浴室风干系统用胶粘剂的湿热老化行为研究*

蒋武衡，王利莉，刘建华

（广州科技职业技术大学，广东广州 510550）

随着国民经济的快速发展和近年来城镇化建设的快速推进，浴室风干系统作为建筑中必不可少的组成部分，已越来越多地受到人们的关注并逐渐提出了更高的要求[1]。由于浴室中环境较为复杂，风干系统需要将浴室内潮湿的热空气吸收，经过了后排出以保障浴室干燥，这就给浴室风干系统中的材料提出了更高的要求，包括用于浴室风干系统的胶粘剂需要具有良好的湿热老化特性[2-4]，以保障设备的正常运行，尽可能降低维修次数，延长使用寿命。虽然室温固化胶粘剂在浴室风干系统中已被广泛应用，但是影响胶粘剂使用寿命的因素及其影响规律仍然不十分清楚[5-7]。为了探索浴室风干系统中胶粘剂的湿热老化行为影响因素，更好地解决胶粘剂的老化失效等问题，本文研究了环境因素（蒸馏水、盐水）和固化条件（标准固化、后固化）对胶粘剂水分扩散、吸湿特征和强度退化等的影响，以期为浴室风干系统用胶粘剂的开发与应用提供参考。

1 材料与方法

实验材料为 Araldite® 2021胶粘剂（玻璃化转变温度为68℃），根据标准NF T 76-142 和 ISO 15166制备[8-9]平板试件（80mm×30mm）和哑铃型试件（图1），胶枪与底板角度为30°、模具为聚四氟乙烯模具，固化温度为40℃、固化试件为18h。

图1 哑铃型试件尺寸示意图Fig. 1 Dimension diagram of dumbbell test piece

将制备好的胶黏剂试件浸入不同环境的蒸馏水和盐溶液中，制备不同环境和固化条件的胶粘剂试样，每组试样不少于5根。其中，D表示50℃蒸馏水环境中标准固化，S表示50℃/5%NaCl溶液环境中标准固化[10]，DP表示50℃蒸馏水环境中后固化，SP表示50℃/5%NaCl溶液环境中后固化[11]。老化环境（50℃）使用Lab Companion 型高低温（湿热）环境箱，采用Sartorius电子天平和EF2J0006/CLH12-242型螺旋测微器测试质量与厚度，测试吸湿膨胀特性[12]；强度测试在INSTRON 5596型万能材料试验机上进行，拉伸速率为0.5mm/min，结果为5根试样中剔除最大值和最小值后三根试样测试结果的平均值。

2 结果与分析

图2为不同环境和固化条件下胶粘剂的吸湿百分比-时间曲线，表1中列出了相应的湿度扩散性质统计结果。可见，随着浸泡时间的延长，不同环境和固化条件下胶粘剂的吸湿百分比都呈现逐渐增加的趋势，但是在相同浸泡时间下胶粘剂的吸湿百分比存在明显差异。在D条件下，胶粘剂的饱和吸湿量和水分扩散系数分别为9.50%和3.54×10-7mm2•s-1；在S条件下，胶粘剂的饱和吸湿量和水分扩散系数分别为3.76%和7.62×10-7mm2•s-1；在相同环境下，采用后固化的胶粘剂的饱和吸湿量有不同程度增大、水分扩散系数有不同程度减小。此外，对比分析可知，无论是标准固化还是后固化条件下，胶粘剂在蒸馏水中的饱和吸湿量都高于5%NaCl溶液中、水分扩散系数都小于5%NaCl溶液中。这主要是因为水在5%NaCl溶液中的扩散速率要高于蒸馏水，盐溶液有助于促进胶粘剂结构中微腔的形成并提高扩散速率[12]；此外，在盐溶液中，胶粘剂会发生反渗透现象[13]而使得饱和吸湿量较小。

图2 不同环境和固化条件下胶粘剂的吸湿百分比-时间曲线Fig. 2 Moisture absorption percentage time curve of adhesive under different environment and curing conditions

表1 在不同环境和固化条件下胶粘剂的湿度扩散性质Table 1 Humidity diffusion properties of adhesives under different environments and curing conditions

图3为不同环境和固化条件下胶粘剂的吸湿膨胀量与吸湿水分含量关系曲线，表2中列出了相应的吸湿膨胀特性统计结果。可见，随着吸湿水分含量增加，不同环境和固化条件下胶粘剂的吸湿膨胀量呈现逐渐增大的特征。对于D条件下，胶粘剂的吸湿膨胀系数和总吸湿膨胀应变分别为0.48cm/（cm•%）和3.60%；对于S条件下，胶粘剂的吸湿膨胀系数和总吸湿膨胀应变分别为0.45 cm/（cm•%）和1.63%。在相同环境下，采用后固化的胶粘剂的吸湿膨胀系数要小于标准固化条件的胶粘剂，而总吸湿膨胀应变要大于标准固化条件的胶粘剂；在相同固化条件下，胶粘剂在蒸馏水中的吸湿膨胀系数和总吸湿膨胀应变都高于5%NaCl溶液中。由此可见，盐水环境下胶粘剂的吸湿膨胀系数要小于蒸馏水中，后固化处理后相较标准处理得到的胶粘剂的吸湿膨胀系数减小、总吸湿膨胀应变增大。图4为不同环境和固化条件下胶粘剂的破坏强度-吸水百分比关系曲线，表3列出了相应的强度退化结果。可见，不同环境和固化条件下胶粘剂的破坏强度都会随着吸水百分比增加而减小；在相同固化条件下，蒸馏水环境中胶粘剂由于具有更大的饱和吸湿量而使得破坏强度有进一步减小[14]。D、S、DP、SP条件下胶粘剂的强度退化分别为72.22%、76.52%、76.56%和87.73%，可见，相同固化条件下，盐溶液中胶粘剂的强度退化相对较大；相同环境下，后固化得到的胶粘剂的强度退化相对标准固化更大。

图3 不同环境和固化条件下胶粘剂的吸湿膨胀量与吸湿水分含量关系曲线Fig. 3 Relation curve between hygroscopic expansion and hygroscopic moisture content of adhesive under diff erent environments and curing conditions

表2 不同环境和固化条件下胶粘剂的吸湿膨胀特性Table 2 Hygroscopic expansion characteristics of adhesives under different environments and curing conditions

图4 不同环境和固化条件下胶粘剂的破坏强度-吸水百分比关系曲线Fig. 4 Relationship curve between breaking strength and percentage of water absorption of adhesive under different environments and curing conditions

表3 不同环境和固化条件下胶粘剂的强度退化结果Table 3 Strength degradation results of adhesives under different environments and curing conditions

进一步考察了胶黏剂试件的几何效应对扩散的影响，图5为不同类型的胶粘剂试件的吸湿量与时间曲线，表4列出了相应的几何参数与扩散性质的对应关系[15]，试件类型包括平板试样、哑铃型试件，厚度包括1mm和2mm（哑铃型试件），环境包括蒸馏水和盐水。对于平板试件-1mm试样，蒸馏水环境下的平均扩散速率和平均饱和吸湿量分别为1.40×10-7mm2•s-1和11.347%，在饱和氯化钠溶液环境下的平均扩散速率和平均饱和吸湿量分别为5.13×10-7mm2•s-1和2.405%，可见，盐溶液环境下胶粘剂试样的水分扩散速率更大、平均饱和吸湿量更小；对于相同厚度的哑铃型试件-1mm，相较于平板试件-1mm试样，蒸馏水和饱和氯化钠溶液环境下的平均扩散速率更大，蒸馏水环境下的平均饱和吸湿量变小、盐环境下的平均饱和吸湿量变大；对于哑铃型试件-2mm，相较于平板试件-1mm试样，蒸馏水环境下的平均扩散速率变大、平均饱和吸湿量变小，盐环境下的平均扩散速率变大、平均饱和吸湿量变大。整体而言，胶粘剂试件的几何参数会对平均扩散速率和平均饱和吸湿量产生明显影响，哑铃型试件会相对平板试件具有更大的平均扩散速率，但是平均饱和吸湿量变化不大。

图5 不同类型的胶粘剂试件的吸湿量与时间曲线Fig. 5 Moisture absorption and time curve of diff erent types of adhesive specimens

表4 不同类型的胶粘剂试件的几何参数与扩散性质的对应关系Table 4 Corresponding relationship between geometric parameters and diffusion properties of different types of adhesive specimens

3 结论

（1）随着浸泡时间的延长，不同环境和固化条件下胶粘剂的吸湿百分比都呈现逐渐增加的趋势。在D条件下，胶粘剂的饱和吸湿量和水分扩散系数分别为9.50%和3.54×10-7mm2•s-1；在S条件下，胶粘剂的饱和吸湿量和水分扩散系数分别为3.76%和7.62×10-7mm2•s-1；在相同环境下，采用后固化的胶粘剂的饱和吸湿量有不同程度增大、水分扩散系数有不同程度减小。

（2）随着吸湿水分含量增加，不同环境和固化条件下胶粘剂的吸湿膨胀量呈现逐渐增大的特征。在相同环境下，采用后固化的胶粘剂的吸湿膨胀系数要小于标准固化条件的胶粘剂，而总吸湿膨胀应变要大于标准固化条件的胶粘剂；在相同固化条件下，胶粘剂在蒸馏水中的吸湿膨胀系数和总吸湿膨胀应变都高于5%NaCl溶液中。

（3）不同环境和固化条件下胶粘剂的破坏强度都会随着吸水百分比增加而减小；在相同固化条件下，蒸馏水环境中胶粘剂由于具有更大的饱和吸湿量而使得破坏强度有进一步减小。D、S、DP、SP条件下胶粘剂的强度退化分别为72.22%、76.52%、76.56%和87.73%。