浴室風(fēng)干系統(tǒng)用膠粘劑的濕熱老化行為研究*

蔣武衡，王利莉，劉建華

（廣州科技職業(yè)技術(shù)大學(xué)，廣東廣州 510550）

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和近年來城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速推進(jìn)，浴室風(fēng)干系統(tǒng)作為建筑中必不可少的組成部分，已越來越多地受到人們的關(guān)注并逐漸提出了更高的要求[1]。由于浴室中環(huán)境較為復(fù)雜，風(fēng)干系統(tǒng)需要將浴室內(nèi)潮濕的熱空氣吸收，經(jīng)過了后排出以保障浴室干燥，這就給浴室風(fēng)干系統(tǒng)中的材料提出了更高的要求，包括用于浴室風(fēng)干系統(tǒng)的膠粘劑需要具有良好的濕熱老化特性[2-4]，以保障設(shè)備的正常運(yùn)行，盡可能降低維修次數(shù)，延長使用壽命。雖然室溫固化膠粘劑在浴室風(fēng)干系統(tǒng)中已被廣泛應(yīng)用，但是影響膠粘劑使用壽命的因素及其影響規(guī)律仍然不十分清楚[5-7]。為了探索浴室風(fēng)干系統(tǒng)中膠粘劑的濕熱老化行為影響因素，更好地解決膠粘劑的老化失效等問題，本文研究了環(huán)境因素（蒸餾水、鹽水）和固化條件（標(biāo)準(zhǔn)固化、后固化）對膠粘劑水分?jǐn)U散、吸濕特征和強(qiáng)度退化等的影響，以期為浴室風(fēng)干系統(tǒng)用膠粘劑的開發(fā)與應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

實驗材料為 Araldite? 2021膠粘劑（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為68℃），根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NF T 76-142 和 ISO 15166制備[8-9]平板試件（80mm×30mm）和啞鈴型試件（圖1），膠槍與底板角度為30°、模具為聚四氟乙烯模具，固化溫度為40℃、固化試件為18h。

圖1 啞鈴型試件尺寸示意圖Fig. 1 Dimension diagram of dumbbell test piece

將制備好的膠黏劑試件浸入不同環(huán)境的蒸餾水和鹽溶液中，制備不同環(huán)境和固化條件的膠粘劑試樣，每組試樣不少于5根。其中，D表示50℃蒸餾水環(huán)境中標(biāo)準(zhǔn)固化，S表示50℃/5%NaCl溶液環(huán)境中標(biāo)準(zhǔn)固化[10]，DP表示50℃蒸餾水環(huán)境中后固化，SP表示50℃/5%NaCl溶液環(huán)境中后固化[11]。老化環(huán)境（50℃）使用Lab Companion 型高低溫（濕熱）環(huán)境箱，采用Sartorius電子天平和EF2J0006/CLH12-242型螺旋測微器測試質(zhì)量與厚度，測試吸濕膨脹特性[12]；強(qiáng)度測試在INSTRON 5596型萬能材料試驗機(jī)上進(jìn)行，拉伸速率為0.5mm/min，結(jié)果為5根試樣中剔除最大值和最小值后三根試樣測試結(jié)果的平均值。

2 結(jié)果與分析

圖2為不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕百分比-時間曲線，表1中列出了相應(yīng)的濕度擴(kuò)散性質(zhì)統(tǒng)計結(jié)果?？梢?，隨著浸泡時間的延長，不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕百分比都呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，但是在相同浸泡時間下膠粘劑的吸濕百分比存在明顯差異。在D條件下，膠粘劑的飽和吸濕量和水分?jǐn)U散系數(shù)分別為9.50%和3.54×10-7mm2?s-1；在S條件下，膠粘劑的飽和吸濕量和水分?jǐn)U散系數(shù)分別為3.76%和7.62×10-7mm2?s-1；在相同環(huán)境下，采用后固化的膠粘劑的飽和吸濕量有不同程度增大、水分?jǐn)U散系數(shù)有不同程度減小。此外，對比分析可知，無論是標(biāo)準(zhǔn)固化還是后固化條件下，膠粘劑在蒸餾水中的飽和吸濕量都高于5%NaCl溶液中、水分?jǐn)U散系數(shù)都小于5%NaCl溶液中。這主要是因為水在5%NaCl溶液中的擴(kuò)散速率要高于蒸餾水，鹽溶液有助于促進(jìn)膠粘劑結(jié)構(gòu)中微腔的形成并提高擴(kuò)散速率[12]；此外，在鹽溶液中，膠粘劑會發(fā)生反滲透現(xiàn)象[13]而使得飽和吸濕量較小。

圖2 不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕百分比-時間曲線Fig. 2 Moisture absorption percentage time curve of adhesive under different environment and curing conditions

表1 在不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的濕度擴(kuò)散性質(zhì)Table 1 Humidity diffusion properties of adhesives under different environments and curing conditions

圖3為不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕膨脹量與吸濕水分含量關(guān)系曲線，表2中列出了相應(yīng)的吸濕膨脹特性統(tǒng)計結(jié)果。可見，隨著吸濕水分含量增加，不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕膨脹量呈現(xiàn)逐漸增大的特征。對于D條件下，膠粘劑的吸濕膨脹系數(shù)和總吸濕膨脹應(yīng)變分別為0.48cm/（cm?%）和3.60%；對于S條件下，膠粘劑的吸濕膨脹系數(shù)和總吸濕膨脹應(yīng)變分別為0.45 cm/（cm?%）和1.63%。在相同環(huán)境下，采用后固化的膠粘劑的吸濕膨脹系數(shù)要小于標(biāo)準(zhǔn)固化條件的膠粘劑，而總吸濕膨脹應(yīng)變要大于標(biāo)準(zhǔn)固化條件的膠粘劑；在相同固化條件下，膠粘劑在蒸餾水中的吸濕膨脹系數(shù)和總吸濕膨脹應(yīng)變都高于5%NaCl溶液中。由此可見，鹽水環(huán)境下膠粘劑的吸濕膨脹系數(shù)要小于蒸餾水中，后固化處理后相較標(biāo)準(zhǔn)處理得到的膠粘劑的吸濕膨脹系數(shù)減小、總吸濕膨脹應(yīng)變增大。圖4為不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的破壞強(qiáng)度-吸水百分比關(guān)系曲線，表3列出了相應(yīng)的強(qiáng)度退化結(jié)果。可見，不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的破壞強(qiáng)度都會隨著吸水百分比增加而減??；在相同固化條件下，蒸餾水環(huán)境中膠粘劑由于具有更大的飽和吸濕量而使得破壞強(qiáng)度有進(jìn)一步減小[14]。D、S、DP、SP條件下膠粘劑的強(qiáng)度退化分別為72.22%、76.52%、76.56%和87.73%，可見，相同固化條件下，鹽溶液中膠粘劑的強(qiáng)度退化相對較大；相同環(huán)境下，后固化得到的膠粘劑的強(qiáng)度退化相對標(biāo)準(zhǔn)固化更大。

圖3 不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕膨脹量與吸濕水分含量關(guān)系曲線Fig. 3 Relation curve between hygroscopic expansion and hygroscopic moisture content of adhesive under diff erent environments and curing conditions

表2 不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕膨脹特性Table 2 Hygroscopic expansion characteristics of adhesives under different environments and curing conditions

圖4 不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的破壞強(qiáng)度-吸水百分比關(guān)系曲線Fig. 4 Relationship curve between breaking strength and percentage of water absorption of adhesive under different environments and curing conditions

表3 不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的強(qiáng)度退化結(jié)果Table 3 Strength degradation results of adhesives under different environments and curing conditions

進(jìn)一步考察了膠黏劑試件的幾何效應(yīng)對擴(kuò)散的影響，圖5為不同類型的膠粘劑試件的吸濕量與時間曲線，表4列出了相應(yīng)的幾何參數(shù)與擴(kuò)散性質(zhì)的對應(yīng)關(guān)系[15]，試件類型包括平板試樣、啞鈴型試件，厚度包括1mm和2mm（啞鈴型試件），環(huán)境包括蒸餾水和鹽水。對于平板試件-1mm試樣，蒸餾水環(huán)境下的平均擴(kuò)散速率和平均飽和吸濕量分別為1.40×10-7mm2?s-1和11.347%，在飽和氯化鈉溶液環(huán)境下的平均擴(kuò)散速率和平均飽和吸濕量分別為5.13×10-7mm2?s-1和2.405%，可見，鹽溶液環(huán)境下膠粘劑試樣的水分?jǐn)U散速率更大、平均飽和吸濕量更小；對于相同厚度的啞鈴型試件-1mm，相較于平板試件-1mm試樣，蒸餾水和飽和氯化鈉溶液環(huán)境下的平均擴(kuò)散速率更大，蒸餾水環(huán)境下的平均飽和吸濕量變小、鹽環(huán)境下的平均飽和吸濕量變大；對于啞鈴型試件-2mm，相較于平板試件-1mm試樣，蒸餾水環(huán)境下的平均擴(kuò)散速率變大、平均飽和吸濕量變小，鹽環(huán)境下的平均擴(kuò)散速率變大、平均飽和吸濕量變大。整體而言，膠粘劑試件的幾何參數(shù)會對平均擴(kuò)散速率和平均飽和吸濕量產(chǎn)生明顯影響，啞鈴型試件會相對平板試件具有更大的平均擴(kuò)散速率，但是平均飽和吸濕量變化不大。

圖5 不同類型的膠粘劑試件的吸濕量與時間曲線Fig. 5 Moisture absorption and time curve of diff erent types of adhesive specimens

表4 不同類型的膠粘劑試件的幾何參數(shù)與擴(kuò)散性質(zhì)的對應(yīng)關(guān)系Table 4 Corresponding relationship between geometric parameters and diffusion properties of different types of adhesive specimens

3 結(jié)論

（1）隨著浸泡時間的延長，不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕百分比都呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。在D條件下，膠粘劑的飽和吸濕量和水分?jǐn)U散系數(shù)分別為9.50%和3.54×10-7mm2?s-1；在S條件下，膠粘劑的飽和吸濕量和水分?jǐn)U散系數(shù)分別為3.76%和7.62×10-7mm2?s-1；在相同環(huán)境下，采用后固化的膠粘劑的飽和吸濕量有不同程度增大、水分?jǐn)U散系數(shù)有不同程度減小。

（2）隨著吸濕水分含量增加，不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕膨脹量呈現(xiàn)逐漸增大的特征。在相同環(huán)境下，采用后固化的膠粘劑的吸濕膨脹系數(shù)要小于標(biāo)準(zhǔn)固化條件的膠粘劑，而總吸濕膨脹應(yīng)變要大于標(biāo)準(zhǔn)固化條件的膠粘劑；在相同固化條件下，膠粘劑在蒸餾水中的吸濕膨脹系數(shù)和總吸濕膨脹應(yīng)變都高于5%NaCl溶液中。

（3）不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的破壞強(qiáng)度都會隨著吸水百分比增加而減?。辉谙嗤袒瘲l件下，蒸餾水環(huán)境中膠粘劑由于具有更大的飽和吸濕量而使得破壞強(qiáng)度有進(jìn)一步減小。D、S、DP、SP條件下膠粘劑的強(qiáng)度退化分別為72.22%、76.52%、76.56%和87.73%。