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關于二甲基硅油對硅酮建筑密封膠性能的影響
來源:360 作者:強力化工 發布時間:2023-06-16 15:11 閱讀次數:1302
研究了不同含量的二甲基硅油對硅酮建筑密封膠性能的影響。結果表明,適當添加二甲基硅油可以提高密封膠產品的伸長率、改善其彈性、提高其抗位移能力;然而,當二甲基硅油含量超過 20%時,會逐漸出現密封膠拉伸強度下降、下垂度過大及對基材粘結性不良等問題。因此,在實際使用過程中需合理設計二甲基硅油的添加量,以保證密封膠的綜合性能。
       硅酮密封膠是以聚二甲基硅氧烷為主要原料,加入適量的填料、增塑劑、交聯劑、偶聯劑及催化劑等助劑制成,室溫下通過與空氣中的水發生反應形成交聯網狀結構,進而固化形成彈性硅橡膠  。

       硅酮密封膠作為一種重要的建筑密封材料,因其施工操作簡便、固化后形成的彈性體具有優異的耐紫外光和耐高低溫性能、與大部分建筑基材粘接良好,被廣泛地應用于各類隱框玻璃幕墻、半隱框玻璃幕墻、鋁板幕墻及中空玻璃的結構粘接,石材幕墻的粘接密封,門窗填縫及室內裝飾裝修等領域  。按照應用方式不同,硅酮建筑密封膠主要分為兩類:結構膠和接縫膠。而在性能要求方面,彈性是其重要的力學性能指標之一,特別是對于具有較高位移能力要求的接縫膠。要保證密封膠具有良好的彈性,除了在配方設計時調節基礎聚合物與粉體及助劑的種類和比例外,增塑劑的用量比例至關重要。


       聚二甲基硅氧烷俗稱二甲基硅油,為無色透明液體,具有良好的耐熱寒性,可在-50~200 ℃條件下長期使用,保持化學性能穩定、物理性能優良;具有與硅酮密封膠主體聚合物相同的分子結構(以硅氧烷為主鏈),與硅酮密封膠體系相容性良好,常被作為稀釋劑或增塑劑添加到室溫硫化(RTV)硅橡膠中 。因此,本文系統研究了不同含量的二甲基硅油在脫醇型、脫酮肟型硅酮建筑密封膠中的增塑效果,重點考察了密封膠的表干時間、下垂度、力學性能及粘結性能隨二甲基硅油含量的變化規律。
       1.1 二甲基硅油對密封膠表干時間的影響表干時間反映密封膠的固化狀態,是硅酮建筑密封膠施工性能的重要指標之一;可以表征施工所需的修整時間,表干時間越快,則施工修整時間越短。標準GB/T 14683—2017《硅酮和改性硅酮建筑密封膠》中要求硅酮密封膠標準條件下[溫度(23±2)℃,相對濕度(50±10)%]的表干時間應在 180min內。二甲基硅油含量對硅酮密封膠表干時間的影響??梢园l現,隨二甲基硅油含量的增加,密封膠的表干時間延長;二甲基硅油含量越高,密封膠表干越慢,表現為表干時間的明顯增加。這是由于二甲基硅油不含有反應性基團,不參與硅酮密封膠體系的固化交聯反應,且二甲基硅油具有一定的遷移性,會遷移至界面,使得密封膠表面的交聯劑濃度相對降低,從而導致交聯固化速度變慢。當二甲基硅油含量較低時,對密封膠表面交聯劑濃度影響不明顯;當二甲基硅油含量較高時,密封膠表面交聯劑濃度顯著降低,從而表干時間明顯延長。

       對比脫醇型硅酮密封膠與脫肟型硅酮密封膠的表干時間可以發現,不含二甲基硅油時,脫醇型密封膠的表干時間約為脫肟型密封膠表干時間的兩倍;當二甲基硅油含量增至體系的50%時,脫醇型密封膠的表干時間約為脫肟型密封膠表干時間的 3 倍。由此推斷,脫醇型硅酮密封膠的表干時間更易受到二甲基硅油含量的影響。這可能是由于兩種密封膠采用的交聯劑的活性差異導致的,具體來說交聯劑的水解活性越高,制得的密封膠表干時間, 二甲基硅油對密封膠表干時間越短、消粘越快。脫醇型密封膠的交聯劑水解活性遠低于脫肟型密封膠的交聯劑,因此其表干時間明顯更長;而隨二甲基硅油含量的增加,表干時間也更容易變慢。


      1.2 二甲基硅油對密封膠下垂度的影響下垂度反映了密封膠的流變性能,也是硅酮建筑密封膠施工性能的重要指標之一;表征膠縫的抗垂流性能,下垂度越小,施工后膠縫越不容易發生變形流淌;特別是對于垂直豎縫或倒掛的水平橫縫,必須確保密封膠抗垂流性能優良。在密封膠體系中添加適量的二甲基硅油,不會影響其下垂度;當二甲基硅油含量增加到 30%以上時,密封膠下垂度明顯增大,尤其表現在垂直方向測試的膠縫上。此外,對比脫醇型和脫肟型密封膠,二甲基硅油對二者下垂度的影響無明顯差異。

     1.3 二甲基硅油對密封膠拉伸力學性能的影響拉伸粘結性能是密封膠重要的力學性能指標,包括拉伸強度、最大強度伸長率及粘結性。拉伸強度表征密封膠承受荷載的能力,是硅酮建筑結構膠最關鍵的性能指標;最大強度伸長率表征密封膠的彈性,一定程度上關系到密封膠的抗位移能力,是建筑接縫膠開發過程中需要關注的重要指標。密封膠的拉伸力學性能主要通過兩方面實現:首先,由密封膠的主體聚合物(107 膠)與交聯劑在催化劑的作用下吸收空氣中的水分反應固化為彈性體,從而具備一定的強度和彈性等力學性能;其后,如需進一步提升密封膠的力學性能,則需要加入碳酸鈣、白炭黑等填料進行補強,同時加入增塑劑改善密封膠體系的相容性。

      1.4 二甲基硅油對密封膠粘結性能的影響粘結性是密封膠實現防水、密封等基本功能的首要性能,獲得并保持長期的粘結性是密封膠耐久使用的首要條件。當二甲基硅油含量低于 10%時,密封膠與基材之間表現出良好的粘結性能;當二甲基硅油含量超過 10%時,密封膠產品逐漸出現粘結不良現象;當二甲基硅油含量達到 50%時,密封膠產品甚至對基材完全不粘,二甲基硅油的加入嚴重影響了密封膠與基材的粘結性能。這是由于二甲基硅油對密封膠體系屬于惰性物質,游離于密封膠體系中,且具有一定的遷移性。當二甲基硅油含量較多時,一方面處于密封膠與基材粘結界面的二甲基硅油含量相對較高;另一方面,密封膠體系中的二甲基硅油也容易遷移富集至粘結界面,從而影響界面的粘接?;谏鲜龇治?,當二甲基硅油添加量低于 10%時,既可以有效改善密封膠的彈性,也不會影響密封膠的粘結性能。


      1)隨著二甲基硅油含量的增加,密封膠的表干變慢;二甲基硅油量含量越大,密封膠的表干時間越長;相對脫肟型密封膠,二甲基硅油對脫醇型密封膠表干時間的影響更加顯著。
      2)隨著二甲基硅油含量的增加,密封膠的抗變形流淌性變差,表現為下垂度增大;二甲基硅油含量越大,密封膠的下垂度越高;二甲基硅油對脫醇型密封膠與脫肟型密封膠下垂度的影響無明顯差異。
      3)隨著二甲基硅油含量的增加,密封膠的拉伸強度呈現下降趨勢;二甲基硅油添加量為 20%~30%時,密封膠的拉伸強度出現大幅下降。二甲基硅油對脫醇型密封膠與脫肟型密封膠拉伸強度的影響無明顯差異。
      4)隨著二甲基硅油含量的增加,密封膠的伸長率呈現上升趨勢;二甲基硅油含量超過 20%時,密封膠伸長率的提升幅度趨于平緩。相對脫肟型密封膠,二甲基硅油對脫醇型密封膠伸長率的提升效果更加明顯。

      5)當二甲基硅油含量低于 10%時,密封膠與基材之間粘接良好;當二甲基硅油含量超過 10%時,密封膠與基材之間的粘接逐漸出現問題;當二甲基硅油添加量超過 50%時,甚至出現密封膠與基材完全不粘現象。

     綜合考慮,建議在實際的密封膠配方設計中,二甲基硅油含量低于 20%,可在保證密封膠力學性能及粘結性能的前提下,有效地提升產品的彈性。

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