关于二甲基硅油对硅酮建筑密封胶性能的影响
来源:360 作者:强力化工 发布时间:2023-06-16 15:11 阅读次数:2749
研究了不同含量的二甲基硅油对硅酮建筑密封胶性能的影响。结果表明,适当添加二甲基硅油可以提高密封胶产品的伸长率、改善其弹性、提高其抗位移能力;然而,当二甲基硅油含量超过 20%时,会逐渐出现密封胶拉伸强度下降、下垂度过大及对基材粘结性不良等问题。因此,在实际使用过程中需合理设计二甲基硅油的添加量,以保证密封胶的综合性能。
       硅酮密封胶是以聚二甲基硅氧烷为主要原料,加入适量的填料、增塑剂、交联剂、偶联剂及催化剂等助剂制成,室温下通过与空气中的水发生反应形成交联网状结构,进而固化形成弹性硅橡胶  。

       硅酮密封胶作为一种重要的建筑密封材料,因其施工操作简便、固化后形成的弹性体具有优异的耐紫外光和耐高低温性能、与大部分建筑基材粘接良好,被广泛地应用于各类隐框玻璃幕墙、半隐框玻璃幕墙、铝板幕墙及中空玻璃的结构粘接,石材幕墙的粘接密封,门窗填缝及室内装饰装修等领域  。按照应用方式不同,硅酮建筑密封胶主要分为两类:结构胶和接缝胶。而在性能要求方面,弹性是其重要的力学性能指标之一,特别是对于具有较高位移能力要求的接缝胶。要保证密封胶具有良好的弹性,除了在配方设计时调节基础聚合物与粉体及助剂的种类和比例外,增塑剂的用量比例至关重要。


       聚二甲基硅氧烷俗称二甲基硅油,为无色透明液体,具有良好的耐热寒性,可在-50~200 ℃条件下长期使用,保持化学性能稳定、物理性能优良;具有与硅酮密封胶主体聚合物相同的分子结构(以硅氧烷为主链),与硅酮密封胶体系相容性良好,常被作为稀释剂或增塑剂添加到室温硫化(RTV)硅橡胶中 。因此,本文系统研究了不同含量的二甲基硅油在脱醇型、脱酮肟型硅酮建筑密封胶中的增塑效果,重点考察了密封胶的表干时间、下垂度、力学性能及粘结性能随二甲基硅油含量的变化规律。
       1.1 二甲基硅油对密封胶表干时间的影响表干时间反映密封胶的固化状态,是硅酮建筑密封胶施工性能的重要指标之一;可以表征施工所需的修整时间,表干时间越快,则施工修整时间越短。标准GB/T 14683—2017《硅酮和改性硅酮建筑密封胶》中要求硅酮密封胶标准条件下[温度(23±2)℃,相对湿度(50±10)%]的表干时间应在 180min内。二甲基硅油含量对硅酮密封胶表干时间的影响。可以发现,随二甲基硅油含量的增加,密封胶的表干时间延长;二甲基硅油含量越高,密封胶表干越慢,表现为表干时间的明显增加。这是由于二甲基硅油不含有反应性基团,不参与硅酮密封胶体系的固化交联反应,且二甲基硅油具有一定的迁移性,会迁移至界面,使得密封胶表面的交联剂浓度相对降低,从而导致交联固化速度变慢。当二甲基硅油含量较低时,对密封胶表面交联剂浓度影响不明显;当二甲基硅油含量较高时,密封胶表面交联剂浓度显著降低,从而表干时间明显延长。

       对比脱醇型硅酮密封胶与脱肟型硅酮密封胶的表干时间可以发现,不含二甲基硅油时,脱醇型密封胶的表干时间约为脱肟型密封胶表干时间的两倍;当二甲基硅油含量增至体系的50%时,脱醇型密封胶的表干时间约为脱肟型密封胶表干时间的 3 倍。由此推断,脱醇型硅酮密封胶的表干时间更易受到二甲基硅油含量的影响。这可能是由于两种密封胶采用的交联剂的活性差异导致的,具体来说交联剂的水解活性越高,制得的密封胶表干时间, 二甲基硅油对密封胶表干时间越短、消粘越快。脱醇型密封胶的交联剂水解活性远低于脱肟型密封胶的交联剂,因此其表干时间明显更长;而随二甲基硅油含量的增加,表干时间也更容易变慢。


      1.2 二甲基硅油对密封胶下垂度的影响下垂度反映了密封胶的流变性能,也是硅酮建筑密封胶施工性能的重要指标之一;表征胶缝的抗垂流性能,下垂度越小,施工后胶缝越不容易发生变形流淌;特别是对于垂直竖缝或倒挂的水平横缝,必须确保密封胶抗垂流性能优良。在密封胶体系中添加适量的二甲基硅油,不会影响其下垂度;当二甲基硅油含量增加到 30%以上时,密封胶下垂度明显增大,尤其表现在垂直方向测试的胶缝上。此外,对比脱醇型和脱肟型密封胶,二甲基硅油对二者下垂度的影响无明显差异。

     1.3 二甲基硅油对密封胶拉伸力学性能的影响拉伸粘结性能是密封胶重要的力学性能指标,包括拉伸强度、最大强度伸长率及粘结性。拉伸强度表征密封胶承受荷载的能力,是硅酮建筑结构胶最关键的性能指标;最大强度伸长率表征密封胶的弹性,一定程度上关系到密封胶的抗位移能力,是建筑接缝胶开发过程中需要关注的重要指标。密封胶的拉伸力学性能主要通过两方面实现:首先,由密封胶的主体聚合物(107 胶)与交联剂在催化剂的作用下吸收空气中的水分反应固化为弹性体,从而具备一定的强度和弹性等力学性能;其后,如需进一步提升密封胶的力学性能,则需要加入碳酸钙、白炭黑等填料进行补强,同时加入增塑剂改善密封胶体系的相容性。

      1.4 二甲基硅油对密封胶粘结性能的影响粘结性是密封胶实现防水、密封等基本功能的首要性能,获得并保持长期的粘结性是密封胶耐久使用的首要条件。当二甲基硅油含量低于 10%时,密封胶与基材之间表现出良好的粘结性能;当二甲基硅油含量超过 10%时,密封胶产品逐渐出现粘结不良现象;当二甲基硅油含量达到 50%时,密封胶产品甚至对基材完全不粘,二甲基硅油的加入严重影响了密封胶与基材的粘结性能。这是由于二甲基硅油对密封胶体系属于惰性物质,游离于密封胶体系中,且具有一定的迁移性。当二甲基硅油含量较多时,一方面处于密封胶与基材粘结界面的二甲基硅油含量相对较高;另一方面,密封胶体系中的二甲基硅油也容易迁移富集至粘结界面,从而影响界面的粘接。基于上述分析,当二甲基硅油添加量低于 10%时,既可以有效改善密封胶的弹性,也不会影响密封胶的粘结性能。


      1)随着二甲基硅油含量的增加,密封胶的表干变慢;二甲基硅油量含量越大,密封胶的表干时间越长;相对脱肟型密封胶,二甲基硅油对脱醇型密封胶表干时间的影响更加显著。
      2)随着二甲基硅油含量的增加,密封胶的抗变形流淌性变差,表现为下垂度增大;二甲基硅油含量越大,密封胶的下垂度越高;二甲基硅油对脱醇型密封胶与脱肟型密封胶下垂度的影响无明显差异。
      3)随着二甲基硅油含量的增加,密封胶的拉伸强度呈现下降趋势;二甲基硅油添加量为 20%~30%时,密封胶的拉伸强度出现大幅下降。二甲基硅油对脱醇型密封胶与脱肟型密封胶拉伸强度的影响无明显差异。
      4)随着二甲基硅油含量的增加,密封胶的伸长率呈现上升趋势;二甲基硅油含量超过 20%时,密封胶伸长率的提升幅度趋于平缓。相对脱肟型密封胶,二甲基硅油对脱醇型密封胶伸长率的提升效果更加明显。

      5)当二甲基硅油含量低于 10%时,密封胶与基材之间粘接良好;当二甲基硅油含量超过 10%时,密封胶与基材之间的粘接逐渐出现问题;当二甲基硅油添加量超过 50%时,甚至出现密封胶与基材完全不粘现象。

     综合考虑,建议在实际的密封胶配方设计中,二甲基硅油含量低于 20%,可在保证密封胶力学性能及粘结性能的前提下,有效地提升产品的弹性。

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