硅酮結(jié)構(gòu)密封膠粘接性能影響因素評價

段紅莉

山東省建筑工程質(zhì)量檢驗檢測中心有限公司，山東濟南，250031

0 引言

玻璃幕墻在現(xiàn)代工業(yè)、建筑中應(yīng)用廣泛，尤其是超高層建筑和大型商用建筑，玻璃幕墻不僅有非常重要的裝飾作用，而且在防水、保溫、環(huán)境保護方面也有良好表現(xiàn)?，F(xiàn)階段，玻璃幕墻多使用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠進行粘接，在幕墻結(jié)構(gòu)中，玻璃、金屬框架、板材等受到外界因素的影響較小，具有較長的使用壽命，而起到粘接作用的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，受外界因素的影響，包括紫外線、潮濕、高溫以及外力作用，內(nèi)部發(fā)生了物理或者化學(xué)變化，降低了其原有的性能，影響了使用壽命[1]。因此，為了進一步提升建筑幕墻的使用壽命和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需要對影響硅酮結(jié)構(gòu)密封膠粘接性能的因素進行詳細(xì)分析，通過科學(xué)實驗獲取硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在紫外線輻射、潮濕、高溫、拉伸等條件下的粘接性能衰減數(shù)值，進而掌握硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的老化規(guī)律，有針對性地對其進行優(yōu)化升級。

1 硅酮結(jié)構(gòu)密封膠質(zhì)量問題評價

在建筑幕墻結(jié)構(gòu)中，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠是一種非常重要的粘接劑。使用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，可以將玻璃板與金屬框架粘接在一起，起到密封、保溫、防水作用的同時，還能夠承載幕墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)力。在建筑幕墻結(jié)構(gòu)中，玻璃板和金屬框架的物理學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定，硅酮結(jié)構(gòu)膠的分子結(jié)構(gòu)容易受到外界因素的影響，降低其粘接性能，出現(xiàn)老化、開裂，影響了建筑幕墻的使用壽命和安全性。

1.1 膠體老化

硅酮結(jié)構(gòu)密封膠老化是影響建筑幕墻使用壽命的重要因素，但導(dǎo)致其老化的因素較多，因此其使用環(huán)境較為嚴(yán)苛。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠易受光照、雨雪、溫度等環(huán)境因素的影響，包括高溫、潮濕、紫外線、機械應(yīng)力等，導(dǎo)致其發(fā)生了物理和化學(xué)變化，進而導(dǎo)致膠體粘接性能下降。當(dāng)硅酮密封膠出現(xiàn)了表面裂紋，雨水會隨著縫隙進入幕墻內(nèi)，長期積累會導(dǎo)致密封膠發(fā)生水解現(xiàn)象，影響硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的粘結(jié)性能，降低使用壽命。因此，建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠老化問題應(yīng)該引起足夠重視[2]。

1.2 質(zhì)量問題

GB16776-2005《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》對硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的質(zhì)量有明確規(guī)定，外觀為細(xì)膩、均勻膏狀物或者黏稠液體。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的配方直接影響其粘接性能。部分商家為追逐利益，采用非常規(guī)手段制造硅酮密封膠，通過降低生產(chǎn)成本來獲取利潤，嚴(yán)重影響了硅酮結(jié)構(gòu)密封膠質(zhì)量和粘接性能。劣質(zhì)的原材料和白油以及裂解硅油等劣質(zhì)添加劑，會提升膠體的外觀特性，但是對粘接性能沒有任何幫助。這些劣質(zhì)添加劑盡管自身揮發(fā)較慢，但其一旦揮發(fā)殆盡，密封膠就會出現(xiàn)開裂、粉化、脆化等問題，導(dǎo)致密封膠過早失效，造成幕墻漏水、漏氣、能耗上升等質(zhì)量問題，嚴(yán)重影響了建筑幕墻的使用壽命。

1.3 膠體污染

硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的配方各不相同，為了提升膠體的粘接性能，一些廠家會使用添加劑改善密封膠的粘接性能，提升建筑幕墻的使用壽命[3]。添加劑的成分或者含量會對硅酮結(jié)構(gòu)密封膠造成污染，導(dǎo)致膠體脆化、開裂，其中的礦物質(zhì)成分會滲透到建筑幕墻面板中造成污染，尤其是在超高層和大型建筑中，污染處不容易清洗，不但影響了建筑物外觀，而且還會因為需要更換而浪費大量的人力、物力。

2 硅酮結(jié)構(gòu)密封膠老化試驗及結(jié)果

硅酮結(jié)構(gòu)密封膠老化試驗主要研究紫外線輻射、潮濕、高溫、外力拉伸對硅酮結(jié)構(gòu)密封膠拉伸粘接性能的影響。選擇市面上常見的4種硅酮結(jié)構(gòu)密封膠進行試驗，將樣品分為單號組（1號、3號、5號、7號）和雙號組（2號、4號、6號、8號），按照《建筑密封膠材料實驗方法》準(zhǔn)備試樣，每一個編號制作25個試樣，5個試樣為1組，基材為玻璃板和鋁板。對硅酮結(jié)構(gòu)密封膠樣品進行紫外線人工老化試驗，觀察樣品拉伸粘接性能衰變規(guī)律。紫外線光照試驗采用紫外熒光老化試驗箱，拉伸強度試驗采用AG IS 100kN萬能材料試驗機，熱老化試驗使用溫度為85℃的鼓風(fēng)機；每12個小時為一個試驗循環(huán)周期，試驗時間分別為300h、1000h、2000h、3000h、5000h；按照每5mm/min速度對樣品進行拉伸至破壞，測量每個樣品的長、寬、高，測試最大粘接強度和處于最大粘接強度時的伸長率。試驗結(jié)果如下。

2.1 硅酮結(jié)構(gòu)密封膠光老化試驗結(jié)果

分別測試單號組硅酮結(jié)構(gòu)密封膠試驗樣品在紫外線輻照下的粘接強度，當(dāng)時長達(dá)到1000h時，粘接性能出現(xiàn)明顯下降，5000h達(dá)到最低值，其中1號、3號呈線性下降趨勢，5號和7號樣品在1000h時下降趨勢較為明顯，3000h后的降幅程度較小。同理，分別測試雙號組硅酮結(jié)構(gòu)密封膠試驗樣品在紫外線輻照下的粘接強度，發(fā)現(xiàn)6號和8號樣品在試驗初期粘接性能有小幅度上升，在1000h時達(dá)到最大值，隨著老化試驗時間的增加，粘接性能出現(xiàn)下降，5000h粘接性能回落到初始值位置；4號樣品在試驗初期粘接性能下降明顯，1000h后下降趨勢平穩(wěn)，5000h后粘接性能下降至初始值的58%；2號樣品呈現(xiàn)出線性下降趨勢，5000h后粘接強度下降至初始值的40%[4]。

在對單號組進行伸長率測試方面，1號、5號、7號樣品在試驗初期的伸長率有小幅下降，1000h后基本保持不變，與初始值相當(dāng)；3號樣品的伸長率在試驗初期出現(xiàn)小幅上升，但是隨著時間的增加，伸長率與初始值相比增加20%，并逐漸趨于平穩(wěn)。雙號組樣品在伸長率測試過程中，2號樣品在老化試驗初期伸長率出現(xiàn)小幅下降，1000h后伸長率下降趨勢平穩(wěn)，降低至初始值的30%；6號和8號樣品在老化試驗初期，伸長率出現(xiàn)小幅度上升，1000h后伸長率開始下降，5000h后伸長率回落至初始值；4號樣品在伸長率測試中呈現(xiàn)線性下降趨勢。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在進行光老化的過程中，粘接性能隨著紫外線照射時間的增加而降低，尤其是在潮濕環(huán)境中，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠結(jié)構(gòu)會發(fā)生水解反應(yīng)，造成粘接性能和伸長率的降低。在伸長率方面，受到紫外線影響，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠出現(xiàn)交聯(lián)和降解反應(yīng)，當(dāng)時間達(dá)到1000h左右時，交聯(lián)作用下降，降解作用開始處于主導(dǎo)地位，影響了硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的伸長率。

2.2 硅酮結(jié)構(gòu)密封膠熱老化試驗結(jié)果

試驗過程中將硅酮密封膠樣品在300h、1000h、2000h、3000h、5000h從熱老化箱中取出，測試粘接強度和伸長率。在85℃溫度下，單號組試驗樣品的粘接強度隨著時間的增加表現(xiàn)出函數(shù)關(guān)系。試驗時間在1000～2000h內(nèi)，樣品的粘接強度達(dá)到最大值，但隨著時間繼續(xù)增加到5000h時，1號和3號樣品的粘接強度開始下降至初始值，5號樣品的粘接強度則出現(xiàn)了明顯增長，其值超過初始值的15%，7號樣品的粘接強度比初始值降低了10%。雙號組在熱老化試驗過程中，當(dāng)時間為1000h時，2號、6號、8號樣品的粘接強度逐漸上升，其中2號和8號樣品在2000h時達(dá)到最大值，隨著老化試驗時間增加，粘接強度開始下降；4號樣品在老化試驗過程中呈現(xiàn)線性下降趨勢；5000h后4組硅酮結(jié)構(gòu)密封膠樣品的粘接性能下降至初始值，其中4號樣品的粘接性能下降最多，比初始值降低了40%。

在85℃溫度下，對單號組試驗樣品的伸長率進行了測試，當(dāng)時間達(dá)到1000h時，1號、3號、5號樣品的伸長率開始明顯下降，直到達(dá)到最低值；當(dāng)試驗時間達(dá)到5000h時，伸長率出現(xiàn)小幅上升但都低于初始值，7號樣品的伸長率在5000h后無明顯變化。對雙號組樣品進行伸長率測試，試驗初期2號、6號樣品伸長率出現(xiàn)小幅度上升，并在500h時樣品伸長率逐漸下降，到1000h時，樣品的伸長率下降趨勢平穩(wěn)，5000h后伸長率下降至最低值，其中8號樣品的伸長率比初始值下降54%，4號樣品在伸長率測試中呈現(xiàn)線性下降趨勢。通過試驗可以得出，高溫、潮濕是導(dǎo)致硅酮結(jié)構(gòu)密封膠老化的一個重要因素，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在溫度的影響下，分子結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生劇烈運動，老化試驗初期以交聯(lián)反應(yīng)為主，伸長率逐漸上升，隨著老化時間不斷增加，交聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致分子鏈不斷加長，改變了其力學(xué)性能，從而影響了伸長率。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠具有良好的耐熱性，在高溫狀態(tài)下硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的粘接性能能夠保持有效增長，但是由于市面上的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的配方各有不同，因此試驗結(jié)果具有一定的差異。GB16776-2005《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》對硅酮結(jié)構(gòu)密封膠物理學(xué)性能的標(biāo)準(zhǔn)要求見表1。

表1 硅酮結(jié)構(gòu)密封膠物理學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)

3 硅酮結(jié)構(gòu)密封膠質(zhì)量控制策略

硅酮結(jié)構(gòu)密封膠是現(xiàn)代建筑中不可或缺的一種黏合劑，使用過程中需要進行非常嚴(yán)格的質(zhì)量控制。GB 16776-2005《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》中明確指出膠體彈性恢復(fù)率要達(dá)到95%以上，拉伸黏結(jié)強度保持率為75%以上，并且耐高溫，不會因為環(huán)境因素加速老化，以此來確保建筑幕墻的氣密性、水密性等性能。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的使用環(huán)境較為特殊，在其眾多的性能影響因素中，高溫對硅酮結(jié)構(gòu)密封膠粘接性能的影響最為突出，試驗中85℃時硅酮結(jié)構(gòu)密封膠內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，老化程度會隨著時間的增加而加快，當(dāng)溫度升高至95℃時會導(dǎo)致硅酮密封膠失效。因此，在高溫環(huán)境中需要謹(jǐn)慎選擇使用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠。

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的配方不斷升級，其中添加劑成分會直接影響其質(zhì)量，因此應(yīng)結(jié)合GB 16776-2005《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》嚴(yán)格控制硅酮結(jié)構(gòu)密封膠結(jié)構(gòu)以及組成物含量，通過定量或者定性檢測硅酮密封膠中白油等烷烴增塑劑，有效杜絕劣質(zhì)產(chǎn)品的滋生，提升硅酮密封膠使用壽命[5-6]。

4 結(jié)語

綜上所述，建筑幕墻在現(xiàn)代城市建筑中的應(yīng)用越來越普遍，幕墻結(jié)構(gòu)不僅有裝飾效果，而且在保溫、環(huán)保、密封等方面具有非常重要的作用，其中硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的質(zhì)量對建筑幕墻的使用壽命有著最直接的影響。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的老化會影響粘接性能，導(dǎo)致膠體開裂、幕墻結(jié)構(gòu)漏水、玻璃面板脫落等，從而引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。為了能夠有效提升建筑幕墻的使用壽命，需要對引發(fā)硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的老化因素進行詳細(xì)分析?，F(xiàn)階段，光老化、熱老化是硅酮結(jié)構(gòu)密封膠常見的老化因素，本文選取4種硅酮結(jié)構(gòu)密封膠進行老化試驗，結(jié)合GB16776-2005《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》標(biāo)準(zhǔn)，對硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的性能影響因素進行詳細(xì)分析后得出，高溫狀態(tài)對硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的粘接性能有較大影響，長期日曬會使密封膠表面溫度升高，使其變軟，粘接性能下降，而當(dāng)溫度升高至95℃時會導(dǎo)致硅酮密封膠失效。