浴室風干系統(tǒng)用膠粘劑的濕熱老化行為研究*

蔣武衡，王利莉，劉建華

（廣州科技職業(yè)技術(shù)大學(xué)，廣東廣州 510550）

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和近年來城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速推進，浴室風干系統(tǒng)作為建筑中必不可少的組成部分，已越來越多地受到人們的關(guān)注并逐漸提出了更高的要求[1]。由于浴室中環(huán)境較為復(fù)雜，風干系統(tǒng)需要將浴室內(nèi)潮濕的熱空氣吸收，經(jīng)過了后排出以保障浴室干燥，這就給浴室風干系統(tǒng)中的材料提出了更高的要求，包括用于浴室風干系統(tǒng)的膠粘劑需要具有良好的濕熱老化特性[2-4]，以保障設(shè)備的正常運行，盡可能降低維修次數(shù)，延長使用壽命。雖然室溫固化膠粘劑在浴室風干系統(tǒng)中已被廣泛應(yīng)用，但是影響膠粘劑使用壽命的因素及其影響規(guī)律仍然不十分清楚[5-7]。為了探索浴室風干系統(tǒng)中膠粘劑的濕熱老化行為影響因素，更好地解決膠粘劑的老化失效等問題，本文研究了環(huán)境因素（蒸餾水、鹽水）和固化條件（標準固化、后固化）對膠粘劑水分擴散、吸濕特征和強度退化等的影響，以期為浴室風干系統(tǒng)用膠粘劑的開發(fā)與應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

實驗材料為 Araldite? 2021膠粘劑（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為68℃），根據(jù)標準NF T 76-142 和 ISO 15166制備[8-9]平板試件（80mm×30mm）和啞鈴型試件（圖1），膠槍與底板角度為30°、模具為聚四氟乙烯模具，固化溫度為40℃、固化試件為18h。

圖1 啞鈴型試件尺寸示意圖Fig. 1 Dimension diagram of dumbbell test piece

將制備好的膠黏劑試件浸入不同環(huán)境的蒸餾水和鹽溶液中，制備不同環(huán)境和固化條件的膠粘劑試樣，每組試樣不少于5根。其中，D表示50℃蒸餾水環(huán)境中標準固化，S表示50℃/5%NaCl溶液環(huán)境中標準固化[10]，DP表示50℃蒸餾水環(huán)境中后固化，SP表示50℃/5%NaCl溶液環(huán)境中后固化[11]。老化環(huán)境（50℃）使用Lab Companion 型高低溫（濕熱）環(huán)境箱，采用Sartorius電子天平和EF2J0006/CLH12-242型螺旋測微器測試質(zhì)量與厚度，測試吸濕膨脹特性[12]；強度測試在INSTRON 5596型萬能材料試驗機上進行，拉伸速率為0.5mm/min，結(jié)果為5根試樣中剔除最大值和最小值后三根試樣測試結(jié)果的平均值。

2 結(jié)果與分析

圖2為不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕百分比-時間曲線，表1中列出了相應(yīng)的濕度擴散性質(zhì)統(tǒng)計結(jié)果?？梢姡S著浸泡時間的延長，不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕百分比都呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，但是在相同浸泡時間下膠粘劑的吸濕百分比存在明顯差異。在D條件下，膠粘劑的飽和吸濕量和水分擴散系數(shù)分別為9.50%和3.54×10-7mm2?s-1；在S條件下，膠粘劑的飽和吸濕量和水分擴散系數(shù)分別為3.76%和7.62×10-7mm2?s-1；在相同環(huán)境下，采用后固化的膠粘劑的飽和吸濕量有不同程度增大、水分擴散系數(shù)有不同程度減小。此外，對比分析可知，無論是標準固化還是后固化條件下，膠粘劑在蒸餾水中的飽和吸濕量都高于5%NaCl溶液中、水分擴散系數(shù)都小于5%NaCl溶液中。這主要是因為水在5%NaCl溶液中的擴散速率要高于蒸餾水，鹽溶液有助于促進膠粘劑結(jié)構(gòu)中微腔的形成并提高擴散速率[12]；此外，在鹽溶液中，膠粘劑會發(fā)生反滲透現(xiàn)象[13]而使得飽和吸濕量較小。

圖2 不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕百分比-時間曲線Fig. 2 Moisture absorption percentage time curve of adhesive under different environment and curing conditions

表1 在不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的濕度擴散性質(zhì)Table 1 Humidity diffusion properties of adhesives under different environments and curing conditions

圖3為不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕膨脹量與吸濕水分含量關(guān)系曲線，表2中列出了相應(yīng)的吸濕膨脹特性統(tǒng)計結(jié)果?？梢姡S著吸濕水分含量增加，不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕膨脹量呈現(xiàn)逐漸增大的特征。對于D條件下，膠粘劑的吸濕膨脹系數(shù)和總吸濕膨脹應(yīng)變分別為0.48cm/（cm?%）和3.60%；對于S條件下，膠粘劑的吸濕膨脹系數(shù)和總吸濕膨脹應(yīng)變分別為0.45 cm/（cm?%）和1.63%。在相同環(huán)境下，采用后固化的膠粘劑的吸濕膨脹系數(shù)要小于標準固化條件的膠粘劑，而總吸濕膨脹應(yīng)變要大于標準固化條件的膠粘劑；在相同固化條件下，膠粘劑在蒸餾水中的吸濕膨脹系數(shù)和總吸濕膨脹應(yīng)變都高于5%NaCl溶液中。由此可見，鹽水環(huán)境下膠粘劑的吸濕膨脹系數(shù)要小于蒸餾水中，后固化處理后相較標準處理得到的膠粘劑的吸濕膨脹系數(shù)減小、總吸濕膨脹應(yīng)變增大。圖4為不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的破壞強度-吸水百分比關(guān)系曲線，表3列出了相應(yīng)的強度退化結(jié)果?？梢?，不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的破壞強度都會隨著吸水百分比增加而減?。辉谙嗤袒瘲l件下，蒸餾水環(huán)境中膠粘劑由于具有更大的飽和吸濕量而使得破壞強度有進一步減小[14]。D、S、DP、SP條件下膠粘劑的強度退化分別為72.22%、76.52%、76.56%和87.73%，可見，相同固化條件下，鹽溶液中膠粘劑的強度退化相對較大；相同環(huán)境下，后固化得到的膠粘劑的強度退化相對標準固化更大。

圖3 不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕膨脹量與吸濕水分含量關(guān)系曲線Fig. 3 Relation curve between hygroscopic expansion and hygroscopic moisture content of adhesive under diff erent environments and curing conditions

表2 不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕膨脹特性Table 2 Hygroscopic expansion characteristics of adhesives under different environments and curing conditions

圖4 不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的破壞強度-吸水百分比關(guān)系曲線Fig. 4 Relationship curve between breaking strength and percentage of water absorption of adhesive under different environments and curing conditions

表3 不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的強度退化結(jié)果Table 3 Strength degradation results of adhesives under different environments and curing conditions

進一步考察了膠黏劑試件的幾何效應(yīng)對擴散的影響，圖5為不同類型的膠粘劑試件的吸濕量與時間曲線，表4列出了相應(yīng)的幾何參數(shù)與擴散性質(zhì)的對應(yīng)關(guān)系[15]，試件類型包括平板試樣、啞鈴型試件，厚度包括1mm和2mm（啞鈴型試件），環(huán)境包括蒸餾水和鹽水。對于平板試件-1mm試樣，蒸餾水環(huán)境下的平均擴散速率和平均飽和吸濕量分別為1.40×10-7mm2?s-1和11.347%，在飽和氯化鈉溶液環(huán)境下的平均擴散速率和平均飽和吸濕量分別為5.13×10-7mm2?s-1和2.405%，可見，鹽溶液環(huán)境下膠粘劑試樣的水分擴散速率更大、平均飽和吸濕量更小；對于相同厚度的啞鈴型試件-1mm，相較于平板試件-1mm試樣，蒸餾水和飽和氯化鈉溶液環(huán)境下的平均擴散速率更大，蒸餾水環(huán)境下的平均飽和吸濕量變小、鹽環(huán)境下的平均飽和吸濕量變大；對于啞鈴型試件-2mm，相較于平板試件-1mm試樣，蒸餾水環(huán)境下的平均擴散速率變大、平均飽和吸濕量變小，鹽環(huán)境下的平均擴散速率變大、平均飽和吸濕量變大。整體而言，膠粘劑試件的幾何參數(shù)會對平均擴散速率和平均飽和吸濕量產(chǎn)生明顯影響，啞鈴型試件會相對平板試件具有更大的平均擴散速率，但是平均飽和吸濕量變化不大。

圖5 不同類型的膠粘劑試件的吸濕量與時間曲線Fig. 5 Moisture absorption and time curve of diff erent types of adhesive specimens

表4 不同類型的膠粘劑試件的幾何參數(shù)與擴散性質(zhì)的對應(yīng)關(guān)系Table 4 Corresponding relationship between geometric parameters and diffusion properties of different types of adhesive specimens

3 結(jié)論

（1）隨著浸泡時間的延長，不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕百分比都呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。在D條件下，膠粘劑的飽和吸濕量和水分擴散系數(shù)分別為9.50%和3.54×10-7mm2?s-1；在S條件下，膠粘劑的飽和吸濕量和水分擴散系數(shù)分別為3.76%和7.62×10-7mm2?s-1；在相同環(huán)境下，采用后固化的膠粘劑的飽和吸濕量有不同程度增大、水分擴散系數(shù)有不同程度減小。

（2）隨著吸濕水分含量增加，不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的吸濕膨脹量呈現(xiàn)逐漸增大的特征。在相同環(huán)境下，采用后固化的膠粘劑的吸濕膨脹系數(shù)要小于標準固化條件的膠粘劑，而總吸濕膨脹應(yīng)變要大于標準固化條件的膠粘劑；在相同固化條件下，膠粘劑在蒸餾水中的吸濕膨脹系數(shù)和總吸濕膨脹應(yīng)變都高于5%NaCl溶液中。

（3）不同環(huán)境和固化條件下膠粘劑的破壞強度都會隨著吸水百分比增加而減??；在相同固化條件下，蒸餾水環(huán)境中膠粘劑由于具有更大的飽和吸濕量而使得破壞強度有進一步減小。D、S、DP、SP條件下膠粘劑的強度退化分別為72.22%、76.52%、76.56%和87.73%。