硅酮結(jié)構(gòu)密封膠耐久性研究
近年來，玻璃幕墻安全事故頻發(fā)，僅2011年，上海一地就發(fā)生多起玻璃雨事故。引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。
玻璃幕墻的安全事故主要有兩類：一類是玻璃爆裂后墜落，形成玻璃雨，這是發(fā)生最多的安全事故。另一類是玻璃整片墜落，發(fā)生的比較少，但后果非常嚴(yán)重。比如2011年杭州慶春發(fā)展大廈21層玻璃墜落，導(dǎo)致一個(gè)19歲少女最終截肢。
這些事故在社會(huì)上都引起了強(qiáng)烈反響，社會(huì)各界對(duì)玻璃幕墻安全性的質(zhì)疑再次升級(jí)。作為隱框幕墻主要粘結(jié)材料的結(jié)構(gòu)膠也備受關(guān)注。很多人都在關(guān)心“硅酮結(jié)構(gòu)膠的耐久性如何?到底能用多少年?”
廣州市白云化工實(shí)業(yè)有限公司作為一家負(fù)責(zé)任的結(jié)構(gòu)膠生產(chǎn)企業(yè)，很早就開始了結(jié)構(gòu)膠耐久性方面的研究工作。早在1997年，就建造了一幅隱框玻璃幕墻，進(jìn)行大氣自然曝曬試驗(yàn)。該試驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行50年。
硅酮膠概述
硅酮膠最突出的特點(diǎn)是耐紫外老化，這是它的分子結(jié)構(gòu)決定的。與其他密封膠不同，硅酮膠的主鏈?zhǔn)怯蒘i—O鍵組成的，與其他聚合物的C-C鍵相比，鍵能更大，在氧及紫外線作用下不易斷裂。因此使其具有非常好的耐候性，能夠耐氧氣、臭氧及紫外線老化，并能在很寬的溫度范圍內(nèi)(-60℃~200℃)保持橡膠彈性。
以幕墻行業(yè)常用的幾種建筑密封膠為例，經(jīng)過5000小時(shí)紫外老化后，硅酮膠表面完好，聚氨酯膠、改性硅酮膠表面都出現(xiàn)了裂紋。聚硫膠紫外老化以后也會(huì)變硬變脆。此外，聚氨酯、聚硫、和改性硅酮膠在與玻璃粘結(jié)時(shí)，紫外老化后會(huì)失去粘結(jié)力，導(dǎo)致脫膠。因此，硅酮膠成為幕墻行業(yè)的首選密封材料，并且是隱框玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠、耐候膠的唯一選擇。
不過，并不是所有的硅酮膠都一定具有這么好的耐候性。硅酮膠的耐候性及耐久性與其配方、生產(chǎn)工藝等有很大關(guān)系。硅酮膠主要由有機(jī)硅基礎(chǔ)聚合物、填料和助劑組成，其中，有機(jī)硅基礎(chǔ)聚合物的價(jià)格較高，占整個(gè)膠成本的75%以上。由于礦物油的價(jià)格遠(yuǎn)低于有機(jī)硅基礎(chǔ)聚合物，為了降低成本，有些廠家就向膠中添加礦物油，取代部分有機(jī)硅基礎(chǔ)聚合物。甚至某些國(guó)外品牌的產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)膠也有充油的情況。
硅酮膠優(yōu)異的耐候性能主要得益于其含有Si—O鍵為主鏈的有機(jī)硅基礎(chǔ)聚合物，如果有機(jī)硅基礎(chǔ)聚合物的含量下降，必然會(huì)導(dǎo)致硅酮膠的耐久性下降。
我們?cè)?000小時(shí)紫外老化試驗(yàn)過程中注意到，充油15%左右的硅酮膠在500小時(shí)的時(shí)候，彈性已經(jīng)急劇下降，最大強(qiáng)度伸長(zhǎng)率從201%下降至99%;到3500小時(shí)時(shí)甚至出現(xiàn)了脫膠現(xiàn)象。
結(jié)構(gòu)膠標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比
正是由于不同廠家的硅酮膠產(chǎn)品性能差異很大，為保證用于隱框幕墻的硅酮結(jié)構(gòu)膠的性能和耐久性，美國(guó)、歐洲、中國(guó)都制訂了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。
我國(guó)結(jié)構(gòu)膠標(biāo)準(zhǔn)GB 16776最早是1997年制訂的，主要是參考了美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)結(jié)構(gòu)膠標(biāo)準(zhǔn)ASTM C1184的項(xiàng)目，但是在指標(biāo)上結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況進(jìn)行了適當(dāng)提高，將各種狀態(tài)下的拉伸強(qiáng)度由0.345MPa提高到0.45MPa，增加了界面破壞面積的要求。2005版又將標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的拉伸強(qiáng)度提高到0.6MPa，并且為了防止結(jié)構(gòu)膠彈性太差，還增加了最大強(qiáng)度伸長(zhǎng)率大于100%的指標(biāo)。
因此，總體上看，我國(guó)的結(jié)構(gòu)膠標(biāo)準(zhǔn)要高于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。
不過，美國(guó)結(jié)構(gòu)膠標(biāo)準(zhǔn)的紫外老化條件為5000小時(shí)(208天，約7個(gè)月)，我國(guó)為了操作簡(jiǎn)便，紫外光照時(shí)間定為300小時(shí)(12.5天)，并且紫外光照的設(shè)備與美標(biāo)也有一定差別。美標(biāo)采用的是熒光紫外燈或氙弧燈紫外老化設(shè)備，我國(guó)采用的是紫外線試驗(yàn)箱。
歐洲的結(jié)構(gòu)膠規(guī)范ETAG002比美國(guó)ASTM C1184和我國(guó)的GB 16776都嚴(yán)格得多，不僅檢測(cè)項(xiàng)目多很多，而且結(jié)果的取值方法和評(píng)價(jià)方法也有所不同。
除常溫、高低溫的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度外，常溫、高低溫的剪切強(qiáng)度也需要檢測(cè);水—紫外光照的時(shí)間為1008小時(shí)(42天)。此外，還增加了鹽霧、二氧化硫氣體、清潔劑浸泡等環(huán)境處理后的強(qiáng)度和粘結(jié)破壞面積要求，以及氣體包裹、彈性恢復(fù)率、收縮率、抗撕裂、機(jī)械疲勞、蠕變等指標(biāo)。
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