幕墻用硅酮膠耐久性評(píng)價(jià)方法研究

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　　摘要：本文介紹了兩種幕墻用硅酮膠耐久性的評(píng)價(jià)方法。通過人工加速老化試驗(yàn)，考察光照、溫度、濕度、腐蝕介質(zhì)等的一種、多種或多種因素協(xié)同作用環(huán)境對(duì)密封膠產(chǎn)品性能的影響。老化過程中周期性地取樣測(cè)試各項(xiàng)性能，采用老化速率法和變異系數(shù)法對(duì)老化試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理，得到密封膠的耐久性順序和對(duì)老化條件的敏感程度。由此，綜合評(píng)價(jià)幕墻用硅酮膠的耐久性。

　　關(guān)鍵詞：硅酮膠;人工加速老化試驗(yàn);老化速率法;變異系數(shù)法;耐久性

　　前言

　　幕墻因其美觀、節(jié)能、易維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)而得到越來越廣泛的應(yīng)用，從上世紀(jì)80年代發(fā)展至今，我國已成為世界上幕墻使用面積最大的國家[1]。幕墻使用的材料主要包括：面板、粘結(jié)密封材料、連接件和支撐件等。其中，硅酮膠作為最主要的粘結(jié)密封材料之一，起結(jié)構(gòu)粘結(jié)作用，同時(shí)傳遞并承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)（詞條“主體結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）的應(yīng)力[2]。隨著使用時(shí)間的增加，密封膠會(huì)發(fā)生粘結(jié)強(qiáng)度和變形能力等力學(xué)性的劣化，一旦結(jié)構(gòu)密封膠失效，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)幕墻系統(tǒng)的失效，甚至產(chǎn)生漏氣、漏水、脫落等安全事故的發(fā)生，密封膠的耐久性直接影響幕墻的安全[3]。因此，密封膠的耐久性受到越來越廣泛的關(guān)注。

　　目前，還沒有關(guān)于幕墻硅酮膠耐久性的評(píng)價(jià)指標(biāo)和測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)階段國內(nèi)基本都是以各種老化試驗(yàn)方法為研究手段，如(光照、溫度、濕度、腐蝕介質(zhì))等加速密封膠老化，從而研究膠體的性能演化，評(píng)估其耐久性[4]。

　　本研究通過室內(nèi)人工加速老化試驗(yàn)，分別考察熱、光照(紫外線)、人工氣候老化三種老化條件對(duì)硅酮膠性能的影響。以拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和邵氏A硬度(以下簡(jiǎn)稱硬度)為性能考察指標(biāo)，采用老化速率法和變異系數(shù)法兩種方法對(duì)老化試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理，得到硅酮膠耐久性順序和對(duì)老化條件的敏感程度，從而建立有效的硅酮膠耐久性評(píng)價(jià)體系，為幕墻硅酮膠的耐久性評(píng)價(jià)提供可靠的技術(shù)支持，對(duì)提高幕墻工程安全性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　1. 實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1 實(shí)驗(yàn)材料

　　單組分硅酮膠，樣品1#;

　　1.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)條件

　　1.2.1 試驗(yàn)儀器設(shè)備

表1.1 試驗(yàn)儀器及設(shè)備

　　1.2.2 老化試驗(yàn)條件

　　熱老化：恒溫干燥箱(70±2)℃;

　　紫外老化：UV-340nm，300W，(40±2)℃紫外老化試驗(yàn)箱;

　　人工氣候老化：GB/T 1865-2009 《色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射（詞條“輻射”由行業(yè)大百科提供）曝露濾過的氙燈輻射》人工氣候老化循環(huán)A(如表1.2)，試驗(yàn)箱體溫度為(38±3)℃。

表1.2 人工氣候老化循環(huán)

　　1.3 試樣的制備、老化和測(cè)試

　　1.3.1試樣制備

　　基材為符合GB/T 13477.1-2002《建筑密封材料試驗(yàn)方法第1部分: 試驗(yàn)基材的規(guī)定》規(guī)定的水泥砂漿基材。

　　按照GB/T 13477.8-2017 《建筑密封材料試驗(yàn)方法第8部分：拉伸（詞條“拉伸”由行業(yè)大百科提供）粘接性的測(cè)定》制備試樣，按照A法(標(biāo)準(zhǔn)條件下放置28d)處理試樣。

　　1.3.2 試樣老化

　　將處理好的試樣置于上述三種不同老化條件下，老化時(shí)間分別為0h(初始性能)、500h、1000h、2000h、3000h時(shí)周期性取樣進(jìn)行測(cè)試。

　　1.3.3 試樣測(cè)試

　　拉伸強(qiáng)度（詞條“強(qiáng)度”由行業(yè)大百科提供）和斷裂伸長率：按照GB/T 13477.8-2017 《建筑密封材料試驗(yàn)方法第8部分：拉伸粘接性的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試;

　　硬度：按照 GB/T 531.1-2008 《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗(yàn)方法第1部分：邵氏硬度計(jì)法(邵爾硬度)》進(jìn)行測(cè)試。

　　2. 老化試驗(yàn)結(jié)果

　　上述三種不同老化條件不同老化時(shí)間時(shí)，分別周期性取樣(500h、1000h、2000h、3000h)，測(cè)試試樣的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和硬度，每個(gè)測(cè)試3個(gè)試件，結(jié)果取平均值，測(cè)試結(jié)果如表2.1所示。

表2.1 樣品1#老化試驗(yàn)結(jié)果

　　3. 耐久性評(píng)價(jià)

　　3.1 老化速率法

　　老化速率是指老化試驗(yàn)后某性能的變化率與老化經(jīng)歷的時(shí)間之比。按式(3-1)計(jì)算：

　　老化速率法是常用的比較材料老化性能的方法。其特點(diǎn)是僅考慮老化試驗(yàn)的起止點(diǎn)，對(duì)老化期間性能的波動(dòng)不予考察。另外從計(jì)算出的數(shù)值可明顯看出性能的趨勢(shì)，即是降低還是增長(正號(hào)或負(fù)號(hào))，及每單位時(shí)間性能的變化率，結(jié)果較為直觀。通過對(duì)老化速率計(jì)算結(jié)果進(jìn)行排序，可以相對(duì)比較試驗(yàn)材料的耐久性能順序。

　　計(jì)算熱老化、紫外老化和人工氣候老化試驗(yàn)不同老化時(shí)間時(shí)各性能的老化速率，如表3.1所示。老化速率越小，表明材料耐久性越好。正負(fù)值表示對(duì)初始狀態(tài)的偏離，因此可對(duì)絕對(duì)值進(jìn)行比較。比較各個(gè)性能絕對(duì)值總平均值，并進(jìn)行排序，得到硅酮膠樣品的耐久性順序如表3.2所示。

表3.1樣品1#老化速率(%/h)結(jié)果

表3.2樣品1#老化速率法排序結(jié)果

　　由上述老化速率法排序結(jié)果可得出，拉伸強(qiáng)度的耐久性順序：熱老化>紫外老化>人工氣候老化;斷裂伸長率的耐久性順序：紫外老化>人工氣候老化>熱老化;硬度的耐久性順序：人工氣候老化>紫外老化>熱老化;以老化速率總均值評(píng)價(jià)密封膠綜合性能的耐久性順序：紫外老化>熱老化>人工氣候老化。綜合可得試樣1#的耐紫外老化性能最佳。

　　3.2 變異系數(shù)法

　　老化速率法是常用的比較材料老化性能的指標(biāo)，但僅考慮老化試驗(yàn)的起終點(diǎn)，對(duì)老化期間性能的波動(dòng)不予考慮。硅酮膠在經(jīng)受老化實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于其不同的老化機(jī)理，材料性能波動(dòng)的形式和狀態(tài)因不同樣品而異。硅酮膠的老化實(shí)際上是一個(gè)持續(xù)交聯(lián)與分解兩個(gè)過程競(jìng)爭(zhēng)的平衡[5]。從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的曲線來看，均呈波浪式起伏，波動(dòng)可能由于多種因素造成。因此，考慮到標(biāo)準(zhǔn)偏差可表征各樣品之間的波動(dòng)，本研究選用標(biāo)準(zhǔn)偏差和平均值的比值作為評(píng)價(jià)方法也稱變異系數(shù)法，計(jì)算公式如3-2、3-3和3-4所示。

　　將試樣不同老化時(shí)間的某一性能數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值，并計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差。然后以變異系數(shù)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。比值越小，表明密封膠性能隨老化時(shí)間的增加而變化波動(dòng)小;比值越大，表明密封膠性能隨老化時(shí)間的變化波動(dòng)較大。波動(dòng)大小可反映密封膠老化的敏感程度。因此，計(jì)算出樣品的變異系數(shù)如表3.3所示，通過將不同樣品的變異系數(shù)進(jìn)行對(duì)比，得出樣品的耐久性順序和對(duì)老化條件的敏感程度，如表3.4所示。

表3.3 樣品1#變異系數(shù)(S/A)評(píng)定結(jié)果

表3.4 樣品1#變異系數(shù)(S/A)排序結(jié)果

　　由上述變異系數(shù)法排序結(jié)果可得出，拉伸強(qiáng)度的耐久性順序：紫外老化>熱老化>人工加速老化;斷裂伸長率的耐久性順序：紫外老化>熱老化>人工氣候老化;硬度的耐久性順序：人工氣候老化>熱老化>紫外老化;以老化系數(shù)平均值評(píng)價(jià)密封膠綜合性能的耐久性順序：紫外老化>熱老化>人工氣候老化。綜合可得樣品1#的耐紫外老化性能最佳，對(duì)人工氣候老化條件最為敏感。

　　3.3 二種方法的比較

　　將老化速率絕對(duì)值總平均值和變異系數(shù)總平均值作比較并排序，結(jié)果如下表3.5所示。

表3.5老化速率法和變異系數(shù)法對(duì)老化結(jié)果的排序

　　比較上述兩種評(píng)價(jià)方法，得到的結(jié)果完全相同，耐久性順序均是：紫外老化>熱老化>人工氣候老化。但老化速率法和變異系數(shù)法得到的結(jié)果并不總是完全相同的，這是因?yàn)槔匣�速率法選定性能指標(biāo)時(shí)，僅僅用某一個(gè)固定起始點(diǎn)時(shí)間的老化結(jié)果評(píng)價(jià)密封膠的耐久性有時(shí)會(huì)得出與實(shí)際不符的結(jié)論。而變異系數(shù)法引入標(biāo)準(zhǔn)偏差-平均值作為評(píng)價(jià)硅酮膠耐久性的方法，考慮了老化過程中性能的波動(dòng)情況，得到的結(jié)果是科學(xué)合理的。因此，變異系數(shù)法作為評(píng)價(jià)幕墻用硅酮膠耐久性的方法是具有實(shí)際意義的，彌補(bǔ)了老化速率法的不足。

　　4結(jié)語

　　(1)通過人工加速老化試驗(yàn)方法對(duì)幕墻用硅酮膠進(jìn)行耐久性研究，采用老化速率法，計(jì)算各性能的老化速率絕對(duì)值總平均值，并進(jìn)行排序，得到硅酮膠的耐久性順序。

　　(2)采用變異系數(shù)法，計(jì)算硅酮膠各性能的變異系數(shù)和變異系數(shù)平均值，并進(jìn)行排序，得到硅酮膠的耐久性順序和對(duì)老化條件的敏感程度。

　　(3)由老化速率法和變異系數(shù)法處理老化試驗(yàn)所得結(jié)果，綜合評(píng)價(jià)幕墻用硅酮膠的耐久性。

　　(4)本研究幕墻用硅酮膠(樣品1#)耐久性評(píng)價(jià)示例中，采用老化速率法和變異系數(shù)法，得到的結(jié)果完全相同，耐久性順序均是：紫外老化>熱老化>人工氣候老化。由變異系數(shù)法得出，對(duì)老化條件的敏感程度：人工氣候老化條件>熱老化>紫外老化。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[2] 程鵬, 邢鳳群, 郭月萍. 硅酮結(jié)構(gòu)密封膠耐久穩(wěn)定性（詞條“穩(wěn)定性”由行業(yè)大百科提供）及玻璃幕墻質(zhì)量控制措施[J]. 粘接, 2015(12):78-81.

　　[3] 孫與康. 玻璃幕墻用硅酮膠耐候性及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)的研究[D]. 中國建筑材料科學(xué)研究總院.2018

　　[4] 劉軍進(jìn). 幕墻用密封膠加速老化試驗(yàn)方法研究[J]. 中國膠粘劑（詞條“膠粘劑”由行業(yè)大百科提供）2018(8):434-437.

　　[5] 丁蘇華. 建筑密封材料的老化試驗(yàn)與耐久性研究[D]. 鄭州大學(xué), 2006.