建筑门窗用单组分聚氨酯组角胶的性能研究

刘亚琼，尹业琳，陈 淼，龚洪洋，孔军仕，岳丽清

（郑州中原思蓝德高科股份有限公司，河南 郑州 450001）

建筑门窗用单组分聚氨酯组角胶的性能研究

刘亚琼，尹业琳，陈 淼，龚洪洋，孔军仕，岳丽清

（郑州中原思蓝德高科股份有限公司，河南 郑州 450001）

制备了一种建筑门窗用单组分聚氨酯组角胶，按GB/T7124—2008对其铝合金-铝合金的粘接性能进行了评价。结果表明其在标准条件养护7 d、14 d和21 d, 剪切强度分别达6.20 MPa，7.27 MPa、8.30 MPa,与国外同类产品基本相当；经过40℃浸水72 h后与浸水之前相差不大；120 ℃高温3 h、90 ℃高温300 h以及高温高湿（温度85 ℃，相对湿度85%）300 h处理后，剪切强度均有所增强，具有优良的耐温耐湿热性能。

聚氨酯；组角胶；剪切粘接性能；

随着我国建筑行业的蓬勃发展，门窗质量问题也日益突显。影响门窗质量的因素有很多，角部强度和密封性就是主要因素之一。一般认为，只要切割设备的精度足够高，角码配合适当，加上组角机组角固定，便可使门窗的角部强度和密封性达到要求。而事实上，大多这种简单机械工艺生产出来的门窗在生产、运输、安装和长期使用中很难保证在各种力的作用下不被损坏，气密性、水密性、隔音、隔尘性能等也无法得到保障。使用专业的门窗组角胶，可以有效地避免或减少门窗角部因自身或外力因素造成的破坏，保证门窗的角部强度和密封性[1～3]。本文制备了一种门窗用单组分聚氨酯组角胶，并对其与铝合金的粘接性能进行了评价，考查了标准条件，即温度[（23±2）℃]、相对湿度[（50±5）%]的环境条件下，养护时间、40℃浸水、高温以及高温高湿对其粘接性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料及仪器

聚醚多元醇，德国拜耳材料科技有限公司；4,4＇-二苯基甲烷二异氰酸（MDI），烟台万华聚氨酯股份有限公司；碳酸钙，山西兰花华明纳米材料有限公司；气相SiO2，瓦克化学。所用聚醚多元醇的种类和重要特性指标见表1。

双行星搅拌釜，型号SX-2L，规格2L，四川永通机械设备有限公司；电子万能试验机型号CMT4104，规格10 kN，深圳新三思材料检测有限公司。

表1 聚醚多元醇Tab.1 Polyether polyol

1.2 组角胶的制备

将3种聚醚多元醇以一定比例置于3 L四口烧瓶中，100～120 ℃真空搅拌脱水2 h，降温至70 ℃，滴加相应比例的MDI，反应3 h制得预聚体；将该预聚体与碳酸钙、气相SiO2、脱水剂、偶联剂、催化剂等以一定比例混合制得组角胶。

1.3 性能测定

组角胶的剪切性能使用电子万能试验机，按GB/T7124—2008方法测定。依据以下条件分别测定组角胶的剪切强度。

（1）标准条件

在温度（23±2）℃、相对湿度（50±5）%的环境条件下，试件分别养护3 d、7 d、14 d、21 d、28 d后进行测试。

（2）40℃浸水

试件在标准条件下养护7 d之后，置入40℃恒温水浴锅中浸泡3 d取出，再在标准条件下养护1 d进行测试。

（3）120 ℃老化

试件在标准条件下养护7 d之后，置入120 ℃烘箱中老化3 h，再在标准条件下养护1 d进行测试。

（4）90 ℃老化

试件在标准条件下养护7 d之后，置入90℃烘箱中老化300 h，再在标准条件下养护1 d进行测试。

（5）高温高湿

试件在标准条件下养护7 d之后，置入温度为85 ℃、相对湿度为85%的实验箱中老化300 h，再在标准条件下养护1 d进行测试。

1.4 剪切试件的制备

将一端打孔规格为100 mm×25 mm×12.5 mm的铝合金型材用丙酮脱脂后，把胶料涂于另一端粘接面上，按图1所示放入辅助垫块制样，胶层厚约0.2 mm，搭接面积为25 mm×12.5 mm。于标准条件下放置24 h，将垫块取下，清除多余溢胶，即制得剪切试件。

图1 剪切试件的制备方法Fig.1 Preparation of tensile lap-shear specimen

2 结果与讨论

2.1 标准条件养护时间对组角胶剪切性能的影响

标准条件下养护时间对组角胶剪切性能的影响见图2。

图2 养护时间对组角胶剪切强度的影响Fig.2 Effects of maintenance time on tensile lap-shear strength of corner-combining sealant

从图2可以看出，标准条件养护3 d、7 d，组角胶的拉伸剪切强度分别达4.16 MPa和6.20 Mpa，较国外同类产品略低4.81%和5.20%，呈现出上升的趋势。继续延长养护时间至14 d、21 d和28 d，剪切强度则分别达7.27 MPa、8.30 MPa和8.41 Mpa，与国外同类产品相比，提高了3.12%、3.88%和4.73%，总体来说相差不大，均呈现出上升后趋于平缓的趋势，即养护21 d之后剪切性能均不再有明显变化。

2.2 40 ℃浸水对组角胶剪切性能的影响

按1.3（2）方法处理试件，考查40℃浸水对组角胶剪切性能的影响，结果如表2所示。

表2 40℃浸水对组角胶剪切性能的影响Tab.2 Effects of soaking in 40℃water on tensile lap-shear strength of corner-combining sealant

从表2可以看出，组角胶经40℃浸水72 h后，剪切强度较浸水前变化不大，与国外同类产品基本相当。

2.3 高温、高温高湿对组角胶剪切性能的影响

分别按1.3（3）、1.3（4）、1.3（5）所述方法处理试件，考查老化环境对组角胶剪切性能的影响，结果如表3所示。

表3 高温、高温高湿对组角胶剪切性能的影响Tab.3 Effects of high-temperature and hot-humid environment on tensile lap-shear strength of corner-combining sealant

从表3可以看出，组角胶标况养护7 d之后，经过120 ℃高温3 h、90 ℃高温300 h以及高温高湿300 h处理，剪切强度均有所增强，与国外同类产品性能基本相当，具有优良的耐温耐湿热性能。

3 结论

研制的组角胶具有以下性能：

（1）粘接强度大，标准条件养护7 d即可达到6 MPa以上；

（2）耐水性能良好，40℃浸水72 h后，剪切强度较浸水前变化不大；

（3）具有优良的耐温耐湿热性能，经过120 ℃高温3 h、90 ℃高温300 h以及高温高湿300 h处理后，剪切强度没有衰减，反而有所提升。与国外同类产品性能基本相当。

[1]王永波.铝合金门窗的角部结构加强和密封[J].河北煤炭,2007,30(3):53-55.

[2]谢红刚.聚氨酯在建筑领域的应用[J].科技情报开发与经济,2006,16(17):168-169.

[3]付邦建.建筑节能隔热断桥铝门窗介绍[J].河南建材,2009,11(3):158-159.

Performance of polyurethane corner-combining sealant applied in windows and doors

LIU Ya-qiong, YIN Ye-lin, CHEN Miao, GONG Hong-yang, KONG Jun-shi, YUE Li-qing
(Zhengzhou Zhongyuan Silande High Technology Co., Ltd., Zhengzhou, Henan 450001, China)

A polyurethane corner-combining sealant applied in windows and doors was prepared, and its bonding properties for aluminum alloy-alumunum alloy were evaluted according to the GB/T7124-2008. The results indicated that its tensile lap-shear strength results were 6.20 Mpa, 7.27 MPa and 8.30 MPa after maintaining at the standard conditions for 7d, 14 d and 21 d, respectively, which were similar with the results of similar foreign products. The tensile lap-shear strength of the sealant was kept well after soaking at 40℃ for 72 hours in water, and the tensile lap-shear strengths of the sealant were slightly increased after being processed at 120 ℃ for 3 hours, at 90 ℃for 300 hours or at 85 ℃, RH 85% for 300 hours. The sealant had excellent temperature resistance and resistance to heat and humidity.

polyurethane; corner-combining sealant; tensile lap-shear strength

TQ433.4+32

A

1001-5922（2017）02-0026-03

2016-09-27

刘亚琼（1985-），女，硕士，主要从事有机合成和聚氨酯胶粘剂的研究。E-mail：158389690@qq.com。

岳丽清（1985-），女，硕士，从事聚氨酯密封胶系列产品的研究开发工作。E-mail：birchtree@126.com。