建筑用硅酮結構密封膠性能及選用

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　　前言

　　目前我國的硅酮密封膠行業已日趨成熟，其在建筑幕墻中已得到普遍廣泛的應用。建筑硅酮密封膠按應用用途通常可以分為硅酮結構密封膠、硅酮耐候密封膠、門窗用硅酮密封膠、中空玻璃用硅酮密封膠及其它特殊用途硅酮密封膠等五大類。硅酮結構密封膠作為應用于幕墻結構粘接裝配系統(SSG)中的結構粘結材料，直接關系到建筑耐久及安全。本文將圍繞中國GB16776《建筑用硅酮結構密封膠》、美國ASTM C1184《硅酮結構密封膠標準規范》及歐洲ETAG002《結構密封膠裝配系統技術審核指南》等硅酮結構密封膠標準體系的相關要求，闡述分析建筑用硅酮結構密封膠產品的主要技術性能并探討耐久性問題，并簡要介紹白云牌硅酮結構密封膠選用指南。

　　1. 硅酮結構密封膠及其在建筑幕墻結構粘接裝配系統(SSG)的應用

　　在幕墻結構粘接裝配系統(SSG)中，幕墻面板完全靠硅酮結構密封膠粘接到鋁框上,面板的自重及所受的外力全部由硅酮結構密封膠承擔，取代了傳統的機械固定方式。SSG系統的特點和優點在于更多的設計自由性、玻璃受熱破碎性減少、由于沒有外露的金屬而形成天然熱斷橋、漏氣和滲水（詞條“滲水”由行業大百科提供）性減少、與傳統裝配相比費用可能更少、受風荷載、地震以及靜荷載如雪的影響而引起的破碎性減少。

　　一般講，根據硅酮結構膠使用在玻璃或其他四方形板片的兩邊或四邊，SSG系統有兩種基本類型：半隱框結構和全隱框結構，見圖1。半隱框結構的SSG系統是用結構密封膠對兩個玻璃或板片邊提供結構支持，另外兩個框邊仍然使用傳統的機械固定。全隱框結構的SSG系統就是長方形的玻璃或板片的四個邊都是用結構膠來提供支持，不是采用機械的連接把玻璃或板片固定到金屬框架系統上，有時也使用一些金屬配件來加強粘接強度。這些系統既有現成的設計也可進行專門設計。

圖1 SSG系統示意圖

　　結構密封膠在SSG的上述兩種系統中具有相同重要作用，必須給予相同的重視，原因在于兩種系統中的結構密封膠都需要把板片的荷載轉移到金屬框架上。此外這種結構與普通的建筑加固結構不同，特別是當幕墻面板材料為玻璃板塊時，陽光可以透過玻璃照在密封膠與玻璃的粘接面上，只要密封膠老化就會造成粘接失效;因此要求粘接玻璃的密封膠必須具有極好的耐老化性能，目前只有屬于有機硅類型的結構密封膠能達到要求。中國國家標準、美國標準及歐洲標準中均明確指出，在 SSG系統中應當使用硅酮結構密封膠。

　　2. 硅酮結構密封膠的主要技術性能及相關標準差異

　　根據建筑幕墻結構粘接系統(SSG)的實際應用特點，硅酮結構密封膠既應滿足施工過程的良好操作需求，同時也必須滿足荷載及環境因素作用的物理機械性能（詞條“機械性能”由行業大百科提供）要求。在中國GB/T16776、美國ASTM C1184及歐洲ETAG002等三大硅酮結構密封膠標準體系中，主要技術性能要求的側重點及涉及范圍仍有一定的差異性，現進行分析和討論。

　　2.1 施工性能

　　施工性能表征了產品的使用性能，是施工應用的關鍵特性指標，直接關系到施工應用的操作便捷性。良好的施工性能，可以有效保證施工過程的速度及效率;不良的施工性能不僅造成操作困難，也容易發生施工質量缺陷。在硅酮結構膠的施工性能指標方面，中國GB/T16776、美國ASTM C1184標準中，均對現場施工時經常涉及的流動性、擠出性、表干時間、適用期等性能指標進行了規定，評價要求基本一致，其中GB16776個別項目要求比ASTM C1184要相對嚴格;但歐洲ETAG002標準中沒有相關施工特性指標的評定，缺失了施工性能方面的考量，詳見表1。

表1 施工性能指標（注：“/”表示無相應指標）

　　⑴ 流動性

　　表征注膠后結構膠保持自身形狀的能力。測定指標為下垂度，需要同時考量垂直方向和水平方向。下垂度不符合表1規定的產品，施膠后容易出現流淌變形的現象。

　　⑵ 擠出性

　　表征特定應用溫度下結構膠的擠出特性，反映擠注速度;不能正常擠出的密封膠不應使用，因為這可能表示質量差、缺乏包裝穩定性（詞條“穩定性”由行業大百科提供）或導致操作時間不足。

　　⑶ 適用期

　　表征雙組份結構膠的工作時間，低于該指標值將導致操作時間不足。

　　⑷ 表干時間

　　表征結構膠的工作修整時間以及確保密封膠能完全固化。當固化時間需要非常長的時間，表示結構膠可能過期失效。

　　2.2 力學性能

　　SSG體系面板-框架的連接依靠結構膠粘接實現，荷載分布和位移特性不同于其他連接形式。SSG體系要求結構膠不僅有足夠的粘結強度，而且有足夠的彈性，能補償結構變位且又不產生過大的誘發應力。這就要求選擇的結構膠具有適用的力學特性。

表2 力學性能指標

　　⑴ 強度

　　強度是表征結構膠的力學性能的一項重要指標，與SSG系統結構膠安全系數密切相關。當一項技術尚不熟悉或設計風險較大時，一般采用較高設計安全系數。由表 2可見，美國標準ASTM C1184規定的拉伸粘接強度最小值為0.345MPa，即采用了2. 5倍的安全系數;中國在制定GB16776時為了更進一步確保幕墻的安全,將安全系數從2. 5倍提高到了4倍,規定了結構膠的最小強度值為0. 6MPa;歐洲標準ETAG002則僅需報告測試值，并未進行相應的規定。這是歐洲標準ETAG002與美國標準ASTM C1184及中國標準GB16776在強度問題上的主要不同之處，歐洲標準更關注于強度的保持率，而我國標準更關注于設計安全系數。

　　此外，在測試項目方面，各標準體系都規定了高低溫、浸水、浸水光照等處理條件，而歐洲標準ETAG002則增加一些環境因素如鹽霧( NaCl)，酸霧( SO2)以及清洗劑浸泡等處理條件，這對于某些特定環境或地區中如沿海常受到海風侵襲的SSG系統應用，獲取鹽霧測試數據是具有一定的指導意義;此外其它外在因素的影響，如抗撕裂、機械疲勞性能測試等項目的增加，也可以具有一定程度的參考價值。

　　⑵ 粘結破壞面積

　　粘結破壞面積表征了結構膠對于標準基材（詞條“基材”由行業大百科提供）的粘結性能，各標準進行了相應的規定，要求的嚴格程度不同。在中國GB16776中，為了確保結構膠的質量處于很高水平,除提高了最小強度值，還特別強調結構膠對基材的粘接性,規定在經過5種條件處理的試件拉伸粘接性試驗后結構膠的內聚破壞面積必須大于95%;而美國標準ASTMC1184沒有規定粘接破壞面積;歐洲標準ETAG002則規定對于試件在經過各種處理后,再進行拉伸或剪切試驗,結構膠的內聚破壞面積都必須大于90% ,這一點比GB16776規定的95%放寬了條件。

　　2.3 耐久性

　　關于結構密封膠耐久性檢測方法，目前尚無加速試驗方法可以模擬自然環境條件下的25年老化。美國標準ASTM C1184中提出了5000小時紫外老化試驗，中國GB/T16776的水-紫外測試是美國標準基礎上進行了簡化修改，歐盟標準ETAG002中則在紫外、溫度、水、荷載、接觸物質等多因素方面進行老化試驗考察。有關我司產品與國內外標準符合性的測試研究方面，在2009年已通過了美國結構膠標準要求的測試，該測試由美國DL試驗室進行;目前也完成了歐盟標準ETAG002各項目的測試。對于自然環境條件下的老化，試驗周期長，我司于90年代末期已經啟動了該類研究，至今幕墻自然曝曬試驗已經15年，采用上述的“重新粘接法”獲得了可靠的檢測數據，數據結果顯示我司產品耐久性理想。此外，為考察我國典型地區環境因素對硅酮結構膠的耐久性影響，我司已在新疆、廣州曝曬場開展結構膠自然曝曬試驗，該測試周期將長達50年，目前樣件已投放近一年，已取得初始自然老化試驗結果。

　　硅酮結構密封膠用戶應該認識到檢測報告表征的是在理想化、已固化的狀態下的實驗室試驗數據，而不是在表現硅酮結構密封膠在建筑物上實際出現和表現的氣候老化條件下的。如何科學可靠地表征結構密封膠耐久性仍然是三大硅酮結構密封膠標準體系需要進一步完善的重要研究方向。目前，還沒有適用的方法來準確描述 SSG系統的耐久極限，因此，也不可能準確表明SSG系統的失效時間、早期變質現象以及必需的維修工作。由于這些因素難以確定，那么SSG系統和傳統裝配系統相比有更大的風險性。目前，為保證耐久性，最好的方法就是采用已證明品質的材料和高質量的技術、在制造和安裝時有一個有效的質量監控程序和參照以往成功的經驗。在一些環境因素和實驗因素的短期試驗已證實在實驗條件下結構膠在性能方面沒有發生不利的變化。但合格產品不一定都適用于具體設計。目前還沒有準確預報系統耐久極限的有效方法，不能預知系統喪失功能的時間。依據工程特點進行驗算，采用已證明質量的材料、制造、安裝技術和質量保證體系，參照成功的業績，才能保證系統的耐久性。

　　3. 白云牌建筑用硅酮結構密封膠選用指南

　　白云化工根據SSG系統應用要求，開發了配套齊全的硅酮結構密封膠系列產品，以供用戶根據實際應用需求進行選擇，白云牌建筑用硅酮結構密封膠的選用指南詳見圖2。

圖2白云牌建筑用硅酮結構密封膠的選用指南

　　結語

　　中國GB16776《建筑用硅酮結構密封膠》、美國ASTM C1184《硅酮結構密封膠標準規范》及歐洲ETAG002《結構密封膠裝配系統技術審核指南》等硅酮結構密封膠標準體系均是在上世紀九十年代先后編制出臺，且自頒布以來，均每隔一定時期要進行審核修訂，各標準主體結構及主要技術要求至今仍然基本一致，僅中國標準將安全系數進行了提高。目前硅酮結構膠已經廣泛用于國內外SSG系統中，反映了各標準雖然側重點不同，但對于SSG系統應用是科學可靠的。歐洲標準雖然檢測項目更多，但有些指標及條件相對中國標準低，因此不能簡單論斷認為歐洲標準比中國標準和美國標準先進。我們公司的一些產品已通過歐洲標準的檢測，有興趣的客戶可以選用。

　　選擇結構膠的首要關鍵因素仍在于產品性能是否滿足設計要求及產品的質量穩定性;其次，選膠時應當考察企業規模，了解企業生產、研發、服務能力、生產經驗以及質量管理體系等生產經營情況。值得指出的是，當前的質量管理體系認證常常出現流于形式，走過場的情況，因此通過國際知名認證公司進行認證審核無疑是最佳選擇，也是實現全面質量管理，保證產品質量長期穩定的基礎。目前結構膠廠家競爭激烈，產品良莠不齊，低價低質的產品充斥市場。購買時切勿貪圖便宜，且應通過正規渠道購買，以免買到假膠，產品質量沒有保障。