暴露于面板外表面[1]。隱框玻璃幕墻采用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠將玻璃與副框粘接，幕墻的荷載主要靠密封膠承受；半隱框玻璃幕墻在橫向或豎向（也可以橫向和豎向一起）采用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠將玻璃與副框粘接，承受一定的幕墻荷載。因此，結(jié)構(gòu)密封膠的性能對于隱框、半隱框玻璃幕墻的安全性有著至關(guān)重要的作用。

然而，密封膠作為一個半成品，其最終使用性能的高低不僅取決于材料本身，更與膠縫設(shè)計、施工質(zhì)量有著密切的關(guān)系。在結(jié)構(gòu)密封膠相關(guān)的設(shè)計、施工中，可能會出現(xiàn)一些情況，導(dǎo)致密封膠與基材出現(xiàn)粘接問題。這些粘接問題可能是整體粘接不良，也可能是小面積粘接不良，如少許點(diǎn)狀、線狀不粘，或者粘結(jié)性能不穩(wěn)定等。如果是整體的粘接不良，在實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)之后會被慎重處理，原因也更易排查；而小面積粘接不良則容易被忽略。然而此類小面積硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的粘接問題在長期使用過程中會存在安全隱患，在極端惡劣條件下會嚴(yán)重影響隱框、半隱框玻璃幕墻的安全，因此需要大家予以關(guān)注。

2.問題原因分析及解決方案

硅酮結(jié)構(gòu)密封膠粘接問題的成因，與密封膠的材料、設(shè)計、施工等過程都有密切的關(guān)系。不同的材料，具體的施工工藝有所不同，需要提前通過粘接性試驗(yàn)確認(rèn)施工的流程。施工工藝的好壞會對密封膠的粘接產(chǎn)生直接的影響，密封膠的設(shè)計以及注膠環(huán)境和養(yǎng)護(hù)環(huán)境也會對粘接產(chǎn)生影響。

2.1 粘接性試驗(yàn)

根據(jù)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ 102-2003）中第3 章中的規(guī)定：硅酮結(jié)構(gòu)密封膠使用前，應(yīng)經(jīng)國家認(rèn)可的檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行與其相接觸材料的相容性和剝離粘結(jié)性試驗(yàn)。施工前未提前做粘接性試驗(yàn)，或未嚴(yán)格按照粘接性試驗(yàn)推薦的方法施工，可能導(dǎo)致密封膠的粘接問題。

隨著科技的進(jìn)步，鋁合金型材表面處理技術(shù)越來越多樣[2-3]。因此，采用常規(guī)的施工流程可能出現(xiàn)粘接不良的情況。此時，粘接性試驗(yàn)可以采取新的施工流程，例如增加施打底涂的工序等，以解決粘接不良的問題，如圖1 所示。應(yīng)該注意：粘接性試驗(yàn)完成之后，應(yīng)嚴(yán)格按照粘接性試驗(yàn)推薦的施工工藝流程進(jìn)行施工。

圖1 某項(xiàng)目鋁材直接施膠出現(xiàn)脫粘（左）與施加底涂后粘接良好（右）對比

另外，粘接性試驗(yàn)所用的基材須與現(xiàn)場實(shí)際使用的基材一致。如若不一致，則粘接性試驗(yàn)的結(jié)果不具有參考性，需要重新進(jìn)行粘接性試驗(yàn)。

2.2 施工工藝問題的原因及解決方案

常見的與施工工藝相關(guān)導(dǎo)致密封膠出現(xiàn)粘接問題的原因有以下兩個：（1）清洗或打底涂液操作不當(dāng)；（2）注膠過程操作不當(dāng)。

2.2.1 清洗或打底涂液操作不當(dāng)

施工過程中，清洗或者打底涂液的方法應(yīng)符合施工工藝。清洗時應(yīng)嚴(yán)格按照“二次抹布法”進(jìn)行，即用一塊帶清洗劑的白棉布擦拭一遍，立即用另一塊干的白棉布往同樣的方向擦一遍。若粘接面有明顯油污時，可采用二甲苯作為清洗劑以增強(qiáng)清洗的效果。

清洗溶劑揮發(fā)后，應(yīng)及時涂抹底涂液。底涂液的化學(xué)活性極強(qiáng)，極易因水解而失效，因此，涂抹底涂后應(yīng)在廠家規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行注膠施工，超出規(guī)定時間應(yīng)重新進(jìn)行清洗和打底涂液的操作。有些底涂液對于涂刷的厚度有要求，過厚或過薄都會影響粘結(jié)效果；有些底涂則要求相對寬松（如圖2、圖3 所示）。具體施工時，應(yīng)提前咨詢廠家，區(qū)別使用。

圖2 某項(xiàng)目底涂施打不均勻?qū)е旅芊饽z局部 呈點(diǎn)狀或線狀不粘

圖3 某項(xiàng)目底涂施打不均勻?qū)е旅芊饽z片狀不粘

需要注意，清洗和打底涂的過程還會受到施工環(huán)境的影響。例如南方的“回南天”，空氣非常潮濕，基材表面易返潮。此時需要注意，清洗和打底涂后應(yīng)盡快注膠，避免底涂液因水解失效。

2.2.2 注膠過程操作不當(dāng)

雙組分結(jié)構(gòu)密封膠使用時，應(yīng)注意A、B 組分混合均勻，混合比例應(yīng)在廠家推薦的范圍之內(nèi)，可以分別通過蝴蝶試驗(yàn)和拉斷試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)。換桶時應(yīng)注意排氣充分，如排氣不充分，打出的部分密封膠中會夾雜大量密集氣泡。此時，密封膠與基材（鋁材、玻璃等）的粘接效果非常差，用手拉扯膠條，膠條即與基材分離；與此同時，往往在基材上留下一層黑印。如圖4、圖5 所示。

圖4 夾雜氣泡的密封膠與玻璃 粘接不良

圖5 夾雜氣泡的密封膠與鋁材粘接不良及夾雜氣泡的膠條

對于施工工藝的原因，可加強(qiáng)工人特別是新入職工人的培訓(xùn)，定期對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)；施工應(yīng)嚴(yán)格按照施工工藝的要求進(jìn)行，施工過程做好質(zhì)量控制試驗(yàn)，并做好完整的施工操作及質(zhì)量控制試驗(yàn)記錄。

2.3 設(shè)計的原因及解決方案

常見的與設(shè)計相關(guān)導(dǎo)致密封膠出現(xiàn)粘接問題的原因有兩個：（1）膠縫尺寸過大或者寬厚比過大；（2）膠縫封閉設(shè)計。

2.3.1 膠縫尺寸過大或者寬厚比過大

隱框玻璃幕墻在設(shè)計過程中必須嚴(yán)格遵守《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》，膠縫的設(shè)計按該規(guī)范所給出的公式進(jìn)行計算。結(jié)構(gòu)密封膠的寬度不應(yīng)小于7mm，結(jié)構(gòu)密封膠厚度不應(yīng)小于6mm；結(jié)構(gòu)密封膠寬度宜大于結(jié)構(gòu)密封膠厚度，但不宜大于厚度的2 倍；結(jié)構(gòu)密封膠厚度不應(yīng)大于12 mm。在實(shí)際的用膠過程中，有部分項(xiàng)目因幕墻單元件尺寸較大，雙組分結(jié)構(gòu)密封膠的寬度大于厚度的2 倍，但仍然不宜大于厚度的3 倍。

在實(shí)際的工程項(xiàng)目設(shè)計計算時，可能會出現(xiàn)計算結(jié)果過大，超過規(guī)范要求的情況，例如單組分結(jié)構(gòu)密封膠寬度大于等于24mm、雙組分大于等于36mm，或者厚度大于等于12mm 的情況。還有一種情況則是密封膠寬度、厚度尺寸并沒有超過規(guī)范要求，但寬厚比過大（單組分超過2∶1，雙組分超過3∶1）。對于單組分密封膠，過大的膠縫尺寸或者過大的寬厚比會嚴(yán)重影響密封膠的固化過程，大大延長固化時間甚至導(dǎo)致密封膠長期不固化；對于雙組分而言，雖然是A、B 組分發(fā)生固化反應(yīng)，但過大的膠縫尺寸或者過大的寬厚比會影響密封膠內(nèi)部小分子的釋放和揮發(fā)，進(jìn)而影響密封膠的固化過程。不管是單組分結(jié)構(gòu)密封膠還是雙組分結(jié)構(gòu)密封膠，內(nèi)部固化不充分，都將引起粘接問題；而且固化不充分的密封膠，其粘接強(qiáng)度、彈性等性能也無法達(dá)到預(yù)期值。

某項(xiàng)目使用的單組分結(jié)構(gòu)密封膠，注膠寬度約33mm，厚度5mm。該項(xiàng)目反饋打膠近一個月之后，密封膠內(nèi)部尚未固化完全；移動板塊，密封膠與基材出現(xiàn)局部粘接不良，膠體內(nèi)部已固化和未固化的密封膠之間也出現(xiàn)分離。如圖6所示。

圖6 某項(xiàng)目膠縫過寬且寬厚比過大

該項(xiàng)目就是設(shè)計不合理的一個典型案例，不僅寬度超過規(guī)范要求（≥24mm），寬厚比也非常大，達(dá)到33 ∶5（6.6 ∶1），在實(shí)際的應(yīng)用中出現(xiàn)明顯的固化問題。

因此在設(shè)計時，一定要注意密封膠的尺寸，膠縫尺寸和寬厚比均應(yīng)符合密封膠廠家的使用要求。計算不能通過時，需向密封膠廠家確認(rèn)，獲得廠家的認(rèn)可。

2.3.2 膠縫封閉

在結(jié)構(gòu)密封膠膠縫設(shè)計時，無論是單組分結(jié)構(gòu)密封膠還是雙組分結(jié)構(gòu)密封膠，都應(yīng)保證其與外界空氣的接觸，使結(jié)構(gòu)密封膠能夠充分固化，達(dá)到最佳的性能。設(shè)計時應(yīng)避免將結(jié)構(gòu)密封膠完全封閉，因完全封閉可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)密封膠不能充分固化，無法獲得預(yù)期的物理性能。

某項(xiàng)目單元件使用雙組分結(jié)構(gòu)密封膠加工，對養(yǎng)護(hù)后的單元件成品進(jìn)行割膠檢測時發(fā)現(xiàn)：養(yǎng)護(hù)24h 割膠硬度未達(dá)到20（Shore A），并且存在局部粘結(jié)不良的情況。如圖7 所示。

圖7 某項(xiàng)目封閉設(shè)計導(dǎo)致密封膠局部粘接不良

與上述現(xiàn)象對比，暴露在空氣下的對照組不僅粘接良好，24h 后硬度也達(dá)到了34（Shore A）。對于單元件中硬度未達(dá)到20（Shore A）的膠縫，割膠后暴露在空氣中硬度會持續(xù)上升，在48h～72h 硬度會達(dá)到35（Shore A）以上，粘結(jié)效果也隨之好轉(zhuǎn)。

本項(xiàng)目單元件割膠出現(xiàn)的上述局部不粘、硬度不達(dá)標(biāo)的主要原因，就是膠縫封閉設(shè)計。本項(xiàng)目接口設(shè)計如圖8（左）所示，結(jié)構(gòu)密封膠的寬度為22mm，厚度為8mm，此時寬厚比為2.75∶1，尚未超出常規(guī)設(shè)計的寬厚比要求。但與密封膠粘結(jié)的副框和側(cè)面的護(hù)邊是一體成型的“L”型鋁型材，與密封膠接觸的膠條也是不透氣的狀態(tài)。因此，待注膠的結(jié)構(gòu)密封膠膠縫相當(dāng)于由3 個不透氣的面（材料分別為玻璃、鋁材和橡膠條）和一個與空氣接觸的面（材料為泡沫棒和耐候膠）構(gòu)成[4

]。

實(shí)際施工時，工人在打注雙組分結(jié)構(gòu)密封膠后會在短時間內(nèi)填塞泡沫棒，并施打耐候密封膠。這樣操作使得結(jié)構(gòu)密封膠唯一與空氣接觸的面被封閉，結(jié)構(gòu)密封膠固化、養(yǎng)護(hù)處于相對封閉的使用條件。更為嚴(yán)重的是，在實(shí)際施工的過程中，由于護(hù)邊鋁型材的限制，結(jié)構(gòu)密封膠只能從側(cè)面注膠，注膠過程中側(cè)邊溢出的密封膠并沒有清除，幾乎填塞整個“L”型空腔，如圖8（右）所示，導(dǎo)致該項(xiàng)目單元板塊實(shí)際注膠寬度達(dá)28mm～38mm 左右，而厚度仍然為8mm，寬厚比達(dá)近3.5∶1～4.75∶1，超過了規(guī)范要求。

圖8 結(jié)構(gòu)密封膠封閉設(shè)計示意圖

本項(xiàng)目通過延長了打注結(jié)構(gòu)密封膠與打注耐候膠之間的時間間隔，并將注膠過程中側(cè)邊溢出的密封膠清除，讓結(jié)構(gòu)密封膠在空氣中充分固化之后再施打耐候密封膠，最終獲得了較好的固化和粘結(jié)效果。

可以看出，設(shè)計與施工之間并非各自獨(dú)立，而是互相影響的。寬厚比過大的設(shè)計除了對密封膠本身的固化、粘接等性能產(chǎn)生影響，實(shí)際施工的難度也非常大，極易產(chǎn)生注膠不飽滿、有氣泡等缺陷；采用“L”型護(hù)邊的單元件需要從側(cè)面注膠，然后將側(cè)邊溢出的密封膠清除，并延長打注結(jié)構(gòu)密封膠與打注耐候膠之間的時間間隔，才能獲得良好的粘接效果，這種設(shè)計在實(shí)際的施工中非常麻煩且極易出現(xiàn)問題，因此筆者不建議采用。

2.4 材料的原因及解決方案

由于實(shí)際施工過程中使用的材料（鋁材、玻璃、密封膠、清洗劑、底涂液等）批次很多，需要注意不同批次間可能存在差異。同時，施工現(xiàn)場的環(huán)境與進(jìn)行粘接性試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境也不盡相同。因此，在施工過程中，需要對每批次進(jìn)廠的材料進(jìn)行現(xiàn)場粘接性試驗(yàn)，如圖9 所示。

圖9 某項(xiàng)目現(xiàn)場粘接性試驗(yàn)粘接不良（左）與粘接良好（右）對比

另外，也需要注意與密封膠接觸的輔材，例如橡膠條、雙面膠貼、橡膠墊片等可能對粘接產(chǎn)生的影響。某些輔材可能含有過量的或者與密封膠不相容的增塑劑，可能滲入硅酮結(jié)構(gòu)密封膠并導(dǎo)致密封膠變色、軟化以及脫粘等。因此，輔材也需要提前與密封膠進(jìn)行粘接性和相容性測試。

2.5 注膠環(huán)境、養(yǎng)護(hù)環(huán)境的原因及解決方案

2.5.1 注膠環(huán)境的原因及解決方案

根據(jù)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》中第9 章的規(guī)定，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的注膠環(huán)境溫度、濕度條件應(yīng)符合結(jié)構(gòu)密封膠產(chǎn)品的規(guī)定。一般硅酮結(jié)構(gòu)密封膠產(chǎn)品使用的環(huán)境要求為：溫度10℃～40℃，相對濕度40%～80%的清潔環(huán)境，下雨、下雪時不能施工。

如不在密封膠產(chǎn)品規(guī)定的施工環(huán)境下施工，則可能發(fā)生粘接問題。例如溫度過低時，密封膠與基材表面潤濕性降低，影響密封膠與基材的粘結(jié)性，如圖10 所示。

圖10 某項(xiàng)目低溫下施工粘接不良

因此在實(shí)際施工時，應(yīng)確保施工環(huán)境滿足密封膠品牌的要求。北方的冬季應(yīng)有采暖，南方的夏季應(yīng)有降溫措施，保證施工溫度在密封膠廠家要求的范圍之內(nèi)。如用戶有特殊情況，需要在較低溫度環(huán)境下施工(如環(huán)境溫度稍低于10℃)，建議在使用前先進(jìn)行小面積打膠試驗(yàn)，并進(jìn)行剝離粘結(jié)性試驗(yàn)，確認(rèn)密封膠固化、粘結(jié)良好，并視情況適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間。有必要時，可考慮選擇采用二甲苯清洗并打底涂液以加快粘結(jié)速度，降低因環(huán)境溫度過低導(dǎo)致粘結(jié)不良的風(fēng)險。

2.5.2 養(yǎng)護(hù)環(huán)境的原因及解決方案

密封膠注膠完成之后，養(yǎng)護(hù)過程應(yīng)在整潔、通風(fēng)的環(huán)境中，一般溫度需保持在10℃～40℃，濕度保持在50%～90%。當(dāng)養(yǎng)護(hù)環(huán)境的溫、濕度無法達(dá)到要求時，硅酮密封膠固化速度、粘接速度會比正常條件下慢，甚至出現(xiàn)固化、粘接問題。

由于單、雙組分密封膠固化機(jī)理的不同，養(yǎng)護(hù)環(huán)境對密封膠固化的影響在單組分結(jié)構(gòu)密封膠中表現(xiàn)更加明顯。單組分密封膠的固化情況與養(yǎng)護(hù)時間有明顯的關(guān)系，在相同的環(huán)境下，養(yǎng)護(hù)時間越長，固化程度越高。雖然養(yǎng)護(hù)環(huán)境對雙組分密封膠的固化速度沒有明顯的影響，但對雙組分密封膠的粘接速度則有著明顯的影響。雙組分密封膠的固化過程和粘結(jié)性的建立過程是獨(dú)立的，即使雙組分密封膠達(dá)到完全固化，也并不意味著密封膠和基材建立了完全的粘結(jié)性。因此，當(dāng)養(yǎng)護(hù)環(huán)境無法達(dá)到要求時，需適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間，并通過割膠試驗(yàn)密切關(guān)注密封膠的固化及粘接情況。如果密封膠因?yàn)榄h(huán)境的影響，出現(xiàn)粘接不穩(wěn)定的情況。那么即使按照粘接性測試的結(jié)果不需要打底涂，也可以通過現(xiàn)場粘接性測試，使用合適的底涂以增強(qiáng)粘接的效果。

某項(xiàng)目使用單組分密封膠，注膠深度為10mm，在低溫條件下，完全固化所需的時間可能是常溫下的2 倍～3 倍甚至更長。

另外，通風(fēng)條件和空氣濕度也對單、雙組分密封膠的固化過程產(chǎn)生影響。良好的通風(fēng)條件對單、雙組分的固化和粘接過程均比較有利?？諝鉂穸冗^低（低于50%）或過高（高于90%）都將對密封膠的固化產(chǎn)生不利的影響。此時應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量控制，并通過割膠試驗(yàn)密切關(guān)注密封膠的固化及粘接情況。

3.結(jié)論

（1）本文結(jié)合具體的案例，從粘接性試驗(yàn)、施工工藝、設(shè)計、材料、注膠環(huán)境和養(yǎng)護(hù)環(huán)境等方面對于結(jié)構(gòu)密封膠與基材的粘接問題進(jìn)行了系統(tǒng)的原因分析，并給出了對應(yīng)的解決方案。

（2）在設(shè)計過程中，應(yīng)對膠縫尺寸、寬厚比和膠縫封閉情況予以充分的考慮，有需要時可向密封膠生產(chǎn)廠家溝通確認(rèn)。在施工過程中，應(yīng)提前做好粘接性試驗(yàn)，按推薦的施工工藝施工，同時規(guī)范清洗、打底涂、注膠等施工操作。

（3）在結(jié)構(gòu)密封膠應(yīng)用過程中，重視以上環(huán)節(jié)可獲得理想的粘接效果，大幅度減少粘接不良問題的發(fā)生。