矽酮結構密封（fēng）膠的拉伸性能（néng）與耐久性

建築用矽酮結構（gòu）密封膠主要應用於建（jiàn）築隱框（kuàng）玻璃幕牆（qiáng）的安裝。無論是全隱或（huò）半隱框玻璃幕牆，其安裝時（shí）均是將玻璃用結構膠粘（zhān）在經過特殊處理的鋁框上組（zǔ）成（chéng）幕牆板塊，因此對矽（guī）酮結構密封膠粘結性能（néng）和耐久（jiǔ）性能（néng）的要求特別嚴（yán）格，它不僅要求具有優異的大氣、濕熱環境下（xià）的長期穩定性，而且還必（bì）須（xū）有很（hěn）高（gāo）的粘結強度和位移能力（lì）。目前我國幕牆建築被越來（lái）越多地設計和使用，尤其是在一些大中城市，從而帶動了國內此類產品生產與應用的迅速發（fā）展。然而一直以來人們都有（yǒu）一（yī）個錯誤認識，認（rèn）為矽酮結（jié）構密封膠（jiāo）硬度（dù）越高、拉伸粘結強度越大，膠的質量（liàng）就越好，使用壽命就（jiù）越（yuè）長。事實並非如此。本（běn）文結合GB16776-1997《建築用矽酮結構密封（fēng）膠》國家標準修訂過程中所做的驗證試驗（yàn），測試拉伸粘結性及與之相（xiàng）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能的影響。

　　1.試驗

　　分（fèn）別測試不同廠家生產的7個市售建築用矽酮結構密封膠樣品的拉伸（shēn）粘（zhān）結性、硬度、加熱質量損失和冷拉(熱壓後的粘結性。7個樣品中，1-6為單組分，7為雙組分。所用粘結基材（cái）一麵（miàn）為透明浮法玻璃，另一麵為陽極化的鋁合金，均無底塗。各測試項目試件尺寸、形狀、製備與試驗方法均按現行（háng）國家標準執行。

　　2.試驗結果與討論

　　2.1拉伸粘（zhān）結性

　　按（àn）GB/T13477.8-2002《建築密封材料（liào）試驗方法》(第1部分：拉伸粘結性的測定)製備3組試件，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組浸入標準條件下的水（shuǐ）中7d後立即進行拉仲試驗（yàn）;第3組（zǔ）放入水一紫外線輻照試（shì）驗箱中浸水光照300h(溫度40℃)後進行拉（lā）仲（zhòng）試（shì）驗。拉仲試驗時分別（bié）測定拉仲（zhòng）至仲長率為60%時的拉仲模量、竣大應力時仲長率、拉（lā）仲粘結強度和斷裂仲長率，同時記錄拉仲應力一應變曲線(見圖1.圖2)。

　　從拉仲應力（lì）一應變曲線中可以看出，其曲線前段，即在竣大強度時仲長率之前，呈現出（chū）符合二次多項式函數關係:y-=4l-2+b%+C，且擬合的相關係數R非常接近於1，隨後（hòu）基本上呈平（píng）台狀態，直至破壞。如圖1所示7個樣品在（zài）標準條件下拉仲應力一應變曲線，其R值（zhí）範圍為0.986-0.999口（kǒu）同樣，對同一（yī）樣品而言，不同條件下的拉仲應力一（yī）應變曲線也呈二次多項式函數關係。如圖2所示6解品R值的範（fàn）圍為0.988-0.9950。

　　2.2浸水及浸水光照對其（qí）耐久性的影響

　　矽酮結構密封膠在初始固化期間，吸收空氣中水分而固化，但固化之後水分的作用則發生在兩方麵:一方而（ér）使密封膠進一步交聯，交聯（lián）密度增加;另一方而則使其發生水解而降解，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（lǜ）增大。而紫外光在膠表而（ér）的能量積聚可使聚矽氧烷（wán）大分子鏈斷裂，同樣A成降解;熱的作用在短（duǎn）時間內會加快自山基（jī）反應的交聯過程（chéng），結果（guǒ）使拉仲強度增（zēng）加，仲長率也會受到影響，但長期的熱作用反而促使膠的老化進程。因此，究竟哪個因素或幾（jǐ）個因素會同時在矽酮結構密封膠所處水、濕（shī）熱、光的環境下發生的老化過程中起主（zhǔ）要作（zuò）用，這取決於多方（fāng）麵原因，是個較（jiào）為複雜的化學反應過程，或決定於不同的老化機惻1為考察水、光一熱（rè）一水(或升溫條件下的浸水光照)協同作用對矽酮結構密封膠性能的影響，我們按（àn）GB16776規定的試驗條件進行（háng）了試驗。

　　2.2.1對拉仲粘結強度的影響

　　(1)不論是單純浸水，還是浸水和光照聯合（hé）作用，其結果（guǒ）都（dōu）是使（shǐ）拉仲粘結強度較標（biāo）準條件（jiàn）下（xià）降低，但降低的幅度因樣品不同而不（bú）同。

　　(2)大部分樣品單純浸水（shuǐ）對拉仲粘結（jié）強度降低的幅度要大於光一熱一水（shuǐ）的（de）聯合作用，說明水解反應過（guò）程確實存在。

　　(3)光一（yī）熱一水的協（xié）同作用並未使性能降低的幅度遠大於單（dān）純水的作用，說明矽酮結（jié）構密封（fēng）膠的老化過程是交聯密度（dù）增加（jiā）與水降（jiàng）解反應過程競爭的結果。熱作用在一（yī）定程度上可能（néng）起到了增進交聯的作用，而光的作用可能僅是傲發出自（zì）由基，進而或交聯或降解。

　　(4)不同樣品（pǐn）23℃的拉仲粘結強度鎮在4.8-1.2MPa，均遠高於原國家標準中不小於0.45MPa的技術要求，也呈現出彈性欠缺的不足。

　　2.2.2對（duì）最大應（yīng）力時仲長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，這2個指標相對於標準條件（jiàn）有不同（tóng）的影響趨勢和幅度。

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

　　(3)大部（bù）分樣品單一水的因素趨於使斷裂伸長率增加（jiā），再次說明水（shuǐ）解反（fǎn）應（yīng）占有一（yī）定的優勢.

　　(4)不同樣品23℃的斷裂仲長率值相差相當（dāng）大，數值範圍88%-410%.說明不同配方（fāng）體（tǐ）係決定其粘結活性—內聚力平衡的不同，導致對斷裂仲長率的影響（xiǎng）程度差別很大.

　　(5)最大（dà）應力時仲（zhòng）長率在一定（dìng）程度上能反映出產（chǎn）品的強度與彈性之（zhī）間（jiān）的關係，一味追（zhuī）求強度，勢必會帶來（lái）產品在彈（dàn）性方麵的（de）損失，而表現出低的仲長率，如樣（yàng）品。

　　2.2.3對拉仲破壞時狀態的影響

　　拉仲破壞時的狀態直接關係到產品的持久粘結性。在7個樣品中（zhōng），23℃的拉仲試驗其破壞狀態均為內聚破壞:但在浸水後拉仲試驗中，2''，3''樣品出現超過（guò）5%的粘結破壞:在浸水光照後拉伸試驗中，3''，6''樣品出現相當大的粘結破（pò）壞.因此（cǐ），水（shuǐ）的作用，尤其是升溫狀態下的水，對矽酮結構密封膠的粘結耐久（jiǔ）性具有較大的影響。

　　鑒於與（yǔ）拉仲粘結性相（xiàng）關的幾個指標（biāo）在經過（guò）老化試驗後反映出（chū）的（de）變化趨勢，如要選擇一個指（zhǐ）標來評定矽酮結構密封膠的耐久性，應選擇（zé）拉（lā）仲粘結強度為宜。

　　2.3熱的老化（huà）作用

　　熱的作用不僅影響產品的（de）交聯密度，還會使膠在固化過程中產生（shēng）小（xiǎo）分子或生產過程中添（tiān）加小分子物質的逸出，造成一（yī）定的體積收縮，從而影響矽酮（tóng）結構密封膠的粘結，給幕牆工帶來極大（dà）的質最隱患。為此選擇與GB16776一致的試驗條（tiáo）件進行質最損失率試驗，並檢查其表而狀態（tài）。試驗條件為:養護好的試件置於(90正負2)℃烘箱內21d.加熱質（zhì）最損失率

　　由試驗過程可以看出:矽（guī）酮結構密封膠在經曆21d的熱空氣老（lǎo）化試驗後，盡管相互之間有所差別，其質最損失率相當小，且質量損失主要發生在址初的幾天，而後基本穩定;同時表而無明（míng）顯的開裂和起粉現象。這從另（lìng）一方而（ér）說明了矽酮（tóng）結構密封膠良好的熱穩定性和耐久性。

　　2.4硬度與（yǔ）拉仲粘結性（xìng）的（de）關係

　　從理論上講，硬度大小可表征材料的模最，但不一定能表征（zhēng）其拉伸粘結強度和斷裂仲長率（lǜ）。為驗證此（cǐ）點是否成立（lì），我們按GBIT531-1999《橡膠袖珍硬度計壓入硬度試驗方法》測定壓針壓入（rù）試樣1，時的硬度值。根據設（shè）計和應用（yòng）規範，矽酮結構密（mì）封膠的位移能力分級應為（wéi）20%，相對應的是60%拉仲模最。將硬度值分別與23℃下60%拉仲模量、拉（lā）仲粘結強度及斷裂仲長率進行（háng）對比。

　　(1)將硬度與拉仲模量按其實測偵從小到大排序後進行對比可知，樣品（pǐn）所居順序（xù）基本相同，硬度與模（mó）最之間可視為具有良好的對應關係。

　　(2)硬度與其它2個指標表而上看根（gēn）本無法找出對應關（guān）係（xì）。高硬度會（huì）帶來大的模量、強度和低的仲（zhòng）長率(如5琳品（pǐn）)，

　　但同樣可能得出（chū）相反的結果，如（rú）3琳品與7琳品.3琳品的硬度要比r樣品的大得多，但其拉仲（zhòng）粘結強度並不比7`.高，而仲長（zhǎng）率反而（ér）遠高於7

　　(3)拉（lā）仲粘結性與斷裂仲長率（lǜ）幾個指標的數值之間也似（sì）乎不存在相互的對（duì）應關係，如2樣品與3樣品，並不是拉仲粘結（jié）強度高，就對應於低的斷裂伸長率。再次說明了拉仲粘結性（xìng）能的複雜性，它不僅取（qǔ）決於產品的配方體係、內聚力、粘結活性，還取決（jué）於幾（jǐ）個（gè）因素之間的（de）協調作用。

　　2.5位移性能與拉仲粘結性的關係（xì）

　　位移性能是（shì）指（zhǐ）矽酮結構密封膠在建築接（jiē）縫發生位移（yí）時能保持有效（xiào）密封的能力（lì），可通過模擬實際使用條件的熱（rè）脹冷（lěng）縮來測試矽酮結構（gòu）密封膠的位（wèi）移能力（lì）。采（cǎi）用與（yǔ）拉仲粘結性相同的粘結試件，按GBIT13477.13-2002《建（jiàn）築密封材料試驗方法，(第13部（bù）分:冷拉一熱壓後粘結性的測定)規定的（de）試驗條件進（jìn）行冷拉一熱（rè）壓循環試驗，所用拉壓幅（fú）度為20%試驗結束後，檢（jiǎn）查試件粘結破壞的深度，以不大於2mm為位移性能合格。試驗結果（guǒ）7個樣品中有3個合格，另外幾（jǐ）個（gè）均（jun1）有不同程度的粘結破壞。位移性能按破壞程度由小到大的樣品（pǐn）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，同樣發（fā）現其（qí）與表2中任何一個指標都無法直（zhí）接對應。因（yīn）此從位移性能指標也驗證了拉伸粘結性能的（de）複雜性。同時從位移性（xìng）能合格的3個樣品(4、6和7)來看，它們的硬度適（shì）中，拉仲強（qiáng）度和仲長率在幾個樣品中也居中，說明硬度和強度之間（jiān）良好的協調有利（lì）於（yú）產品表（biǎo）現出優良的位（wèi）移性能，也反映出產品良好的彈性。

　　2.6確定耐久性評定指標的可能性

　　在近期（qī）已修訂或製訂的與密封材料柑關的產品標準中，均采用（yòng）LSO11600:2002的規（guī）定（dìng），拉仲（zhòng）粘結強度和斷裂仲長率已（yǐ）不再（zài）作為產品質量的（de）判定指標，而代之以（yǐ）拉仲模最，同時產品位移能力分級也依據23℃和-20℃時（shí）的拉仲模最值（zhí）來判定。因此我們探討了在矽酮結構密封膠國家標準中規定的浸水條件和浸水光IR條件下，60%拉仲模量、拉仲粘（zhān）結強度和伸長率之間有沒有相關性，可否用來進（jìn）行老化性能（néng）的（de）評定。計算不同試驗條件下3個拉仲粘結性能指標的老化速率(老化速率是指某指標經曆一段老化時間（jiān）後性能的降低率。

　　(1)浸水7d(168h)的老化（huà）速率在10~10數量級。浸水光照（zhào）300h的老化速（sù）率均在1護數量級（jí），遠大於浸水，說明協同作用對矽酮結（jié）構密封（fēng）膠的老化加速性大（dà）。

　　(2)不同（tóng）老化（huà）條（tiáo）件對斷裂仲長率的老化加速性大（dà）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（hòu）2個試驗條件為座標軸（zhóu）統一（yī）進行數據處理的方法（fǎ）。按數值大小排隊作圖進行回（huí）歸。

　　共（gòng）有19個試驗點(已刪去其中1個明顯離群的點)，相關係數為0.791，與及格標準相比，即置信度為M標（biāo）誌有99%的概率)也隻要求0.575，因此可判定3個指標之間的（de）相關關係是肯定能夠成立的。因而在（zài）此2種老化條件下3個指標均可用來表征其耐久（jiǔ）性。

　　3.結論

　　根據上述試驗結果，若（ruò）按修訂後的GB16776目對產（chǎn）品（pǐn）性能進行綜合判定，僅有4''樣品和1.樣品(位移性能未列入標準)符合要求。可以看出，他們的硬度均在（zài）50以下，具備較高的強度和適當（dāng）的仲（zhòng）長率。

　　由此可得出如下結論（lùn）:

　　(1)矽酮（tóng）結構密封膠拉仲粘結性應力一應變曲線（xiàn）呈現出符合二次多項式函數關係（xì）。

　　(2)水促使矽酮結構密封膠水解反應的發生而使拉仲（zhòng）粘結強度下（xià）降。

　　(3)光一熱一水的協同作用比單一水因素對性能（néng）指標的老化速率大。

　　(4)不同條件下老化機理的（de）複雜性造成拉仲粘結性各指標間無直接（jiē）對應關係，尤其是仲長率，需考（kǎo）慮多方麵的因素。

　　(5)硬度（dù）和（hé）60%模量之間有良好（hǎo）的對應（yīng）關係，更重（chóng）要的是，硬（yìng）度、拉仲粘結強度和仲長率之（zhī）間的協調不僅可得（dé）到良好的位移性能，且其多（duō）項指標（biāo）也易滿足國家標準的技術要求。