硅酮密封膠在建筑幕墻應(yīng)用中的粘接性能對比試驗

金正開 張玉彬 趙奕華

摘 要：建筑幕墻密封膠在使用一定時間后，會出現(xiàn)干裂，粘接性能降低等問題。以α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷為主要原料，研究采用107膠、甲基硅油等多種材料制備膠體混合液，分別添加3種不同的納米活性輕質(zhì)碳酸鈣，并在3種混合液中繼續(xù)加入催化劑與交聯(lián)劑，制成JT1、JT2與JT3這3種硅酮密封膠試件，測試不同密封膠試件性能。結(jié)果表明，JT1硅酮密封的拉伸模量、擠出性以及斷裂伸長率均高于其他兩種試件。當(dāng)添加不同含量的交聯(lián)劑時，JT1硅酮密封始終保持最快的固化時間與表干時間；當(dāng)試件養(yǎng)護(hù)時間不斷增加，JT1硅酮密封膠依然可以保持最高的粘接能力與硬度，且JT1硅酮密封膠受紫外光老化與熱水老化的影響較?。划?dāng)熱溫達(dá)到90 ℃時，JT1硅酮密封膠的粘接強(qiáng)度為0.674 MPa。

關(guān)鍵詞：建筑幕墻；硅酮密封膠；粘接性能；擠出性；拉伸模量

中圖分類號：TQ437+.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2023）04-0050-05

Comparative test on the adhesive performance of silicone sealant in the application of building curtain walls

JIN Zhengkai，ZHANG Yubin，ZHAO Yihua

（Jiangsu Provincial Peoples Hospital for Women and Children Branch Foundation office，Nanjing 210000，China

）

Abstract：After a certain period of use，the building curtain wall sealant will have problems such as dry cracking and reduced bonding performance.Using α，ω-dihydroxy polydimethylsiloxane as the main raw material，a colloidal mixture was prepared with 107 glue，methyl silicone oil and other materials，and three different nano-active light calcium carbonates were added respectively.The catalyst and cross-linking agent were added to the three mixed solutions to make three kinds of silicone sealant specimens JT1，JT2 and JT3，and the properties of different sealant specimens were tested.It has been verified by experiments that the tensile modulus，extrudability and elongation at break of the JT1 silicone sealant are higher than those of the other two specimens.When the crosslinking agent is used，the JT1 silicone sealant always maintains the fastest curing time and surface drying time;when the curing time of the specimen continues to increase，the JT1 silicone sealant can still maintain the highest bonding ability and hardness，and the JT1 silicone sealant is less affected by ultraviolet light aging and hot water aging.When the heat temperature reaches 90 ℃，the bonding strength of JT1 silicone sealant is 0.674 MPa.

Key words：building curtain wall;silicone sealant;bonding property;extrusion;the tensile modulus

建筑幕墻是由面板及支承結(jié)構(gòu)所組成的建筑外圍結(jié)構(gòu)［1］。其與傳統(tǒng)磚砌結(jié)構(gòu)外墻不同，建筑幕墻的施工方式更為簡便，且更加節(jié)能環(huán)保，因此幕墻已成為目前建筑圍護(hù)體系主要的應(yīng)用結(jié)構(gòu)［2］。建筑膠粘劑能夠為建筑幕墻提供粘接作用，同時可在一定程度上提升幕墻的強(qiáng)度。由于建筑幕墻材料的多樣化，單一的密封膠種類無法完全實現(xiàn)各種材質(zhì)基材的粘接，導(dǎo)致玻璃脫離、透水等事故時常發(fā)生；因此，密封膠的質(zhì)量很大程度上決定了建筑幕墻的安全效果［3］。通過對建筑膠粘劑粘接性能展開測試，可以有效提升建筑幕墻的性能。

有學(xué)者研究了聚硫建筑密封膠的粘接性能，模擬低溫環(huán)境，不斷測試密封膠的粘接性能變化，分析密封膠在應(yīng)用過程中受環(huán)境的影響，以此總結(jié)了密封膠的應(yīng)用性［4］；但該方法僅針對單一的低溫環(huán)境進(jìn)行分析，未測試高溫狀態(tài)下的密封膠性能變化，測試結(jié)果并不完善。還有研究了建筑幕墻用阻燃型硅酮密封膠的熱性能，利用107硅橡膠交聯(lián)季銨鹽改性硅油作為基體，通過添加聚磷酸銨和高硼酸鈣等復(fù)合阻燃劑，制備了一種阻燃型硅酮密封膠，并對其阻燃性能、熱分解動力學(xué)、耐熱氧化降解性能、分子結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性進(jìn)行了研究［5］；但該方法并未詳細(xì)分析密封膠粘接能力，因此無法確定該密封膠是否適用于建筑場景。

硅酮密封膠是以聚二甲基硅氧烷為主要原料，輔以交聯(lián)劑、填料、增塑劑、偶聯(lián)劑、催化劑在真空狀態(tài)下混合而成的膏狀物，在室溫下通過與空氣中的水發(fā)生反應(yīng)，固化形成彈性硅橡膠［6］。鑒于此，本文研究建筑幕墻用硅酮密封膠的粘接性能，利用不同廠家的納米活性輕質(zhì)碳酸鈣，制備3種密封膠試樣，并測試每種試樣的粘接性能，測試結(jié)果為研究建筑幕墻用硅酮封的粘接性能提供參考。

1 建筑幕墻用硅酮密封膠的制備

1.1 試驗原料與儀器

建筑幕墻用硅酮密封膠的制備采用以下試驗原料：

107膠（工業(yè)級），石家莊市長安超力裝飾材料廠；α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷（工業(yè)級）、甲基硅油（工業(yè)級），山東環(huán)正化工有限公司；納米活性輕質(zhì)碳酸鈣（JT1）（工業(yè)級），河北佰斯特科技有限公司；納米活性輕質(zhì)碳酸鈣（JT2）（工業(yè)級），河北本格礦產(chǎn)品有限公司；納米活性輕質(zhì)碳酸鈣（JT3）（工業(yè)級），靈壽縣億信礦產(chǎn)品有限公司；輕質(zhì)碳酸鈣（工業(yè)級，1～2 μm）、乙烯基三乙氧基硅烷（分析純）、乙烯基三甲氧基硅烷（分析純）、

γ-氨丙基三乙氧基硅烷（分析純），山東大易化工有限公司；γ-（2，3-環(huán)氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（分析純）、二月桂酸二丁基錫（工業(yè)級），汾陽堂（上海）實業(yè)有限公司；甲基三丙酮肟基硅烷（工業(yè)級）、乙烯基三丙酮肟基硅烷（工業(yè)級），煙臺泰宇實業(yè)有限公司。

在進(jìn)行粘接性能試驗時，需要使用較多的儀器設(shè)備，主要采用行星動力混合機(jī)、超聲波清洗機(jī)、強(qiáng)力攪拌機(jī)、電子拉力試驗機(jī)實現(xiàn)材料制備與試驗。

1.2 試驗材料制備

在真空干燥環(huán)境下，選取100 g107膠與36 mL甲基硅油，利用動力混合機(jī)對其進(jìn)行攪拌，攪拌完成后，分別加入JT1、JT2、JT3此3種不同類型的納米活性輕質(zhì)碳酸鈣，且均為80 g，制備得到3種混合液，并在溫度120 ℃環(huán)境下對3種混合液進(jìn)行5 h烘干；之后依次添加催化劑與交聯(lián)劑（乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（2，3-環(huán)氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷），在室溫狀態(tài)下攪拌，制成3種硅酮密封膠，依次為JT1硅酮密封膠、JT2硅酮密封膠、JT3硅酮密封膠［7-9］。

1.3 測試或表征

（1）試件基礎(chǔ)性能測試：采用電子拉力試驗機(jī)測定試樣的下垂度與擠出性，分析其拉伸模量、彈性恢復(fù)率、定伸粘接性以及斷裂伸長率等，以此評定試樣的基礎(chǔ)性能［10-11］；

（2）試件表干時間測試：向密封膠中依次加入不同含量的交聯(lián)劑乙烯基三乙氧基硅烷，按照GB/T 13477.5—2017標(biāo)準(zhǔn)，測試試件的表干時間；

（3）養(yǎng)護(hù)時間測試：按照GB/T 134771.0—2017標(biāo)準(zhǔn)測試試件的粘接強(qiáng)度，分析密封膠隨養(yǎng)護(hù)時間變化時，其拉伸粘接強(qiáng)度、最大拉力延伸率以及硬度變化；

（4）紫外光老化測試：將試件放置在凈水中浸泡24 h，取出后以每12 h為一個循環(huán)周期［12-13］，進(jìn)行紫外光老化試驗。其中，8 h為紫外光照射時間，黑板溫度為60 ℃；4 h為冷凝水時間，黑板溫度為50 ℃，分析在不同老化時間下試件的粘接性能變化［14-15］；

（5）熱老化測試：將每種密封膠試件放置于烘箱內(nèi)，依次設(shè)定加熱溫度為50、70和90 ℃，加鼓風(fēng)，并在不同時間段內(nèi)取樣，將取樣后的試件進(jìn)行拉伸試驗，測得每個試樣的粘接強(qiáng)度，同時分析每種試件的性能衰減率［16］。

2 試驗分析

2.1 基礎(chǔ)性能測試

將本文制備的密封膠應(yīng)用至建筑幕墻基材粘接過程中，分析密封膠性能的變化情況，對比每種密封膠試件之間的基礎(chǔ)性能，分析結(jié)果如表1所示。

由表1可知，在不同試件測試過程中，每個試件的定伸粘接性均未出現(xiàn)破壞，從外觀上看，JT1硅酮密封膠與JT3硅酮密封膠的外觀均保持較好狀態(tài)，而JT2硅酮密封膠出現(xiàn)顆粒狀態(tài)。其中，JT1硅酮密封膠的拉伸模量保持最高水平，達(dá)到0.79 MPa，且該試件同時具備較高的擠出性、斷裂伸長率，說明相較于其他試件，JT1硅酮密封膠的基礎(chǔ)性能較高。

2.2 表干時間分析

分析不同交聯(lián)劑乙烯基三乙氧基硅烷添加量對試件表干時間與固化時間的影響，分析結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，隨交聯(lián)劑含量逐漸增加，密封膠的表干時間會逐漸上升，而固化時間則會逐漸下降，其中JT2硅酮密封膠的表干與固化時間在三種試件中始終保持最大，說明該試件在粘接過程中需要耗費較長的時間，而JT1硅酮密封膠具備最低的固化時間與表干時間，可更迅速地實現(xiàn)基材粘接，在選擇交聯(lián)劑添加量時，可選擇0.6%～0.8%的含量，可保持試件的表干時間與固化時間均保持在最佳狀態(tài)。

2.3 養(yǎng)護(hù)時間對試件粘接性能的影響

當(dāng)完成不同密封膠的制備后，對試件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，測試每種試件在不同齡期下的性能變化。

（1）測試每種試件在不同齡期狀態(tài)下的拉伸粘接強(qiáng)度，測試結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，隨著齡期的不斷上升，試件的拉伸粘接強(qiáng)度也隨之增大，試件的粘接性能逐漸穩(wěn)固，其中，JT1硅酮密封膠的拉伸粘接強(qiáng)度最高達(dá)1.6 MPa，保持在較高水平，且在試件制備完成初期，該試件的拉伸粘接強(qiáng)度就高于其他兩種試件，因此，JT1硅酮密封膠始終具備較好的拉伸粘接強(qiáng)度，其粘接性能較強(qiáng)；

（2）分析每種密封膠試件在不同齡期下的最大拉力延伸率，以試件的拉伸能力評定其粘接效果，分析結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，隨齡期不斷增加，不同試件的最大拉力延伸率均會出現(xiàn)下降。其中JT3硅酮密封膠的最大拉力延伸率的變化幅度相對較大，且在最初階段該試件的拉力延伸率達(dá)到400%以上，說明該試件最初的粘接性能較低，導(dǎo)致試件延伸率變大；而JT1硅酮密封膠的最大拉力延伸率下降幅度平穩(wěn)，且在3種試件中始終保持最低狀態(tài)。因此JT1硅酮密封膠的拉伸變形情況較低，可以保持最好的粘接能力；

（3）分析每種密封膠試件隨著養(yǎng)護(hù)齡期的變化下，試件的硬度變化，分析結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，試件的硬度會隨著齡期的增加逐漸呈現(xiàn)上升狀態(tài)，且上升幅度較為穩(wěn)定；而JT2硅酮密封膠與JT3硅酮密封膠的硬度始終低于JT1硅酮密封膠，說明JT2與JT3的膠體粘接時間較長，粘接過程較為緩慢，使得試件的硬度上升幅度過低；而JT1硅酮密封膠硬度均保持在42 HA以上，說明該試件的粘接速度較快，可以快速實現(xiàn)基材粘合。

2.4 試件紫外光老化試驗

2.4.1 老化過程中粘接強(qiáng)度變化分析

分析每種試件在光老化試驗下的老化粘接強(qiáng)度變化，分析結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，當(dāng)老化時間小于300 h時，每種試件的粘接強(qiáng)度均呈現(xiàn)上升狀態(tài)，說明試件在初始階段試件均可承受一定幅度的紫外光照射，保持自身的粘接能力，但隨著紫外光照射的時間增加，試件的粘接強(qiáng)度開始有所下降。其中，JT2、JT3硅酮密封膠粘接強(qiáng)度下降幅度比較相似；而JT2硅酮密封膠的在老化過程中的粘接強(qiáng)度始終處于最低水平，JT1硅酮密封膠粘接強(qiáng)度的下降幅度相對較小，下降趨勢較為平緩，且該密封膠可在老化過程中保持較高的粘接性。因此，JT1硅酮密封膠的粘接性不會受到紫外光照射的較大影響。

2.4.2 老化過程中彈性恢復(fù)率變化情況

通過彈性恢復(fù)率可測得試件在光照后粘接性能，當(dāng)彈性恢復(fù)率越高，說明試件在光照環(huán)境下更穩(wěn)定。分析不同試件在老化過程中的彈性恢復(fù)率變化情況，分析結(jié)果如圖6所示。

從圖6可以看出，隨老化時間增加，每種密封膠的彈性恢復(fù)率均會呈現(xiàn)下降狀態(tài)，且下降趨勢較為平緩。其中，JT3硅酮密封膠的彈性恢復(fù)率下降幅度較大，從85%逐漸降至75%左右，說明該密封膠經(jīng)紫外光照射后存在較大變化；而JT2硅酮密封膠經(jīng)加熱后的彈性恢復(fù)情況雖然高于JT3硅酮密封膠，但依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于JT1硅酮密封膠；JT1硅酮密封膠的彈性恢復(fù)率最高達(dá)88%，最低也保持在84%以上，說明經(jīng)紫外光照射后，JT1硅酮密封膠更能夠保持原有狀態(tài)；因此具備較高的粘接性能。

2.5 熱老化試驗

當(dāng)密封膠受到熱空氣老化后，受熱影響會使其物理性能發(fā)生改變，導(dǎo)致膠體粘接性能受到影響，本文針對3種熱老化溫度進(jìn)行測試，分別為50、70、90 ℃，分析每種老化溫度下，試件的粘接強(qiáng)度變化情況。

2.5.1 不同溫度下試件粘接強(qiáng)度變化情況

當(dāng)熱老化溫度為50 ℃時，分析3種試件在不同老化時間下的粘接強(qiáng)度變化情況，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，在50 ℃的熱老化環(huán)境下，3種試件的粘接強(qiáng)度逐漸降低，但降低幅度并不明顯，均保持在0.7 MPa以內(nèi)。其中，JT1硅酮密封膠的粘接強(qiáng)度變化最小，且該試件的粘接強(qiáng)度始終保持在較高水平；因此在50 ℃熱老化環(huán)境時，JT1試件始終保持較高粘接能力。

分析不同試件在熱老化溫度為70 ℃時，每種試件的粘接能力，分析結(jié)果如表3所示。

由表3可知，70 ℃下的試件粘接強(qiáng)度的下降幅度明顯大于50 ℃，隨著老化時間的上升，僅JT1硅酮密封膠的粘接強(qiáng)度保持在0.7 MPa以內(nèi)；而JT2試件與JT3試件的粘接強(qiáng)度均在0.7 MPa以下，說明溫度升高會加速試件粘接強(qiáng)度的下降。但JT1硅酮密封膠仍然保持較高的粘接性能。

當(dāng)試件熱老化溫度處于90 ℃時，分析每種試件的性能變化，分析結(jié)果如表4所示。

由表4可知，當(dāng)試驗溫度處于90 ℃時，試件的粘接強(qiáng)度均出現(xiàn)大幅度下降，說明在該溫度下會導(dǎo)致試件的各項性能出現(xiàn)異常。其中，JT2硅酮密封膠的粘接強(qiáng)度下降幅度最大，當(dāng)熱老化時間為2 400 h時，該試件的粘接強(qiáng)度為0.636 MPa，JT3、JT1硅酮密封膠的粘接強(qiáng)度均大于該試件；而JT1硅酮密封膠在90 ℃時，依然可以保持最高的粘接強(qiáng)度。

通過3種不同的溫度測試可以看出，JT1硅酮密封膠的粘接強(qiáng)度始終處于最佳狀態(tài)，受到溫度影響較小。

2.5.2 不同溫度下試件性能衰減率分析

分析3種試件在不同熱空氣溫度下的性能衰減率變化，分析結(jié)果如圖7所示。

從圖7可以看出，當(dāng)熱空氣試驗溫度不斷增加，試件的性能衰減率逐漸上升，在90 ℃環(huán)境下，JT2、JT3硅酮密封膠的性能衰減率大幅增高，均達(dá)到25%以上，而JT1硅酮密封膠在90 ℃時仍然可以保持較低的性能衰減率，且該試件的衰減率均處于15%以下，因此JT1硅酮密封膠更適用于建筑幕墻基材的粘接。

3 結(jié)語

研究建筑幕墻用硅酮密封膠的粘接性能，對適用于建筑幕墻基材粘合的膠粘劑進(jìn)行研究，并制備多種類型的硅酮類密封膠試樣，測試不同密封膠的應(yīng)用性能，獲取密封膠在不同環(huán)境中的粘接性能變化，以此評價密封膠的應(yīng)用性。測試結(jié)果表明，JT1硅酮密封膠的粘接強(qiáng)度最好，應(yīng)用JT1硅酮密封膠能更好得最提升建筑幕墻的安全性。

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