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　　前 言
　　硅酮結(jié)構(gòu)膠作為幕墻或其它結(jié)構(gòu)粘結(jié)裝配用材料，廣泛用于板材與金屬構(gòu)架、板材與板材、板材與玻璃肋之間的結(jié)構(gòu)粘結(jié)[1,2]。在整個幕墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，板材、金屬材料、玻璃材料的使用壽命較長，而硅酮結(jié)構(gòu)膠作為有機高分子材料，它的使用壽命相對其它材料而言較低。因此，我們非常關(guān)心影響硅酮結(jié)構(gòu)膠使用壽命的因素。
　　硅酮結(jié)構(gòu)膠的使用壽命與影響其老化的因素有關(guān)。它在使用過程中，不可避免要受到紫外線、熱、機械應(yīng)力等外界因素的影響[3]，使密封膠的內(nèi)部發(fā)生物理或化學(xué)變化，性能變差，慢慢喪失其應(yīng)起的作用。采用自然老化試驗來衡量密封膠的使用壽命是最好的方法，但是試驗周期長，環(huán)境條件無法控制，且每個地區(qū)的環(huán)境因素有所不同，各個影響因素?zé)o法分離研究，無法掌握老化的規(guī)律。要在短時間內(nèi)完成測試是一件不可能的事情。因此，人們往往采用人工加速老化的試驗方法在實驗室中來評價密封膠的使用壽命。人工加速老化試驗就是通過強化試驗條件，加快老化進(jìn)程，大幅度縮短測試周期，很快獲得測試結(jié)果的方法。所以，在人工加速老化試驗中，我們首先要知道材料在實際應(yīng)用過程中對老化影響的因素，然后通過一系列綜合的測試方法來模擬其在自然界中的影響因素，以此獲得密封膠使用壽命的客觀評價。
　　歐盟標(biāo)準(zhǔn)ETAG 002《結(jié)構(gòu)密封膠裝配系統(tǒng)技術(shù)審核指南》和EN 15434《建筑用玻璃-結(jié)構(gòu)或抗紫外線密封膠》在對硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的人工加速老化試驗方法上比較多[4,5]?？疾炝斯柰Y(jié)構(gòu)膠在受到水-紫外線輻照、鹽霧、酸霧、清潔劑、高溫等環(huán)境因素方面的影響，在機械應(yīng)力上，檢測了拉伸試驗、剪切試驗、撕裂試驗、機械疲勞、蠕變等力學(xué)性能方面的性能。在評價硅酮結(jié)構(gòu)膠老化后的性能，不僅僅要求性能指標(biāo)不小于某一值，而且還要求性能的衰減速率不能太快，要至少保持標(biāo)準(zhǔn)條件下性能的75%。
　　本文針對硅酮結(jié)構(gòu)膠在工程中的實際應(yīng)用情況及其受到影響老化性能的條件，通過實驗分析了對密封膠使用壽命的影響因素。結(jié)合歐盟標(biāo)準(zhǔn)對硅酮結(jié)構(gòu)膠的檢測方法，科學(xué)、合理來評價硅酮結(jié)構(gòu)膠的使用壽命。
　　1. 實驗部分
　　1.1  試驗原料
　　硅酮結(jié)構(gòu)密封膠是從市場上取得的國內(nèi)外知名企業(yè)生產(chǎn)銷售的產(chǎn)品，然后按照標(biāo)準(zhǔn)試驗條件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
　　1.2  性能測試
　　硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的性能測試按照GB 16776-2005、ETAG 002、EN 15434的檢測方法進(jìn)行測試。
　　2. 結(jié)果與討論
　　2.1  影響硅酮結(jié)構(gòu)膠使用壽命的因素
　　2.1.1 環(huán)境因素對硅酮結(jié)構(gòu)膠使用壽命的影響
　　圖1為硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的拉伸粘結(jié)強度與紫外光照射時間的關(guān)系。從圖1中可以看到，硅酮結(jié)構(gòu)膠固化后，在純紫外光的連續(xù)照射下，在初始階段， 最大拉伸粘結(jié)強度略有升高，然后下降。隨后，隨著時間的增加，其最大拉伸粘結(jié)強度基本保持不變。這說明了硅酮結(jié)構(gòu)膠在純紫外光的連續(xù)照射下其拉伸粘結(jié)性能變化不大。這是由于硅酮結(jié)構(gòu)膠的主要基本組成為107硅橡膠（羥基封端聚二甲基硅氧烷）），分子結(jié)構(gòu)以硅-氧化學(xué)鍵為主，其化學(xué)鍵能比紫外光的能量大。所以，紫外光產(chǎn)生的能量很難打斷硅氧化學(xué)鍵。這也是硅酮結(jié)構(gòu)膠具有較長使用壽命的主要原因。
 

　　圖2為在水-紫外光共同作用下照射時間與硅酮密封膠壽命的關(guān)系。牌號1、2、3、4均為硅酮結(jié)構(gòu)膠。從圖2可以看到，在水與紫外光的共同作用下，硅酮結(jié)構(gòu)膠體現(xiàn)出的壽命出現(xiàn)明顯的差別。對于牌號4產(chǎn)品，在經(jīng)過700小時的共同作用下，硅酮結(jié)構(gòu)膠與基材就出現(xiàn)了粘結(jié)破壞；對于牌號3產(chǎn)品，只經(jīng)過了300小時的時間，硅酮結(jié)構(gòu)膠與基材就出現(xiàn)了粘結(jié)問題；而對于牌號2產(chǎn)品和牌號1產(chǎn)品，經(jīng)過2500小時的作用，硅酮結(jié)構(gòu)膠仍然能夠保持其性能。結(jié)合圖1和圖2，這就說明了在硅酮結(jié)構(gòu)膠在水和紫外光的共同作用下，不同產(chǎn)品的使用壽命就會出現(xiàn)巨大差異。因此，對于硅酮結(jié)構(gòu)膠性能的考察，要從多方面進(jìn)行。
 

    圖3為在浸水的條件下浸泡時間與硅酮密封膠壽命的關(guān)系。牌號1、2、3、4均為硅酮結(jié)構(gòu)膠。從圖中可以看到，在水的連續(xù)作用下，牌號4產(chǎn)品僅僅經(jīng)過7天的時間，硅酮密封膠與基材就出現(xiàn)了脫粘現(xiàn)象，不能夠使用；對于牌號3產(chǎn)品，經(jīng)過浸水63天的時間，硅酮密封膠與基材之間就出現(xiàn)了問題；而對于牌號2產(chǎn)品、牌號1產(chǎn)品，在水中浸泡13個月，密封膠仍然能夠保持其良好的性能。這說明同為硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，但是抵抗浸水的時間是有很大差別的。
 

　　2.1.2  機械應(yīng)力對硅酮結(jié)構(gòu)膠使用壽命的影響
　　圖4為不同牌號的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在不用作用力下的拉伸粘結(jié)強度。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠用作在結(jié)構(gòu)裝配系統(tǒng)中時，是要承受各種作用力的。圖4中硅酮結(jié)構(gòu)膠是在標(biāo)準(zhǔn)狀況下充分養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行的三項力學(xué)性能測試——拉伸作用力、剪切作用力和撕裂作用力。黑色的柱狀圖代表硅酮結(jié)構(gòu)膠受到的拉伸作用力，從圖中可以看到，六種牌號的硅酮結(jié)構(gòu)膠的最大拉伸粘結(jié)強度不一樣，最低的如牌號4所示，為0.82MPa；最大的拉伸粘結(jié)強度為牌號5產(chǎn)品，為1.49MPa。對于硅酮結(jié)構(gòu)膠受到的剪切強度和撕裂強度而言，最小的強度和最大的強度分別為牌號4和牌號5。但是對于同一牌號的硅酮結(jié)構(gòu)膠，體現(xiàn)在拉伸強度、剪切強度和撕裂強度的大小上就不一樣了。對于牌號1、2、4，最大的強度為拉伸強度；對于牌號5、6，最大的強度為剪切強度；對于牌號3，最大的強度為撕裂強度。這說明了不同的硅酮結(jié)構(gòu)膠在最大粘結(jié)強度上體現(xiàn)出來所承受的作用力方式是不同的。
 

　　圖5分別為不同牌號的硅酮結(jié)構(gòu)膠在標(biāo)準(zhǔn)條件下和高溫條件下受到的剪切作用力。從圖5中可以看到，硅酮結(jié)構(gòu)膠在標(biāo)準(zhǔn)條件下不同牌號的密封膠體現(xiàn)出來的剪切強度大小不一樣。經(jīng)過高溫剪切后，相對在標(biāo)準(zhǔn)條件下，剪切強度均有所降低，但是所降低的幅度大小一同。如牌號3、5、6產(chǎn)品的密封膠降低的幅度較大，而牌號1、2、4產(chǎn)品的密封膠降低的幅度較小。這說明了硅酮結(jié)構(gòu)膠在不同條件下體現(xiàn)剪切性能是不一樣的。
 

　　2.2  解決硅酮結(jié)構(gòu)膠使用壽命的辦法
　　硅酮結(jié)構(gòu)膠在實際應(yīng)用過程中受到的環(huán)境條件和機械應(yīng)力非常復(fù)雜。因此，我們需要對影響其老化的因素進(jìn)行綜合的測試和分析。歐盟標(biāo)準(zhǔn)ETAG 002《結(jié)構(gòu)密封膠裝配系統(tǒng)技術(shù)審核指南》和EN 15434《建筑用玻璃-結(jié)構(gòu)或抗紫外線密封膠》中對硅酮結(jié)構(gòu)膠的檢測項目非常多，而且具有合理性。具體體現(xiàn)在以下幾點：
　　2.2.1  密封膠產(chǎn)品的一致性鑒定方面
　　歐盟標(biāo)準(zhǔn)增加了密封膠的紅外光譜分析和熱失重分析。通過紅外光譜分析可以定性地檢測出密封膠中是否添加了對其使用壽命有害的物質(zhì)；通過熱失重分析可以定量檢測出密封膠中添加的低沸點物質(zhì)的量多少。通過這兩種方法的綜合分析，可以對不同廠家牌號的產(chǎn)品區(qū)分開來，也可以檢測出密封膠在投標(biāo)過程和供貨過程中是否使用的是同一牌號的密封膠產(chǎn)品。
　　2.2.2  綜合的環(huán)境因素對密封膠加速老化的檢測方面
　　歐盟標(biāo)準(zhǔn)在對密封膠老化的環(huán)境因素上檢測內(nèi)容的非常多，條件也非?？量?。不僅僅有水-紫外輻照試驗，而且在輻照時間上從國家標(biāo)準(zhǔn)的300小時提高到1008小時，并且紫外光的強度是國家標(biāo)準(zhǔn)紫外光強度的2~3倍，歐盟標(biāo)準(zhǔn)對水溫的要求比國家標(biāo)準(zhǔn)高，而且控制范圍更加嚴(yán)格。歐盟標(biāo)準(zhǔn)對密封膠受到的浸水實驗環(huán)境檢測也不一樣。歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求水為建筑清潔劑水溶液，而國家標(biāo)準(zhǔn)要求水為去離子水；對于水的溫度要求上歐盟標(biāo)準(zhǔn)比國家標(biāo)準(zhǔn)高；并且浸泡時間上歐盟標(biāo)準(zhǔn)是國家標(biāo)準(zhǔn)的3倍。
　　歐盟標(biāo)準(zhǔn)還增加了密封膠在使用過程中可能要受到的一些環(huán)境因素的影響，比如潮濕二氧化硫、鹽霧、高溫等環(huán)境對結(jié)構(gòu)密封膠老化的影響。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在二氧化硫環(huán)境中放置20個循環(huán)，然后測試其拉伸粘結(jié)強度，并要求其拉伸粘結(jié)強度與23℃時的最大拉伸粘結(jié)強度比值不小于0.75，內(nèi)聚破壞面積不小于90%。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在鹽霧環(huán)境中放置480個小時，然后測試其拉伸粘結(jié)強度，并要求其拉伸粘結(jié)強度與23℃時的最大拉伸粘結(jié)強度比值不小于0.75，內(nèi)聚破壞面積不小于90%。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠樣品在100℃的高溫環(huán)境中放置7天，然后測試其拉伸粘結(jié)強度，并要求其拉伸粘結(jié)強度與23℃時的最大拉伸粘結(jié)強度比值不小于0.75，內(nèi)聚破壞面積不小于90%。
　　歐盟標(biāo)準(zhǔn)對硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的環(huán)境檢測要求如表1-1所示。
　　2.2.3 復(fù)雜的受力對密封膠加速老化的檢測方面
　　歐盟標(biāo)準(zhǔn)不僅檢測了國家標(biāo)準(zhǔn)對硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的物理力學(xué)性能的要求，而且增加了硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在使用過程中會受到的剪切、撕裂、機械疲勞、蠕變等作用力對其性能老化的影響。
 

　　在硅酮結(jié)構(gòu)密封膠初始機械性能上。對于拉伸粘結(jié)性能，歐盟標(biāo)準(zhǔn)與國家標(biāo)準(zhǔn)對其性能評價也不一致。歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求密封膠非標(biāo)況下的力學(xué)性能與23℃時的最大拉伸強度比值不能夠小于0.75，內(nèi)聚破壞面積不小于90%。并且增加了硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的剪切粘結(jié)強度。具體技術(shù)指標(biāo)要求見表1-2所示。
 

　　硅酮結(jié)構(gòu)密封膠自身的抗撕裂性較差，歐盟標(biāo)準(zhǔn)中人為的在密封膠的試樣兩端切開一個撕裂口，然后評價其力學(xué)性能，技術(shù)指標(biāo)要求見表1-3所示。而且，歐盟標(biāo)準(zhǔn)還考察了硅酮結(jié)構(gòu)密封膠受到機械疲勞之后的拉伸粘結(jié)性，共進(jìn)行5350次拉伸循環(huán)后評價其力學(xué)性能，技術(shù)指標(biāo)要求見表1-3所示。歐盟標(biāo)準(zhǔn)還考察了硅酮結(jié)構(gòu)密封膠長期剪切和循環(huán)拉伸下的蠕變性能，技術(shù)指標(biāo)要求見表1-3所示。
 

　　2.2.4. 對密封膠老化后的力學(xué)性能判定方法上
　　歐盟標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)硅酮結(jié)構(gòu)密封膠力學(xué)性能的衰減率來衡量密封膠的性能好壞。用這種方法來評價硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的使用壽命非常合理，具有科學(xué)性。而國家標(biāo)準(zhǔn)僅是依靠硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的力學(xué)性能不小于某一恒定值，沒有考慮到密封膠的力學(xué)性能衰減的問題，也就不能夠很好地評價密封膠的使用壽命。
　　圖6為老化試驗前后硅酮結(jié)構(gòu)膠拉伸粘接強度的變化。縱坐標(biāo)為拉伸粘結(jié)強度的保持率，為密封膠老化的強度與標(biāo)況下的強度之比值，樣品1為不僅符合國家標(biāo)準(zhǔn)、而且還符合歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求的硅酮結(jié)構(gòu)膠，樣品2為符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的硅酮結(jié)構(gòu)膠。從圖中可以看到，樣品1經(jīng)過不同的加速老化試驗，密封膠老化后的粘結(jié)強度均有下降，經(jīng)過撕裂作用力后下降的幅度最大，但是仍然能夠保持標(biāo)準(zhǔn)狀況下的79%左右。樣品2經(jīng)過老化后粘接性下降幅度出現(xiàn)較大的差別，下降幅度最小的為拉伸后的性能，能夠保持原來的83%；下降幅度最大的為撕裂性能，只有原來性能的42%；而其它條件下老化后的性能保持率也大小不一樣。這說明不同的硅酮結(jié)構(gòu)膠，在經(jīng)過加速老化試驗后性能衰減快慢有很大的差別。性能衰減快慢與密封膠最終的使用壽命有著直接的關(guān)系。因此，要全面評價密封膠老化的試驗方法以及老化前后性能衰減的快慢。
 

　　如果硅酮結(jié)構(gòu)膠能夠符合ETAG 002《結(jié)構(gòu)密封膠裝配系統(tǒng)技術(shù)審核指南》和EN 15434《建筑用玻璃-結(jié)構(gòu)或抗紫外線密封膠》對它的檢測要求，再加上科學(xué)合理的硅酮結(jié)構(gòu)膠施工技術(shù)規(guī)范，那么它的使用壽命可以達(dá)到25年。
　　3  結(jié)論
　　總之，硅酮結(jié)構(gòu)膠作為有機高分子材料，其使用壽命受到很多因素的影響。不僅受到使用過程中不同環(huán)境因素的影響，而且還受到復(fù)雜機械應(yīng)力的影響。用老化前后的粘接強度衰減速率來考察密封膠的使用壽命是非常合理和科學(xué)的。歐盟標(biāo)準(zhǔn)ETAG 002和EN 15434在對硅酮結(jié)構(gòu)膠老化性能檢測上考慮的比較齊全，道理充分。它是評價硅酮結(jié)構(gòu)膠使用壽命的非常好的檢測方法。
　　參考文獻(xiàn)
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　　[4] ETAG 002, Guideline for European Technical Approval for Structural Sealant Glazing Systems: Part 1 Supported and Unsupported Systems
　　[5] PrEN 15434, Glass in building-Product standard for structural and/or ultraviolet resistant sealant (for use with structural sealant glazing and/or insulating glass units with exposed seals)