建筑幕墙用硅烷改性聚醚密封胶的耐高温性能测试分析

张洪维

(国能朔黄铁路发展有限责任公司,河北 肃宁 062350)

但在高温环境下,硅烷改性聚醚密封胶的性能参数会发生较大变化,导致其密封性能降低,雨水容易渗透幕墙面板,出现建筑物雨水渗透现象[1],以及硅烷改性聚醚密封胶性能降低,其固定幕墙面板性能也会降低,导致建筑物幕墙面板脱落情况出现[2-3],为建筑安全带来隐患。现在也有很多学者研究硅烷改性聚醚密封胶的耐高温性能分析方法,如提出密封胶的研制与性能分析方法,在不同环境下对指标的性能进行研究[4]。制备了硅烷改性交联聚醚凝胶,将其应用在玻璃制品粘结应用中,并对其高温环境下的伸长率、硬度进行了分析[5]。

针对上述情况,本文提出建筑幕墙用硅烷改性聚醚密封胶的耐高温性能分析方法,为硅烷改性聚醚密封胶在建筑幕墙的应用提供数据依据。

1 硅烷改性聚醚密封胶的耐高温性能

1.1 试验材料

硅烷改性聚醚(朝旭有限公司);邻苯二甲酸二异壬酯(信越诺诚科技公司);邻苯二甲酸二异癸酯(欧颖新型材料公司);聚醚二元醇(烟台市才华聚氨酯科技有限公司);聚醚三元醇(南通仁达化工有限公司);烷基磺酸苯酯(摩贝化工公司);纳米碳酸钙(广硕化工公司);重质碳酸钙(俊辉高分子科技公司);γ-氨丙基三乙氧基硅烷(泉州市济洲科技有限公司);γ-丙基三甲氧基硅烷(博升化工公司);γ-氨丙基三甲氧基硅烷(新元化学(山东)有限公司);二月桂酸二丁基锡(全希化工公司)。

1.2 试验仪器与设备

DHL-650L双行星真空混合搅拌机(南京云升环保设备有限公司);615DF高低温试验箱(标承实验仪器公司);WES-1000B电子万能材料试验机(电子万能材料试验机);HF-450Z恒温恒湿试验箱(杭州禾飞科技有限公司);LX-A邵尔硬度计(长春蔚仪试验仪器有限公司);RZF-6020电热鼓风干燥箱(广东环瑞测试设备有限公司)。

1.3 硅烷改性聚醚密封胶的制备

将定量的硅烷改性聚醚放置在容器内,然后将定量的聚醚二元醇、纳米碳酸钙、烷基磺酸苯酯、聚醚三元醇、邻苯二甲酸二异壬酯添加到真空混合搅拌机内,在真空状态下升温110 ℃并搅拌40 min后,对其进行脱水2.5 h,得到硅烷改性聚醚密封胶的预制混合料。然后将双行星真空混合搅拌机内温度降至45 ℃后,将氮气融入真空混合搅拌机中,同时将γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、二月桂酸二丁基锡融入其中,制备得到硅烷改性聚醚密封胶,并将其放入恒温试验箱中。

纳米碳酸钙是硅烷改性聚醚密封胶的触变剂,其质量分数直接影响硅烷改性聚醚密封胶的弹性模量、挤出性等,为便于研究硅烷改性聚醚密封胶耐高温性能[6-8],分别制备不同纳米碳酸钙添加量的硅烷改性聚醚密封胶,纳米碳酸钙添加量分别为10%、15%、20%、25%、30%。选择二月桂酸二丁基锡催化剂,快速形成橡胶弹性体[9-11],分别制备质量分数为1%、2%、3%的硅烷改性聚醚密封胶。

1.4 硅烷改性聚醚密封胶性能测试方法

为分析硅烷改性聚醚密封胶的耐高温性能,试验环境为70～150 ℃环境中进行。将硅烷改性聚醚密封胶放置高低温试验箱内,利用高低温试验箱改变硅烷改性聚醚密封胶试验温度。

依据塑性橡胶硬度测试标准[12-14],将制备好的硅烷改性聚醚密封胶送入邵尔硬度探针下,得到硅烷改性聚醚密封胶在高温环境下的邵氏硬度[15-16]。

通过电子万能材料试验机测试不同情况下密封胶的拉伸强度、断裂伸长率等数据[17]。

在温度为300 ℃环境下,利用电热鼓风干燥箱测试加速老化时硅烷改性聚醚密封胶的贮存稳定性[18]。

2 试验分析

2.1 拉伸强度以及断裂伸长率

以拉伸强度和断裂伸长率作为衡量制备,测试在高温环境下,触变剂和催化剂质量分数不同情况下,测试密封胶的拉伸强度以及断裂伸长率,试验结果如图1、图2所示。

由图1可知,硅烷改性聚醚密封胶的触变剂质量分数越高,其拉伸强度数值也越高,同时环境温度逐渐提升的情况下,触变剂质量分数不同密封胶的拉伸强度数值逐渐降低。但在试验环境温度为110 ℃之前时,添加硅烷改性聚醚密封胶拉伸强度下降幅度略小,当试验环境温度超过110 ℃后,添加不同质量分数的密封胶拉伸强度降低幅度提升。在试验环境温度为150 ℃时,触变剂添加10%和30%的硅烷改性聚醚密封胶拉伸强度差值为1.04 MPa。说明硅烷改性聚醚密封胶触变剂添加量越大,其在高温环境下的拉伸强度越高,其耐高温性能越好。

由图2可知,硅烷改性聚醚密封胶催化剂质量分数越高,在相同试验环境温度情况下,密封胶断裂伸长率数值反而越低。在试验环境温度不断上升情况下,硅烷改性聚醚密封胶断裂伸长率呈现上升趋势。说明当催化剂添加量较多时,硅烷改性聚醚密封胶的凝胶现象越明显,硅烷改性聚醚密封胶的稳定性越低,同时在高温环境中,硅烷改性聚醚密封胶内催化剂活性会上升,导致硅烷改性聚醚密封胶耐高温性能降低。综上结果,硅烷改性聚醚密封胶催化剂质量分数越低,其在高温环境下的断裂伸长率数值越大,在高温环境下不容易断裂,其耐高温性能越好。

2.2 粘接性能

测试在高温环境下,差异触变剂和催化剂质量分数时密封胶的粘接性,结果如表1、表2所示。

表1 触变剂质量分数不同硅烷改性聚醚密封胶粘接性

表2 催化剂质量分数不同硅烷改性聚醚密封胶粘接性

由表1可知,触变剂质量分数数值越高的硅烷改性聚醚密封胶随着试验环境温度上升,其50%内聚破坏和100%界面破坏情况出现越晚。硅烷改性聚醚密封胶粘接性可由其内部中性基团之间分子作用力和偶联剂搭桥的化学键描述,在高温环境下,硅烷改性聚醚密封胶偶联剂搭桥的化学键和中性基团之间分子作用力受热发生熔化现象,导致硅烷改性聚醚密封胶的粘结性能降低,但当硅烷改性聚醚密封胶内部触变剂质量分数较多时,可增加其粘接性。上述结果说明:当硅烷改性聚醚密封胶触变剂质量分数较多时,其内聚破坏程度较低,且在较高的温度情况下才出现界面破坏情况,其具备较好的耐高温性能。

分析表2可知,随着试验环境温度逐渐上升,添加催化剂质量分数为3%的硅烷改性聚醚密封胶由100%内聚破坏逐渐变成50%内聚破坏和100%界面破坏,而添加催化剂质量分数为2%的硅烷改性聚醚密封胶在试验环境为140 ℃之前时,其均为100%内聚破坏,试验温度为150 ℃时变成50%内聚破坏。添加催化剂质量分数为1%的硅烷改性聚醚密封胶则始终保持100%内聚破坏。该情况说明催化剂质量分数越高,在高温环境下其破坏情况越严重,在应用过程中的粘接性能越低。综上结果,在高温环境下,催化剂质量分数越小则硅烷改性聚醚密封胶粘接性越高,其抗高温能力也就越强。

2.3 邵氏硬度

硅烷改性聚醚密封胶的邵氏硬度是其交联程度的量化制备,其邵氏硬度数值越高,其刚性越好,用于建筑幕墙时的坚固程度越好。测试温度对不同催化剂和触变剂添加质量分数时,其邵氏硬度变化情况,测试结果如图3、图4所示。

图3 触变剂质量分数不同硅烷改性聚醚密封胶邵氏硬度

图4 催化剂质量分数不同硅烷改性聚醚密封胶邵氏硬度

分析图3可知,随着试验环境温度逐渐上升,触变剂添加质量分数不同的硅烷改性聚醚密封胶的邵氏硬度也呈现降低趋势。但触变剂质量分数较大的硅烷改性聚醚密封胶邵氏硬度数值变化较小。上述结果说明触变剂质量分数越高,硅烷改性聚醚密封胶的硬度越大,其坚固程度也越好,耐高温性能也就越强。

由图4可知,添加不同催化剂质量分数的硅烷改性聚醚密封胶的邵氏硬度与试验环境温度成反比例关系,其中催化剂质量分数为1%时,硅烷改性聚醚密封胶在试验环境温度为100 ℃之前时,其邵氏硬度数值始终保持56 HA,当试验环境温度超过100 ℃后,其邵氏硬度数值呈现小幅度下降趋势。而催化剂质量分数为2%和3%时,硅烷改性聚醚密封胶邵氏硬度数值随着试验环境温度的上升呈现略大幅度下降趋势。在试验环境温度为150 ℃时,添加催化剂质量分数为1%、2%、3%的硅烷改性聚醚密封胶邵氏硬度数值分别为47、44和39 HA,虽然硅烷改性聚醚密封胶邵氏硬度数值存在差异,但相差值较小。这表明,催化剂质量分数较少,在相同高温环境下硅烷改性聚醚密封胶的邵氏硬度数值越大,其稳定性越佳,抗高温能力越强。

2.4 密封胶贮存性能

分别将添加催化剂和触变剂不同质量分数的硅烷改性聚醚密封胶放置在电热鼓风干燥箱内,设置温度为300 ℃,保持12 h,观察硅烷改性聚醚密封胶表面变化情况,分析其贮存性,测试结果如表3、表4所示

表3 触变剂质量分数不同时硅烷改性聚醚密封胶贮存性

表4 催化剂质量分数不同时硅烷改性聚醚密封胶贮存性

由表3可知,在300 ℃高温环境下,添加不同触变剂质量分数的硅烷改性聚醚密封胶均由最开始的无变化逐渐产生气泡、破坏和颜色变黄现象,但添加触变剂质量分数为30%的硅烷改性聚醚密封胶在高温贮存环境下,贮存时间为8 h之前时,该胶表面均无变化,贮存时间超过8 h后,其表面才出现小气泡,同时随着高温贮存时间的持续增加,其表面气泡数量也出现增加和起鼓现象,胶的颜色由最初的透明逐渐变成黄色。而催化剂质量分数为10%、15%、20%和25%时,硅烷改性聚醚密封胶在300 ℃高温环境下,随着贮存时间的增加,逐渐出现小气泡、大气泡,颜色变黄以及胶面起鼓、基材脱落现象。综合上述结果,在高温贮存环境下,催化剂质量分数越高,其表面变黄、气泡现象越轻微,其耐高温性能越好。

由表4可知,在高温贮存环境下,催化剂质量分数较小的硅烷改性聚醚密封胶随着贮存时间的增加,其表面变化情况较轻微,催化剂质量分数为2%和3%的硅烷改性聚醚密封胶在高温环境下贮存12小时后,其表面分别呈现多数胶面起鼓和基材脱落情况。由此可得,催化剂质量分数较小的硅烷改性聚醚密封胶,具有更好的耐高温性。

3 结语

本文分析建筑幕墙用硅烷改性聚醚密封胶的耐高温性能,研究高温环境下,具有不同质量百分比的催化剂和触变剂的硅烷改性聚醚密封胶的耐高温性。通过试验分析得出,催化剂质量分数较小,触变剂质量分数较大的硅烷改性聚醚密封胶,其在高温环境下的拉伸强度越高,内聚破坏程度较低,耐高温性能较好。这种密封胶的耐高温性能为建筑幕墙的安全性、可靠性和持久性提供了有力的保障,可在建筑幕墙领域广泛应用。