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　　摘要：本文研究了精密鋼型材與硅酮結(jié)構(gòu)密封膠、硅酮耐候密封膠的粘結(jié)性及涂層的粘結(jié)耐久性，探索了涂層粘結(jié)耐久性的測(cè)試方法，為密封膠在精密鋼型材上的應(yīng)用提供參考。

　　關(guān)鍵詞：精密鋼型材;密封膠;涂層;粘結(jié)性;耐久性

　　1. 背景介紹

　　鋼鐵的精密復(fù)雜制造與成型技術(shù)，始于上世紀(jì)60年代，由德國(guó)、瑞士相繼研發(fā)成功。使用該技術(shù)制造的精密鋼材（詞條“鋼材”由行業(yè)大百科提供），既具有鋁材截面（詞條“截面”由行業(yè)大百科提供）的復(fù)雜性與功能性，又具備鋼鐵的強(qiáng)韌性（詞條“韌性”由行業(yè)大百科提供）及耐高溫、低熱導(dǎo)等諸多優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于建筑、家居、汽車、交通運(yùn)輸?shù)犬a(chǎn)業(yè)。國(guó)內(nèi)有相關(guān)企業(yè)于2016年掌握了與精密鋼型材科技相關(guān)的核心技術(shù)，使我國(guó)成為繼德國(guó)、瑞士之后全球第 3個(gè)掌握此項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家[1]。

　　鋼材的熔點(diǎn)約1500℃，遠(yuǎn)高于鋁合金的熔點(diǎn)(約650℃)，同時(shí)鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)只有鋁（詞條“鋁”由行業(yè)大百科提供）合金的約三分之一，因此鋼材是防火幕墻支撐結(jié)構(gòu)的首選材料。再加上鋼材的強(qiáng)度、彈性模量均比常用的鋁合金型材(6063)高1~2倍，這意味著較小截面的鋼材可以支撐較大的幕墻分格，可增加玻璃幕墻的通透性。因此目前在高層間鋼框架幕墻、大跨度和大空間的結(jié)構(gòu)和采光頂中有著越來(lái)越多的應(yīng)用[2，3]。可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)隨著鋼鐵精密復(fù)雜成型技術(shù)的發(fā)展，精密鋼型材在建筑領(lǐng)域會(huì)有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

　　與可以通過(guò)陽(yáng)極氧化處理進(jìn)行防腐的鋁材不同，精密鋼型材主要通過(guò)表面涂裝的方式防腐，因此密封膠與精密鋼型材的粘結(jié)其實(shí)主要是與其表面涂層的粘結(jié)，要確保密封膠與精密鋼型材粘結(jié)牢固，不僅需要密封膠與涂層粘結(jié)牢固，還需要涂層與精密鋼型材之間粘結(jié)牢固，尤其是老化或腐蝕以后，涂層與精密鋼之間能否承受密封膠的拉力，是一個(gè)需要關(guān)注的問(wèn)題。關(guān)于該問(wèn)題目前尚缺乏相關(guān)的研究，而這對(duì)于精密鋼的推廣應(yīng)用非常關(guān)鍵。為了確認(rèn)精密鋼型材與密封膠之間的粘接性以及型材表面涂層的粘接耐久性，我們?cè)O(shè)計(jì)了試驗(yàn)方法，對(duì)精密鋼型材與各種密封膠的粘接性及涂層的粘接耐久性做了一個(gè)初步的研究。

　　2. 試驗(yàn)方法的確定

　　密封膠與精密鋼型材之間的粘結(jié)性可以參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》GB 16776-2005[4]附錄B“實(shí)際工程用基材同密封膠粘結(jié)性試驗(yàn)方法”進(jìn)行剝離粘結(jié)性試驗(yàn)來(lái)確定。

　　而對(duì)于粘結(jié)耐久性，則需要考慮鋼材表面涂層附著力的影響。本試驗(yàn)所用基材按《色漆和清漆拉開(kāi)法附著力試驗(yàn)》GB/T 5210-2006[5]的規(guī)定進(jìn)行涂層附著力測(cè)試，結(jié)果顯示，未老化的情況下，精密鋼型材表面的涂層與鋼材之間的附著力在4MPa以上。(此時(shí)，測(cè)試用環(huán)氧膠與涂層脫開(kāi)，涂層完好，如圖1所示)。這個(gè)附著力已高于硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，這表明在未經(jīng)老化的情況下，涂層與精密鋼型材的附著性能可靠，可以承受和傳遞密封膠的粘結(jié)力。

　　不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，精密鋼型材表面涂層可能發(fā)生老化，其附著力可能會(huì)下降，尤其是在涂層局部劃傷的情況下，鋼材的腐蝕區(qū)域可能會(huì)擴(kuò)展，影響到劃痕周邊區(qū)域涂層的附著力，這將影響到密封膠與精密鋼型材的粘結(jié)耐久性。因此，有必要考察精密鋼型材表面涂層在經(jīng)過(guò)破壞、水煮、泡水以后，是否能夠承受密封膠的剝離力而涂層不被破壞。

　　參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋁合金建筑型材第5部分：噴漆型材》GB/T 5237.5-2017[6]和《鋁合金建筑型材 第4部分：噴粉型材》GB/T 5237.4-2017[7]中規(guī)定了涂層附著性的檢測(cè)方法，包括干附著性、濕附著性和沸水附著性。

　　以GB/T 5237.5-2017為例，干附著性是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《色漆和清漆劃格試驗(yàn)》GB/T 9286-2021[8]的規(guī)定劃格之后，將黏著力大于10 N/25mm的粘膠帶覆蓋在劃格的膜層上，以垂直于膜層表面的角度快速拉起粘膠帶，按照交叉切割區(qū)域的涂層表面脫落程度進(jìn)行評(píng)級(jí)。濕附著性測(cè)試則是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9286-2021的規(guī)定劃格后，置于38 ℃±5℃的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和試驗(yàn)方法》GB/T 6682-2008[9]中規(guī)定三級(jí)水中浸泡24 h，取出并擦干試樣，再按照干附著性的測(cè)試方法進(jìn)行試驗(yàn)并評(píng)級(jí)。沸水附著性則是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9286-2021的規(guī)定劃格后，將試樣懸立于沸水(三級(jí)水)中煮 20 min，取出并擦干試樣，再在5min內(nèi)按照干附著性的測(cè)試方法進(jìn)行試驗(yàn)并評(píng)級(jí)。

圖2 精密鋼型材表面涂層劃格示意圖

　　上述涂層附著性能的檢測(cè)，采用的是黏著力大于10N/25mm的粘膠帶，這個(gè)力不大，目的是測(cè)量涂層可以被輕易剝落（詞條“剝落”由行業(yè)大百科提供）的面積，但是劃格后的涂層能否承受密封膠較大的拉力，該方法無(wú)法給出可靠結(jié)果。

　　本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了將涂層沸水附著性測(cè)試方法與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 16776-2005附錄B“實(shí)際工程用基材同密封膠粘結(jié)性試驗(yàn)方法”相結(jié)合的方案對(duì)精密鋼型材與各種密封膠的粘結(jié)性及涂層的粘結(jié)耐久性做一個(gè)初步的研究。

　　3. 試驗(yàn)

　　3.1主要原料

　　精密鋼型材，表面經(jīng)過(guò)粉末噴涂處理的精密鋼型材，切割成矩形片狀，尺寸約為寬度60mm、長(zhǎng)度不小于150mm，湖南省金為新材料科技有限公司;不銹鋼網(wǎng)，30目，尺寸為長(zhǎng)度約300mm、寬度約25mm、厚度約0.5mm，河北安平鴻昌金屬（詞條“金屬”由行業(yè)大百科提供）網(wǎng)廠;結(jié)構(gòu)密封膠A(單組分，醇型硅酮膠)、結(jié)構(gòu)密封膠B(雙組分，醇型硅酮膠)、耐候密封膠A(單組分，醇型硅酮膠)、耐候密封膠B(單組分，酮肟型硅酮膠)，廣州白云科技股份有限公司;底涂液，底涂液A，廣州白云科技股份有限公司。

　　3.2試驗(yàn)設(shè)備

　　拉力機(jī)：微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(深圳市新三思材料檢測(cè)有限公司)，型號(hào)DXLL-3000。

　　3.3試件制備及養(yǎng)護(hù)

　　3.3.1未劃格處理的精密鋼型材與各種密封膠剝離粘結(jié)性試驗(yàn)的試件制備及養(yǎng)護(hù)

　　按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 16776-2005和《建筑密封材料試驗(yàn)方法第18部分：剝離粘結(jié)性的測(cè)定》GB/T 13477.18-2002[10]中的要求制備剝離粘結(jié)性測(cè)試試件。制備過(guò)程如下：

　　1)清洗精密鋼型材，如果試驗(yàn)方案需要施打底涂，則在基材上涂刷底涂液。

　　2)在粘結(jié)基材頂端橫向放置一條25 mm 寬的遮蔽條，然后將在標(biāo)準(zhǔn)條件下處理過(guò)的試樣涂抹在粘結(jié)基材上(多組分試樣應(yīng)按生產(chǎn)廠家的配合比將各組分充分混合5min后再涂抹)，涂抹面積約為130 mm×30mm，涂抹厚度約2mm。如圖3a，圖3b所示。

　　3)將金屬網(wǎng)放置在密封膠的表面，使得密封膠和金屬網(wǎng)充分地接觸，并把密封膠的高度控制在1.5mm。、如圖3c，圖3d所示。

　　4)在金屬網(wǎng)上面復(fù)涂一層密封膠，并把密封膠的高度控制在3mm，去除兩側(cè)多余的部分，使密封膠的寬度控制在25mm，如圖3e，圖3f所示。

　　采用上述制樣方法，將準(zhǔn)備好的不同密封膠分別與精密鋼型材制作試件，每種密封膠采用兩個(gè)試驗(yàn)方案，分別為“清洗后不施打底涂液”、“清洗后施打底涂液A”，每種方案制作3個(gè)試件。將制作好的試件在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至指定時(shí)間(單組分養(yǎng)護(hù)21天、雙組分養(yǎng)護(hù)14天)，再放入水中泡水7天。

　　3.3.2劃格處理的精密鋼型材涂層粘結(jié)耐久性試驗(yàn)的試件制備及養(yǎng)護(hù)

　　針對(duì)密封膠與精密鋼型材表面涂層之間的粘結(jié)耐久性試驗(yàn)，本研究設(shè)計(jì)了兩個(gè)方法。方法1是先將基材表面涂層劃格后進(jìn)行涂層的沸水附著性測(cè)試，然后將基材與密封膠制成試件并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、泡水之后測(cè)試剝離粘結(jié)性。該方法選擇了對(duì)涂層腐蝕的最不利條件，然后考察處理后涂層承受密封膠剝離力的能力。方法2是先將基材劃格與密封膠制成試件，在養(yǎng)護(hù)、泡水之后再按照沸水附著性測(cè)試的要求煮沸，然后再測(cè)試剝離粘結(jié)性。該方法與實(shí)際應(yīng)用過(guò)程較為接近，密封膠先與受損但未被腐蝕的涂層粘結(jié)，而密封膠實(shí)際對(duì)受損涂層可以起到一定的防腐蝕作用，再對(duì)粘結(jié)了膠的涂層進(jìn)行耐沸水腐蝕測(cè)試，之后檢查其是否能夠承受密封膠的粘結(jié)力。

　　具體的試驗(yàn)過(guò)程如下。

　　方法1：先劃格水煮再施膠，檢測(cè)剝離粘結(jié)性

　　1)按照GB/T 5237.5的要求在精密鋼型材表面涂層進(jìn)行劃格，劃格間距為1mm。將GB/T 6682 規(guī)定的三級(jí)水注入燒杯，在燒杯底部加熱至水沸騰。將試樣懸立于沸水中煮 20 min。試樣應(yīng)保持在水面10 mm 以下，但不能接觸容器底部。在試驗(yàn)過(guò)程中保持水溫不低于 95℃，并隨時(shí)向杯中補(bǔ)充煮沸的 GB/T 6682 規(guī)定的三級(jí)水，以保持水面的高度。煮沸結(jié)束，取出并擦干試樣，再在5min內(nèi)按照GB/T 5237.5中干附著性的測(cè)試方法進(jìn)行試驗(yàn)。

　　2)以上述測(cè)試結(jié)束的精密鋼型材為基材，采用結(jié)構(gòu)密封膠A按照本文3.3.1的過(guò)程制作試件，共采用兩個(gè)試驗(yàn)方案，分別為“清洗后不施打底涂液”、“清洗后施打底涂液A”，每種方案制作3個(gè)試件。將制作好的試件在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)21天，再放入水中泡水7天。

　　方法2：先劃格、施膠，水煮后檢查剝離粘結(jié)性

　　1)按照GB/T 5237.5的要求在精密鋼型材表面涂層進(jìn)行劃格，劃格間距為1mm。將劃格后的基材，采用結(jié)構(gòu)密封膠A按照本文3.3.1的過(guò)程制作試件，共采用兩個(gè)試驗(yàn)方案，分別為“清洗后不施打底涂液”、“清洗后施打底涂液A”，每種方案制作3個(gè)試件。將制作好的試件在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)21天，再放入水中泡水7天。

　　2)在養(yǎng)護(hù)和泡水完成后，將試件按照GB/T 5237.5的要求懸立于沸水中煮 20 min。試樣保持在水面10 mm 以下，但不能接觸容器底部。在試驗(yàn)過(guò)程中保持水溫不低于 95℃，并隨時(shí)向杯中補(bǔ)充煮沸的 GB/T 6682 規(guī)定的三級(jí)水，以保持水面的高度。煮沸結(jié)束后，取出試件。

　　3.4試驗(yàn)步驟

　　3.4.1未劃格處理的精密鋼型材與各種密封膠的剝離粘結(jié)性試驗(yàn)

　　取出試件后，立即將表面擦干。將試料與遮蔽條分開(kāi)，從下邊切開(kāi) 12 mm 試料。將試件裝入拉力試驗(yàn)機(jī)，以50 mm/min 的速度于180方向拉伸金屬絲網(wǎng)使試料從基材上剝離，如圖4所示。記錄剝離時(shí)拉力峰值的平均值(N)，剝離強(qiáng)度(N/mm)和最大剝離力(N)。

　　3.4.2劃格處理的精密鋼型材涂層粘結(jié)耐久性試驗(yàn)

　　針對(duì)方法1和方法2養(yǎng)護(hù)好的試樣，按照3.4.1進(jìn)行剝離粘結(jié)性試驗(yàn)。

　　4、結(jié)果與討論

　　4.1未劃格處理的精密鋼型材與各種密封膠的剝離粘結(jié)性試驗(yàn)

　　剝離粘結(jié)性試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

　　表1中的試驗(yàn)結(jié)果表明：本次使用的精密鋼型材表面的涂層可以與密封膠粘結(jié)良好，不管是結(jié)構(gòu)密封膠還是耐候密封膠均可以形成良好的粘結(jié)，醇型密封膠和酮肟型密封膠粘結(jié)效果也并無(wú)顯著差別。

　　4.2劃格處理的精密鋼型材涂層粘結(jié)耐久性試驗(yàn)

　　采用方法1、方法2的涂層粘結(jié)耐久性試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

　　采用方法1、方法2的涂層粘結(jié)耐久性試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

　　1.采用方法1進(jìn)行劃格試驗(yàn)之后，精密鋼型材表面涂層的沸水附著性按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9286-2021中的分級(jí)要求，可以判定為0級(jí)，涂層交叉切割區(qū)域的邊緣完全平滑，網(wǎng)格內(nèi)無(wú)脫落。

　　2.方法1、方法2進(jìn)行剝離粘結(jié)性測(cè)試之后，精密鋼型材表面的涂層沒(méi)有產(chǎn)生破壞，涂層的粘結(jié)耐久性相對(duì)較好。

　　3. 方法1和方法2在采用同樣的施工方案(例如清洗后不施打底涂液)時(shí)，其剝離強(qiáng)度、峰值平均剝離力基本一致。

　　4. 采用方法1和方法2測(cè)得的峰值平均剝離力、剝離強(qiáng)度、最大剝離力與3.1中未進(jìn)行涂層耐久性試驗(yàn)的結(jié)果基本一致，說(shuō)明本次使用的精密鋼型材的表面涂層耐久性比較好。

　　上述涂層粘結(jié)耐久性試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果表明：上述兩種方法均可以作為精密鋼型材涂層粘結(jié)耐久性的測(cè)試方法，方法1對(duì)涂層的腐蝕條件更為嚴(yán)苛，可以優(yōu)先采用。對(duì)于其他需要受結(jié)構(gòu)密封膠拉力的涂層的粘結(jié)耐久性，也可以采用方法1進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)。

　　需要指出的是，由于涂料種類、涂料批次質(zhì)量、涂裝工藝、涂裝批次質(zhì)量等均對(duì)涂層的附著力、耐久性和與密封膠的粘結(jié)性有較大影響，本試驗(yàn)只能證明試驗(yàn)過(guò)程中所使用的精密鋼型材和密封膠的粘結(jié)耐久性良好。對(duì)于工程實(shí)際應(yīng)用的材料，如需用于結(jié)構(gòu)粘結(jié)，應(yīng)采用方法1進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，確認(rèn)該精密鋼型材與該密封膠的粘結(jié)性和粘結(jié)耐久性。

　　另外，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到，精密鋼型材的切口處在泡水時(shí)會(huì)出現(xiàn)生銹的情況。因此，在實(shí)際的工程應(yīng)用中，需要注意考慮采用合適的方法避免切口處銹蝕的發(fā)生。

　　5、結(jié)論

　　1. 本試驗(yàn)開(kāi)發(fā)了精密鋼型材涂層與密封膠粘結(jié)耐久性的試驗(yàn)方法。該方法將涂層沸水附著性測(cè)試方法與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 16776-2005附錄B“實(shí)際工程用基材同密封膠粘結(jié)性試驗(yàn)方法”相結(jié)合，可以作為評(píng)價(jià)涂裝材料與密封膠粘結(jié)耐久性的試驗(yàn)方法。

　　2. 本試驗(yàn)使用的精密鋼型材表面的涂層可以與密封膠粘結(jié)良好，不管是結(jié)構(gòu)密封膠還是耐候密封膠均可以形成良好的粘結(jié)，醇型密封膠和酮肟型密封膠粘結(jié)效果也并無(wú)顯著差別。

　　3. 本試驗(yàn)使用的精密鋼型材表面涂層與密封膠之間的粘結(jié)良好，能夠承受結(jié)構(gòu)密封膠的拉力;而且涂層與精密鋼型材之間的耐久性能較好，經(jīng)泡水和沸水處理之后仍可承受結(jié)構(gòu)密封膠的拉力。

　　4. 對(duì)于工程實(shí)際應(yīng)用的材料，如需用于結(jié)構(gòu)粘結(jié)，可以采用方法1進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，確認(rèn)該精密鋼型材與該密封膠的粘結(jié)性和粘結(jié)耐久性。

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作者單位：廣州白云科技股份有限公司