硅酮结构密封胶耐久性研究
近年来,玻璃幕墙安全事故频发,仅2011年,上海一地就发生多起玻璃雨事故。引起了社会的广泛关注。
玻璃幕墙的安全事故主要有两类:一类是玻璃爆裂后坠落,形成玻璃雨,这是发生最多的安全事故。另一类是玻璃整片坠落,发生的比较少,但后果非常严重。比如2011年杭州庆春发展大厦21层玻璃坠落,导致一个19岁少女最终截肢。
这些事故在社会上都引起了强烈反响,社会各界对玻璃幕墙安全性的质疑再次升级。作为隐框幕墙主要粘结材料的结构胶也备受关注。很多人都在关心“硅酮结构胶的耐久性如何?到底能用多少年?”
广州市白云化工实业有限公司作为一家负责任的结构胶生产企业,很早就开始了结构胶耐久性方面的研究工作。早在1997年,就建造了一幅隐框玻璃幕墙,进行大气自然曝晒试验。该试验计划进行50年。
硅酮胶概述
硅酮胶最突出的特点是耐紫外老化,这是它的分子结构决定的。与其他密封胶不同,硅酮胶的主链是由Si—O键组成的,与其他聚合物的C-C键相比,键能更大,在氧及紫外线作用下不易断裂。因此使其具有非常好的耐候性,能够耐氧气、臭氧及紫外线老化,并能在很宽的温度范围内(-60℃~200℃)保持橡胶弹性。
以幕墙行业常用的几种建筑密封胶为例,经过5000小时紫外老化后,硅酮胶表面完好,聚氨酯胶、改性硅酮胶表面都出现了裂纹。聚硫胶紫外老化以后也会变硬变脆。此外,聚氨酯、聚硫、和改性硅酮胶在与玻璃粘结时,紫外老化后会失去粘结力,导致脱胶。因此,硅酮胶成为幕墙行业的首选密封材料,并且是隐框玻璃幕墙结构胶、耐候胶的唯一选择。
不过,并不是所有的硅酮胶都一定具有这么好的耐候性。硅酮胶的耐候性及耐久性与其配方、生产工艺等有很大关系。硅酮胶主要由有机硅基础聚合物、填料和助剂组成,其中,有机硅基础聚合物的价格较高,占整个胶成本的75%以上。由于矿物油的价格远低于有机硅基础聚合物,为了降低成本,有些厂家就向胶中添加矿物油,取代部分有机硅基础聚合物。甚至某些国外品牌的产品,在国内生产的结构胶也有充油的情况。
硅酮胶优异的耐候性能主要得益于其含有Si—O键为主链的有机硅基础聚合物,如果有机硅基础聚合物的含量下降,必然会导致硅酮胶的耐久性下降。
我们在5000小时紫外老化试验过程中注意到,充油15%左右的硅酮胶在500小时的时候,弹性已经急剧下降,最大强度伸长率从201%下降至99%;到3500小时时甚至出现了脱胶现象。
结构胶标准对比
正是由于不同厂家的硅酮胶产品性能差异很大,为保证用于隐框幕墙的硅酮结构胶的性能和耐久性,美国、欧洲、中国都制订了相应的标准。
我国结构胶标准GB 16776最早是1997年制订的,主要是参考了美国材料与试验协会结构胶标准ASTM C1184的项目,但是在指标上结合我国实际情况进行了适当提高,将各种状态下的拉伸强度由0.345MPa提高到0.45MPa,增加了界面破坏面积的要求。2005版又将标准状态下的拉伸强度提高到0.6MPa,并且为了防止结构胶弹性太差,还增加了最大强度伸长率大于100%的指标。
因此,总体上看,我国的结构胶标准要高于美国标准。
不过,美国结构胶标准的紫外老化条件为5000小时(208天,约7个月),我国为了操作简便,紫外光照时间定为300小时(12.5天),并且紫外光照的设备与美标也有一定差别。美标采用的是荧光紫外灯或氙弧灯紫外老化设备,我国采用的是紫外线试验箱。
欧洲的结构胶规范ETAG002比美国ASTM C1184和我国的GB 16776都严格得多,不仅检测项目多很多,而且结果的取值方法和评价方法也有所不同。
除常温、高低温的拉伸粘结强度外,常温、高低温的剪切强度也需要检测;水—紫外光照的时间为1008小时(42天)。此外,还增加了盐雾、二氧化硫气体、清洁剂浸泡等环境处理后的强度和粘结破坏面积要求,以及气体包裹、弹性恢复率、收缩率、抗撕裂、机械疲劳、蠕变等指标。
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