一种充气中空玻璃用硅酮密封胶的制备及性能评价

杨玉宁，杨振英，邢凤群，郭月萍，程 鹏，金燕鸿，冯 培

（1.郑州中原思蓝德高科股份有限公司，河南 郑州 450001；2.河南建筑职业技术学院，河南 郑州 450064）

随着国家对建筑节能的重视，节能型中空玻璃目前被普遍的使用，充气型中空玻璃是近几年新兴起的节能型中空玻璃，它主要是用氩气、氙气和氪气等惰性气体替换原本中空玻璃单元内的干燥空气，替换后可大幅度减少传导和对流而产生的热传递，使中空玻璃的隔热保温性能得到不同程度的提高。在实际使用过程中，由于分压定律，空腔内的惰性气体倾向于透过密封层向外渗透。因此，密封胶的性能优劣将直接影响充气中空玻璃产品的使用寿命。本文主要研究了107硅橡胶的黏度、碳酸钙的种类和用量对充氩气中空玻璃性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

201硅油、107硅橡胶，江西星火有机硅厂；碳酸钙，苏州凯美乐化工有限公司、山西兰花华明纳米材料有限公司；交联剂，湖北新蓝天新材料股份有限公司；催化剂，南京能德化工有限公司；偶联剂，湖北武大有机硅新材料股份有限公司；气相SiO2，卡伯特。

1.2 主要仪器设备

双行星搅拌釜，成都市树风工贸有限公司；电子万能拉力机，深圳新三思材料检测有限公司；二氧化硫气体腐蚀试验箱、盐雾腐蚀试验箱，上海林频仪器股份有限公司；水-紫外线辐照试验箱、密封胶蠕变试验机、浸水（清洁剂）试验箱、密封胶疲劳试验机，郑州中原思蓝德高科股份有限公司；高低温交变试验箱，上海增达环境试验设备有限公司；水蒸气透过率测试仪，济南兰光机电技术有限公司；高低温交变试验箱，上海增达环境试验设备有限公司。

1.3 硅酮密封胶A、B组分的制备

充气中空玻璃用硅酮密封胶的配方分为A、B 2组分。

A组分：将107硅橡胶、甲基硅油、碳酸钙放入双行星搅拌机中，抽真空搅拌1 h，混合均匀后出釜制得A组分。

B组分：硅油、交联剂、偶联剂、催化剂、碳黑等按一定比例加入双行星搅拌釜中，抽真空搅拌1 h，混合均匀后出釜制得B组分。

1.4 性能的测试

硅酮密封胶的力学性能按ET AG002《结构密封胶装配系统技术认证指南》测定[1]；

水汽渗透指数按EN1279-2《建筑用玻璃-中空玻璃第2部分：水气渗透的长期试验方法和试验条件》[2]测定；

气体泄漏率按EN1279-3《建筑用玻璃-中空玻璃第3部分：透气率和气体浓度的公差的长期测试方法和必要条件》[3]测定；

水蒸气透过率和边部密封粘接性能按EN 1279-4《建筑玻璃-中空玻璃单元第4部分：边缘密封物理特征的测试方法》[4]进行测定。

2 结果与讨论

充气中空玻璃用硅酮密封胶的基础配方见表1。

2.1 107硅橡胶黏度对密封胶性能的影响

在其他各成分质量分数不变的前提下，选择3种不同黏度的107硅橡胶制成密封胶，参照GB/T528—2009制得哑铃型试样，测其拉伸强度和断裂伸长率。同时用这3种密封胶作为二道密封胶制得充气型中空玻璃，依据EN1279-3进行高低温循环试验，试验后测其气体含量，试验结果见表2。

表1 充气中空玻璃用硅酮密封胶A、B组分基础配方Tab.1 Basic compositions of component A and B of silicone sealant for aerated hollow glass

表2 107胶黏度对密封胶性能的影响Tab.2 Effect of viscosity of 107 rubber on sealant properties

由表2可以看出，①随着107胶黏度的增加，密封胶的拉伸强度和断裂伸长率增加，这是因为107胶的分子量增大，黏度增加，端羟基减少，从而在固化时交联点减少，交联密度降低，其所受应力更好地通过交联点分散到周围的分子链上。②随着107胶黏度增大气体泄漏量也增大，主要是因为随着黏度的增加，胶体弹性增大，在高低温循环过程中更容易变形，从而使气体的泄漏量也增大。

2.2 不同碳酸钙种类对密封胶性能的影响

在其他各成分质量分数不变的前提下，选择纳米碳酸钙、轻质碳酸钙和重质碳酸钙（ 分 别 编 为1#、 2#、 3#） 制 成 密 封 胶 ， 参 照GB/T528—2009制得哑铃型试样，测其拉伸强度和断裂伸长率，试验结果见表3。

表3 不同碳酸钙种类对密封胶性能的影响Tab.3 Effect of calcium carbonate kind on sealant properties

由表3可看出，1#的拉伸强度和断裂伸长率最大，3#密封胶拉伸强度和伸长率最小，这是因为碳酸钙具有补强抗撕裂抗老化作用，粒径较小的表现出较为明显的补强和拉伸性能[5]， 2#（ 轻质碳酸钙）和3#（ 重质碳酸钙）粒径稍大，补强效果不如1#（纳米碳酸钙）。

2.3 纳米碳酸钙用量对密封胶性能的影响

在其他各成分质量分数不变的前提下，加入不同量的纳米碳酸钙制成密封胶，对其拉伸强度、断裂伸长率进行测试，同时用这3种密封胶作为二道密封胶制得充气型中空玻璃，依据EN1279-3进行高低温循环试验，试验后测其气体含量，实验结果见表4。

表4 纳米碳酸钙用量对密封胶性能的影响Tab.4 Effect of amount of nano calcium carbonate on sealant properties

从表4可以看出，随着纳米碳酸钙用量的增大，密封胶的拉伸强度增加，断裂伸长率降低，老化后的气体泄漏量减小，但是随着碳酸钙的用量增大其流动性将受到限制，进而影响密封胶的工艺性能，综合考虑，选用碳酸钙质量分数在60%范围内。

3 充气型中空玻璃密封胶的性能评价

对于充气中空玻璃，二道密封胶的性能优劣将直接影响产品的使用寿命。为了保证充气中空玻璃的寿命，除了在制作过程中严格控制外，还应对其二道密封胶性能，如水汽渗透性能、气体泄漏率、粘接性能、力学性能等进行综合评价。

3.1 耐环境老化性能

3.1.1 水汽渗透指数

制作好的充气中空玻璃依据EN1279-2进行试验，整个试验过程分为2个阶段，详见图1，第1阶段是温度从-18 ℃至53 ℃循环升温和降温（速度14 ℃/h，升至53 ℃和降至-18℃时分别保温1 h），持续循环56次，每个循环为12 h，完成第1阶段共需要28 d。第2阶段是保持58 ℃及相对湿度95%条件下的温度持续7个星期。通过上述2个阶段加速老化试验后，测定干燥剂的初始、最终水气含量，计算中空玻璃的平均水气渗透百分比Iav及 最大水气渗透百分比。按照本文中筛选出的优良配方，制得的充气中空玻璃的水分渗透指数检测结果见表5。

图1 气体密封耐久性试验温度-时间曲线Fig.1 Temperature-time curve for gas seal endurance test（注：1.第1阶段高低温循环试验；2.分2个试验箱进行试验时，2个阶段试样转移时间间隔≤4 h；3.第2阶段恒温恒湿试验。）

表5 水分渗透指数检测结果Tab.5 Test results of water permeability index

通过表5可看出，用优选出的配方作为二道密封胶制作的中空玻璃，水分渗透指数的平均值及最大值均符合EN1279-2的要求。

3.1.2 气体泄露率

制作好的充气中空玻璃依据EN1279-3进行试验，整个试验过程分为2个阶段，详见图1，第1阶段是温度从-18 ℃至53 ℃循环升温和降温（速度14 ℃/h），持续循环28次，每个循环为12 h，完成第1阶段共需要28 d。第2阶段是保持58 ℃及相对湿度95%条件下的温度持续4个星期。然后测量其气体的漏气量，而后对中空玻璃内的气体浓度作出分析，从而计算出漏气率。按照本文中筛选出的优良配方，制得的两块充气中空玻璃的气体泄漏率检测结果见表6。

表6 气体泄漏率检测结果Tab.6 Gas leakage rate test results

由表6可看出，用优选出的配方作为二道密封胶制作的中空玻璃，气体泄漏率符合EN1279-3的要求，密封性能良好。

3.2 水蒸气透过率

按照EN1279-4中5.2制得2 mm厚的试样，将水分含量＜5%的分子筛放到水蒸气透过率测试仪试验盘中，再将试样放到试验盘上，然后把试验盘放入在温度为（23±1）℃，相对湿度大于等于90%的试验箱中，定期称量测试盘的质量，绘制时间-质量曲线图，当至少6个点绘制的曲线趋于平直时，可以认为该直线的斜度是水蒸汽透过率，按照本文中筛选出的优良配方，制得的试样检测的水蒸气透过 率 为 （16.6±0.6）g H O/（m2·24 h·22 mm），因此可看出该筛选的配方气密性优良。

3.3 边部密封粘接性能

按照EN1279-4中5.1制作“H”型试样，在标准条件下[T：（23±2）℃，RH：（50±5）%]养护21 d后，进行4个条件下的老化试验，每个老化试验的试样为7个，具体的老化试验过程为：在标准条件下放置7 d、温度为（60±2）℃的烘箱中放置（168±5）h、标准条件下的去离子水中放置（168±5）h、紫外线强度（40±5）W/m2的紫外箱中放置（96±4）h，老化试验结束后将试样在标准条件放置24～48 h，然后进行拉伸试验。按照本文中筛选出的优良配方，制得的“H”型试样，检测后在OAB区域（图2）内均无玻璃与密封胶的粘接破坏且无密封胶内聚破坏。说明该优选的配方密封胶的内聚力和粘接力均良好。

3.4 力学性能

ETAG002《结构密封胶装配系统技术审核指南》是目前国际上检测硅酮结构密封胶最为先进的标准，是在给予硅酮结构胶25年的设计使用寿命基础上编写的，现按照ETAG002要求全面考查充气性中空玻璃二道硅酮密封胶力学、耐环境老化等方面的性能，检测结果见表7。

图2 OAB评价区域Fig.2 OAB evaluation area

表7 按ETAG002性能测试结果Tab.7 Results of ETAG002 performance tests

由表7可以看出，该优选的配方各项性能均满足ETAG002标准要求，具有优异的力学性能、耐环境老化性能等。

4 结语

1）107硅橡胶的黏度、碳酸钙的种类和用量影响密封胶的拉伸强度和断裂伸长率，同时也影响密封胶的气密性。

2）按本文设计的配方和工艺制得的充气性中空玻璃硅酮密封胶符合EN1279-2、EN1279-3，EN1279-4、 ETAG002的 标 准 要求，综合性能良好，同时能提供25年的质量保证。

[1]ETAG002 Guedelene for European technical aproval for structural sealant glazing kits(SSGK)[S].

[2]EN1279-2 Part 2:Long term test method and requirements for moisture penetration[S].

[3]EN1279-3 Part 3:Long term test method and requirements for gas leakage and for gas concentration tolerances[S].

[4]EN1279-4 part 4:Methods of test for the physical attributes of edge seals[S].

[5]肖品东.纳米碳酸钙在建筑用硅酮密封胶中的应用[J].无机盐工业,2009,41(5):51-53．