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　　摘要：對6種常用雙組分硅酮結(jié)構(gòu)膠的固化和粘結(jié)情況進行了研究，結(jié)果表明，雙組分硅酮結(jié)構(gòu)膠注膠后在未固化完全的情況下就將其置于封閉條件下，隨養(yǎng)護時間延長其最終固化程度難以繼續(xù)上升，并可能出現(xiàn)對基材粘結(jié)不良的情況。考慮到單元件加工過程的可操作性，在進行幕墻設(shè)計時，應避免讓硅酮結(jié)構(gòu)密封膠處于完全封閉的條件下。

　　關(guān)鍵詞：雙組分;硅酮;結(jié)構(gòu)膠;封閉條件;固化

　　硅酮結(jié)構(gòu)密封膠主要應用于隱框、半隱框玻璃幕墻，承擔著連接固定幕墻玻璃的重要作用，需要長期經(jīng)受氣候老化（詞條“老化”由行業(yè)大百科提供）、長期承受各種荷載，因此其性能受到各相關(guān)方的廣泛關(guān)注，國家也制訂了強制性標準來規(guī)范其性能。

　　但是，對于建筑幕墻來講，硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在出廠時還僅僅是個“半成品”，只有將其打注到相應的尺寸滿足設(shè)計要求的接縫中，并固化完全且與基材形成良好粘結(jié)，才能發(fā)揮其功效，承受各種老化和荷載。因此，其設(shè)計和加工過程對于硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的最終性能有著非常重大的影響。

　　硅酮結(jié)構(gòu)膠屬于縮合型室溫硫化硅橡膠（詞條“室溫硫化硅橡膠”由行業(yè)大百科提供），其固化過程如圖1所示，需要與水反應才能固化，同時會釋放一些小分子物質(zhì)。單組分硅酮結(jié)構(gòu)膠固化所需要的水來自空氣，其固化過程是從表面向內(nèi)部逐步深入，需要較長的固化時間。雙組分硅酮結(jié)構(gòu)膠的A組分中有一定的水分，可以滿足其固化初期對水的需求，A、B組分混合后可以內(nèi)外部一起快速固化到一定的程度，滿足單元件初期運輸和安裝等的受力要求，提高單元件加工效率。那么雙組分結(jié)構(gòu)膠后續(xù)固化的速度是不是與初期固化速度一樣快呢?如果其處于完全封閉的條件下，是否能繼續(xù)固化完全呢?

　　本文設(shè)計試驗主要考察雙組分硅酮結(jié)構(gòu)膠在封閉條件下的固化行為，為雙組分硅酮結(jié)構(gòu)膠接縫設(shè)計和加工制作過程提供指導。

　　1.試驗部分

　　1.1主要材料

　　市售有代表性的雙組分硅酮結(jié)構(gòu)密封膠(簡稱雙組分結(jié)構(gòu)膠)及其底涂液共6個，具體如下：

　　雙組分結(jié)構(gòu)膠C，某進口品牌;

　　雙組分結(jié)構(gòu)膠D，某國產(chǎn)品牌;

　　雙組分結(jié)構(gòu)膠E，某國產(chǎn)品牌;

　　雙組分結(jié)構(gòu)膠F，某國產(chǎn)品牌;

　　雙組分結(jié)構(gòu)膠G，某國產(chǎn)品牌;

　　雙組分結(jié)構(gòu)膠H，某國產(chǎn)品牌;

　　基材：氟碳噴涂表面處理（詞條“表面處理”由行業(yè)大百科提供）鋁型材，150mm×75mm，市售;浮法白玻璃片(用于表面封閉)，150mm×75mm，市售。

　　1.2試驗儀器

　　邵氏LX-A型硬度計，美工刀。

　　1.3試樣的制備與養(yǎng)護

　　1.3.1 試驗一：雙組分硅酮結(jié)構(gòu)膠在全封閉條件下隨時間延長的固化情況

　　將上述雙組分硅酮結(jié)構(gòu)密封膠樣品A組分與B組分按廠家標稱最佳推薦混膠比例，用行星攪拌機抽真空混膠后，2min內(nèi)置于密閉膠瓶中，在標準條件下(23℃，50%RH)養(yǎng)護不同時間，檢測其硬度。

　　1.3.2 試驗二：雙組分硅酮結(jié)構(gòu)膠在模擬實際接縫的封閉和非封閉條件下隨時間延長的固化情況

　　將上述雙組分硅酮結(jié)構(gòu)密封膠樣品A組分與B組分按廠家標稱最佳推薦混膠比例，用行星攪拌機抽真空混膠，混合好后立即注膠，制備以下兩類試件;

　　1)A類試件制備：測試雙組分結(jié)構(gòu)膠模擬實際接縫的封閉條件下的固化和粘結(jié)情況

　　使用各廠家配套底涂打在鋁材上(玻璃不打底涂)，粘結(jié)鋁型材為氟碳噴涂鋁材，另一面為玻璃;膠樣尺寸8×38×100mm(模擬后文某項目施膠的尺寸);試樣三邊采用雙面膠條作為襯墊并打注耐候膠封閉，使之完全不接觸空氣，注膠后僅一邊接觸空氣(如圖2)，在標準條件下(23℃，50%RH)養(yǎng)護;養(yǎng)護兩天后，接觸空氣邊用襯墊材料封閉打耐候膠(如圖3);繼續(xù)在標準條件下(23℃，50%RH)養(yǎng)護。

　　2)B類試件制備：對比樣，測試雙組分結(jié)構(gòu)膠非封閉條件下固化和粘結(jié)情況

　　粘結(jié)面僅為一面，粘結(jié)基材為氟碳噴涂鋁材，其余面敞開完全接觸空氣，整個過程不封閉，采用A類試件尺寸制備試樣，A類試件的養(yǎng)護條件進行養(yǎng)護。

　　1.4測試與表征

　　1.4.1 全封閉條件下固化程度的測定：取1.3.1、1.3.2試樣切開，切開后在3min內(nèi)按照GB 16776-2005 《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》[[3]]6.7使用邵氏LX-A型硬度計檢測硬度，通過硬度值來表征試樣的固化程度。

　　1.4.2 模擬施工現(xiàn)場封閉條件下固化和粘結(jié)情況的測定：取1.3.2的A類試件從玻璃面切開，使用邵氏LX-A型硬度計檢測硬度，按照GB 16776-2005 《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》[3]附錄D中手拉試驗方法跟進粘結(jié)情況。

　　1.4.3 模擬施工現(xiàn)場非封閉條件下固化和粘結(jié)情況的測定：取1.3.2的B類試件(對比樣)，按照GB 16776-2005 《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》[3] 6.7使用邵氏LX-A型硬度計檢測硬度、附錄D中手拉試驗方法跟進粘結(jié)情況。

　　2.結(jié)果與討論

　　2.1 雙組分結(jié)構(gòu)膠在全封閉條件下的固化情況

　　按1.3.1試驗方案，試驗了1.1中6個雙組分結(jié)構(gòu)膠試樣硬度隨養(yǎng)護時間的變化，硬度測試結(jié)果、及硬度變化趨勢分析，見表1.

　　從表1可見，所有6個市售雙組分結(jié)構(gòu)膠在全封閉條件下常溫養(yǎng)護，在試驗時間內(nèi)硬度均沒有隨時間延長而持續(xù)上升，不僅沒有達到在敞開條件下的完全固化的程度，很多樣品甚至出現(xiàn)了硬度下降的情況。同時發(fā)現(xiàn)，6個結(jié)構(gòu)膠試驗樣在密閉5天割膠后的剩余膠樣在解除密閉條件后常溫養(yǎng)護，其中部硬度均在7天內(nèi)明顯上升，由此可見，密閉條件對固化的影響非常大，在解除密閉條件后，副產(chǎn)物醇類小分子得以揮發(fā)，同時有外部的水汽進入后，固化反應又繼續(xù)進行了。

　　2.2雙組分結(jié)構(gòu)膠在模擬施工現(xiàn)場的環(huán)境下的固化和粘結(jié)情況

　　按1.3.2試驗方案，試驗了6個不同品牌雙組分硅酮結(jié)構(gòu)膠試樣硬度和粘結(jié)性隨養(yǎng)護時間的變化，其試驗結(jié)果及趨勢分析見下表2。

　　其中試驗樣按A類試件制備，于不同的養(yǎng)護時間分別測試硬度和粘結(jié)性;對比樣按B類試件制備，于不同的養(yǎng)護時間分別測試硬度和粘結(jié)性。設(shè)置了相應的測試時間，測試跟進了14天養(yǎng)護時間內(nèi)的數(shù)據(jù)，見表2。

　　2.2.1 對比樣的數(shù)據(jù)分析

　　6個不同品牌的雙組分結(jié)構(gòu)膠對比樣，按1.3.2試驗方案中B類試件制備，即在與空氣有充分接觸的固化條件下，養(yǎng)護1天后，硬度均達到30以上;養(yǎng)護5天，硬度達到或接近于35;且隨著養(yǎng)護時間的延長，硬度均有較明顯上升。

　　硬度是表征雙組分結(jié)構(gòu)膠固化程度的指標，硬度達到或接近于35，并對比養(yǎng)護14d的硬度，在非封閉條件下，養(yǎng)護5d的硬度已接近于養(yǎng)護14d，可以認為雙組分結(jié)構(gòu)密封膠養(yǎng)護5d時已固化到較好的程度。

　　6個不同品牌的雙組分結(jié)構(gòu)膠對比樣在非封閉的養(yǎng)護條件，配合使用配套的底涂液，在養(yǎng)護24h，對鋁材粘結(jié)性，粘結(jié)面積不小于99%，可以認為養(yǎng)護24h已具有很好的粘結(jié)性。

　　2.2.2 試驗樣的數(shù)據(jù)分析

　　6個不同品牌的雙組分結(jié)構(gòu)膠試驗樣，按1.3.2試驗方案中A類試件制備，即處于相對封閉的固化條件下，測試按1.4.2進行。

　　各試驗樣的邊部最大硬度大都均隨時間延長而硬度變大，僅極個別(結(jié)構(gòu)膠H試驗樣)的硬度未變大，甚至14天硬度有所下降。所有的試驗樣中部硬度表現(xiàn)和邊部硬度的明顯不同，在試件一邊接觸空氣下標準條件養(yǎng)護2天的中部硬度幾乎沒有變化。

　　在標準條件養(yǎng)護2天后，全封閉環(huán)境下繼續(xù)養(yǎng)護，隨養(yǎng)護時間延長，所有結(jié)構(gòu)膠試驗樣中部硬度仍未明顯上升，且其中4個結(jié)構(gòu)膠試驗樣中部硬度隨養(yǎng)護時間延長而硬度甚至變小。

　　1.3.2試樣方案的A類試件，多數(shù)試驗樣在鋁型材上1天粘結(jié)性均有少量不粘，其中結(jié)構(gòu)G、H不粘面積較大，且粘結(jié)面積和其中部硬度有一定對應關(guān)系。例如結(jié)構(gòu)膠H的1天中部硬度僅為21-23，其1天在氟碳噴涂鋁型材粘結(jié)面積為65%。6個結(jié)構(gòu)膠試驗樣養(yǎng)護2天后，大部分均在氟碳噴涂鋁型材100%全粘，但中部硬度較小的結(jié)構(gòu)膠G、H仍有一定面積的不粘現(xiàn)象。6個結(jié)構(gòu)膠試驗樣在全封閉環(huán)境下繼續(xù)養(yǎng)護到14天，大部分在氟碳噴涂鋁型材仍然保持100%全粘，但中部硬度較小且硬度持續(xù)下降到僅17-18、13-14的結(jié)構(gòu)膠G、H仍有一定面積的不粘現(xiàn)象，并且其中結(jié)構(gòu)膠H的的粘結(jié)面積僅79%，已不滿足國家標準所規(guī)定的粘結(jié)破壞面積≤20%[[4]]的要求。

　　2.2.3 試驗樣和對比樣的比較分析

　　試驗樣標準條件養(yǎng)護2天內(nèi)，中部硬度明顯小于邊部硬度，雖然試件一邊有接觸空氣，但是與對比樣相比，試驗樣硬度偏小且硬度差異較為明顯。試件采用的8㎜*38㎜寬厚注膠尺寸，超出了常規(guī)雙組分結(jié)構(gòu)膠寬厚比要求的1:1-3:1，可以認為相對38mm寬度，接觸空氣尺寸僅厚度8㎜有可能導致與空氣接觸面積不夠，對于膠縫深部來說，仍處于相對封閉的條件。

　　在常溫養(yǎng)護2天后全封閉環(huán)境下繼續(xù)養(yǎng)護，隨養(yǎng)護時間延長直至養(yǎng)護14天，所有試驗樣的中部硬度仍未明顯上升，而對比樣硬度隨養(yǎng)護時間上升，且在養(yǎng)護5天達到較好的硬度值。說明封閉的應用條件對結(jié)構(gòu)膠固化造成了明顯不利影響。

　　試驗樣在鋁型材上1天粘結(jié)性均有少量不粘，且粘結(jié)面積和試驗樣中部硬度有一定對應關(guān)系。例如結(jié)構(gòu)膠H的1天中部硬度僅為21-23 HSA，其1天在氟碳噴涂鋁型材粘結(jié)面積為65%;結(jié)構(gòu)膠H養(yǎng)護2天后仍存在29%的不粘結(jié)面積;結(jié)構(gòu)膠H封閉養(yǎng)護養(yǎng)護14天后，中部硬度僅13-14，仍有21%的不粘面積;與之比較，對比樣在養(yǎng)護24h，對鋁材粘結(jié)性，粘結(jié)面積已不小于99%。由此可見，封閉的應用條件對結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)性造成了不利影響。在項目施工現(xiàn)場，批量應用中，封閉的應用條件對結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)性造成的不利影響會明顯放大。

　　經(jīng)以上對比分析，封閉條件對雙組分結(jié)構(gòu)膠固化和粘結(jié)性均會造成明顯不利影響。

　　從封閉條件下結(jié)構(gòu)膠固化硬度不隨時間延長增大可以看出，封閉條件下雙組分結(jié)構(gòu)膠的交聯(lián)固化反應受到抑制。從割開以后的膠硬度會繼續(xù)上升的現(xiàn)象可以看出，封閉條件下雙組分結(jié)構(gòu)及交聯(lián)反應受到抑制的原因主要是封閉條件造成的體系中小分子副產(chǎn)物濃度累積上升和反應所需水分無法繼續(xù)補充導致的。

　　3.雙組分結(jié)構(gòu)膠封閉環(huán)境下固化特性對工程實際應用的影響

　　在某幕墻工程單元件加工制作過程中，對養(yǎng)護多日的單元件成品進行割膠檢測時發(fā)現(xiàn)：某個批次單元件的雙組分硅酮結(jié)構(gòu)密封膠(以下簡稱為雙組分結(jié)構(gòu)膠)硬度偏低，并且存在局部粘結(jié)不良的情況。這表明所檢測單元件結(jié)構(gòu)膠的固化程度并未像預想的那樣隨著養(yǎng)護時間的延長而加深。

　　該項目所用材料在施工之前在實驗室按GB 16776《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》附錄B進行了結(jié)構(gòu)膠與實際工程用基材的剝離粘結(jié)性試驗，按照推薦使用的底涂液施工可獲得良好的粘結(jié)效果。在加工廠大規(guī)模施工前按照GB 16776附錄D1.2用實際工程用膠合底涂液對實際工程用鋁型材進行的剝離粘結(jié)性測試結(jié)果與實驗室結(jié)果完全一致，采用底涂可以獲得穩(wěn)定的粘結(jié)效果。加工同時進行拉斷時間試驗的塑料杯中的結(jié)構(gòu)膠固化正常。

　　在經(jīng)過一系列對比分析試驗排除了打膠機混膠比例波動、工人操作不規(guī)范、密封膠本身產(chǎn)品質(zhì)量波動和底涂液質(zhì)量波動后，問題原因聚焦在結(jié)構(gòu)膠接縫設(shè)計和打膠養(yǎng)護過程上。

　　該項目接口設(shè)計如下圖左所示，與膠粘結(jié)的副框和側(cè)面的護邊是一體成型的鋁型材，鋁型材表面為氟碳噴涂。常規(guī)設(shè)計下，結(jié)構(gòu)膠的寬度為22mm，厚度為8mm，此時寬厚比為2.75:1，并未超出常規(guī)設(shè)計下的寬厚比要求。

　　但在實際施工的過程中，結(jié)構(gòu)膠從側(cè)面注膠時，幾乎填塞整個“L”型空腔，在注膠過程中側(cè)邊溢出的膠并沒有清除，結(jié)構(gòu)膠膠縫相當于由3個不透氣的面(材料分別為玻璃、鋁材和橡膠條)和一個與空氣接觸的面(材料為泡沫棒（詞條“泡沫棒”由行業(yè)大百科提供）和耐候膠)構(gòu)成。如圖2(右)所示，該工程單元板塊結(jié)構(gòu)膠注膠寬度達28-38mm左右，厚度仍然為8mm，寬厚比達近3.5:1~4.75:1。該項目打注雙組分結(jié)構(gòu)膠后會在2至24小時內(nèi)填塞泡沫棒，并施打耐候密封膠。這樣操作的結(jié)果，使得結(jié)構(gòu)膠唯一與空氣接觸的面被封閉，結(jié)構(gòu)膠固化、養(yǎng)護處于相對封閉的使用條件。該項目單元件割膠的結(jié)果，養(yǎng)護24小時割膠硬度未達到20，與之對比，暴露空氣下的對比樣硬度為34。單元件割膠出現(xiàn)局部不粘，主要原因是雙組分結(jié)構(gòu)膠在封閉條件下固化程度受到了明顯影響從而影響到粘結(jié)性。單元件中硬度未達到20的膠縫，割膠后暴露在空氣中硬度會持續(xù)上升，在48小時至72小時硬度會達到35以上，粘結(jié)效果也隨之好轉(zhuǎn)。

　　該項目最終延長了打注結(jié)構(gòu)膠與打注耐候膠的時間間隔，讓結(jié)構(gòu)膠在空氣中充分固化，最終獲得了較好的固化和粘結(jié)效果。

　　需要指出的是，現(xiàn)行的各個標準中，無論是對結(jié)構(gòu)膠本身拉伸粘結(jié)性（詞條“拉伸粘結(jié)性”由行業(yè)大百科提供）能的檢測，還是GB 16776附錄B和附錄D1.2中規(guī)定的粘結(jié)性試驗方法，其試件都是結(jié)構(gòu)膠在空氣中養(yǎng)護足夠長的時間、確保結(jié)構(gòu)膠完全固化的情況下進行的，也就是說，只有確保結(jié)構(gòu)膠完全固化，才能發(fā)揮其配方設(shè)計的強度（詞條“強度”由行業(yè)大百科提供）、粘結(jié)性等性能。所以，在結(jié)構(gòu)膠的實際應用過程中，確保其可以完全固化是首要條件。在進行結(jié)構(gòu)膠的接縫設(shè)計時，無論是單組分結(jié)構(gòu)膠，還是雙組分結(jié)構(gòu)膠，都應讓結(jié)構(gòu)膠有與空氣接觸的表面，以確保結(jié)構(gòu)膠在實際應用過程中能最終實現(xiàn)完全固化，實現(xiàn)設(shè)計的拉伸（詞條“拉伸”由行業(yè)大百科提供）粘結(jié)強度和粘結(jié)效果。

　　現(xiàn)在很多結(jié)構(gòu)膠的膠縫設(shè)計，出于美觀原因，將具有透氣功能的雙面貼更換成不透氣的橡膠（詞條“橡膠”由行業(yè)大百科提供）條，這對雙組分結(jié)構(gòu)膠的后期固化速度會產(chǎn)生重大影響，要確保這種接縫設(shè)計的結(jié)構(gòu)膠完全固化，需要將結(jié)構(gòu)膠的另外一面在空氣中敞開養(yǎng)護更長時間，這會嚴重影響單元件的加工效率。對于雙面貼長時間使用以后發(fā)白的問題，可以用透氣的單面貼替代雙面貼，而不建議用不透氣的膠條替代透氣的雙面貼，使結(jié)構(gòu)膠處于封閉環(huán)境中，影響結(jié)構(gòu)膠最終的固化程度。

　　4.結(jié)論和建議

　　1) 雙組分結(jié)構(gòu)膠注膠后處于封閉條件下養(yǎng)護，其固化和粘結(jié)會受到明顯影響。固化過程中硬度尤其是膠縫的中部硬度會受到影響而明顯較低，并且其硬度隨養(yǎng)護時間延長并沒有呈現(xiàn)上升趨勢。根據(jù)硬度值可認為雙組分結(jié)構(gòu)膠固化程度受到影響，固化程度不足會造成結(jié)構(gòu)膠拉伸粘結(jié)性的最大強度值偏低。同時從本文來看固化程度不足，也造成結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)性能受到明顯不利影響。

　　2) 雙組分結(jié)構(gòu)膠在封閉條件下應用需要引起關(guān)注甚至足夠重視，雙組分結(jié)構(gòu)膠注膠后處于封閉條件下，固化或粘結(jié)受到一定程度影響。如在單元件加工過程中該問題未及時發(fā)現(xiàn)，問題單元件一旦應用到項目，有可能導致較大的安全質(zhì)量風險。

　　3) 由于該問題是雙組分結(jié)構(gòu)膠注膠后處于封閉條件下，導致影響到固化過程中釋放小分子物質(zhì)所致。因此在應用過程中，設(shè)計方、施工方應盡可能避免注膠后處于封閉條件下。在施工過程中應注意，項目施工中如打注結(jié)構(gòu)膠后立即打注耐候膠，即耐候膠完全封閉了結(jié)構(gòu)膠膠縫，會對結(jié)構(gòu)膠固化造成明顯不良影響。在設(shè)計幕墻時，還應注意到膠縫設(shè)計尺寸合理性，是否符合標準的要求，比如寬厚比過大膠縫，即導致膠縫與空氣接觸面過小，也會造成注膠后處于封閉條件下。除膠縫尺寸外，設(shè)計幕墻時還應從節(jié)點結(jié)構(gòu)和材料選擇上考慮，是否注膠后將膠縫置于封閉條件。

　　4) 隨著單元式幕墻應用越來越多，有的鋁型材采用了一體成型加工的工藝，即帶有結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)面的鋁框與護邊一體成型。襯墊材料也由多數(shù)采用了不透氣的橡膠膠條替代了原來透氣的雙面貼。這些改變讓結(jié)構(gòu)膠注膠后處于封閉條件，會導致結(jié)構(gòu)膠固化不良，存在較大風險。這種設(shè)計需要引起高度重視。

　　5) 基于以上分析，在幕墻設(shè)計和應用過程中，應避免將結(jié)構(gòu)膠處于完全封閉條件，保證結(jié)構(gòu)膠有與空氣接觸的機會，確保結(jié)構(gòu)膠充分固化獲得其應有的性能，以保證幕墻的質(zhì)量與安全。

　　參考文獻：

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　　[[2]] 來國橋, 幸松民. 有機硅產(chǎn)品合成工藝及應用[M]. 第二版. 北京：化學工業(yè)出版社，2018： 631.

　　[[3]] GB 16776-2005, 建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠[S].

　　[[4]] GB 16776-2005, 建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠[S]，附錄B.7.

作者單位：廣州市白云化工實業(yè)有限公司