矽酮結（jié）構（gòu）密封膠的拉伸性能與耐久性

建築用矽酮結構密封膠主要應用（yòng）於建築隱框玻璃幕牆的安裝。無論是全隱或半隱框玻璃幕牆，其安裝（zhuāng）時均是（shì）將玻璃用結構膠（jiāo）粘在經（jīng）過特殊處理的（de）鋁框上（shàng）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求特別嚴格，它不僅要求（qiú）具有優異的大氣、濕熱環境下的長期穩定性，而且還必須（xū）有很高的（de）粘結強度和位移（yí）能力。目前我國幕牆建築被（bèi）越來越多地（dì）設計和使用，尤其（qí）是在一些大中城市（shì），從而帶動了國內此（cǐ）類產品生產與應用的迅速發展。然而一直以來人（rén）們都有一個錯誤認識，認為矽酮結構密封膠硬（yìng）度越高、拉伸粘結強度越大，膠的質量就越好，使用壽命就越長。事實並非如（rú）此（cǐ）。本文（wén）結合GB16776-1997《建築用矽酮結構密封膠》國家（jiā）標準修訂過程（chéng）中所做（zuò）的驗證試驗，測試拉（lā）伸粘（zhān）結性及與之相關的幾個技術指（zhǐ）標，討論（lùn）熱、水、光(熱(水、位移能力等因素對拉伸粘結性能和（hé）耐久性能的影響。

　　1.試驗（yàn）

　　分別測試（shì）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粘結性、硬度、加熱質（zhì）量損失和冷拉(熱壓後的粘結性。7個樣品中，1-6為單（dān）組分，7為（wéi）雙組分。所用粘結基材一麵為透明浮法玻璃，另一麵為陽極化的鋁合金，均無底塗。各測試項目試（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.試驗結果與討論

　　2.1拉伸粘結性

　　按GB/T13477.8-2002《建築密封材料試驗方法》(第1部（bù）分：拉伸粘結性的測定)製備3組試件，在（zài）23℃下分別養護（hù）28d(單組（zǔ）分)或14d(雙組分（fèn）)，其中1組（zǔ）在23℃進行拉J巾試驗;第（dì）2組浸入標（biāo）準條件下的水中7d後立即進行拉仲試驗;第3組（zǔ）放入水一紫外線輻照試驗（yàn）箱中浸水光照（zhào）300h(溫度40℃)後進行拉仲（zhòng）試驗。拉仲試驗時（shí）分別測定拉仲至仲長率（lǜ）為60%時（shí）的拉（lā）仲模量、竣大應力（lì）時仲長率、拉仲粘結強度和斷（duàn）裂仲長率，同時記錄拉仲應力一應變（biàn）曲線(見圖1.圖2)。

　　從拉仲應力一應變曲線中可以看出，其曲線前段（duàn），即在竣大強度時仲長率之前，呈（chéng）現（xiàn）出符合二次多項式（shì）函數關係:y-=4l-2+b%+C，且擬合的相關係（xì）數R非常接近於1，隨後基本上呈平台狀態，直至（zhì）破（pò）壞。如圖1所示7個樣品在標準條件下拉仲應（yīng）力一應變曲線，其R值範圍為（wéi）0.986-0.999口（kǒu）同樣，對同（tóng）一樣品而言（yán），不同條件下的拉仲應力一應變曲線也呈二次多（duō）項式函數關係。如圖2所示6解（jiě）品R值的範圍為0.988-0.9950。

　　2.2浸水及浸水光照對其耐久性的（de）影響

　　矽酮（tóng）結構密封膠在初始固化期間（jiān），吸收空（kōng）氣中水分而（ér）固（gù）化，但固化之後水分的作用則發生在兩方麵:一方而使密封膠進一步交聯，交（jiāo）聯（lián）密度增加;另一方而則使其發生水解而降解，對力學（xué）性能A成相反的作用，即導致拉仲粘結強度降低，仲長率（lǜ）增大。而紫外（wài）光在（zài）膠表而的能量（liàng）積聚可使聚矽氧烷（wán）大分子鏈斷裂，同樣A成降解（jiě）;熱的作用在（zài）短時間內會（huì）加快自山基反應的交聯過程，結果使（shǐ）拉仲（zhòng）強度增加（jiā），仲長率也會受到影響，但長期的熱（rè）作用（yòng）反而促使膠的老化進程（chéng）。因此，究竟哪個因素或幾個因素會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主要（yào）作用，這取（qǔ）決於多方麵原因，是個（gè）較為複雜的化學反應過程，或（huò）決定於不同的老化機惻1為考察水、光（guāng）一熱一水(或升溫條件下的浸水光照)協同作用對（duì）矽酮結（jié）構密封膠性能的（de）影響（xiǎng），我們（men）按GB16776規（guī）定的試驗條件進行了試驗。

　　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（lián）合作用，其結果都是使拉仲粘結強度較標準條件（jiàn）下降（jiàng）低，但降低的（de）幅度因樣品不同而不同。

　　(2)大部分樣（yàng）品單純浸水對拉仲粘結強度降低的幅度要大於光一熱一水的聯合作用，說明水解反（fǎn）應過程確實（shí）存在。

　　(3)光一熱一水的協同作用並未使（shǐ）性能降低的幅度遠大於（yú）單（dān）純（chún）水的作用，說明矽酮結構密封膠（jiāo）的老化過程是（shì）交聯密度增加與水降解反應過程競爭的結果。熱作用在一定程（chéng）度上可能起到了增進交（jiāo）聯（lián）的作用（yòng），而（ér）光的作（zuò）用可能僅是傲發出自由基，進而或交聯或降解。

　　(4)不同樣品23℃的拉仲粘結強（qiáng）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（zú）。

　　2.2.2對最大應力時（shí）仲長（zhǎng）率和斷裂仲長（zhǎng）率的影響

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

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

　　(3)大（dà）部（bù）分樣品單一水的因（yīn）素趨於使斷裂伸長率增（zēng）加，再次（cì）說明水（shuǐ）解反應占有一定的優勢.

　　(4)不同樣品23℃的（de）斷裂仲長率值（zhí）相差相（xiàng）當大，數值範圍88%-410%.說明不同配方體（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程度差別很大.

　　(5)最大應力時仲長率在（zài）一定程度上能反映出產品的強（qiáng）度與彈性之間的關係，一味追求強（qiáng）度（dù），勢必會帶來產品在彈性方麵的損失（shī），而表現出低的仲長率，如樣品。

　　2.2.3對拉仲破壞時狀態的影響（xiǎng）

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

　　鑒於與拉仲粘結性相關的幾個指標在經過老化（huà）試驗（yàn）後反映出的變（biàn）化趨勢，如要選擇一個（gè）指標來評定矽酮結構（gòu）密封（fēng）膠的耐久性，應（yīng）選擇拉仲粘結強度為宜。

　　2.3熱的老化作用

　　熱的作（zuò）用不僅影響產（chǎn）品的交聯密度（dù），還會使膠在固化過（guò）程（chéng）中產生小分子或生產過程中添加小分子物質的逸出，造成一定的體積收縮，從而影響矽酮結構密封膠的粘（zhān）結，給幕牆工帶來極大（dà）的質最隱（yǐn）患（huàn）。為此選擇與GB16776一致的試驗條件進行質最損失率試驗，並檢查其表而狀態。試驗條件為:養護好的試件（jiàn）置於(90正（zhèng）負2)℃烘箱內21d.加熱質最損失率

　　由試驗過程（chéng）可以看出:矽酮結構密封膠在經曆21d的熱空氣老化試驗後，盡管相互之間有所差別，其質（zhì）最損失率相當小，且（qiě）質量損失主（zhǔ）要發生在址初的幾天，而後基本穩定;同時表而無明顯的開裂和起（qǐ）粉現象（xiàng）。這從另一方（fāng）而說明了矽酮結構（gòu）密封膠良好的熱穩定性和耐久性。

　　2.4硬度與拉仲粘結性的關（guān）係

　　從理論上講，硬度大小可表征材料的模最，但不一定能表征其拉伸粘結強度和斷裂仲長率。為驗（yàn）證此點是否成立，我們按GBIT531-1999《橡膠袖珍硬度計壓入（rù）硬度（dù）試驗方法（fǎ）》測定壓針壓入試樣1，時的硬度值。根據設計和應用規範，矽酮（tóng）結構密封（fēng）膠的位移能力分級應為20%，相對應的（de）是60%拉仲模最。將硬度值分別（bié）與23℃下60%拉仲模量、拉（lā）仲粘結強度及斷裂（liè）仲長率進（jìn）行對比。

　　(1)將（jiāng）硬度與拉仲（zhòng）模量按其實測偵（zhēn）從小到大排序後進行對比可知，樣品所居順序基本（běn）相同，硬（yìng）度與模最之間可（kě）視為具有良好的對（duì）應關係。

　　(2)硬度與其它2個指標表而上看根（gēn）本無法找出對應關係。高硬度會帶（dài）來大的模量、強度和低的仲長率(如5琳品)，

　　但同樣（yàng）可能得出相反的結果，如3琳（lín）品與7琳品.3琳品的硬（yìng）度要比r樣品的大得多，但其拉仲粘（zhān）結強度並（bìng）不比（bǐ）7`.高，而仲長率反而遠高於7

　　(3)拉仲粘（zhān）結性與斷（duàn）裂仲長率幾個指（zhǐ）標的數值之間也似（sì）乎不存（cún）在相互的對應關係，如2樣品與3樣品，並不是拉仲粘結強度高，就對應於低（dī）的斷（duàn）裂伸長率。再次說明了拉仲粘結性能的（de）複雜性，它不僅取決於產品的配方體（tǐ）係、內聚力、粘結（jié）活性，還取決於幾個因素之間的協調作用。

　　2.5位（wèi）移性能與拉仲粘結性的關（guān）係

　　位移性能是指矽酮結構（gòu）密（mì）封膠在建（jiàn）築接縫發生位移時能保持有效密封的能力（lì），可通過模擬實際使（shǐ）用條件的熱脹冷縮來測（cè）試矽酮結（jié）構（gòu）密封膠的位移能力（lì）。采（cǎi）用與拉仲粘結性相同的粘結試件，按GBIT13477.13-2002《建築密（mì）封材料試驗方法（fǎ），(第13部分:冷拉一熱（rè）壓後粘結性的測定)規定（dìng）的試驗條件進行（háng）冷拉一熱壓循環試驗，所用拉壓（yā）幅度為20%試驗結（jié）束（shù）後，檢（jiǎn）查試件粘結破壞的深度（dù），以不大於2mm為位移性能合格。試驗結果7個樣品中有3個合格，另外幾個均有不同程度的粘結破壞。位移性能按破壞程度由（yóu）小到大的樣品編（biān）號排序為:4<6<7<1<2<5<3。

　　將此順序與表2所示進行對比，同樣發現其與表2中任何一個指標都無法直接對應。因（yīn）此從位移性能指標也驗證（zhèng）了拉伸粘結性能的複雜性。同時從位移性能合格的3個樣品(4、6和（hé）7)來看，它們的硬度適中，拉仲強度和仲長率在幾個樣品中也居中，說明硬度和強度之間良好的協調有利於產品表（biǎo）現出優良的位移性能（néng），也反映出產品良好的彈性。

　　2.6確定耐久性（xìng）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LSO11600:2002的規定，拉仲粘（zhān）結強度和斷裂仲長（zhǎng）率已不再作為產品質量的判定指（zhǐ）標，而代之以拉仲模最，同時產（chǎn）品（pǐn）位移能力分（fèn）級也（yě）依據23℃和-20℃時（shí）的拉仲（zhòng）模（mó）最值來判定。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（jiàn）和浸（jìn）水光IR條（tiáo）件下，60%拉仲模量、拉仲粘結強度和伸長（zhǎng）率之間有沒有相關性，可否用來進行老化性能的評定。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（lì）一（yī）段（duàn）老化時間後性能的降低率。

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

　　(2)不同（tóng）老化條件（jiàn）對斷裂仲長率（lǜ）的老（lǎo）化加速性大於對拉伸（shēn）強度的影響。

　　2.73個（gè）指標間（jiān）的相關關係討（tǎo）論

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

　　共（gòng）有19個試驗點(已刪去其中1個明顯離群的點)，相（xiàng）關係數為0.791，與（yǔ）及格標準相比，即置信度為M標誌有99%的概率)也隻要求（qiú）0.575，因此可判定3個指（zhǐ）標之間（jiān）的相關關係是肯定能夠成立的。因而在此2種老化條件下3個指標均可用來（lái）表征其耐久性。

　　3.結（jié）論

　　根據（jù）上（shàng）述試驗結果，若按（àn）修訂後的GB16776目對產品性能進行綜合判定，僅有4''樣品和1.樣品(位移（yí）性能（néng）未（wèi）列入標準)符合要求（qiú）。可以看出，他們的硬度均在50以（yǐ）下，具備較高（gāo）的強度和適當的仲長率。

　　由此可得出如下結（jié）論:

　　(1)矽酮（tóng）結構密封膠拉仲粘結性應力一應變曲線呈現出符合二次多項（xiàng）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（rè）一水的協同作用比單一水因素對（duì）性能指標的老化速率大。

　　(4)不同條件下老化機理的複雜性造成拉仲粘結性各指標間（jiān）無直接對應關係，尤（yóu）其是（shì）仲長（zhǎng）率，需考慮多方麵的因素。

　　(5)硬度和60%模量之間有良好（hǎo）的（de）對應關（guān）係，更重要的是（shì），硬（yìng）度、拉仲粘結強度（dù）和（hé）仲長率之間的協調不僅可得到（dào）良好的位移性能（néng），且（qiě）其多項指標也易滿足（zú）國家標準的技術要求。