一種先進充氣中空玻璃用聚硫密封膠的研制及性能評價

佘安字 王玉美 焦振峰 白慧 宮祥怡

摘要：通過對比國內GB/T11944《中空玻璃》及歐洲EN1279《建筑用玻璃一中空玻璃》標準，了解到EN1279標準是比國內標準更嚴格的建筑中空玻璃標準，且滿足EN1279標準的聚硫密封膠的有效預期使用壽命比滿足GB/T11944的至少長10年;同時，介紹了一種符合EN1279標準充氣中空玻璃要求的先進聚硫中空玻璃密封膠的研制及性能評價方法。

關鍵詞：充氣中空玻璃;ENl279;聚硫密封膠;研制及性能評價

中圖分類號：TQ436⁺.6 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）09-0007-06

隨著我國建筑業的不斷發展，建筑總能耗也越來越高。中空玻璃作為節能建筑的一部分，如何提升中空玻璃的性能，降低中空玻璃能耗，以及如何延長中空玻璃的有效使用壽命，已成為建筑行業所關注的一個焦點。據卜宇波等多年的工程建監理經驗，指出建筑用中空玻璃的制造實施監造，對其制造材料、工藝實施控制，可有效提高中空玻璃的使用壽命，保證建筑用中空玻璃的節能、美觀、耐久性等要求。馬啟元、李少甫等的分析指出建筑中空玻璃出現的過早結露、滲水、邊緣開膠甚至外層玻璃墜落事故，多與邊緣粘結耐久性和承載力不足有關。目前，歐洲、德國等發達國家對充氣式中空的節能要求較高，對低能耗中空的應用較為普遍，相比較而言，他們對充氣中空玻璃用外道密封膠的標準研究也比較先進。國內尚無標準對充氣中空玻璃用密封膠的性能做出規定。所以，通過解讀國外中空玻璃用密封膠的先進標準，確定先進性能要求，并研制一款具有高性能的充氣中空玻璃用聚硫密封膠，對節能環保意義重大。

1先進建筑玻璃一中空玻璃單元標準的選定

國內，目前有關中空玻璃用彈性密封膠的產品標準有GB/T 29755-2013。《中空玻璃用彈性密封膠》，以及JG/T 471-2015。《建筑門窗幕墻用中空玻璃彈性密封膠》。GB/T29755-2013標準僅規定了產品滿足應用的最低性能要求，未針對不同材料類別（聚硫類、有機硅類或聚氨酯類等）的中空玻璃用彈性密封膠作出具體規定，也未對產品質量持續穩定性和一致性提出要求，缺失密封膠粘接應用必需的技術性能。JG/T 471-2015標準立足于國際先進中空玻璃用彈性密封膠標準，并結合GB/T 29755-2013，對中空玻璃用彈性聚硫密封膠的性能給出了規定。但，這些標準均未對充氣式中空玻璃用密封膠性能做出明確規定。

國際上，EN1279《建筑用玻璃一中空玻璃》作為CEN成員和聯合王國的國家必須執行的歐洲標準，明確規定，從2003年5月起，這些國家的相關國標必須與該標準一致。該標準不僅規定了密封膠必須要滿足的性能要求，還對其性能的穩定性做出了要求，也提供了測試方法確認中空玻璃是否滿足這一標準。同時，EN1279-3附錄B中明確指出滿足本標準的聚硫密封膠的有效使用壽命至少為25年，是目前建筑用中空玻璃標準中可預估壽命較長的方法標準，屬于國際上較為先進的建筑用中空玻璃標準。該標準共包含6大部分，文章中涉及聚硫密封膠性能的測試依據EN1279-4，涉及充氣中空玻璃性能測試及評價依據EN1279-2、-3進行。

2實驗部分

文中共設計了4個不同原膠含量的中空玻璃用外道聚硫密封膠A組分配方：含量分別為25%、30%、35%、40%;并將這4個配方配套同一個B組分，按照質量比A：B=10：1的配比，依據EN 1279-2、-3、-4部分進行檢測。

2.1主要原料及耗材

主要原料：液態聚硫橡膠、環保型增塑劑A、環保型增塑劑B、補強型填料、觸變劑、增粘劑、促進劑A、促進劑B、MnO2、炭黑;

耗材：浮法玻璃75mm×12mm×6mm、（502±2）mm×（352±2）mm×4mm、12A鋁間隔條、MF910G丁基密封膠、3A分子篩。

2.2主要測試儀器

梅特勒電子天平、2L雙行星攪拌釜，電子萬能試驗機，三輥研磨機，恒溫鼓風干燥箱，馬弗爐，中空玻璃紫外輻照試驗箱，可程式恒溫恒濕試驗箱等。

2.3密封膠的制備工藝

雙組分聚硫密封膠A組分的制備工藝：按表1所示的配方量加人2L雙行星攪拌釜，攪拌抽真空制得;B組分的制備工藝：按表2所示配方量配料→攪拌釜初混和→三輥研磨機壓碾→攪拌抽真空制得。

2.4密封膠的性能測試

2.4.1測試依據

ENl279-4《建筑用玻璃一中空玻璃第四部分：邊緣密封膠的物理屬性的試驗方法》，包含“工”型試樣的拉伸粘接性及水蒸氣透過率的測試如圖1所示。

2.4.2拉伸粘接性試樣的制備及處理

規定將密封膠制備成50mmx12mmx12mm的“工”型試樣，并依據標準進行4種方式處理后進行拉伸測試：①標準條件養護21d、及按①養護后的各項老化處理：②熱處理（60±2）℃×（168±5）h、③標準條件下浸水（168±5）h、④紫外（96±4）h）。

2.4.3拉伸粘接性能要求

規定了拉伸試樣在應力一應變曲線的OAB區域內應均無脫粘、無破壞（OAB區域詳情如圖2所示）。

2.4.4水蒸氣透過率測試

依據ENl279-4制備2mm厚的膠樣，將水分含量小于5%的分子篩置于水蒸氣透過率測試儀的透濕杯中，再將膠樣放到透濕杯上，再將透濕杯置于（23±1）℃，相對濕度≥90%的試驗箱中，間隔一定的周期稱量透濕杯的質量，并繪制時間一質量曲線圖，取6個以上的數據連線趨于穩定時，則認為這條直線的斜率為水蒸氣透過率。

2.5中空玻璃性能的測試

充氬氣中空玻璃的制備：玻璃尺寸（502+2）mm×（352±2）mm×4mm，鋁間隔框規格為12A，內道膠為MF910G丁基密封膠，每種膠樣制備15件。

2.5.1水汽滲透指數依據EN 1279-2《建筑用玻璃一中空玻璃第二部分：水氣滲透的長期試驗方法和試驗條件》進行測定

2.5.2氣體泄漏率按EN 1279-3《建筑用玻璃一中空玻璃第三部分：氣體滲透和氣體濃度的公差的長期測試方法和必要條件》進行測定。

3結果與討論

3.1不同原膠含量對密封膠性能的影響

在A組分配方中，保證其他原料種類及重量不變的情況下，僅改變原膠含量（配方詳情如表1所示），配套固定B組分（B組分配方詳情如表2所示），依據EN 1279-4測試密封膠性能。

測試項目包含4種條件下的拉伸粘結性實驗及水蒸氣透過率。不同原膠含量密封膠的拉伸測試數據如表3所示。

由表3數據可知：

1）四個不同原膠含量配方的拉伸試樣在應力一應變曲線的OAB區域均無脫粘等任何形式的破壞，滿足本部分標準要求。

2）隨著A組分中原膠含量由25%遞增到35%，制備的工型試樣在標準條件及各種老化處理后的拉伸強度均遞增，原因是隨著原膠含量的增加，密封膠體系的交聯度升高，導致拉伸強度的增加，伸長率縮短。

3）當A組分中原膠升高至40%時，體系粘度降低明顯，交聯后沒有足夠的填料去填充并支撐交聯網狀結構的骨架，導致彈性增加，伸長率變長。

4）這四個不同膠含量配方的水蒸氣透過率數值相近，說明水蒸氣透過率數值大小主要由材料種類決定，同一種材料不同配方的水蒸氣透過率數值差別不大。

3.2不同原膠含量聚硫密封膠對充氣中空玻璃氣體密封耐久性的影響

將A-1#、A-2#、A-3#、A-4#依據EN 1279-3標準要求制備充氣中空玻璃樣件，要求初始氬氣濃度≥85%，并按照本部分要求進行氣體密封耐久性的測試。

將充氣中空玻璃試件在標準實驗室條件下養護2周后，進行如下2個階段的測試：第一個階段是從-18%～53℃的一個高低溫循環過程，每個循環12h，共28個循環，14d;第二個階段是T：58%，RH：95%的高溫高濕過程，持續4周。測試過程詳見圖3。

經過以上兩個階段的加速老化以后，測試充氣中空玻璃單元中氬氣濃度，計算氬氣的泄漏率。

由表4數據可知，A-l#、A-2#、A-4#三個配方依據ENl279-3氣體密封耐久性測試后，氣體泄漏率高于1.00%a-1，不滿足標準要求，僅A-3#配方滿足。分析原因，可能是A-l#、A-2#這兩個配方固化后本體強度不夠大，而A-4#這個配方強度夠大，但彈性大，均導致高低溫交變時由于中空腔的變形致使膠體變形明顯，從而導致密封膠孔道變大，氣體泄漏量大。

3.3不同原膠含量聚硫密封膠對充氣中空玻璃水汽滲透指數的影響

將A-1#、A-2#、A-3#、A-4#四個配方依據ENl279-2標準要求制備充氣中空玻璃樣件，要求初始氬氣濃度i>85%，按照ENl279-2進行加速環境老化后水汽滲透指數的測試。

將試件在標準實驗室條件下養護2周后，進行如下2個階段的測試：第一個階段是從-18℃～53℃的一個高低溫循環過程，每個循環12h，共56個循環，28天;第二個階段是T：58℃，RH：95%的高溫高濕過程，持續7周。測試過程詳見圖3。

經過以上兩個階段的加速環境老化后，依據ENl279-2測試中空玻璃的水汽滲透指數。

由表5數據，可知，A-1#、A-2#、A-3#、A-4#，四個配方依據ENl279-2進行加速環境老化后，單個水汽滲透指數均≤25%，平均水分滲透指數均≤20%，均滿足標準要求;但拉伸強度較高的A-3#配方，其水分滲透指數單個值及均值均小于A-I#、A-2#、A-4#。原因可能是A-3#配方拉伸強度最大，且伸長率適中，能保證充氣中空玻璃在經歷高低溫發生變形時，最大限度的抵御外力，并盡量維持密封膠原有尺寸，保證了氣體可泄露通道的尺寸盡量小;同時，伸長率適中，不會因為外道密封膠過度熱膨脹而引起內道丁基密封膠的脫粘，從而保證充氣中空玻璃良好的氣密性及水汽透過率。

4結語

綜合文中的測試數據可知：四個配方中僅A-3#配方可完全滿足ENl279-2、-3、-4標準要求，綜合分析原因是因為該配方的拉伸粘結強度足夠大，且伸長率適中，既保證充氣中空玻璃在受外力時，具有足夠的粘合力，不會與基材發生脫粘，又具有一定的位移變化能力，不會發生膠體斷裂或明顯的變形，故經過加速環境老化后的氣體泄漏率、水汽滲透指數均是A-3#配方最優，從而保證了充氣中空玻璃良好的氣密性及耐久性，可推斷出采用該配方制備的密封膠制備的充氣中空玻璃具有更長的使用壽命及應用優勢，前景看好。