一种先进充气中空玻璃用聚硫密封胶的研制及性能评价

2019-11-08 06:01:33 粘接 2019年9期

佘安字 王玉美 焦振峰 白慧 宫祥怡

摘要:通过对比国内GB/T11944《中空玻璃》及欧洲EN1279《建筑用玻璃一中空玻璃》标准,了解到EN1279标准是比国内标准更严格的建筑中空玻璃标准,且满足EN1279标准的聚硫密封胶的有效预期使用寿命比满足GB/T11944的至少长10年;同时,介绍了一种符合EN1279标准充气中空玻璃要求的先进聚硫中空玻璃密封胶的研制及性能评价方法。

关键词:充气中空玻璃;ENl279;聚硫密封胶;研制及性能评价

中图分类号:TQ436+.6 文献标识码:A 文章编号:1001-5922(2019)09-0007-06

随着我国建筑业的不断发展,建筑总能耗也越来越高。中空玻璃作为节能建筑的一部分,如何提升中空玻璃的性能,降低中空玻璃能耗,以及如何延长中空玻璃的有效使用寿命,已成为建筑行业所关注的一个焦点。据卜宇波等多年的工程建监理经验,指出建筑用中空玻璃的制造实施监造,对其制造材料、工艺实施控制,可有效提高中空玻璃的使用寿命,保证建筑用中空玻璃的节能、美观、耐久性等要求。马启元、李少甫等的分析指出建筑中空玻璃出现的过早结露、渗水、边缘开胶甚至外层玻璃坠落事故,多与边缘粘结耐久性和承载力不足有关。目前,欧洲、德国等发达国家对充气式中空的节能要求较高,对低能耗中空的应用较为普遍,相比较而言,他们对充气中空玻璃用外道密封胶的标准研究也比较先进。国内尚无标准对充气中空玻璃用密封胶的性能做出规定。所以,通过解读国外中空玻璃用密封胶的先进标准,确定先进性能要求,并研制一款具有高性能的充气中空玻璃用聚硫密封胶,对节能环保意义重大。

1先进建筑玻璃一中空玻璃单元标准的选定

国内,目前有关中空玻璃用弹性密封胶的产品标准有GB/T 29755-2013。《中空玻璃用弹性密封胶》,以及JG/T 471-2015。《建筑门窗幕墙用中空玻璃弹性密封胶》。GB/T29755-2013标准仅规定了产品满足应用的最低性能要求,未针对不同材料类别(聚硫类、有机硅类或聚氨酯类等)的中空玻璃用弹性密封胶作出具体规定,也未对产品质量持续稳定性和一致性提出要求,缺失密封胶粘接应用必需的技术性能。JG/T 471-2015标准立足于国际先进中空玻璃用弹性密封胶标准,并结合GB/T 29755-2013,对中空玻璃用弹性聚硫密封胶的性能给出了规定。但,这些标准均未对充气式中空玻璃用密封胶性能做出明确规定。

国际上,EN1279《建筑用玻璃一中空玻璃》作为CEN成员和联合王国的国家必须执行的欧洲标准,明确规定,从2003年5月起,这些国家的相关国标必须与该标准一致。该标准不仅规定了密封胶必须要满足的性能要求,还对其性能的稳定性做出了要求,也提供了测试方法确认中空玻璃是否满足这一标准。同时,EN1279-3附录B中明确指出满足本标准的聚硫密封胶的有效使用寿命至少为25年,是目前建筑用中空玻璃标准中可预估寿命较长的方法标准,属于国际上较为先进的建筑用中空玻璃标准。该标准共包含6大部分,文章中涉及聚硫密封胶性能的测试依据EN1279-4,涉及充气中空玻璃性能测试及评价依据EN1279-2、-3进行。

2实验部分

文中共设计了4个不同原胶含量的中空玻璃用外道聚硫密封胶A组分配方:含量分别为25%、30%、35%、40%;并将这4个配方配套同一个B组分,按照质量比A:B=10:1的配比,依据EN 1279-2、-3、-4部分进行检测。

2.1主要原料及耗材

主要原料:液态聚硫橡胶、环保型增塑剂A、环保型增塑剂B、补强型填料、触变剂、增粘剂、促进剂A、促进剂B、MnO2、炭黑;

耗材:浮法玻璃75mm×12mm×6mm、(502±2)mm×(352±2)mm×4mm、12A铝间隔条、MF910G丁基密封膠、3A分子筛。

2.2主要测试仪器

梅特勒电子天平、2L双行星搅拌釜,电子万能试验机,三辊研磨机,恒温鼓风干燥箱,马弗炉,中空玻璃紫外辐照试验箱,可程式恒温恒湿试验箱等。

2.3密封胶的制备工艺

双组分聚硫密封胶A组分的制备工艺:按表1所示的配方量加人2L双行星搅拌釜,搅拌抽真空制得;B组分的制备工艺:按表2所示配方量配料→搅拌釜初混和→三辊研磨机压碾→搅拌抽真空制得。

2.4密封胶的性能测试

2.4.1测试依据

ENl279-4《建筑用玻璃一中空玻璃第四部分:边缘密封胶的物理属性的试验方法》,包含“工”型试样的拉伸粘接性及水蒸气透过率的测试如图1所示。

2.4.2拉伸粘接性试样的制备及处理

规定将密封胶制备成50mmx12mmx12mm的“工”型试样,并依据标准进行4种方式处理后进行拉伸测试:①标准条件养护21d、及按①养护后的各项老化处理:②热处理(60±2)℃×(168±5)h、③标准条件下浸水(168±5)h、④紫外(96±4)h)。

2.4.3拉伸粘接性能要求

规定了拉伸试样在应力一应变曲线的OAB区域内应均无脱粘、无破坏(OAB区域详情如图2所示)。

2.4.4水蒸气透过率测试

依据ENl279-4制备2mm厚的胶样,将水分含量小于5%的分子筛置于水蒸气透过率测试仪的透湿杯中,再将胶样放到透湿杯上,再将透湿杯置于(23±1)℃,相对湿度≥90%的试验箱中,间隔一定的周期称量透湿杯的质量,并绘制时间一质量曲线图,取6个以上的数据连线趋于稳定时,则认为这条直线的斜率为水蒸气透过率。

2.5中空玻璃性能的测试

充氩气中空玻璃的制备:玻璃尺寸(502+2)mm×(352±2)mm×4mm,铝间隔框规格为12A,内道胶为MF910G丁基密封胶,每种胶样制备15件。

2.5.1水汽渗透指数依据EN 1279-2《建筑用玻璃一中空玻璃第二部分:水氣渗透的长期试验方法和试验条件》进行测定

2.5.2气体泄漏率按EN 1279-3《建筑用玻璃一中空玻璃第三部分:气体渗透和气体浓度的公差的长期测试方法和必要条件》进行测定。

3结果与讨论

3.1不同原胶含量对密封胶性能的影响

在A组分配方中,保证其他原料种类及重量不变的情况下,仅改变原胶含量(配方详情如表1所示),配套固定B组分(B组分配方详情如表2所示),依据EN 1279-4测试密封胶性能。

测试项目包含4种条件下的拉伸粘结性实验及水蒸气透过率。不同原胶含量密封胶的拉伸测试数据如表3所示。

由表3数据可知:

1)四个不同原胶含量配方的拉伸试样在应力一应变曲线的OAB区域均无脱粘等任何形式的破坏,满足本部分标准要求。

2)随着A组分中原胶含量由25%递增到35%,制备的工型试样在标准条件及各种老化处理后的拉伸强度均递增,原因是随着原胶含量的增加,密封胶体系的交联度升高,导致拉伸强度的增加,伸长率缩短。

3)当A组分中原胶升高至40%时,体系粘度降低明显,交联后没有足够的填料去填充并支撑交联网状结构的骨架,导致弹性增加,伸长率变长。

4)这四个不同胶含量配方的水蒸气透过率数值相近,说明水蒸气透过率数值大小主要由材料种类决定,同一种材料不同配方的水蒸气透过率数值差别不大。

3.2不同原胶含量聚硫密封胶对充气中空玻璃气体密封耐久性的影响

将A-1#、A-2#、A-3#、A-4#依据EN 1279-3标准要求制备充气中空玻璃样件,要求初始氩气浓度≥85%,并按照本部分要求进行气体密封耐久性的测试。

将充气中空玻璃试件在标准实验室条件下养护2周后,进行如下2个阶段的测试:第一个阶段是从-18%~53℃的一个高低温循环过程,每个循环12h,共28个循环,14d;第二个阶段是T:58%,RH:95%的高温高湿过程,持续4周。测试过程详见图3。

经过以上两个阶段的加速老化以后,测试充气中空玻璃单元中氩气浓度,计算氩气的泄漏率。

由表4数据可知,A-l#、A-2#、A-4#三个配方依据ENl279-3气体密封耐久性测试后,气体泄漏率高于1.00%a-1,不满足标准要求,仅A-3#配方满足。分析原因,可能是A-l#、A-2#这两个配方固化后本体强度不够大,而A-4#这个配方强度够大,但弹性大,均导致高低温交变时由于中空腔的变形致使胶体变形明显,从而导致密封胶孔道变大,气体泄漏量大。

3.3不同原胶含量聚硫密封胶对充气中空玻璃水汽渗透指数的影响

将A-1#、A-2#、A-3#、A-4#四个配方依据ENl279-2标准要求制备充气中空玻璃样件,要求初始氩气浓度i>85%,按照ENl279-2进行加速环境老化后水汽渗透指数的测试。

将试件在标准实验室条件下养护2周后,进行如下2个阶段的测试:第一个阶段是从-18℃~53℃的一个高低温循环过程,每个循环12h,共56个循环,28天;第二个阶段是T:58℃,RH:95%的高温高湿过程,持续7周。测试过程详见图3。

经过以上两个阶段的加速环境老化后,依据ENl279-2测试中空玻璃的水汽渗透指数。

由表5数据,可知,A-1#、A-2#、A-3#、A-4#,四个配方依据ENl279-2进行加速环境老化后,单个水汽渗透指数均≤25%,平均水分渗透指数均≤20%,均满足标准要求;但拉伸强度较高的A-3#配方,其水分渗透指数单个值及均值均小于A-I#、A-2#、A-4#。原因可能是A-3#配方拉伸强度最大,且伸长率适中,能保证充气中空玻璃在经历高低温发生变形时,最大限度的抵御外力,并尽量维持密封胶原有尺寸,保证了气体可泄露通道的尺寸尽量小;同时,伸长率适中,不会因为外道密封胶过度热膨胀而引起内道丁基密封胶的脱粘,从而保证充气中空玻璃良好的气密性及水汽透过率。

4结语

综合文中的测试数据可知:四个配方中仅A-3#配方可完全满足ENl279-2、-3、-4标准要求,综合分析原因是因为该配方的拉伸粘结强度足够大,且伸长率适中,既保证充气中空玻璃在受外力时,具有足够的粘合力,不会与基材发生脱粘,又具有一定的位移变化能力,不会发生胶体断裂或明显的变形,故经过加速环境老化后的气体泄漏率、水汽渗透指数均是A-3#配方最优,从而保证了充气中空玻璃良好的气密性及耐久性,可推断出采用该配方制备的密封胶制备的充气中空玻璃具有更长的使用寿命及应用优势,前景看好。