幕墻用硅酮膠耐久性評價方法研究

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　　摘要：本文介紹了兩種幕墻用硅酮膠耐久性的評價方法。通過人工加速老化試驗，考察光照、溫度、濕度、腐蝕介質等的一種、多種或多種因素協同作用環境對密封膠產品性能的影響。老化過程中周期性地取樣測試各項性能，采用老化速率法和變異系數法對老化試驗結果進行處理，得到密封膠的耐久性順序和對老化條件的敏感程度。由此，綜合評價幕墻用硅酮膠的耐久性。

　　關鍵詞：硅酮膠;人工加速老化試驗;老化速率法;變異系數法;耐久性

　　前言

　　幕墻因其美觀、節能、易維護等諸多優點而得到越來越廣泛的應用，從上世紀80年代發展至今，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密封材料之一，起結構粘結作用，同時傳遞并承擔主體結構（詞條“主體結構”由行業大百科提供）的應力[2]。隨著使用時間的增加，密封膠會發生粘結強度和變形能力等力學性的劣化，一旦結構密封膠失效，就會導致整個幕墻系統的失效，甚至產生漏氣、漏水、脫落等安全事故的發生，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注。

　　目前，還沒有關于幕墻硅酮膠耐久性的評價指標和測試方法標準，現階段國內基本都是以各種老化試驗方法為研究手段，如(光照、溫度、濕度、腐蝕介質)等加速密封膠老化，從而研究膠體的性能演化，評估其耐久性[4]。

　　本研究通過室內人工加速老化試驗，分別考察熱、光照(紫外線)、人工氣候老化三種老化條件對硅酮膠性能的影響。以拉伸強度、斷裂伸長率和邵氏A硬度(以下簡稱硬度)為性能考察指標，采用老化速率法和變異系數法兩種方法對老化試驗結果進行處理，得到硅酮膠耐久性順序和對老化條件的敏感程度，從而建立有效的硅酮膠耐久性評價體系，為幕墻硅酮膠的耐久性評價提供可靠的技術支持，對提高幕墻工程安全性具有重要的現實意義。

　　1. 實驗部分

　　1.1 實驗材料

　　單組分硅酮膠，樣品1#;

　　1.2 試驗儀器設備及實驗條件

　　1.2.1 試驗儀器設備

表1.1 試驗儀器及設備

　　1.2.2 老化試驗條件

　　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”由行業大百科提供）曝露濾過的氙燈輻射》人工氣候老化循環A(如表1.2)，試驗箱體溫度為(38±3)℃。

表1.2 人工氣候老化循環

　　1.3 試樣的制備、老化和測試

　　1.3.1試樣制備

　　基材為符合GB/T 13477.1-2002《建筑密封材料試驗方法第1部分: 試驗基材的規定》規定的水泥砂漿基材。

　　按照GB/T 13477.8-2017 《建筑密封材料試驗方法第8部分：拉伸（詞條“拉伸”由行業大百科提供）粘接性的測定》制備試樣，按照A法(標準條件下放置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，老化時間分別為0h(初始性能)、500h、1000h、2000h、3000h時周期性取樣進行測試。

　　1.3.3 試樣測試

　　拉伸強度（詞條“強度”由行業大百科提供）和斷裂伸長率：按照GB/T 13477.8-2017 《建筑密封材料試驗方法第8部分：拉伸粘接性的測定》進行測試;

　　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方法第1部分：邵氏硬度計法(邵爾硬度)》進行測試。

　　2. 老化試驗結果

　　上述三種不同老化條件不同老化時間時，分別周期性取樣(500h、1000h、2000h、3000h)，測試試樣的拉伸強度、斷裂伸長率和硬度，每個測試3個試件，結果取平均值，測試結果如表2.1所示。

表2.1 樣品1#老化試驗結果

　　3. 耐久性評價

　　3.1 老化速率法

　　老化速率是指老化試驗后某性能的變化率與老化經歷的時間之比。按式(3-1)計算：

　　老化速率法是常用的比較材料老化性能的方法。其特點是僅考慮老化試驗的起止點，對老化期間性能的波動不予考察。另外從計算出的數值可明顯看出性能的趨勢，即是降低還是增長(正號或負號)，及每單位時間性能的變化率，結果較為直觀。通過對老化速率計算結果進行排序，可以相對比較試驗材料的耐久性能順序。

　　計算熱老化、紫外老化和人工氣候老化試驗不同老化時間時各性能的老化速率，如表3.1所示。老化速率越小，表明材料耐久性越好。正負值表示對初始狀態的偏離，因此可對絕對值進行比較。比較各個性能絕對值總平均值，并進行排序，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)結果

表3.2樣品1#老化速率法排序結果

　　由上述老化速率法排序結果可得出，拉伸強度的耐久性順序：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價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 變異系數法

　　老化速率法是常用的比較材料老化性能的指標，但僅考慮老化試驗的起終點，對老化期間性能的波動不予考慮。硅酮膠在經受老化實驗時，由于其不同的老化機理，材料性能波動的形式和狀態因不同樣品而異。硅酮膠的老化實際上是一個持續交聯與分解兩個過程競爭的平衡[5]。從實測數據的曲線來看，均呈波浪式起伏，波動可能由于多種因素造成。因此，考慮到標準偏差可表征各樣品之間的波動，本研究選用標準偏差和平均值的比值作為評價方法也稱變異系數法，計算公式如3-2、3-3和3-4所示。

　　將試樣不同老化時間的某一性能數據取算術平均值，并計算其標準偏差。然后以變異系數的計算結果進行綜合評價。比值越小，表明密封膠性能隨老化時間的增加而變化波動小;比值越大，表明密封膠性能隨老化時間的變化波動較大。波動大小可反映密封膠老化的敏感程度。因此，計算出樣品的變異系數如表3.3所示，通過將不同樣品的變異系數進行對比，得出樣品的耐久性順序和對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(S/A)評定結果

表3.4 樣品1#變異系數(S/A)排序結果

　　由上述變異系數法排序結果可得出，拉伸強度的耐久性順序：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;以老化系數平均值評價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

　　將老化速率絕對值總平均值和變異系數總平均值作比較并排序，結果如下表3.5所示。

表3.5老化速率法和變異系數法對老化結果的排序

　　比較上述兩種評價方法，得到的結果完全相同，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法得到的結果并不總是完全相同的，這是因為老化速率法選定性能指標時，僅僅用某一個固定起始點時間的老化結果評價密封膠的耐久性有時會得出與實際不符的結論。而變異系數法引入標準偏差-平均值作為評價硅酮膠耐久性的方法，考慮了老化過程中性能的波動情況，得到的結果是科學合理的。因此，變異系數法作為評價幕墻用硅酮膠耐久性的方法是具有實際意義的，彌補了老化速率法的不足。

　　4結語

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

　　(2)采用變異系數法，計算硅酮膠各性能的變異系數和變異系數平均值，并進行排序，得到硅酮膠的耐久性順序和對老化條件的敏感程度。

　　(3)由老化速率法和變異系數法處理老化試驗所得結果，綜合評價幕墻用硅酮膠的耐久性。

　　(4)本研究幕墻用硅酮膠(樣品1#)耐久性評價示例中，采用老化速率法和變異系數法，得到的結果完全相同，耐久性順序均是：紫外老化>熱老化>人工氣候老化。由變異系數法得出，對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

　　[1] 徐勤, 劉雄. 紅外光譜法、熱失重分析法在門窗幕墻工程檢測中的應用[J]. 建設科技, 2014(17):83-85.

　　[2] 程鵬, 邢鳳群, 郭月萍. 硅酮結構密封膠耐久穩定性（詞條“穩定性”由行業大百科提供）及玻璃幕墻質量控制措施[J]. 粘接, 2015(12):78-81.

　　[3] 孫與康. 玻璃幕墻用硅酮膠耐候性及現場檢測技術的研究[D]. 中國建筑材料科學研究總院.2018

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

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