前 言
硅酮結(jié)構(gòu)膠作為幕墻或其它結(jié)構(gòu)粘結(jié)裝配用材料，廣泛用于
板材與
金屬構(gòu)架、板材與板材、板材與
玻璃肋之間的結(jié)構(gòu)粘結(jié)[1,2]。在整個(gè)幕墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，板材、
金屬材料、玻璃材料的使用壽命較長(zhǎng)，而
硅酮結(jié)構(gòu)膠作為
有機(jī)高分子材料，它的使用壽命相對(duì)其它材料而言較低。因此，我們非常關(guān)心影響硅酮結(jié)構(gòu)膠使用壽命的因素。
硅酮結(jié)構(gòu)膠的使用壽命與影響其
老化的因素有關(guān)。它在使用過程中，不可避免要受到紫外線、熱、機(jī)械
應(yīng)力等外界因素的影響[3]，使
密封膠的內(nèi)部發(fā)生物理或化學(xué)變化，性能變差，慢慢喪失其應(yīng)起的作用。采用自然老化試驗(yàn)來衡量
密封膠的使用壽命是最好的方法，但是試驗(yàn)周期長(zhǎng)，環(huán)境條件無(wú)法控制，且每個(gè)地區(qū)的環(huán)境因素有所不同，各個(gè)影響因素?zé)o法分離研究，無(wú)法掌握老化的規(guī)律。要在短時(shí)間內(nèi)完成測(cè)試是一件不可能的事情。因此，人們往往采用人工加速老化的試驗(yàn)方法在實(shí)驗(yàn)室中來評(píng)價(jià)密封膠的使用壽命。人工加速老化試驗(yàn)就是通過強(qiáng)化試驗(yàn)條件，加快老化進(jìn)程，大幅度縮短測(cè)試周期，很快獲得測(cè)試結(jié)果的方法。所以，在人工加速老化試驗(yàn)中，我們首先要知道材料在實(shí)際應(yīng)用過程中對(duì)老化影響的因素，然后通過一系列綜合的測(cè)試方法來模擬其在自然界中的影響因素，以此獲得密封膠使用壽命的客觀評(píng)價(jià)。
歐盟標(biāo)準(zhǔn)ETAG 002《結(jié)構(gòu)密封膠裝配系統(tǒng)技術(shù)審核指南》和EN 15434《建筑用玻璃-結(jié)構(gòu)或抗紫外線密封膠》在對(duì)
硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的人工加速老化試驗(yàn)方法上比較多[4,5]。考察了硅酮結(jié)構(gòu)膠在受到水-紫外線輻照、鹽霧、酸霧、清潔劑、高溫等環(huán)境因素方面的影響，在機(jī)械應(yīng)力上，檢測(cè)了
拉伸試驗(yàn)、
剪切試驗(yàn)、撕裂試驗(yàn)、機(jī)械疲勞、蠕變等
力學(xué)性能方面的性能。在評(píng)價(jià)硅酮結(jié)構(gòu)膠老化后的性能，不僅僅要求性能指標(biāo)不小于某一值，而且還要求性能的衰減速率不能太快，要至少保持標(biāo)準(zhǔn)條件下性能的75%。
本文針對(duì)硅酮結(jié)構(gòu)膠在工程中的實(shí)際應(yīng)用情況及其受到影響老化性能的條件，通過實(shí)驗(yàn)分析了對(duì)密封膠使用壽命的影響因素。結(jié)合歐盟標(biāo)準(zhǔn)對(duì)硅酮結(jié)構(gòu)膠的檢測(cè)方法，科學(xué)、合理來評(píng)價(jià)硅酮結(jié)構(gòu)膠的使用壽命。
1. 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 試驗(yàn)原料
硅酮結(jié)構(gòu)密封膠是從市場(chǎng)上取得的國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)生產(chǎn)銷售的產(chǎn)品，然后按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
1.2 性能測(cè)試
硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的性能測(cè)試按照
GB 16776-2005、ETAG 002、EN 15434的檢測(cè)方法進(jìn)行測(cè)試。
2. 結(jié)果與討論
2.1 影響硅酮結(jié)構(gòu)膠使用壽命的因素
2.1.1 環(huán)境因素對(duì)硅酮結(jié)構(gòu)膠使用壽命的影響
圖1為硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的拉伸
粘結(jié)強(qiáng)度與紫外光照射時(shí)間的關(guān)系。從圖1中可以看到，硅酮結(jié)構(gòu)膠
固化后，在純紫外光的連續(xù)照射下，在初始階段， 最大拉伸粘結(jié)
強(qiáng)度略有升高，然后下降。隨后，隨著時(shí)間的增加，其最大拉伸粘結(jié)強(qiáng)度基本保持不變。這說明了硅酮結(jié)構(gòu)膠在純紫外光的連續(xù)照射下其
拉伸粘結(jié)性能變化不大。這是由于硅酮結(jié)構(gòu)膠的主要基本組成為107
硅橡膠（羥基封端聚二
甲基硅氧烷）），分子結(jié)構(gòu)以硅-
氧化學(xué)鍵為主，其化學(xué)鍵能比紫外光的能量大。所以，紫外光產(chǎn)生的能量很難打斷硅氧化學(xué)鍵。這也是硅酮結(jié)構(gòu)膠具有較長(zhǎng)使用壽命的主要原因。
圖2為在水-紫外光共同作用下照射時(shí)間與
硅酮密封膠壽命的關(guān)系。牌號(hào)1、2、3、4均為硅酮結(jié)構(gòu)膠。從圖2可以看到，在水與紫外光的共同作用下，硅酮結(jié)構(gòu)膠體現(xiàn)出的壽命出現(xiàn)明顯的差別。對(duì)于牌號(hào)4產(chǎn)品，在經(jīng)過700小時(shí)的共同作用下，硅酮結(jié)構(gòu)膠與
基材就出現(xiàn)了
粘結(jié)破壞；對(duì)于牌號(hào)3產(chǎn)品，只經(jīng)過了300小時(shí)的時(shí)間，硅酮結(jié)構(gòu)膠與基材就出現(xiàn)了粘結(jié)問題；而對(duì)于牌號(hào)2產(chǎn)品和牌號(hào)1產(chǎn)品，經(jīng)過2500小時(shí)的作用，硅酮結(jié)構(gòu)膠仍然能夠保持其性能。結(jié)合圖1和圖2，這就說明了在硅酮結(jié)構(gòu)膠在水和紫外光的共同作用下，不同產(chǎn)品的使用壽命就會(huì)出現(xiàn)巨大差異。因此，對(duì)于硅酮結(jié)構(gòu)膠性能的考察，要從多方面進(jìn)行。
圖3為在浸水的條件下浸泡時(shí)間與硅酮密封膠壽命的關(guān)系。牌號(hào)1、2、3、4均為硅酮結(jié)構(gòu)膠。從圖中可以看到，在水的連續(xù)作用下，牌號(hào)4產(chǎn)品僅僅經(jīng)過7天的時(shí)間，硅酮密封膠與基材就出現(xiàn)了脫粘現(xiàn)象，不能夠使用；對(duì)于牌號(hào)3產(chǎn)品，經(jīng)過浸水63天的時(shí)間，硅酮密封膠與基材之間就出現(xiàn)了問題；而對(duì)于牌號(hào)2產(chǎn)品、牌號(hào)1產(chǎn)品，在水中浸泡13個(gè)月，密封膠仍然能夠保持其良好的性能。這說明同為硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，但是抵抗浸水的時(shí)間是有很大差別的。
2.1.2 機(jī)械應(yīng)力對(duì)硅酮結(jié)構(gòu)膠使用壽命的影響
圖4為不同牌號(hào)的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在不用作用力下的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠用作在結(jié)構(gòu)裝配系統(tǒng)中時(shí)，是要承受各種作用力的。圖4中硅酮結(jié)構(gòu)膠是在標(biāo)準(zhǔn)狀況下充分養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行的三項(xiàng)力學(xué)性能測(cè)試——拉伸作用力、剪切作用力和撕裂作用力。黑色的柱狀圖代表硅酮結(jié)構(gòu)膠受到的拉伸作用力，從圖中可以看到，六種牌號(hào)的硅酮結(jié)構(gòu)膠的最大拉伸粘結(jié)強(qiáng)度不一樣，最低的如牌號(hào)4所示，為0.82MPa；最大的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度為牌號(hào)5產(chǎn)品，為1.49MPa。對(duì)于硅酮結(jié)構(gòu)膠受到的
剪切強(qiáng)度和
撕裂強(qiáng)度而言，最小的強(qiáng)度和最大的強(qiáng)度分別為牌號(hào)4和牌號(hào)5。但是對(duì)于同一牌號(hào)的硅酮結(jié)構(gòu)膠，體現(xiàn)在
拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度的大小上就不一樣了。對(duì)于牌號(hào)1、2、4，最大的強(qiáng)度為拉伸強(qiáng)度；對(duì)于牌號(hào)5、6，最大的強(qiáng)度為剪切強(qiáng)度；對(duì)于牌號(hào)3，最大的強(qiáng)度為撕裂強(qiáng)度。這說明了不同的硅酮結(jié)構(gòu)膠在最大粘結(jié)強(qiáng)度上體現(xiàn)出來所承受的作用力方式是不同的。
圖5分別為不同牌號(hào)的硅酮結(jié)構(gòu)膠在標(biāo)準(zhǔn)條件下和高溫條件下受到的剪切作用力。從圖5中可以看到，硅酮結(jié)構(gòu)膠在標(biāo)準(zhǔn)條件下不同牌號(hào)的密封膠體現(xiàn)出來的剪切強(qiáng)度大小不一樣。經(jīng)過高溫剪切后，相對(duì)在標(biāo)準(zhǔn)條件下，剪切強(qiáng)度均有所降低，但是所降低的幅度大小一同。如牌號(hào)3、5、6產(chǎn)品的密封膠降低的幅度較大，而牌號(hào)1、2、4產(chǎn)品的密封膠降低的幅度較小。這說明了硅酮結(jié)構(gòu)膠在不同條件下體現(xiàn)剪切性能是不一樣的。
2.2 解決硅酮結(jié)構(gòu)膠使用壽命的辦法
硅酮結(jié)構(gòu)膠在實(shí)際應(yīng)用過程中受到的環(huán)境條件和機(jī)械應(yīng)力非常復(fù)雜。因此，我們需要對(duì)影響其老化的因素進(jìn)行綜合的測(cè)試和分析。歐盟標(biāo)準(zhǔn)ETAG 002《結(jié)構(gòu)密封膠裝配系統(tǒng)技術(shù)審核指南》和EN 15434《建筑用玻璃-結(jié)構(gòu)或抗紫外線密封膠》中對(duì)硅酮結(jié)構(gòu)膠的檢測(cè)項(xiàng)目非常多，而且具有合理性。具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
2.2.1 密封膠產(chǎn)品的一致性鑒定方面
歐盟標(biāo)準(zhǔn)增加了密封膠的紅外光譜分析和
熱失重分析。通過紅外光譜分析可以定性地檢測(cè)出密封膠中是否添加了對(duì)其使用壽命有害的物質(zhì)；通過熱失重分析可以定量檢測(cè)出密封膠中添加的低沸點(diǎn)物質(zhì)的量多少。通過這兩種方法的綜合分析，可以對(duì)不同廠家牌號(hào)的產(chǎn)品區(qū)分開來，也可以檢測(cè)出密封膠在
投標(biāo)過程和供貨過程中是否使用的是同一牌號(hào)的密封膠產(chǎn)品。
2.2.2 綜合的環(huán)境因素對(duì)密封膠加速老化的檢測(cè)方面
歐盟標(biāo)準(zhǔn)在對(duì)密封膠老化的環(huán)境因素上檢測(cè)內(nèi)容的非常多，條件也非常苛刻。不僅僅有水-紫外輻照試驗(yàn)，而且在輻照時(shí)間上從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的300小時(shí)提高到1008小時(shí)，并且紫外光的強(qiáng)度是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)紫外光強(qiáng)度的2~3倍，歐盟標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水溫的要求比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)高，而且控制范圍更加嚴(yán)格。歐盟標(biāo)準(zhǔn)對(duì)密封膠受到的浸水實(shí)驗(yàn)環(huán)境檢測(cè)也不一樣。歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求水為建筑清潔劑水溶液，而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求水為去
離子水；對(duì)于水的溫度要求上歐盟標(biāo)準(zhǔn)比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)高；并且浸泡時(shí)間上歐盟標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的3倍。
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