硅酮密封胶在建筑幕墙应用中的粘接性能对比试验

2023-07-04金正开张玉彬赵奕华

粘接 2023年4期

金正开张玉彬赵奕华

摘要：建筑幕墙密封胶在使用一定时间后，会出现干裂，粘接性能降低等问题。以α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷为主要原料，研究采用107胶、甲基硅油等多种材料制备胶体混合液，分别添加3种不同的纳米活性轻质碳酸钙，并在3种混合液中继续加入催化剂与交联剂，制成JT1、JT2与JT3这3种硅酮密封胶试件，测试不同密封胶试件性能。结果表明，JT1硅酮密封的拉伸模量、挤出性以及断裂伸长率均高于其他两种试件。当添加不同含量的交联剂时，JT1硅酮密封始终保持最快的固化时间与表干时间；当试件养护时间不断增加，JT1硅酮密封胶依然可以保持最高的粘接能力与硬度，且JT1硅酮密封胶受紫外光老化与热水老化的影响较小；当热温达到90 ℃时，JT1硅酮密封胶的粘接强度为0.674 MPa。

关键词：建筑幕墙；硅酮密封胶；粘接性能；挤出性；拉伸模量

中图分类号：TQ437+.1

文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）04-0050-05

Comparative test on the adhesive performance of silicone sealant in the application of building curtain walls

JIN Zhengkai，ZHANG Yubin，ZHAO Yihua

（Jiangsu Provincial Peoples Hospital for Women and Children Branch Foundation office，Nanjing 210000，China

）

Abstract：After a certain period of use，the building curtain wall sealant will have problems such as dry cracking and reduced bonding performance.Using α，ω-dihydroxy polydimethylsiloxane as the main raw material，a colloidal mixture was prepared with 107 glue，methyl silicone oil and other materials，and three different nano-active light calcium carbonates were added respectively.The catalyst and cross-linking agent were added to the three mixed solutions to make three kinds of silicone sealant specimens JT1，JT2 and JT3，and the properties of different sealant specimens were tested.It has been verified by experiments that the tensile modulus，extrudability and elongation at break of the JT1 silicone sealant are higher than those of the other two specimens.When the crosslinking agent is used，the JT1 silicone sealant always maintains the fastest curing time and surface drying time;when the curing time of the specimen continues to increase，the JT1 silicone sealant can still maintain the highest bonding ability and hardness，and the JT1 silicone sealant is less affected by ultraviolet light aging and hot water aging.When the heat temperature reaches 90 ℃，the bonding strength of JT1 silicone sealant is 0.674 MPa.

Key words：building curtain wall;silicone sealant;bonding property;extrusion;the tensile modulus

建筑幕墙是由面板及支承结构所组成的建筑外围结构［1］。其与传统砖砌结构外墙不同，建筑幕墙的施工方式更为简便，且更加节能环保，因此幕墙已成为目前建筑围护体系主要的应用结构［2］。建筑胶粘剂能够为建筑幕墙提供粘接作用，同时可在一定程度上提升幕墙的强度。由于建筑幕墙材料的多样化，单一的密封胶种类无法完全实现各种材质基材的粘接，导致玻璃脱离、透水等事故时常发生；因此，密封胶的质量很大程度上决定了建筑幕墙的安全效果［3］。通过对建筑胶粘剂粘接性能展开测试，可以有效提升建筑幕墙的性能。

有学者研究了聚硫建筑密封胶的粘接性能，模拟低温环境，不断测试密封胶的粘接性能变化，分析密封胶在应用过程中受环境的影响，以此总结了密封胶的应用性［4］；但该方法仅针对单一的低温环境进行分析，未测试高温状态下的密封胶性能变化，测试结果并不完善。还有研究了建筑幕墙用阻燃型硅酮密封胶的热性能，利用107硅橡膠交联季铵盐改性硅油作为基体，通过添加聚磷酸铵和高硼酸钙等复合阻燃剂，制备了一种阻燃型硅酮密封胶，并对其阻燃性能、热分解动力学、耐热氧化降解性能、分子结构尺寸稳定性进行了研究［5］；但该方法并未详细分析密封胶粘接能力，因此无法确定该密封胶是否适用于建筑场景。

硅酮密封胶是以聚二甲基硅氧烷为主要原料，辅以交联剂、填料、增塑剂、偶联剂、催化剂在真空状态下混合而成的膏状物，在室温下通过与空气中的水发生反应，固化形成弹性硅橡胶［6］。鉴于此，本文研究建筑幕墙用硅酮密封胶的粘接性能，利用不同厂家的纳米活性轻质碳酸钙，制备3种密封胶试样，并测试每种试样的粘接性能，测试结果为研究建筑幕墙用硅酮封的粘接性能提供参考。

1 建筑幕墙用硅酮密封胶的制备

1.1 试验原料与仪器

建筑幕墙用硅酮密封胶的制备采用以下试验原料：

107胶（工业级），石家庄市长安超力装饰材料厂；α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（工业级）、甲基硅油（工业级），山东环正化工有限公司；纳米活性轻质碳酸钙（JT1）（工业级），河北佰斯特科技有限公司；纳米活性轻质碳酸钙（JT2）（工业级），河北本格矿产品有限公司；纳米活性轻质碳酸钙（JT3）（工业级），灵寿县亿信矿产品有限公司；轻质碳酸钙（工业级，1～2 μm）、乙烯基三乙氧基硅烷（分析纯）、乙烯基三甲氧基硅烷（分析纯）、

γ-氨丙基三乙氧基硅烷（分析纯），山东大易化工有限公司；γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（分析纯）、二月桂酸二丁基锡（工业级），汾阳堂（上海）实业有限公司；甲基三丙酮肟基硅烷（工业级）、乙烯基三丙酮肟基硅烷（工业级），烟台泰宇实业有限公司。

在进行粘接性能试验时，需要使用较多的仪器设备，主要采用行星动力混合机、超声波清洗机、强力搅拌机、电子拉力试验机实现材料制备与试验。

1.2 试验材料制备

在真空干燥环境下，选取100 g107胶与36 mL甲基硅油，利用动力混合机对其进行搅拌，搅拌完成后，分别加入JT1、JT2、JT3此3种不同类型的纳米活性轻質碳酸钙，且均为80 g，制备得到3种混合液，并在温度120 ℃环境下对3种混合液进行5 h烘干；之后依次添加催化剂与交联剂（乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷），在室温状态下搅拌，制成3种硅酮密封胶，依次为JT1硅酮密封胶、JT2硅酮密封胶、JT3硅酮密封胶［7-9］。

1.3 测试或表征

（1）试件基础性能测试：采用电子拉力试验机测定试样的下垂度与挤出性，分析其拉伸模量、弹性恢复率、定伸粘接性以及断裂伸长率等，以此评定试样的基础性能［10-11］；

（2）试件表干时间测试：向密封胶中依次加入不同含量的交联剂乙烯基三乙氧基硅烷，按照GB/T 13477.5—2017标准，测试试件的表干时间；

（3）养护时间测试：按照GB/T 134771.0—2017标准测试试件的粘接强度，分析密封胶随养护时间变化时，其拉伸粘接强度、最大拉力延伸率以及硬度变化；

（4）紫外光老化测试：将试件放置在净水中浸泡24 h，取出后以每12 h为一个循环周期［12-13］，进行紫外光老化试验。其中，8 h为紫外光照射时间，黑板温度为60 ℃；4 h为冷凝水时间，黑板温度为50 ℃，分析在不同老化时间下试件的粘接性能变化［14-15］；

（5）热老化测试：将每种密封胶试件放置于烘箱内，依次设定加热温度为50、70和90 ℃，加鼓风，并在不同时间段内取样，将取样后的试件进行拉伸试验，测得每个试样的粘接强度，同时分析每种试件的性能衰减率［16］。

2 试验分析

2.1 基础性能测试

将本文制备的密封胶应用至建筑幕墙基材粘接过程中，分析密封胶性能的变化情况，对比每种密封胶试件之间的基础性能，分析结果如表1所示。

由表1可知，在不同试件测试过程中，每个试件的定伸粘接性均未出现破坏，从外观上看，JT1硅酮密封胶与JT3硅酮密封胶的外观均保持较好状态，而JT2硅酮密封胶出现颗粒状态。其中，JT1硅酮密封胶的拉伸模量保持最高水平，达到0.79 MPa，且该试件同时具备较高的挤出性、断裂伸长率，说明相较于其他试件，JT1硅酮密封胶的基础性能较高。

2.2 表干时间分析

分析不同交联剂乙烯基三乙氧基硅烷添加量对试件表干时间与固化时间的影响，分析结果如图1所示。

从图1可以看出，随交联剂含量逐渐增加，密封胶的表干时间会逐渐上升，而固化时间则会逐渐下降，其中JT2硅酮密封胶的表干与固化时间在三种试件中始终保持最大，说明该试件在粘接过程中需要耗费较长的时间，而JT1硅酮密封胶具备最低的固化时间与表干时间，可更迅速地实现基材粘接，在选择交联剂添加量时，可选择0.6%～0.8%的含量，可保持试件的表干时间与固化时间均保持在最佳状态。

2.3 养护时间对试件粘接性能的影响

当完成不同密封胶的制备后，对试件进行养护，测试每种试件在不同龄期下的性能变化。

（1）测试每种试件在不同龄期状态下的拉伸粘接强度，测试结果如图2所示。

从图2可以看出，随着龄期的不断上升，试件的拉伸粘接强度也随之增大，试件的粘接性能逐渐稳固，其中，JT1硅酮密封胶的拉伸粘接强度最高达1.6 MPa，保持在较高水平，且在试件制备完成初期，该试件的拉伸粘接强度就高于其他两种试件，因此，JT1硅酮密封胶始终具备较好的拉伸粘接强度，其粘接性能较强；

（2）分析每种密封胶试件在不同龄期下的最大拉力延伸率，以试件的拉伸能力评定其粘接效果，分析结果如图3所示。

从图3可以看出，随龄期不断增加，不同试件的最大拉力延伸率均会出现下降。其中JT3硅酮密封胶的最大拉力延伸率的变化幅度相对较大，且在最初阶段该试件的拉力延伸率达到400%以上，说明该试件最初的粘接性能较低，导致试件延伸率变大；而JT1硅酮密封胶的最大拉力延伸率下降幅度平稳，且在3种试件中始终保持最低状态。因此JT1硅酮密封胶的拉伸变形情况较低，可以保持最好的粘接能力；

（3）分析每种密封胶试件随着养护龄期的变化下，试件的硬度变化，分析结果如图4所示。

从图4可以看出，试件的硬度会随着龄期的增加逐渐呈现上升状态，且上升幅度较为稳定；而JT2硅酮密封胶与JT3硅酮密封胶的硬度始终低于JT1硅酮密封胶，说明JT2与JT3的胶体粘接时间较长，粘接过程较为缓慢，使得试件的硬度上升幅度过低；而JT1硅酮密封胶硬度均保持在42 HA以上，说明该试件的粘接速度较快，可以快速实现基材粘合。

2.4 试件紫外光老化试验

2.4.1 老化过程中粘接强度变化分析

分析每种试件在光老化试验下的老化粘接强度变化，分析结果如图5所示。

从图5可以看出，当老化时间小于300 h时，每种试件的粘接强度均呈现上升状态，说明试件在初始阶段试件均可承受一定幅度的紫外光照射，保持自身的粘接能力，但随着紫外光照射的时间增加，试件的粘接强度开始有所下降。其中，JT2、JT3硅酮密封胶粘接强度下降幅度比较相似；而JT2硅酮密封胶的在老化过程中的粘接强度始终处于最低水平，JT1硅酮密封胶粘接强度的下降幅度相对较小，下降趋势较为平缓，且该密封胶可在老化过程中保持较高的粘接性。因此，JT1硅酮密封胶的粘接性不会受到紫外光照射的较大影响。

2.4.2 老化过程中弹性恢复率变化情况

通过弹性恢复率可测得试件在光照后粘接性能，当弹性恢复率越高，说明试件在光照环境下更稳定。分析不同试件在老化过程中的弹性恢复率变化情况，分析结果如图6所示。

从图6可以看出，随老化时间增加，每种密封胶的弹性恢复率均会呈现下降状态，且下降趋势较为平缓。其中，JT3硅酮密封胶的弹性恢复率下降幅度较大，从85%逐渐降至75%左右，说明该密封胶经紫外光照射后存在较大变化；而JT2硅酮密封胶经加热后的弹性恢复情况虽然高于JT3硅酮密封胶，但依然远远低于JT1硅酮密封胶；JT1硅酮密封胶的弹性恢复率最高达88%，最低也保持在84%以上，说明经紫外光照射后，JT1硅酮密封胶更能够保持原有状态；因此具备较高的粘接性能。

2.5 热老化试验

当密封胶受到热空气老化后，受热影响会使其物理性能发生改变，导致胶体粘接性能受到影响，本文针对3种热老化温度进行测试，分别为50、70、90 ℃，分析每种老化温度下，试件的粘接强度变化情况。

2.5.1 不同温度下试件粘接强度变化情况

当热老化温度为50 ℃时，分析3种试件在不同老化时间下的粘接强度变化情况，结果如表2所示。

由表2可知，在50 ℃的热老化环境下，3种试件的粘接强度逐渐降低，但降低幅度并不明显，均保持在0.7 MPa以内。其中，JT1硅酮密封胶的粘接强度变化最小，且该试件的粘接强度始终保持在较高水平；因此在50 ℃热老化环境时，JT1试件始终保持较高粘接能力。

分析不同试件在热老化温度为70 ℃时，每种试件的粘接能力，分析结果如表3所示。

由表3可知，70 ℃下的试件粘接强度的下降幅度明显大于50 ℃，随着老化时间的上升，仅JT1硅酮密封胶的粘接强度保持在0.7 MPa以内；而JT2试件与JT3试件的粘接强度均在0.7 MPa以下，说明温度升高会加速试件粘接强度的下降。但JT1硅酮密封胶仍然保持较高的粘接性能。

当试件热老化温度处于90 ℃时，分析每种试件的性能变化，分析结果如表4所示。

由表4可知，当试验温度处于90 ℃时，试件的粘接强度均出现大幅度下降，说明在该温度下会导致试件的各项性能出现异常。其中，JT2硅酮密封胶的粘接强度下降幅度最大，当热老化时间为2 400 h时，该试件的粘接强度为0.636 MPa，JT3、JT1硅酮密封胶的粘接强度均大于该试件；而JT1硅酮密封胶在90 ℃时，依然可以保持最高的粘接强度。

通过3种不同的温度测试可以看出，JT1硅酮密封胶的粘接强度始终处于最佳状态，受到温度影响较小。

2.5.2 不同温度下试件性能衰减率分析

分析3种试件在不同热空气温度下的性能衰减率变化，分析结果如图7所示。

从图7可以看出，当热空气试验温度不断增加，试件的性能衰减率逐渐上升，在90 ℃环境下，JT2、JT3硅酮密封胶的性能衰减率大幅增高，均达到25%以上，而JT1硅酮密封胶在90 ℃时仍然可以保持较低的性能衰减率，且该试件的衰减率均处于15%以下，因此JT1硅酮密封胶更适用于建筑幕墙基材的粘接。

3 结语

研究建筑幕墙用硅酮密封胶的粘接性能，对适用于建筑幕墙基材粘合的胶粘剂进行研究，并制备多种类型的硅酮类密封胶试样，测试不同密封胶的应用性能，获取密封胶在不同环境中的粘接性能变化，以此评价密封胶的应用性。测试结果表明，JT1硅酮密封胶的粘接强度最好，应用JT1硅酮密封胶能更好得最提升建筑幕墙的安全性。

【参考文献】

［1］杨永强，陈炳耀，彭小琴，等.交联剂和稳定劑对幕墙硅酮密封胶性能的影响［J］.粘接，2021，47（9）：28-30.

［2］赵新胜.建筑外墙填缝改性硅酮密封胶应用研究［J］.新型建筑材料，2021，48（6）：148-151.

［3］韩建军，仲小亮，杨霞，等.装配式建筑外墙嵌缝用密封胶耐老化性能研究［J］.新型建筑材料，2020，47（12）：118-121.

［4］程小珊，马文亮.低温潮湿环境对聚硫建筑密封胶长期粘接性影响研究［J］.中国胶粘剂，2021，30（6）：41-45.

［5］张茗涵.建筑幕墙用阻燃型硅酮密封胶的热性能［J］.合成树脂及塑料，2022，39（1）：39-42.