2种非沥青基防水卷材自粘层胶粘剂耐久性研究

宋方方,黄立辉,杨小育,胡全超,3,龚兴宇

(1.创信(广东)检测技术有限公司,广东 佛山 528303;2.科顺防水科技股份有限公司,广东 佛山 528303;3.青岛科技大学,山东 青岛 266061)

非沥青基防水卷材具有优异的抗窜水性能、易施工等优点,在建筑防水工程中有着广泛的应用[1]。非沥青基防水卷材的自粘层目前主要有热熔胶和丁基胶2类自粘层[2]。热熔胶是以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为主体的热塑性弹性体,是一种粘合性能很好的胶粘剂[3-4],具有优异的粘附力和韧性。丁基胶主要是异丁烯和少量的异戊二烯阳离子聚合而成的高聚物,具有较好的不透水性,减震性和良好的密封性能[5];丁基胶也是具备良好粘弹性的胶粘剂[6-7]。

目前关于非沥青基防水卷材自粘层的研究较少。非沥青基防水卷材的自粘层在受到防水卷材的长期荷载时会产生一定的形变,即蠕变形变[8],胶粘剂的蠕变可以通过拉伸或者剪切的方法测试[9-10]。蠕变形变影响自粘层的耐久性能,影响非沥青基防水卷材的长期使用效果。但目前尚未有试验方案研究胶粘剂的长期蠕变效果。而探究非沥青基防水卷材自粘层的长期蠕变性能,对研究非沥青基防水卷材自粘层胶粘剂的耐久性能有着非常重要的作用。

通过研究热熔胶和丁基胶2种胶粘剂的蠕变性能,以及2种胶粘剂的蠕变性能与温度的关系,利用时温等效探讨2种胶粘剂的长期蠕变性能,并为非沥青基防水卷材自粘层胶粘剂粘附性与耐久性研究提供理论依据。

1 实验部分

1.1 实验材料

丁基橡胶(主要成分为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物,市售);热熔胶(主要成分为异丁烯和异戊二烯共聚物,市售)。

1.2 实验仪器

高级旋转流变仪 MCR302,Anton Paar

1.3 样品制备

将胶粘剂加热至120 ℃,融化后,趁热转入流变仪夹具中开展测试。

1.4 样品测试

采用25 mm夹板夹具,实验间距为1 mm,应力设置为17 Pa,实验温度设置在25～75 ℃。将上述融化的胶粘剂样品加入夹具中,用刮勺刮去多余的样品,在固定应力17 Pa条件下,开展2种胶粘剂的蠕变测试。

2 结果与讨论

2.1 2种胶粘剂的蠕变性能研究

在相同温度25 ℃、相同应力17 Pa条件下,丁基胶、热熔胶的蠕变形变与时间的变化曲线如图1所示。

图1 丁基胶和热熔胶的蠕变形变与时间的变化曲线

由图1可知,在同一应力水平下,相对于丁基胶,热熔胶具有更小的形变;随着时间的延长,丁基胶形变变化越大,热熔胶形变变化却很小,二者因蠕变产生形变的差异也越来越大。丁基胶是有异丁烯和少量的异戊二烯聚合而成的聚合物,其中异丁烯的占比可高达97%,由于异丁烯中含有2个甲基,所以聚合后含有较多的侧链甲基,当分子链运动时,会因侧链甲基的作用受到阻碍,导致产生较大的内摩擦力[11-12]。当施加一定的应力,丁基胶就会因内摩擦力产生一定的热能,导致产生的形变难以回复;当应力持续,因内摩擦力的作用将产生更大的形变量。由此表明;在相同温度和应力水平下,热熔胶具有很好的抗蠕变效果。

2.2 温度对2种胶粘剂蠕变性能影响

在相同的应力水平17 Pa、不同温度25～75 ℃条件下,丁基胶、热熔胶的蠕变形变随时间的变化曲线分别如图2、图3所示。

图2 不同温度下恒定应力下丁基胶蠕变形变与时间的曲线

图3 不同温度恒定应力下热熔胶蠕变形变与时间的曲线

由图2和图3可知,温度对2种胶粘剂的蠕变性能影响均很大。随着温度升高,2种胶粘剂的蠕变形变均增大,温度升高,导致分子运动加剧,从而使形变量增大,2种胶粘剂随温度上升后产生较大的形变;但热熔胶产生的形变量远小于丁基胶。在25～75 ℃时,热熔胶的蠕变形变量均小于丁基胶,表明在温度较高的条件下热熔胶仍具较好的抗蠕变性能。

2.3 2种胶粘剂的蠕变时温等效研究

利用高分子材料的时温等效原理即升高温度与延长时间二者是等效的,开展2种胶粘剂常温下长期的蠕变性能评价。2种胶粘剂蠕变的时温等效通过以下方式实现:分别测试2种胶粘剂25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75 ℃的短期蠕变曲线结果图4和图5所示。固定25 ℃的短期蠕变曲线,再分别将2种胶粘剂的短期蠕变曲线30、35、40、45、50、55、60、65、70、75 ℃向各自的25 ℃的短期蠕变曲线平行移动,分别获得2种胶粘剂在25 ℃下长期蠕变主曲线,具体如图4、图5所示。

(a)时温等效主曲线

(a)时温等效主曲线

由图4和图5可知,丁基胶和热熔胶2种胶粘剂因蠕变产生的形变均随时间的延长而增大。2种胶粘剂产生相同的蠕变形变所需的时长不同,当2种胶粘剂均产生1%的蠕变形变,丁基胶需要0.6 h,热熔胶需要32.8 d;当2种5%的蠕变形变,丁基胶需要2.7 d,热熔胶需要2.2 a;当2种胶粘剂产生20%形变,丁基胶需要39 d,而热熔胶需要11.4年;产生相同蠕变形变时,丁基胶需要较短的时间,热熔胶需要较长的时间。相对于丁基胶,热熔胶具有更低的蠕变形变增长速率,从长期来看,热熔胶具有更加优异的抗蠕变性能,也具有很好的耐久使用效果。

3 结语

对2种非沥青基防水卷材自粘层胶粘剂进行蠕变研究,常温25 ℃下,相对于丁基胶,热熔胶具有更低的蠕变应变,呈现较好的抗蠕变性能;同时温度对两种胶粘剂的蠕变性能影响也非常显著。2种胶粘剂的蠕变形变均随温度的增加而增大,在温度25～75 ℃时,热熔胶的抗蠕变效果均优于丁基胶。

采用时温等效原理研究2种胶粘剂在常温的长期蠕变性能,当产生相同的蠕变形变量时,相对于丁基胶,热熔胶需要更长的时间,热熔胶表现较好的抗蠕变性能,即产生1%的蠕变形变,丁基胶需要0.6 h,热熔胶则需要32.8 d;产生5%的蠕变形变,丁基胶需要2.7 d,热熔胶则需要2.2年;产生20%形变,丁基胶需要39 d,而热熔胶则需要11.4年。相对于丁基胶,长期来看,热熔胶具有很好的抗蠕变性能,并且由此可以推测热熔胶具有较好的耐久性能。