硅改性聚醚密封胶和硅酮密封胶的耐高温性能研究

许艳艳，张燕青，董鹏飞，景占阁，孟 婷，张燕红

（郑州中原思蓝德高科股份有限公司，河南 郑州 450007）

随着科技技术的不断进步，建筑行业所用新技术和新材料也在快速发展。首先是建筑结构上，由传统建筑模式开始向轻量化的装配式建筑上转变；其次是建筑用胶上，具有良好粘接性、高弹性、低污染性和可涂饰性能的硅烷改性聚醚密封胶得到了大力发展。装配式建筑结构包含钢筋混凝土结构、钢结构、木结构等，装配式建筑由于受到地震荷载、风荷载、雪荷载、结构荷载、高低温变化等作用产生位移接缝[1]，因而对密封胶提出了一系列性能要求，即高低温下稳定性能、耐紫外线性能、可靠粘接性、随缝变形性、耐候耐久性、环保美观性、低污染性和可涂饰性能等。

硅改性聚醚密封胶是以端硅氧烷聚氧化丙烯醚为主要原料制备而成，也称聚醚密封胶。聚醚的聚合物具有低黏度、低模量的特点，且对混凝土等多孔材料有良好的粘接性、耐污染性、易涂装性等，使硅改性聚醚密封胶在装配式建筑上、普通住宅等建筑上应用得到了飞速发展。

近期有工程在高温环境下使用密封胶后出现了硅改性聚醚密封胶的龟裂、粉化等老化现象，不仅影响了工程的外观和质量，降低了使用年限，且大大增加了维修维护的成本。而在同环境下使用硅酮密封胶却无任何异常变化。

本文通过采用加热处理的人工加速老化方法，对比不同温度、不同时间对密封胶性能的影响，分析硅酮密封胶和硅改性聚醚密封胶的抗温性能，为建筑用密封胶选材提供可靠的技术支持，也为建筑工程的耐久性、安全性提供一定的技术依据。

1 实验部分

1.1 实验样品

市场索取样品4种：

硅改性聚醚密封胶1#；硅改性聚醚密封胶2#；硅酮密封胶3#；硅酮密封胶4#。

1.2 仪器与设备

电子万能拉力试验机，自制；

高温干燥箱，DHG-9070A，上海鸿都电子科技有限公司，温度可调至（70±2）℃、（90±2）℃、（120±2）℃、（150±2）℃。

1.3 试样制备及性能测试

1.3.1 样品调节

密封胶在标准试验条件[温度(23±2)℃、相对湿度(50±5)%]下养护7 d，以备制样。

1.3.2 试样制备及养护

按GB/T 13477.8中的规定制备试样，将制好的试样放置于温度为（23±2）℃、相对湿度（50±5）%的标准养护室内养护28 d。

1.3.3 试件表面变化的测试

将养护好的试样放入高温干燥箱进行试验，样品分配如下：1#样品10个，分别放置在（70±2）℃、（90±2）℃、（120±2）℃和（150±2）℃各2个，（23±2）℃2个做对比 ；2#、 3#和 4#样 品 分 配 亦 如 此 。 实 验 时 间 分别为1 h、2 h、4 h、8 h、12 h，高温时间结束后，取出试样，在标准试验条件下放置1 h后，参照GB 16776 中6.9.4的热老化的试验方法检查并记录试验试件表面的变化情况。

1.3.4 试件力学性能的测试

将养护好的硅改性聚醚密封胶（1#、 2#）和硅酮密封胶（3#、 4#）样品，按照如下方式分配：1#样品15个，分别放置在（70±2）℃、（90±2）℃、（120±2）℃和（150±2）℃各3个 ， （23±2）℃3个 做 对 比 ；2#、 3#和 4#样品分配亦如此。实验时间分别为7 d。高温实验结束后，取出试样，在标准试验条件下放置2 h后，按照《建筑密封材料试验方法第8部分：拉伸粘接性的测定》（GB/T 13477.8）的试样方法进行力学性能的测试，记录拉伸强度和断裂伸长率及破坏面积。

表1 高温试验后2种胶的表面变化Tab.1 Surface changes of two sealants after high temperature test

2 结果与讨论

2.1 2种胶在高温条件下的胶面热老化试验

硅酮密封胶和硅改性聚醚密封胶在高温条件下的胶面热老化试验结果见表1。

由表1试验结果表明，硅酮密封胶在70～150 ℃条件下放置8 h，胶表面无任何变化，这是由硅酮密封胶的主体结构所决定的。硅酮密封胶的高分子主链主要由Si-O键组成，其键能高达1 014.2 kJ/mol，其他高分子主链主要由C-C 键（344.4 kJ/mol）组成[2]，且高分子主链含有柔顺性的硅氧—Si—O—结构，形成高分子聚合物弹性体，赋予了硅酮密封胶优异的耐高低温性能。

硅改性聚醚密封胶在70 ℃放置12 h，密封胶表面无任何变化；90 ℃放置2 h密封胶表面无明显的变化，放置4 h后表面出现胶面鼓起，有小气泡出现，放置8 h后密封胶表面鼓起明显，有2个小气泡出现，表面老化明显；120 ℃放置1 h表面颜色先变黄，2 h后表面起鼓明显，且有龟裂现象，老化明显，放置4 h后和放置8 h后表面起鼓非常明显，有龟裂现象，老化明显；放置12 h后表面气泡增多，起鼓非常明显，龟裂现象明显，老化比较严重；但是在150 ℃条件下，放置30 min表面老化明显，先是密封胶表面颜色变深黄，且起鼓严重，龟裂明显，老化严重，放置1 h后胶面已经完全老化，表面起鼓严重，且胶面与基材脱离，密封胶完全失去粘接作用。

说明温度不同，对硅改性聚醚密封胶的表面影响不同，且随着温度升高，密封胶表面的变化越明显，表面先有颜色的变化，再有胶面表面起鼓和龟裂的变化，直至密封胶老化严重，导致密封胶失效。这是因为硅改性聚醚密封胶是以端硅氧烷聚醚为基础聚合物制备而成的。聚合物的主链为聚醚柔性链段，支链为端硅烷基且为封端官能团，交联密度相对较弱[1]，且高温作用下热活性很高，随着温度的升高会使分子的热运动加速，从而引起高聚物发生交联与降解[3，4]。端硅烷基且为封端官能团的交联密度弱，在高温作用下，抵抗不了高温引起的分子的加速运动，导致密封材料发生质的改变，最先表现在密封胶表面的老化现象上，从而出现有气泡起鼓和龟裂等现象。

因此，在实际工程使用过程中，硅改性聚醚密封胶的使用温度条件是首先需要考虑的，如若在90 ℃环境条件下，硅改性聚醚密封胶可以短时间保持性能4 h，工程实际应用意义不大；但是环境条件超过90 ℃且时间大于4 h时，硅改性聚醚密封胶在高温下的老化情况会越来越严重，随着温度的升高和时间的增加，极易导致密封胶失效，失去密封作用。

表2 不同温度条件对2种密封胶力学性能的影响Tab.2 Effect of different temperature on mechanical properties of two sealants

2.2 不同温度下2种密封胶的力学性能

不同温度下硅酮密封胶和硅改性聚醚密封胶的力学性能，按照GB/T13477.8测试数据见表2。

由表2数据看出，1#和 2#样品在70 ℃高温条件处理7 d后，拉伸强度略有减小，而伸长率衰减量分别为7%和8%，而在90 ℃高温条件下处理7 d后，拉伸强度和伸长率均变化较大，密封胶表面龟裂老化严重并失去弹性，拉伸强度衰减量为27%和28%，伸长率衰减量均大于50%，强度和伸长率衰减严重，说明高温条件对硅改性聚醚密封胶的影响较大，且随着温度的升高，对力学性能的影响越严重。聚醚密封胶在高温的作用下，随着温度的升高使分子的热运动加速，从而引起高聚物发生交联与降解[3，4]。端硅烷基且为封端官能团的交联密度弱，在经过高温处理后，抵抗不了高温引起的分子加速运动，导致密封材料的力学性能大大衰减。

而硅酮密封胶3#、 4#在150 ℃条件下放置35 d后，力学性能几乎无衰减，良好的弹性得以保持，且粘接性能优异。而硅改性聚醚1#和 2#样品在120 ℃和150 ℃高温放置7 d后，密封胶表面胶面龟裂粉化严重，且胶面鼓起明显，粘接失效，力学性能已无法测试，也就是说硅改性聚醚密封胶的耐高温能力远远不及硅酮密封胶。

装配式建筑外墙板位于建筑外立面，直接处在大气环境下，长期承受包括温度、地震荷载、结构荷载、风荷载、紫外光照射等多种因素的影响，这就需要密封胶具有一系列的综合性能。虽然硅改性聚醚密封胶具有低污染性和可涂饰性能，可以在装配式建筑的室内装饰上发挥优势，但是耐高温性能远不如硅酮密封胶，因此选材方面需要因材施工，不能盲目地确定硅改性聚醚密封胶的使用部位，要按照工程设计的要求严格施工。

3 结语

由以上实验结果得出，硅改性聚醚密封胶的耐高温能力远远不及硅酮密封胶，这是由2种密封胶的主体结构所决定的。

（1）硅酮密封胶由其主链为Si-O键的特殊结构组成，能形成高分子聚合物弹性体，其键能高，赋予了硅酮密封胶优异的耐高低温性能、优异的耐氧、臭氧、光和气候老化性能以及电绝缘性能。

（2）硅改性聚醚密封胶的主体结构是以端硅氧烷封端的聚醚聚合物，其主链为聚醚的柔性链段，相对分子质量与聚二甲基硅氧烷相比较小，支链为端硅烷基且为封端的官能团，交联密度相对较弱，抵抗不了热作用引起的分子加速运动，使得高温下的性能大大衰减，与硅酮密封胶无法比拟。

在使用过程中，如若环境条件低于90℃，硅改性聚醚密封胶可以短时间发挥其低模量、易施工、易涂饰的特点，但时间只能保持4 h，工程实际应用意义不大；但是环境条件超过90 ℃且时间大于4 h时，硅改性聚醚密封胶在高温下的老化情况会越来越严重，极易导致密封胶失效。而硅酮密封胶可以在-110～350 ℃条件下，具有最稳定耐高低温性能。

因此需要耐高温的部位不能使用硅改性聚醚密封胶，所选材料必定要跟所用部位的特性及所起的作用相符合、相一致。如果在不适宜的部位使用了硅改性聚醚密封胶，起不到所应起的作用，反而给维修及维护带来一系列问题，增加维修的成本。