建筑幕墻用硅烷改性聚醚密封膠的耐高溫性能測試分析

張洪維

(國能朔黃鐵路發(fā)展有限責任公司,河北 肅寧 062350)

但在高溫環(huán)境下,硅烷改性聚醚密封膠的性能參數(shù)會發(fā)生較大變化,導致其密封性能降低,雨水容易滲透幕墻面板,出現(xiàn)建筑物雨水滲透現(xiàn)象[1],以及硅烷改性聚醚密封膠性能降低,其固定幕墻面板性能也會降低,導致建筑物幕墻面板脫落情況出現(xiàn)[2-3],為建筑安全帶來隱患?，F(xiàn)在也有很多學者研究硅烷改性聚醚密封膠的耐高溫性能分析方法,如提出密封膠的研制與性能分析方法,在不同環(huán)境下對指標的性能進行研究[4]。制備了硅烷改性交聯(lián)聚醚凝膠,將其應用在玻璃制品粘結應用中,并對其高溫環(huán)境下的伸長率、硬度進行了分析[5]。

針對上述情況,本文提出建筑幕墻用硅烷改性聚醚密封膠的耐高溫性能分析方法,為硅烷改性聚醚密封膠在建筑幕墻的應用提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 硅烷改性聚醚密封膠的耐高溫性能

1.1 試驗材料

硅烷改性聚醚(朝旭有限公司);鄰苯二甲酸二異壬酯(信越諾誠科技公司);鄰苯二甲酸二異癸酯(歐穎新型材料公司);聚醚二元醇(煙臺市才華聚氨酯科技有限公司);聚醚三元醇(南通仁達化工有限公司);烷基磺酸苯酯(摩貝化工公司);納米碳酸鈣(廣碩化工公司);重質(zhì)碳酸鈣(俊輝高分子科技公司);γ-氨丙基三乙氧基硅烷(泉州市濟洲科技有限公司);γ-丙基三甲氧基硅烷(博升化工公司);γ-氨丙基三甲氧基硅烷(新元化學(山東)有限公司);二月桂酸二丁基錫(全?；す?。

1.2 試驗儀器與設備

DHL-650L雙行星真空混合攪拌機(南京云升環(huán)保設備有限公司);615DF高低溫試驗箱(標承實驗儀器公司);WES-1000B電子萬能材料試驗機(電子萬能材料試驗機);HF-450Z恒溫恒濕試驗箱(杭州禾飛科技有限公司);LX-A邵爾硬度計(長春蔚儀試驗儀器有限公司);RZF-6020電熱鼓風干燥箱(廣東環(huán)瑞測試設備有限公司)。

1.3 硅烷改性聚醚密封膠的制備

將定量的硅烷改性聚醚放置在容器內(nèi),然后將定量的聚醚二元醇、納米碳酸鈣、烷基磺酸苯酯、聚醚三元醇、鄰苯二甲酸二異壬酯添加到真空混合攪拌機內(nèi),在真空狀態(tài)下升溫110 ℃并攪拌40 min后,對其進行脫水2.5 h,得到硅烷改性聚醚密封膠的預制混合料。然后將雙行星真空混合攪拌機內(nèi)溫度降至45 ℃后,將氮氣融入真空混合攪拌機中,同時將γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、二月桂酸二丁基錫融入其中,制備得到硅烷改性聚醚密封膠,并將其放入恒溫試驗箱中。

納米碳酸鈣是硅烷改性聚醚密封膠的觸變劑,其質(zhì)量分數(shù)直接影響硅烷改性聚醚密封膠的彈性模量、擠出性等,為便于研究硅烷改性聚醚密封膠耐高溫性能[6-8],分別制備不同納米碳酸鈣添加量的硅烷改性聚醚密封膠,納米碳酸鈣添加量分別為10%、15%、20%、25%、30%。選擇二月桂酸二丁基錫催化劑,快速形成橡膠彈性體[9-11],分別制備質(zhì)量分數(shù)為1%、2%、3%的硅烷改性聚醚密封膠。

1.4 硅烷改性聚醚密封膠性能測試方法

為分析硅烷改性聚醚密封膠的耐高溫性能,試驗環(huán)境為70～150 ℃環(huán)境中進行。將硅烷改性聚醚密封膠放置高低溫試驗箱內(nèi),利用高低溫試驗箱改變硅烷改性聚醚密封膠試驗溫度。

依據(jù)塑性橡膠硬度測試標準[12-14],將制備好的硅烷改性聚醚密封膠送入邵爾硬度探針下,得到硅烷改性聚醚密封膠在高溫環(huán)境下的邵氏硬度[15-16]。

通過電子萬能材料試驗機測試不同情況下密封膠的拉伸強度、斷裂伸長率等數(shù)據(jù)[17]。

在溫度為300 ℃環(huán)境下,利用電熱鼓風干燥箱測試加速老化時硅烷改性聚醚密封膠的貯存穩(wěn)定性[18]。

2 試驗分析

2.1 拉伸強度以及斷裂伸長率

以拉伸強度和斷裂伸長率作為衡量制備,測試在高溫環(huán)境下,觸變劑和催化劑質(zhì)量分數(shù)不同情況下,測試密封膠的拉伸強度以及斷裂伸長率,試驗結果如圖1、圖2所示。

由圖1可知,硅烷改性聚醚密封膠的觸變劑質(zhì)量分數(shù)越高,其拉伸強度數(shù)值也越高,同時環(huán)境溫度逐漸提升的情況下,觸變劑質(zhì)量分數(shù)不同密封膠的拉伸強度數(shù)值逐漸降低。但在試驗環(huán)境溫度為110 ℃之前時,添加硅烷改性聚醚密封膠拉伸強度下降幅度略小,當試驗環(huán)境溫度超過110 ℃后,添加不同質(zhì)量分數(shù)的密封膠拉伸強度降低幅度提升。在試驗環(huán)境溫度為150 ℃時,觸變劑添加10%和30%的硅烷改性聚醚密封膠拉伸強度差值為1.04 MPa。說明硅烷改性聚醚密封膠觸變劑添加量越大,其在高溫環(huán)境下的拉伸強度越高,其耐高溫性能越好。

由圖2可知,硅烷改性聚醚密封膠催化劑質(zhì)量分數(shù)越高,在相同試驗環(huán)境溫度情況下,密封膠斷裂伸長率數(shù)值反而越低。在試驗環(huán)境溫度不斷上升情況下,硅烷改性聚醚密封膠斷裂伸長率呈現(xiàn)上升趨勢。說明當催化劑添加量較多時,硅烷改性聚醚密封膠的凝膠現(xiàn)象越明顯,硅烷改性聚醚密封膠的穩(wěn)定性越低,同時在高溫環(huán)境中,硅烷改性聚醚密封膠內(nèi)催化劑活性會上升,導致硅烷改性聚醚密封膠耐高溫性能降低。綜上結果,硅烷改性聚醚密封膠催化劑質(zhì)量分數(shù)越低,其在高溫環(huán)境下的斷裂伸長率數(shù)值越大,在高溫環(huán)境下不容易斷裂,其耐高溫性能越好。

2.2 粘接性能

測試在高溫環(huán)境下,差異觸變劑和催化劑質(zhì)量分數(shù)時密封膠的粘接性,結果如表1、表2所示。

表1 觸變劑質(zhì)量分數(shù)不同硅烷改性聚醚密封膠粘接性

表2 催化劑質(zhì)量分數(shù)不同硅烷改性聚醚密封膠粘接性

由表1可知,觸變劑質(zhì)量分數(shù)數(shù)值越高的硅烷改性聚醚密封膠隨著試驗環(huán)境溫度上升,其50%內(nèi)聚破壞和100%界面破壞情況出現(xiàn)越晚。硅烷改性聚醚密封膠粘接性可由其內(nèi)部中性基團之間分子作用力和偶聯(lián)劑搭橋的化學鍵描述,在高溫環(huán)境下,硅烷改性聚醚密封膠偶聯(lián)劑搭橋的化學鍵和中性基團之間分子作用力受熱發(fā)生熔化現(xiàn)象,導致硅烷改性聚醚密封膠的粘結性能降低,但當硅烷改性聚醚密封膠內(nèi)部觸變劑質(zhì)量分數(shù)較多時,可增加其粘接性。上述結果說明:當硅烷改性聚醚密封膠觸變劑質(zhì)量分數(shù)較多時,其內(nèi)聚破壞程度較低,且在較高的溫度情況下才出現(xiàn)界面破壞情況,其具備較好的耐高溫性能。

分析表2可知,隨著試驗環(huán)境溫度逐漸上升,添加催化劑質(zhì)量分數(shù)為3%的硅烷改性聚醚密封膠由100%內(nèi)聚破壞逐漸變成50%內(nèi)聚破壞和100%界面破壞,而添加催化劑質(zhì)量分數(shù)為2%的硅烷改性聚醚密封膠在試驗環(huán)境為140 ℃之前時,其均為100%內(nèi)聚破壞,試驗溫度為150 ℃時變成50%內(nèi)聚破壞。添加催化劑質(zhì)量分數(shù)為1%的硅烷改性聚醚密封膠則始終保持100%內(nèi)聚破壞。該情況說明催化劑質(zhì)量分數(shù)越高,在高溫環(huán)境下其破壞情況越嚴重,在應用過程中的粘接性能越低。綜上結果,在高溫環(huán)境下,催化劑質(zhì)量分數(shù)越小則硅烷改性聚醚密封膠粘接性越高,其抗高溫能力也就越強。

2.3 邵氏硬度

硅烷改性聚醚密封膠的邵氏硬度是其交聯(lián)程度的量化制備,其邵氏硬度數(shù)值越高,其剛性越好,用于建筑幕墻時的堅固程度越好。測試溫度對不同催化劑和觸變劑添加質(zhì)量分數(shù)時,其邵氏硬度變化情況,測試結果如圖3、圖4所示。

圖3 觸變劑質(zhì)量分數(shù)不同硅烷改性聚醚密封膠邵氏硬度

圖4 催化劑質(zhì)量分數(shù)不同硅烷改性聚醚密封膠邵氏硬度

分析圖3可知,隨著試驗環(huán)境溫度逐漸上升,觸變劑添加質(zhì)量分數(shù)不同的硅烷改性聚醚密封膠的邵氏硬度也呈現(xiàn)降低趨勢。但觸變劑質(zhì)量分數(shù)較大的硅烷改性聚醚密封膠邵氏硬度數(shù)值變化較小。上述結果說明觸變劑質(zhì)量分數(shù)越高,硅烷改性聚醚密封膠的硬度越大,其堅固程度也越好,耐高溫性能也就越強。

由圖4可知,添加不同催化劑質(zhì)量分數(shù)的硅烷改性聚醚密封膠的邵氏硬度與試驗環(huán)境溫度成反比例關系,其中催化劑質(zhì)量分數(shù)為1%時,硅烷改性聚醚密封膠在試驗環(huán)境溫度為100 ℃之前時,其邵氏硬度數(shù)值始終保持56 HA,當試驗環(huán)境溫度超過100 ℃后,其邵氏硬度數(shù)值呈現(xiàn)小幅度下降趨勢。而催化劑質(zhì)量分數(shù)為2%和3%時,硅烷改性聚醚密封膠邵氏硬度數(shù)值隨著試驗環(huán)境溫度的上升呈現(xiàn)略大幅度下降趨勢。在試驗環(huán)境溫度為150 ℃時,添加催化劑質(zhì)量分數(shù)為1%、2%、3%的硅烷改性聚醚密封膠邵氏硬度數(shù)值分別為47、44和39 HA,雖然硅烷改性聚醚密封膠邵氏硬度數(shù)值存在差異,但相差值較小。這表明,催化劑質(zhì)量分數(shù)較少,在相同高溫環(huán)境下硅烷改性聚醚密封膠的邵氏硬度數(shù)值越大,其穩(wěn)定性越佳,抗高溫能力越強。

2.4 密封膠貯存性能

分別將添加催化劑和觸變劑不同質(zhì)量分數(shù)的硅烷改性聚醚密封膠放置在電熱鼓風干燥箱內(nèi),設置溫度為300 ℃,保持12 h,觀察硅烷改性聚醚密封膠表面變化情況,分析其貯存性,測試結果如表3、表4所示

表3 觸變劑質(zhì)量分數(shù)不同時硅烷改性聚醚密封膠貯存性

表4 催化劑質(zhì)量分數(shù)不同時硅烷改性聚醚密封膠貯存性

由表3可知,在300 ℃高溫環(huán)境下,添加不同觸變劑質(zhì)量分數(shù)的硅烷改性聚醚密封膠均由最開始的無變化逐漸產(chǎn)生氣泡、破壞和顏色變黃現(xiàn)象,但添加觸變劑質(zhì)量分數(shù)為30%的硅烷改性聚醚密封膠在高溫貯存環(huán)境下,貯存時間為8 h之前時,該膠表面均無變化,貯存時間超過8 h后,其表面才出現(xiàn)小氣泡,同時隨著高溫貯存時間的持續(xù)增加,其表面氣泡數(shù)量也出現(xiàn)增加和起鼓現(xiàn)象,膠的顏色由最初的透明逐漸變成黃色。而催化劑質(zhì)量分數(shù)為10%、15%、20%和25%時,硅烷改性聚醚密封膠在300 ℃高溫環(huán)境下,隨著貯存時間的增加,逐漸出現(xiàn)小氣泡、大氣泡,顏色變黃以及膠面起鼓、基材脫落現(xiàn)象。綜合上述結果,在高溫貯存環(huán)境下,催化劑質(zhì)量分數(shù)越高,其表面變黃、氣泡現(xiàn)象越輕微,其耐高溫性能越好。

由表4可知,在高溫貯存環(huán)境下,催化劑質(zhì)量分數(shù)較小的硅烷改性聚醚密封膠隨著貯存時間的增加,其表面變化情況較輕微,催化劑質(zhì)量分數(shù)為2%和3%的硅烷改性聚醚密封膠在高溫環(huán)境下貯存12小時后,其表面分別呈現(xiàn)多數(shù)膠面起鼓和基材脫落情況。由此可得,催化劑質(zhì)量分數(shù)較小的硅烷改性聚醚密封膠,具有更好的耐高溫性。

3 結語

本文分析建筑幕墻用硅烷改性聚醚密封膠的耐高溫性能,研究高溫環(huán)境下,具有不同質(zhì)量百分比的催化劑和觸變劑的硅烷改性聚醚密封膠的耐高溫性。通過試驗分析得出,催化劑質(zhì)量分數(shù)較小,觸變劑質(zhì)量分數(shù)較大的硅烷改性聚醚密封膠,其在高溫環(huán)境下的拉伸強度越高,內(nèi)聚破壞程度較低,耐高溫性能較好。這種密封膠的耐高溫性能為建筑幕墻的安全性、可靠性和持久性提供了有力的保障,可在建筑幕墻領域廣泛應用。