矽酮結構（gòu）密封膠的（de）拉伸性能與耐（nài）久性

建築用矽酮結構密封膠主要應用於建築隱框玻璃幕牆的安裝（zhuāng）。無論（lùn）是全隱或半隱框玻璃（lí）幕牆，其安裝時均是將（jiāng）玻璃用結構膠（jiāo）粘在經過特殊處理的鋁框上組成幕牆板塊，因此對矽酮結構密封膠粘結性能和耐久性能的要（yào）求特別嚴格，它不僅要求（qiú）具有優異的（de）大（dà）氣、濕熱環境下的長期穩定性，而且還必須有很高的粘結強度和（hé）位移（yí）能力。目前我國幕牆建築被越來越多地設計和使用，尤其是在一些大中城（chéng）市，從（cóng）而帶動了國內此（cǐ）類產品生產與應用的迅（xùn）速發展。然而一直以來人們都有一個錯（cuò）誤認識，認為（wéi）矽酮結（jié）構密（mì）封膠硬度越高、拉（lā）伸粘結強度越大，膠的質量就越好，使用壽命就越長。事實並非如此。本文結合GB16776-1997《建築用矽酮結構密封膠》國家（jiā）標準修訂過程中所做的驗證試驗，測試（shì）拉伸粘結性及與之（zhī）相關的幾個技術指標，討論熱、水、光(熱(水、位移能力等因素對拉伸粘結性能和耐久性（xìng）能的影響。

　　1.試驗

　　分（fèn）別（bié）測試不（bú）同廠家（jiā）生產的7個市售建築用矽酮結構密封膠樣品的拉伸粘結性、硬度、加熱質量損失和冷（lěng）拉(熱壓後的（de）粘結性。7個樣品中，1-6為單組分，7為雙組（zǔ）分。所用粘結基材一麵為透明浮法玻璃，另一麵為（wéi）陽極化的鋁合金，均無底塗。各測試項目試（shì）件尺寸、形狀、製備與試驗方法均按現行國家（jiā）標準執行。

　　2.試驗（yàn）結果與討論（lùn）

　　2.1拉伸粘結性

　　按GB/T13477.8-2002《建築（zhù）密封材料試驗方法》(第1部（bù）分：拉伸粘結性的測定)製備（bèi）3組（zǔ）試件，在23℃下分別養護28d(單組分)或14d(雙組分)，其中1組在23℃進行拉J巾試驗;第2組浸入標準條件（jiàn）下的水中7d後立即進行拉（lā）仲試（shì）驗;第3組放（fàng）入水一紫外線（xiàn）輻照試驗箱中浸水（shuǐ）光照300h(溫度40℃)後進行拉仲試驗。拉仲試驗時分（fèn）別（bié）測定拉仲至仲長率為60%時的拉仲模量、竣大（dà）應力時（shí）仲（zhòng）長（zhǎng）率、拉仲粘結強度和斷（duàn）裂仲長率，同時記錄拉仲應力一應變曲線(見圖1.圖2)。

　　從拉仲應力一應（yīng）變曲線中可以看（kàn）出，其曲線前段，即（jí）在竣大強度時仲（zhòng）長率之前，呈現出符合（hé）二次多項式函數關係:y-=4l-2+b%+C，且擬合（hé）的相關係（xì）數R非常接近於1，隨後（hòu）基本上呈平台狀態（tài），直至破壞。如圖1所示7個樣品在標準（zhǔn）條件下拉仲應力一應變曲線，其（qí）R值範圍為0.986-0.999口同樣，對同一樣品而言（yán），不（bú）同條件下的拉仲應力一應（yīng）變曲線也呈二次多項式（shì）函數關係。如圖2所示6解品（pǐn）R值的範圍為（wéi）0.988-0.9950。

　　2.2浸水及浸水光照對其耐久性的影響

　　矽酮結構密封膠（jiāo）在（zài）初始固化期間，吸收空氣中水分（fèn）而固化，但固化之後水分（fèn）的作用則發生在兩方麵:一方而使密封膠進一步交聯，交聯密度增加;另一方（fāng）而（ér）則使其發生水解而降（jiàng）解，對力學性（xìng）能（néng）A成相反的作用，即導致拉仲粘結（jié）強度降低，仲長（zhǎng）率增大。而紫外光在膠表而的（de）能（néng）量積聚（jù）可使聚（jù）矽氧烷大分子鏈（liàn）斷裂，同樣A成降（jiàng）解;熱的作用在短時（shí）間內會加快自山（shān）基（jī）反應的交聯過程，結（jié）果（guǒ）使拉仲強度增加，仲長率也會受（shòu）到影響，但長期的熱作用反而（ér）促使膠的（de）老化進程。因此（cǐ），究竟哪個因素（sù）或幾（jǐ）個因素會（huì）同時在矽酮結構密封膠所處水、濕熱、光的環境下發生的老化過程中起（qǐ）主要作用，這取決於多方麵原因，是個較為複雜的化學反應過程，或決定於不（bú）同的（de）老化機惻（cè）1為考察水、光一熱一水(或升溫條件下的浸水（shuǐ）光照)協同作用對矽酮結構（gòu）密封膠性能的影響，我們按GB16776規定的試驗條件進行了試驗。

　　2.2.1對拉仲（zhòng）粘結強度的（de）影響

　　(1)不論是單純（chún）浸水，還是浸水和光照聯合作用，其結果都是使拉仲粘結強度（dù）較標準條（tiáo）件下（xià）降低，但降低的幅度因樣品不同而不同。

　　(2)大部分樣品單純浸水對拉仲粘結強度降低的幅度要大於光一熱（rè）一水的聯合作用，說明水解反應過程確實存在。

　　(3)光一熱一水的協同作用並未使性能降低的幅度遠大於單（dān）純水的作用，說（shuō）明矽酮結構密封膠的老化過程是交聯密度增加與水降解反應過程競爭（zhēng）的結果。熱作用在一定程度（dù）上可能起到（dào）了增進交聯的作用，而光的作用可能僅是傲發出自由基，進而或（huò）交聯或降解。

　　(4)不同樣品23℃的拉仲（zhòng）粘結強度（dù）鎮在4.8-1.2MPa，均（jun1）遠高於（yú）原國家標準中不小於0.45MPa的技術要求，也呈現出（chū）彈（dàn）性欠缺（quē）的（de）不足。

　　2.2.2對最大應（yīng）力時仲長（zhǎng）率和斷裂仲長率的影響

　　(1)經不同試驗條件處理後，7個樣品之間相比（bǐ），這2個指標相對於標準條件有不同的影響趨勢和幅度。

　　(2)對大部分樣品而言（yán），不同老化處理條件對仲長率的影響呈相似影響趨勢，隻是幅（fú）度有所差別。

　　(3)大部分樣品單一（yī）水的因（yīn）素趨於（yú）使斷裂伸長率增加（jiā），再次說明水解反應占有一定的優勢.

　　(4)不同樣品23℃的斷裂仲長率（lǜ）值相差相當大，數值範圍88%-410%.說明不同配方體係決定其粘結活性—內聚力平衡的不同（tóng），導致對斷裂仲長率的影（yǐng）響程度差別很大.

　　(5)最大應力時仲長率在一定程度上能反映出產品的強度與彈性之間的關係，一（yī）味追求強度，勢必會（huì）帶來產品（pǐn）在彈性方麵的損失，而表現出（chū）低的仲長率（lǜ），如樣品。

　　2.2.3對拉仲（zhòng）破壞時狀態（tài）的影響

　　拉仲破壞時（shí）的狀態直接（jiē）關係到產品的持久粘結性。在7個樣品中，23℃的拉仲（zhòng）試驗其破壞狀態均為內聚破壞:但在浸（jìn）水後拉仲試驗中，2''，3''樣（yàng）品出現超過5%的粘結破壞:在浸水光照後拉伸試驗中，3''，6''樣品出（chū）現相當大（dà）的粘結破壞.因此，水的作（zuò）用，尤其是升溫狀態下的水，對矽酮結構密封膠（jiāo）的粘結耐久性具有較大（dà）的影響。

　　鑒於與（yǔ）拉仲粘結性相關的幾個指標在經過老化試驗（yàn）後反（fǎn）映出（chū）的變化趨勢（shì），如要選擇一個指標來評定（dìng）矽酮結構密封膠的耐久性，應選擇拉仲粘結強度為宜。

　　2.3熱的老化作用

　　熱的作用不僅影響產品的交聯（lián）密度，還會使膠在固化過程中產生小分子或生產過程中添加小分（fèn）子物質的逸（yì）出（chū），造成一定的體積收縮，從而影響矽酮結構密封（fēng）膠的粘（zhān）結，給幕牆工帶（dài）來極大的質最隱患。為此選擇與GB16776一致（zhì）的試驗條件進（jìn）行質（zhì）最損失率試驗，並檢查其（qí）表而狀態（tài）。試驗條件為:養護好的試件置於(90正負2)℃烘箱（xiāng）內21d.加熱質最損失率

　　由試驗過程可以看出:矽酮結構密封膠在經曆21d的熱空氣老化試驗（yàn）後，盡管相互（hù）之間有所差別，其質最（zuì）損失（shī）率相當（dāng）小，且質量損失主要發生在址初的幾天，而後基本穩定;同時表（biǎo）而無明顯的開（kāi）裂和起粉現象。這從另一方而說明了矽酮結構密封膠良好的熱穩定性和耐久性（xìng）。

　　2.4硬度與拉（lā）仲粘結性的關係

　　從（cóng）理論上講，硬度大（dà）小可表征（zhēng）材料的模最，但（dàn）不一定能表征其拉伸粘結強度和（hé）斷裂仲長（zhǎng）率。為驗證此點是否成立，我們按GBIT531-1999《橡膠袖珍（zhēn）硬度計壓入（rù）硬（yìng）度試（shì）驗方法》測定壓針壓入試樣1，時的（de）硬度值。根據（jù）設計（jì）和應用規範，矽酮結構（gòu）密封膠的位移（yí）能力分級應為（wéi）20%，相對應（yīng）的是60%拉仲模最（zuì）。將硬度值（zhí）分（fèn）別與23℃下60%拉（lā）仲模量、拉仲粘結強度及斷裂仲長率進行對比。

　　(1)將硬度與拉仲模量（liàng）按其（qí）實測偵（zhēn）從小到大排序後進行對比可知，樣品所居順序基本相同，硬度與（yǔ）模最之間可視（shì）為具有良好的對應關係。

　　(2)硬度與（yǔ）其它（tā）2個指標（biāo）表而上看（kàn）根本無（wú）法找出對應關係。高硬度會帶來大的模量、強度和低的仲長率(如5琳（lín）品（pǐn）)，

　　但同樣可能得（dé）出相反的結果，如3琳品（pǐn）與7琳品.3琳品的硬（yìng）度要比r樣品的大得多，但（dàn）其拉仲粘結（jié）強度並不比（bǐ）7`.高，而仲長率反而遠高於7

　　(3)拉仲粘結性（xìng）與斷裂仲長率幾（jǐ）個指標的（de）數值之間（jiān）也似（sì）乎不存在相互的對應關（guān）係，如2樣品與3樣品，並不是（shì）拉仲粘結強度高，就對應於低的斷裂伸長率。再次說明了拉仲粘結性能的複雜性，它不僅取決於產品的配方體係、內聚力、粘結活性，還取決於幾個因素之間的（de）協調作用。

　　2.5位移性能與拉（lā）仲粘結性的關係

　　位移性能是指矽酮（tóng）結構密封膠在（zài）建築接縫發生（shēng）位（wèi）移時（shí）能保持有效密封的能力，可通過模擬（nǐ）實際使用條件的熱脹冷縮來測試矽酮結構密封膠的位移（yí）能力。采用與拉仲粘結性相（xiàng）同的粘結試件，按GBIT13477.13-2002《建築密封材料（liào）試驗方法，(第（dì）13部分:冷拉一熱（rè）壓後粘結性的測定)規定的試驗條件進行冷拉一熱壓循環試驗，所用拉壓幅度（dù）為20%試驗結（jié）束後，檢查試件粘結破壞的深度，以不大（dà）於2mm為位移性能合格（gé）。試驗結果7個樣品中有3個合格，另外（wài）幾個均有不（bú）同程度的粘結破壞。位移性能按破壞程（chéng）度由小到大的樣品編號排序為:4<6<7<1<2<5<3。

　　將此順序與（yǔ）表（biǎo）2所示進行對比，同（tóng）樣（yàng）發（fā）現其與表2中任何一個指標都無法直接對應。因此從位（wèi）移性能指標也驗證了（le）拉伸粘結性能的複雜（zá）性。同時從位移性能合格的（de）3個（gè）樣品(4、6和（hé）7)來看，它們的硬度適中，拉仲強度和（hé）仲長率在幾個樣品中也居中，說明硬（yìng）度和強度之間良好的協調有利於產品（pǐn）表現出優良（liáng）的位移（yí）性（xìng）能，也反映（yìng）出產品良好的彈性。

　　2.6確定耐久性評定指標的可（kě）能性

　　在近（jìn）期已修（xiū）訂或（huò）製訂（dìng）的與（yǔ）密封材料柑關（guān）的（de）產（chǎn）品標（biāo）準中，均采用LSO11600:2002的規定，拉仲粘結強度和斷裂（liè）仲長率（lǜ）已不再作為產品質量的判（pàn）定指標，而代之（zhī）以拉仲模（mó）最，同時產品位（wèi）移能力分級也（yě）依據23℃和-20℃時的拉仲模最值來判定。因此我們（men）探討（tǎo）了在矽酮結構密封膠國家標準中規定的浸水（shuǐ）條件和浸水光（guāng）IR條件下，60%拉仲模量、拉仲粘結強（qiáng）度和伸長率（lǜ）之間有沒有相關性，可否用來進行老化性能的評定（dìng）。計算不同試驗條件下3個拉仲粘結性能指標的（de）老化速率(老化速率是指某指標經曆一段老化時間後性能的降低率（lǜ）。

　　(1)浸水7d(168h)的老化速率在（zài）10~10數量級。浸水光照（zhào）300h的老化速率均在1護數量（liàng）級，遠大於浸水，說明（míng）協同作（zuò）用對矽酮結構密封膠的老化加速性大。

　　(2)不同老化條件對斷裂仲長（zhǎng）率的老化加速性大於對拉伸強度的影響。

　　2.73個指標間的相關關係討論

　　選擇將所列原始試驗數據按浸水後和浸水光照後2個試驗（yàn）條件為座標軸統一進行數據處理的方法。按數值大小排隊作圖進（jìn）行回歸。

　　共有19個試（shì）驗點(已刪去（qù）其中1個明顯離群的點（diǎn）)，相關係數為0.791，與及格標準相比，即置信度為（wéi）M標誌有99%的概率（lǜ）)也隻要求0.575，因此可判定3個指標之間的（de）相關關係是肯定（dìng）能夠成立的。因而在（zài）此（cǐ）2種老化條件下3個指標均可用來（lái）表征其耐久性。

　　3.結論

　　根據（jù）上述試驗結果，若按修訂後的GB16776目對產品性能進行綜合判定（dìng），僅有4''樣品和1.樣品(位移性能未列入標準)符合（hé）要求。可以看出，他們的硬度（dù）均在50以（yǐ）下，具備較高（gāo）的強度和適當的仲長率。

　　由（yóu）此可得出如下結論:

　　(1)矽酮結構密封膠拉仲（zhòng）粘結性應（yīng）力一應變曲線呈現出符合二次（cì）多項式函數關係。

　　(2)水促使矽酮結構密封膠水解反應的發生而使拉仲粘結強度下降。

　　(3)光一熱一水的協同作用比單一水因素對性能指標的老化速率大。

　　(4)不同條件下老化（huà）機理（lǐ）的複雜性造成拉（lā）仲粘結性各指標間無直接對應關係，尤其是（shì）仲長率，需考慮多方麵的因素。

　　(5)硬度和60%模量之間（jiān）有良（liáng）好的對應關係，更重要的（de）是，硬度、拉仲粘結強度和仲長率之間的協調不僅可得到良好的位移性能，且其多項指（zhǐ）標也易滿足國家標準的技術要（yào）求。