幕墙用硅酮胶耐久性评价方法研究

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　　摘要：本文介绍了两种幕墙用硅酮胶耐久性的评价方法。通过人工加速老化试验，考察光照、温度、湿度、腐蚀介质等的一种、多种或多种因素协同作用环境对密封胶产品性能的影响。老化过程中周期性地取样测试各项性能，采用老化速率法和变异系数法对老化试验结果进行处理，得到密封胶的耐久性顺序和对老化条件的敏感程度。由此，综合评价幕墙用硅酮胶的耐久性。

　　关键词：硅酮胶;人工加速老化试验;老化速率法;变异系数法;耐久性

　　前言

　　幕墙因其美观、节能、易维护等诸多优点而得到越来越广泛的应用，从上世纪80年代发展至今，我国已成为世界上幕墙使用面积最大的国家[1]。幕墙使用的材料主要包括：面板、粘结密封材料、连接件和支撑件等。其中，硅酮胶作为最主要的粘结密封材料之一，起结构粘结作用，同时传递并承担主体结构（词条“主体结构”由行业大百科提供）的应力[2]。随着使用时间的增加，密封胶会发生粘结强度和变形能力等力学性的劣化，一旦结构密封胶失效，就会导致整个幕墙系统的失效，甚至产生漏气、漏水、脱落等安全事故的发生，密封胶的耐久性直接影响幕墙的安全[3]。因此，密封胶的耐久性受到越来越广泛的关注。

　　目前，还没有关于幕墙硅酮胶耐久性的评价指标和测试方法标准，现阶段国内基本都是以各种老化试验方法为研究手段，如(光照、温度、湿度、腐蚀介质)等加速密封胶老化，从而研究胶体的性能演化，评估其耐久性[4]。

　　本研究通过室内人工加速老化试验，分别考察热、光照(紫外线)、人工气候老化三种老化条件对硅酮胶性能的影响。以拉伸强度、断裂伸长率和邵氏A硬度(以下简称硬度)为性能考察指标，采用老化速率法和变异系数法两种方法对老化试验结果进行处理，得到硅酮胶耐久性顺序和对老化条件的敏感程度，从而建立有效的硅酮胶耐久性评价体系，为幕墙硅酮胶的耐久性评价提供可靠的技术支持，对提高幕墙工程安全性具有重要的现实意义。

　　1. 实验部分

　　1.1 实验材料

　　单组分硅酮胶，样品1#;

　　1.2 试验仪器设备及实验条件

　　1.2.1 试验仪器设备

表1.1 试验仪器及设备

　　1.2.2 老化试验条件

　　热老化：恒温干燥箱(70±2)℃;

　　紫外老化：UV-340nm，300W，(40±2)℃紫外老化试验箱;

　　人工气候老化：GB/T 1865-2009 《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射（词条“辐射”由行业大百科提供）曝露滤过的氙灯辐射》人工气候老化循环A(如表1.2)，试验箱体温度为(38±3)℃。

表1.2 人工气候老化循环

　　1.3 试样的制备、老化和测试

　　1.3.1试样制备

　　基材为符合GB/T 13477.1-2002《建筑密封材料试验方法第1部分: 试验基材的规定》规定的水泥砂浆基材。

　　按照GB/T 13477.8-2017 《建筑密封材料试验方法第8部分：拉伸（词条“拉伸”由行业大百科提供）粘接性的测定》制备试样，按照A法(标准条件下放置28d)处理试样。

　　1.3.2 试样老化

　　将处理好的试样置于上述三种不同老化条件下，老化时间分别为0h(初始性能)、500h、1000h、2000h、3000h时周期性取样进行测试。

　　1.3.3 试样测试

　　拉伸强度（词条“强度”由行业大百科提供）和断裂伸长率：按照GB/T 13477.8-2017 《建筑密封材料试验方法第8部分：拉伸粘接性的测定》进行测试;

　　硬度：按照 GB/T 531.1-2008 《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法(邵尔硬度)》进行测试。

　　2. 老化试验结果

　　上述三种不同老化条件不同老化时间时，分别周期性取样(500h、1000h、2000h、3000h)，测试试样的拉伸强度、断裂伸长率和硬度，每个测试3个试件，结果取平均值，测试结果如表2.1所示。

表2.1 样品1#老化试验结果

　　3. 耐久性评价

　　3.1 老化速率法

　　老化速率是指老化试验后某性能的变化率与老化经历的时间之比。按式(3-1)计算：

　　老化速率法是常用的比较材料老化性能的方法。其特点是仅考虑老化试验的起止点，对老化期间性能的波动不予考察。另外从计算出的数值可明显看出性能的趋势，即是降低还是增长(正号或负号)，及每单位时间性能的变化率，结果较为直观。通过对老化速率计算结果进行排序，可以相对比较试验材料的耐久性能顺序。

　　计算热老化、紫外老化和人工气候老化试验不同老化时间时各性能的老化速率，如表3.1所示。老化速率越小，表明材料耐久性越好。正负值表示对初始状态的偏离，因此可对绝对值进行比较。比较各个性能绝对值总平均值，并进行排序，得到硅酮胶样品的耐久性顺序如表3.2所示。

表3.1样品1#老化速率(%/h)结果

表3.2样品1#老化速率法排序结果

　　由上述老化速率法排序结果可得出，拉伸强度的耐久性顺序：热老化>紫外老化>人工气候老化;断裂伸长率的耐久性顺序：紫外老化>人工气候老化>热老化;硬度的耐久性顺序：人工气候老化>紫外老化>热老化;以老化速率总均值评价密封胶综合性能的耐久性顺序：紫外老化>热老化>人工气候老化。综合可得试样1#的耐紫外老化性能最佳。

　　3.2 变异系数法

　　老化速率法是常用的比较材料老化性能的指标，但仅考虑老化试验的起终点，对老化期间性能的波动不予考虑。硅酮胶在经受老化实验时，由于其不同的老化机理，材料性能波动的形式和状态因不同样品而异。硅酮胶的老化实际上是一个持续交联与分解两个过程竞争的平衡[5]。从实测数据的曲线来看，均呈波浪式起伏，波动可能由于多种因素造成。因此，考虑到标准偏差可表征各样品之间的波动，本研究选用标准偏差和平均值的比值作为评价方法也称变异系数法，计算公式如3-2、3-3和3-4所示。

　　将试样不同老化时间的某一性能数据取算术平均值，并计算其标准偏差。然后以变异系数的计算结果进行综合评价。比值越小，表明密封胶性能随老化时间的增加而变化波动小;比值越大，表明密封胶性能随老化时间的变化波动较大。波动大小可反映密封胶老化的敏感程度。因此，计算出样品的变异系数如表3.3所示，通过将不同样品的变异系数进行对比，得出样品的耐久性顺序和对老化条件的敏感程度，如表3.4所示。

表3.3 样品1#变异系数(S/A)评定结果

表3.4 样品1#变异系数(S/A)排序结果

　　由上述变异系数法排序结果可得出，拉伸强度的耐久性顺序：紫外老化>热老化>人工加速老化;断裂伸长率的耐久性顺序：紫外老化>热老化>人工气候老化;硬度的耐久性顺序：人工气候老化>热老化>紫外老化;以老化系数平均值评价密封胶综合性能的耐久性顺序：紫外老化>热老化>人工气候老化。综合可得样品1#的耐紫外老化性能最佳，对人工气候老化条件最为敏感。

　　3.3 二种方法的比较

　　将老化速率绝对值总平均值和变异系数总平均值作比较并排序，结果如下表3.5所示。

表3.5老化速率法和变异系数法对老化结果的排序

　　比较上述两种评价方法，得到的结果完全相同，耐久性顺序均是：紫外老化>热老化>人工气候老化。但老化速率法和变异系数法得到的结果并不总是完全相同的，这是因为老化速率法选定性能指标时，仅仅用某一个固定起始点时间的老化结果评价密封胶的耐久性有时会得出与实际不符的结论。而变异系数法引入标准偏差-平均值作为评价硅酮胶耐久性的方法，考虑了老化过程中性能的波动情况，得到的结果是科学合理的。因此，变异系数法作为评价幕墙用硅酮胶耐久性的方法是具有实际意义的，弥补了老化速率法的不足。

　　4结语

　　(1)通过人工加速老化试验方法对幕墙用硅酮胶进行耐久性研究，采用老化速率法，计算各性能的老化速率绝对值总平均值，并进行排序，得到硅酮胶的耐久性顺序。

　　(2)采用变异系数法，计算硅酮胶各性能的变异系数和变异系数平均值，并进行排序，得到硅酮胶的耐久性顺序和对老化条件的敏感程度。

　　(3)由老化速率法和变异系数法处理老化试验所得结果，综合评价幕墙用硅酮胶的耐久性。

　　(4)本研究幕墙用硅酮胶(样品1#)耐久性评价示例中，采用老化速率法和变异系数法，得到的结果完全相同，耐久性顺序均是：紫外老化>热老化>人工气候老化。由变异系数法得出，对老化条件的敏感程度：人工气候老化条件>热老化>紫外老化。

　　参考文献

　　[1] 徐勤, 刘雄. 红外光谱法、热失重分析法在门窗幕墙工程检测中的应用[J]. 建设科技, 2014(17):83-85.

　　[2] 程鹏, 邢凤群, 郭月萍. 硅酮结构密封胶耐久稳定性（词条“稳定性”由行业大百科提供）及玻璃幕墙质量控制措施[J]. 粘接, 2015(12):78-81.

　　[3] 孙与康. 玻璃幕墙用硅酮胶耐候性及现场检测技术的研究[D]. 中国建筑材料科学研究总院.2018

　　[4] 刘军进. 幕墙用密封胶加速老化试验方法研究[J]. 中国胶粘剂（词条“胶粘剂”由行业大百科提供）2018(8):434-437.

　　[5] 丁苏华. 建筑密封材料的老化试验与耐久性研究[D]. 郑州大学, 2006.