裝配式建筑用硅烷改性聚醚膠的制備及性能分析

鐘 豪 ，何澤稀

(1.西南交通大學(xué) 希望學(xué)院，四川 成都 610400； 2.成都職業(yè)技術(shù)學(xué)校，四川 成都 610400)

裝配式建筑施工將一些需要通過現(xiàn)場制作的建筑構(gòu)件，轉(zhuǎn)移到工廠當(dāng)中完成制作任務(wù)，通過工廠預(yù)先加工處理完成例如樓板、樓梯、墻板以及陽臺圍欄等構(gòu)件的制作工作，之后再將構(gòu)件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，通過榫卯、拼裝、焊接、澆筑等方式進(jìn)行組裝。現(xiàn)階段裝配式建筑構(gòu)件用途廣泛，比如應(yīng)用到樓梯中的混凝土構(gòu)件、應(yīng)用到橋梁中的鋼構(gòu)件以及應(yīng)用到環(huán)境建設(shè)中的木構(gòu)件，這些可裝配、可拆卸的構(gòu)件具有節(jié)能、環(huán)保以及縮短工期的特點，為住宅建筑內(nèi)的臥室、廚房、餐廳、浴室以及客廳等空間的建設(shè)，提供了更加便利的施工模式。但裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件之間存在不同程度的接縫，所以做好接縫處的銜接是現(xiàn)階段裝配式建筑工作項目中的一項難題。目前多采用密封膠來填充構(gòu)件接縫，而市面上的密封膠類型多樣，其中硅烷改性聚醚膠(MS膠)具有環(huán)保效果好、抗位移性、耐老化性以及可涂飾性等優(yōu)點。但市場上的這些傳統(tǒng)的MS膠也存在較大缺陷，比如在高溫條件下，MS膠的拉伸性還是不夠理想，膠體因黏度下降而無法銜接縫隙，或者由于MS膠與空氣中的水分子發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致膠體黏度飆升而失去強大彈性，導(dǎo)致膠體出現(xiàn)較多顆粒，嚴(yán)重時出現(xiàn)凝膠問題。針對目前的這一現(xiàn)象，以日常使用的傳統(tǒng)密封膠制備原材料為研究前提，分析硅烷改性聚醚膠的制備方法及性能。

1 材料與方法

1.1 選取實驗原材料與實驗儀器

結(jié)合裝配式建筑的結(jié)構(gòu)安裝與施工項目類型，選取原材料；針對硅烷改性聚醚膠的拉伸性以及擠出性，選擇實驗儀器，具體如表1、表2所示。

表1 實驗材料Tab.1 Experimental materials

表2 實驗儀器Tab.2 Experimental instruments

1.2 制備樣品

為了發(fā)揮密封膠的最大性能，此次測試制備4組樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的樣品，并根據(jù)樹脂用量調(diào)整其他材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。樣品配方如表3所示。

表3 硅烷改性聚醚膠制備配方Tab.3 Preparation formula of silane modified polyether adhesive

按照上述制備配方，將填料、鈦白粉、紫外吸收劑、增塑劑以及光穩(wěn)定劑添加到攪拌機中，設(shè)置真空脫水時間為2.5 h，脫水完成后放置1.5 h，直至混合料的溫度降至45 ℃以下。向冷卻后的混合料中添加硅烷改性聚醚、催化劑和偶聯(lián)劑并攪拌大約1 h。完成后將樣品放入聚乙烯試管中。為了防止實驗中突發(fā)事件造成樣品損壞，每一種樣品制備3份，1份用于測試研究；2份備用。

1.3 性能測定與表征

利用電子萬能試驗機拉伸樣品，設(shè)置機器的速率為8 mm/min、溫度為22～26 ℃。觀察膠體的拉伸效果，每組樣品取多輪測試結(jié)果的平均值作為最終測試結(jié)果。根據(jù)已知的拉伸數(shù)據(jù)，通過下列2組公式計算膠體的拉伸強度指標(biāo)和伸長率指標(biāo)：

(1)

(2)

式中：表示試驗機的作用力；、分別表示膠體樣品的寬度和厚度；表示樣品斷裂時的距離；表示初始標(biāo)距。通過上述計算，分析樣品在不同溫度、時間條件下的膠體拉伸性能。對于彈性模量，采用彈性模量儀和萬能拉力試驗機建立組合測試環(huán)境，其中彈性模量儀的加載速度被設(shè)置為12 kN/s，拉力試驗機的加載速度則被設(shè)置為2 mm/min。測量膠體的伸縮數(shù)據(jù)，根據(jù)平均值計算結(jié)果得到100%模量值。

設(shè)計一個擠出噴嘴，如圖1所示。將其與封裝袋連接，然后將聚乙烯試管中的膠體倒入封裝袋，通過施加壓縮空氣將樣品從噴嘴中擠出。由于樣品的配方不同，所以密度有所差異，因此設(shè)計的噴嘴直徑分別為2、4和6 mm，選擇其中合適大小的噴嘴用于不同密度的樣品。要求噴嘴的長度為50 mm，進(jìn)入口的長度大于2倍的噴嘴直徑。

圖1 擠出性測試工具Fig. 1 Extrudability test tool

將連接好的樣品放入配套的金屬筒中，然后將空壓機與圖1的最右端端口連接，以(260±10)kPa的壓力向燒杯中擠出金屬筒中的膠體，利用電子天平稱量擠出量，該值與所用時間之比即為擠出性測試結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹脂用量對膠體外觀的影響

不同的樹脂用量可能影響建筑用硅烷改性聚醚膠的性質(zhì)，針對該假設(shè)觀察4組樣品的外觀顏色和質(zhì)感，具體如圖2所示。通過觀察進(jìn)行記錄，得到表4的數(shù)據(jù)結(jié)果。

圖2 硅烷改性聚醚膠樣品外觀Fig. 2 Appearance of silane modified polyether adhesive sample

表4 樹脂用量對樣品外觀的影響Tab.4 Influence of resin dosage on sample appearance

根據(jù)上述記錄可知，添加的樹脂無論用量多少，都不會影響膠體的顏色，只對膠體表面的質(zhì)感存在不同程度的影響。當(dāng)樹脂用量較小時，膠體的顆粒感非常輕微；當(dāng)樹脂用量較大時，由于樹脂本身的粒徑增大，從而導(dǎo)致膠體顆粒感更加明顯、本身更加粗糙，會影響樹脂本身與硅烷改性聚醚膠之間的相容性。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可知，該膠體的100%模量標(biāo)準(zhǔn)值為0.40，彈性回復(fù)率需要達(dá)到70%以上。

2.2 曝曬前后膠體擠出性能對比

設(shè)置曝曬條件，將制備好的樣品中的一組放到室溫環(huán)境中；另一組放到自然曝曬環(huán)境中，記錄樣品曝曬前后的外觀拉伸效果，并測算拉伸數(shù)據(jù)。其中曝曬前膠體的拉伸記錄，結(jié)果如圖3所示。

圖3 曝曬前的膠體拉伸效果Fig. 3 Colloid stretching effect before exposure

根據(jù)上述測試結(jié)果可以看出，盡管4個組樣品的樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同；但在施加同樣的拉力條件下，樣品的拉伸性能較為相近。測算樣品在曝曬前的性能數(shù)據(jù)，結(jié)果如表5所示。

表5 樣品曝曬前性能Tab.5 Sample performance before exposure

根據(jù)表5可知，4個組樣品的拉伸強度與伸長率較為相近，且100%模量值均不超過0.40。記錄樣品放到曝曬環(huán)境當(dāng)中后的拉伸效果，具體如圖4所示。

圖4 曝曬后的膠體拉伸效果Fig. 4 Colloid stretching effect after exposure

根據(jù)上述測試結(jié)果可知，樣品A、樣品B以及樣品D在拉伸測試過程中，只施加少許拉力就導(dǎo)致這些樣品出現(xiàn)局部開裂，而樣品C在施加與曝曬前一致的拉力時，膠體沒有發(fā)現(xiàn)開裂問題，因此施加在樣品上的拉力大小依次為：樣品D、樣品B、樣品A、樣品C；拉伸性能大小依次也為：樣品D、樣品B、樣品A、樣品C。測算樣品在曝曬后的性能數(shù)據(jù)，結(jié)果如表6所示。

表6 樣品曝曬后性能Tab.6 Sample performance after exposure

綜合上述2個組測試結(jié)果可以看出，環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時，伸長率滿足基準(zhǔn)要求，拉伸強度受曝曬的影響最小，且100%模量值一直在0.40內(nèi)，認(rèn)為樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時，樣品的耐久性最佳、受高溫影響最小、拉伸性能更好。進(jìn)一步推斷該結(jié)論，所以在基礎(chǔ)室溫中，測試不同時間下，該樣品的膠體擠出性能，結(jié)果如表7所示。

表7 曝曬中不同時間的膠體擠出性能測試結(jié)果Tab.7 Test results of colloid extrusion performance at different exposure time

根據(jù)上述測試結(jié)果可知，環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的膠體樣品在長時間放置條件下，盡管膏體本身擠出性不斷降低，但整體數(shù)值是很大的，說明該樣品在室溫下有較大的擠出性能。

2.3 高溫老化前后性能對比

曝曬溫度有限，而裝配式建筑用硅烷改性聚醚膠可能需要在高溫下使用，所以將高溫設(shè)置為測試條件，比較膠體在高溫老化前后的膠體性能。由于樣品高溫老化前的性能與表5樣品曝曬前性能一致，這里就不再列出，只記錄樣品高溫老化后性能，如表8所示。

表8 樣品高溫老化后性能Tab.8 Sample performance after high-temperature aging

對比表5和表8的測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在高溫老化條件下，環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的樣品同樣具有較好的拉伸性能。所以設(shè)置高溫烘箱的存儲時間為30 d，測試不同時間下該樣品的膠體擠出性能，若該膠體的擠出性結(jié)果超過30 L/min，則可證實環(huán)氧樹脂在硅烷改性聚醚膠的制備中，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時，膠體的性能最佳。表9為高溫老化后膠體的擠出性測試結(jié)果。

表9 高溫烘箱中不同時間的膠體擠出性能測試結(jié)果Tab.9 Test results of colloid extrusion performance at different times in high temperature oven

由表9可知，環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的膠體樣品在高溫烘箱中長時間存儲條件下，膏體本身擠出性快速下降，但在85 ℃的高溫中，第30 d的擠出性結(jié)果依然大于30 L/min，滿足預(yù)期目標(biāo)，說明樣品C在此測試條件下依然有較好的擠出性能，說明該樣品在高溫存儲條件下可以同樣滿足使用。

3 結(jié)語

研究從硅烷改性聚醚膠的拉伸性以及擠出性入手，通過對比膠體的外觀和質(zhì)感分析膠體的性能，通過改變溫度來調(diào)整膠體中的環(huán)氧樹脂含量。此次研究在多輪測試中，取得了較為準(zhǔn)確的測試結(jié)果，但本研究也存在不足：(1)對于可涂飾性沒有進(jìn)行實驗分析，所以對于不同涂料種類該膠體可涂性和附著力的影響效果，在此次實驗中無法驗證。(2)對于實驗測試成本的把控不夠到位，導(dǎo)致實驗成本較大，資金緊張。在今后實驗測試中，盡可能將成本控制在預(yù)算內(nèi)；同時，在時間允許的情況下，分析不同涂料種類對膠體性能的影響。