建筑幕墻用硅烷改性聚醚密封膠的耐高溫性能測試分析

張洪維

(國能朔黃鐵路發展有限責任公司,河北 肅寧 062350)

但在高溫環境下,硅烷改性聚醚密封膠的性能參數會發生較大變化,導致其密封性能降低,雨水容易滲透幕墻面板,出現建筑物雨水滲透現象[1],以及硅烷改性聚醚密封膠性能降低,其固定幕墻面板性能也會降低,導致建筑物幕墻面板脫落情況出現[2-3],為建筑安全帶來隱患。現在也有很多學者研究硅烷改性聚醚密封膠的耐高溫性能分析方法,如提出密封膠的研制與性能分析方法,在不同環境下對指標的性能進行研究[4]。制備了硅烷改性交聯聚醚凝膠,將其應用在玻璃制品粘結應用中,并對其高溫環境下的伸長率、硬度進行了分析[5]。

針對上述情況,本文提出建筑幕墻用硅烷改性聚醚密封膠的耐高溫性能分析方法,為硅烷改性聚醚密封膠在建筑幕墻的應用提供數據依據。

1 硅烷改性聚醚密封膠的耐高溫性能

1.1 試驗材料

硅烷改性聚醚(朝旭有限公司);鄰苯二甲酸二異壬酯(信越諾誠科技公司);鄰苯二甲酸二異癸酯(歐穎新型材料公司);聚醚二元醇(煙臺市才華聚氨酯科技有限公司);聚醚三元醇(南通仁達化工有限公司);烷基磺酸苯酯(摩貝化工公司);納米碳酸鈣(廣碩化工公司);重質碳酸鈣(俊輝高分子科技公司);γ-氨丙基三乙氧基硅烷(泉州市濟洲科技有限公司);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(新元化學(山東)有限公司);二月桂酸二丁基錫(全希化工公司)。

1.2 試驗儀器與設備

DHL-650L雙行星真空混合攪拌機(南京云升環保設備有限公司);615DF高低溫試驗箱(標承實驗儀器公司);WES-1000B電子萬能材料試驗機(電子萬能材料試驗機);HF-450Z恒溫恒濕試驗箱(杭州禾飛科技有限公司);LX-A邵爾硬度計(長春蔚儀試驗儀器有限公司);RZF-6020電熱鼓風干燥箱(廣東環瑞測試設備有限公司)。

1.3 硅烷改性聚醚密封膠的制備

將定量的硅烷改性聚醚放置在容器內,然后將定量的聚醚二元醇、納米碳酸鈣、烷基磺酸苯酯、聚醚三元醇、鄰苯二甲酸二異壬酯添加到真空混合攪拌機內,在真空狀態下升溫110 ℃并攪拌40 min后,對其進行脫水2.5 h,得到硅烷改性聚醚密封膠的預制混合料。然后將雙行星真空混合攪拌機內溫度降至45 ℃后,將氮氣融入真空混合攪拌機中,同時將γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、二月桂酸二丁基錫融入其中,制備得到硅烷改性聚醚密封膠,并將其放入恒溫試驗箱中。

納米碳酸鈣是硅烷改性聚醚密封膠的觸變劑,其質量分數直接影響硅烷改性聚醚密封膠的彈性模量、擠出性等,為便于研究硅烷改性聚醚密封膠耐高溫性能[6-8],分別制備不同納米碳酸鈣添加量的硅烷改性聚醚密封膠,納米碳酸鈣添加量分別為10%、15%、20%、25%、30%。選擇二月桂酸二丁基錫催化劑,快速形成橡膠彈性體[9-11],分別制備質量分數為1%、2%、3%的硅烷改性聚醚密封膠。

1.4 硅烷改性聚醚密封膠性能測試方法

為分析硅烷改性聚醚密封膠的耐高溫性能,試驗環境為70～150 ℃環境中進行。將硅烷改性聚醚密封膠放置高低溫試驗箱內,利用高低溫試驗箱改變硅烷改性聚醚密封膠試驗溫度。

依據塑性橡膠硬度測試標準[12-14],將制備好的硅烷改性聚醚密封膠送入邵爾硬度探針下,得到硅烷改性聚醚密封膠在高溫環境下的邵氏硬度[15-16]。

通過電子萬能材料試驗機測試不同情況下密封膠的拉伸強度、斷裂伸長率等數據[17]。

在溫度為300 ℃環境下,利用電熱鼓風干燥箱測試加速老化時硅烷改性聚醚密封膠的貯存穩定性[18]。

2 試驗分析

2.1 拉伸強度以及斷裂伸長率

以拉伸強度和斷裂伸長率作為衡量制備,測試在高溫環境下,觸變劑和催化劑質量分數不同情況下,測試密封膠的拉伸強度以及斷裂伸長率,試驗結果如圖1、圖2所示。

由圖1可知,硅烷改性聚醚密封膠的觸變劑質量分數越高,其拉伸強度數值也越高,同時環境溫度逐漸提升的情況下,觸變劑質量分數不同密封膠的拉伸強度數值逐漸降低。但在試驗環境溫度為110 ℃之前時,添加硅烷改性聚醚密封膠拉伸強度下降幅度略小,當試驗環境溫度超過110 ℃后,添加不同質量分數的密封膠拉伸強度降低幅度提升。在試驗環境溫度為150 ℃時,觸變劑添加10%和30%的硅烷改性聚醚密封膠拉伸強度差值為1.04 MPa。說明硅烷改性聚醚密封膠觸變劑添加量越大,其在高溫環境下的拉伸強度越高,其耐高溫性能越好。

由圖2可知,硅烷改性聚醚密封膠催化劑質量分數越高,在相同試驗環境溫度情況下,密封膠斷裂伸長率數值反而越低。在試驗環境溫度不斷上升情況下,硅烷改性聚醚密封膠斷裂伸長率呈現上升趨勢。說明當催化劑添加量較多時,硅烷改性聚醚密封膠的凝膠現象越明顯,硅烷改性聚醚密封膠的穩定性越低,同時在高溫環境中,硅烷改性聚醚密封膠內催化劑活性會上升,導致硅烷改性聚醚密封膠耐高溫性能降低。綜上結果,硅烷改性聚醚密封膠催化劑質量分數越低,其在高溫環境下的斷裂伸長率數值越大,在高溫環境下不容易斷裂,其耐高溫性能越好。

2.2 粘接性能

測試在高溫環境下,差異觸變劑和催化劑質量分數時密封膠的粘接性,結果如表1、表2所示。

表1 觸變劑質量分數不同硅烷改性聚醚密封膠粘接性

表2 催化劑質量分數不同硅烷改性聚醚密封膠粘接性

由表1可知,觸變劑質量分數數值越高的硅烷改性聚醚密封膠隨著試驗環境溫度上升,其50%內聚破壞和100%界面破壞情況出現越晚。硅烷改性聚醚密封膠粘接性可由其內部中性基團之間分子作用力和偶聯劑搭橋的化學鍵描述,在高溫環境下,硅烷改性聚醚密封膠偶聯劑搭橋的化學鍵和中性基團之間分子作用力受熱發生熔化現象,導致硅烷改性聚醚密封膠的粘結性能降低,但當硅烷改性聚醚密封膠內部觸變劑質量分數較多時,可增加其粘接性。上述結果說明:當硅烷改性聚醚密封膠觸變劑質量分數較多時,其內聚破壞程度較低,且在較高的溫度情況下才出現界面破壞情況,其具備較好的耐高溫性能。

分析表2可知,隨著試驗環境溫度逐漸上升,添加催化劑質量分數為3%的硅烷改性聚醚密封膠由100%內聚破壞逐漸變成50%內聚破壞和100%界面破壞,而添加催化劑質量分數為2%的硅烷改性聚醚密封膠在試驗環境為140 ℃之前時,其均為100%內聚破壞,試驗溫度為150 ℃時變成50%內聚破壞。添加催化劑質量分數為1%的硅烷改性聚醚密封膠則始終保持100%內聚破壞。該情況說明催化劑質量分數越高,在高溫環境下其破壞情況越嚴重,在應用過程中的粘接性能越低。綜上結果,在高溫環境下,催化劑質量分數越小則硅烷改性聚醚密封膠粘接性越高,其抗高溫能力也就越強。

2.3 邵氏硬度

硅烷改性聚醚密封膠的邵氏硬度是其交聯程度的量化制備,其邵氏硬度數值越高,其剛性越好,用于建筑幕墻時的堅固程度越好。測試溫度對不同催化劑和觸變劑添加質量分數時,其邵氏硬度變化情況,測試結果如圖3、圖4所示。

圖3 觸變劑質量分數不同硅烷改性聚醚密封膠邵氏硬度

圖4 催化劑質量分數不同硅烷改性聚醚密封膠邵氏硬度

分析圖3可知,隨著試驗環境溫度逐漸上升,觸變劑添加質量分數不同的硅烷改性聚醚密封膠的邵氏硬度也呈現降低趨勢。但觸變劑質量分數較大的硅烷改性聚醚密封膠邵氏硬度數值變化較小。上述結果說明觸變劑質量分數越高,硅烷改性聚醚密封膠的硬度越大,其堅固程度也越好,耐高溫性能也就越強。

由圖4可知,添加不同催化劑質量分數的硅烷改性聚醚密封膠的邵氏硬度與試驗環境溫度成反比例關系,其中催化劑質量分數為1%時,硅烷改性聚醚密封膠在試驗環境溫度為100 ℃之前時,其邵氏硬度數值始終保持56 HA,當試驗環境溫度超過100 ℃后,其邵氏硬度數值呈現小幅度下降趨勢。而催化劑質量分數為2%和3%時,硅烷改性聚醚密封膠邵氏硬度數值隨著試驗環境溫度的上升呈現略大幅度下降趨勢。在試驗環境溫度為150 ℃時,添加催化劑質量分數為1%、2%、3%的硅烷改性聚醚密封膠邵氏硬度數值分別為47、44和39 HA,雖然硅烷改性聚醚密封膠邵氏硬度數值存在差異,但相差值較小。這表明,催化劑質量分數較少,在相同高溫環境下硅烷改性聚醚密封膠的邵氏硬度數值越大,其穩定性越佳,抗高溫能力越強。

2.4 密封膠貯存性能

分別將添加催化劑和觸變劑不同質量分數的硅烷改性聚醚密封膠放置在電熱鼓風干燥箱內,設置溫度為300 ℃,保持12 h,觀察硅烷改性聚醚密封膠表面變化情況,分析其貯存性,測試結果如表3、表4所示

表3 觸變劑質量分數不同時硅烷改性聚醚密封膠貯存性

表4 催化劑質量分數不同時硅烷改性聚醚密封膠貯存性

由表3可知,在300 ℃高溫環境下,添加不同觸變劑質量分數的硅烷改性聚醚密封膠均由最開始的無變化逐漸產生氣泡、破壞和顏色變黃現象,但添加觸變劑質量分數為30%的硅烷改性聚醚密封膠在高溫貯存環境下,貯存時間為8 h之前時,該膠表面均無變化,貯存時間超過8 h后,其表面才出現小氣泡,同時隨著高溫貯存時間的持續增加,其表面氣泡數量也出現增加和起鼓現象,膠的顏色由最初的透明逐漸變成黃色。而催化劑質量分數為10%、15%、20%和25%時,硅烷改性聚醚密封膠在300 ℃高溫環境下,隨著貯存時間的增加,逐漸出現小氣泡、大氣泡,顏色變黃以及膠面起鼓、基材脫落現象。綜合上述結果,在高溫貯存環境下,催化劑質量分數越高,其表面變黃、氣泡現象越輕微,其耐高溫性能越好。

由表4可知,在高溫貯存環境下,催化劑質量分數較小的硅烷改性聚醚密封膠隨著貯存時間的增加,其表面變化情況較輕微,催化劑質量分數為2%和3%的硅烷改性聚醚密封膠在高溫環境下貯存12小時后,其表面分別呈現多數膠面起鼓和基材脫落情況。由此可得,催化劑質量分數較小的硅烷改性聚醚密封膠,具有更好的耐高溫性。

3 結語

本文分析建筑幕墻用硅烷改性聚醚密封膠的耐高溫性能,研究高溫環境下,具有不同質量百分比的催化劑和觸變劑的硅烷改性聚醚密封膠的耐高溫性。通過試驗分析得出,催化劑質量分數較小,觸變劑質量分數較大的硅烷改性聚醚密封膠,其在高溫環境下的拉伸強度越高,內聚破壞程度較低,耐高溫性能較好。這種密封膠的耐高溫性能為建筑幕墻的安全性、可靠性和持久性提供了有力的保障,可在建筑幕墻領域廣泛應用。