双组分硅酮结构胶耐温性趋势研究

陈继芳，杨晓菲，杨秀丽，熊晓波，张敬伟，张超，张燕红

摘 要：研究选取市场上4个厂家的6个双组分硅酮结构胶产品，进行不同温度条件下的拉伸性能测试和同一温度下的耐久性试验，总结其性能变化趋势，以防止结构胶在不可靠的环境中使用。在-30～200℃内，随测试温度升高，拉伸粘接强度和伸长率以近似线性下降趋势变化。同一温度长期耐久性因老化温度不同和配方差异有不同变化趋势，在150℃以上温度长期使用时应考虑结构胶与玻璃的粘接问题。

关键词：硅酮结构密封胶;耐温性;长期耐久性;趋势

中图分类号：TQ436+.2 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）12-0026-04

Research on the Temperature Resistance Trend of Two-Component Silicone Structural Sealant

Chen Jifang， Yang Xiaofei， Yang Xiuli， Xiong Xiaobo， Zhang Jingwei， Zhang Chao，

Zhang Yanhong

（Zhengzhou Zhongyuan Silande High Technology Co.， Ltd.， Zhengzhou 450007， China）

Abstract：Six two-component silicone structural sealants from four manufacturers in the market are selected to conduct tensile tests at different temperatures and durability tests at the same temperature to summarize their performance trends， so as to prevent the use of structural sealant in an unreliable environment. Within -30～200℃， the tensile bonding strength and elongation change in an approximate linear downward trend with the increase of test temperature. The long-term durability at the same temperature has different trends due to different aging temperatures and formulas. When using it at the temperature above 150℃ for a long time， the bonding between structural sealant and glass should be considered.

Key words：silicone structural sealant; temperature resistance; long-term durability; trend

0 引言

双组分硅酮结构密封胶广泛用于建筑玻璃幕墙中空玻璃外道密封和附框粘接等[1]。硅酮密封胶中起主要作用的成分是羟基封端聚二甲基硅氧烷，其主链主要由Si—O—Si键组成，分子链断裂能很高，具有良好的耐高低温性能，可在-50～200℃内长期使用[2]。GB 16776—2005《建筑用硅酮结构密封胶》对结构胶耐温性要求为在-30℃和90℃下拉伸粘接强度不小于0.45 MPa，且粘接破坏面积不大于5%，未考察硅酮胶在此范围内性能变化规律以及超出此温度范围结构胶的变化情况。本研究选取市场上4个厂家的6个双组分硅酮结构胶产品，进行不同测试温度下的拉伸性能测试和同一温度下的耐久性试验，总结其性能变化规律，以防止结构胶在不可靠的环境中使用。

1 实验

本方案选取了国内外4个厂家6个牌号的硅酮结构密封胶，记为结构胶1#～结构胶6#，参考GB/T 13477.8—2017《建筑密封材料试验方法 第8部分：拉伸粘接性的测定》试验方法，将待测结构胶粘接在两个平行基材的表面之间，制成“工”字型粘接试件，见图1;选用粘接基材为浮法玻璃和阳极氧化铝。试件在标准试验条件（温度（23±2）℃，相对湿度（50±5）%）养护后按实验要求进行不同温度处理，测试密封胶在不同测试温度下的拉伸性能和在同一温度下的长期耐久性。

1.1 不同温度条件下拉伸性能测试

将6个牌号试件分别放在-30、23、90、120、150、180和200℃环境中1 h，并在此环境测试工型试件拉伸粘接性，记录最大拉伸粘接强度（以下简称拉伸粘接强度）、最大拉伸粘接強度时的伸长率（以下简称伸长率）和破坏形式。

1.2 同一温度下耐久性试验

将足量试件分别放置在90、120、150和180℃环境中，间隔一定时间（7 d、2个月、4个月……）取出1组放在标准试验条件下（24±4）h后测试拉伸粘接性。记录拉伸粘接强度、伸长率和破坏形式。

2 结果分析

2.1 不同测试温度下拉伸性能变化

6个牌号结构胶在-30～200℃拉伸粘接性破坏形式均为内聚破坏，将拉伸粘接强度和伸长率测试结果汇总，结果如图2所示。由图2可知，在-30～200℃内，6个牌号结构胶拉伸粘接强度与温度呈现负相关关系。随温度升高，拉伸粘接强度下降，其变化趋势接近于线性变化。为估算出拉伸粘接强度与温度的变化情况，在散点图中做出线性趋势线，趋势线公式见表1。按表1公式计算，温度从23℃升高10℃，6个牌号结构胶拉伸强度下降0.03～0.06 MPa，降幅为（2.8%～4.3%）/10℃。

伸长率变化与拉伸粘接强度类似，在-30～200℃内，6个牌号结构胶伸长率与温度呈现负相关关系，温度升高，伸长率下降。按趋势线公式进行估算，温度从23℃升高10℃，6个牌号结构胶伸长率数值下降2.5%～10%，降幅为（2%～4.5%）/10℃。

结构胶拉伸强度和伸长率随测试温度升高而下降的原因可能是，结构胶与玻璃形成粘接的因素是化学键和分子间的物理相互作用力等。随温度升高，结构胶主体网状结构的大分子活动增强，分子间隙变大，造成分子间的物理相互作用力被破坏，内聚力降低，最大拉伸粘接强度下降，随之最大拉伸粘接强度时的伸长率也下降。

2.2 同一温度下耐久性试验

长期高温后出现粘接破坏，统计试件出现5%以上粘接破坏的时间，如表2所示。

从表2可见，在温度90、120℃环境下放置12个月，6个牌号结构胶均未出现粘接破坏现象。在温度150℃环境中，2#、5#和6#在8个月内未出现粘接破坏现象;1#、3#和4#分别在6、3和5个月时开始出现粘接破坏现象，其中3#结构胶最差，在3个月即开始出现粘接破坏现象。在温度180℃环境中，所有胶在5个月时均出现粘接失效现象，无法进行拉伸试验，最短7 d时即有3个牌号结构胶出现粘接破坏现象。大部分粘接失效出现在玻璃界面。

统计各结构胶的拉伸粘接强度变化率，如图3～图6所示。拉伸粘接强度变化率计算方法：

拉伸粘接强度变化率=（老化后拉伸粘接强度/

23℃拉伸粘接强度-1）×100%。

由图3可知，在温度90℃长期老化至12个月过程中，6个牌号结构胶7 d时拉伸粘接强度变化率均为正值，与初始相比变大。结构胶1#、2#放置12个月后拉伸粘接强度仍大于初始值，变化趋势为先增大后减小，转折点在老化6个月时。结构胶3#、4#在高温2个月后拉伸粘接强度基本都小于初始值，并随时间延长呈现逐渐减小趋势，老化12个月时衰减率在15%以上。结构胶5#、6#在12个月内拉伸强度基本呈减小趋势，但在6个月以内仍大于初始值。至12个月时，6个牌号结构胶试件未出现粘接破坏，强度变化率在-17.8%～+2.4%。

由图4可知，在温度120℃长期老化至12个月过程中，结构胶1#、2#、5#、6#的大部分测试点拉伸粘接强度大于初始值，结构胶3#的大部分测试点拉伸强度小于初始值，结构胶2#、3#、4#呈现随时间延长拉伸强度逐渐下降的趋势。至12个月时，6个牌号结构胶试件未出现粘接破坏，强度变化率在-13.1%～+17.6%。

由图5可知，结构胶2#、3#在温度150℃环境放置8个月，拉伸粘接强度基本呈减小趋势;但结构胶2#大部分测试点拉伸粘接强度仍大于初始值。结构胶3#除3个月时外拉伸粘接强度均小于初始值。结构胶1#、6#老化后大部分测试点拉伸粘接强度大于初始值，但无明显趋势。所有试件在温度150℃中放置8个月时均已失去弹性，强度变化率在-28.0%～26.0%。结合表2，结构胶1#、3#、4#分别在老化6、3和5个月开始出现粘接破坏现象，对强度的变化有一定的影响。

由图6可知，在温度180℃长期老化至5个月过程中，结构胶1#、2#、3#拉伸强度呈衰减趋势;结构胶4#、6#呈增大趋势，所有试件在5个月时均发生粘接破坏现象，强度变化率为-100%。

从表2及图3～图6可知，不同牌号结构胶在高温下的耐久性没有统一规律，造成以上差异的主要原因是配方差异所致。结构胶分子在高温环境中始终存在两个方向的变化，一个是未反应完的交联剂偶联剂与主链上羟基继续反应，交联度提高;另一个是分子链断裂。当交联度提高作用大于分子链断裂作用时，拉伸强度提高;反之，拉伸强度减小。几种结构胶之间配方设计不同，交联度不同，粘接能力也不同，导致了长期高温老化后的不同变化趋势。

3 结语

（1）在温度-30～200℃内，随测试温度升高，拉伸粘接强度和伸长率以近似线性下降趋势变化;但每种结构胶降幅不同，所测6个牌号结构胶拉伸粘接强度降幅在（2.8%～4.3%）/10℃，伸长率降幅在（2%～4.5%）/10℃。

（2）同一温度长期耐久性因老化温度不同有不同结果，在温度90、120℃环境中老化1年，結构胶拉伸粘接强度变化率不超过20%，未出现粘接破坏现象，可认为在温度120℃环境中使用1年结构胶与玻璃和铝基材的粘接仍然可靠。在温度150℃老化8个月、温度180℃老化5个月时结构胶失去弹性，发生大面积粘接破坏现象，所以在温度超过150℃长期使用时，应考虑结构胶与玻璃的粘接性问题。

（3）同一温度长期耐久性因配方差异有不同结果，结构胶1#、2#、6#在发生粘接失效前拉伸强度大于初始值，结构胶3#在发生粘接失效前拉伸强度几乎都小于初始值。

参考文献

[1]幸松民，王一璐. 有机硅合成工艺及产品应用[M]. 北京：化学工业出版社，2000.

[2]张国彬，牟亚军，刘国良，等. 硅橡胶长期贮存老化机理分析[J]. 装甲兵工程学院学报，2016，30（1）：104-110.