楊忠奎 胡生祥 屈雪艷 張燕 吳歡 曹興園

摘 要：文章選取了2種市場常用的丙烯酸酯膠粘劑作為研究對象，研究了其在高溫（80℃）、濕熱（50℃/95%RH）、清潔劑、酸霧、鹽霧、凍融老化條件下對鋼化玻璃-不銹鋼粘接性能的變化情況。結(jié)果表明，在上述老化條件下，2種膠粘劑對不銹鋼的粘接均優(yōu)于對玻璃的粘接;用于玻璃基材的粘接時，粘接接頭耐濕熱和耐凍融性能良好，但其耐清潔劑、耐鹽霧、耐酸霧老化性能較差;粘接接頭的耐高溫性能與膠粘劑產(chǎn)品自身配方有關(guān)，在使用前需做耐溫性驗證試驗。因此，在清潔劑、鹽霧、酸霧環(huán)境中，不建議使用丙烯酸酯膠粘劑作為玻璃結(jié)構(gòu)的粘接材料。

關(guān)鍵詞：玻璃結(jié)構(gòu);丙烯酸酯膠粘劑;剪切強度;老化

中圖分類號：TQ433.4+36 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：1001-5922（2020）10-0001-04

Abstract：In this paper， two kinds of acrylate adhesives commonly used in the market were selected as the research objects， and the changes of bonding properties of toughened glass-stainless steel were studied by accelerated ageing such as high temperature （80℃）， damp heat? （50℃/ 95%RH）， detergent， acid mist， salt mist and freeze-thaw aging. The results show that under the above aging conditions， the bonding of stainless steel with two kinds of adhesives is better than that of glass; when used for bonding glass substrates， the adhesive joint has good resistance to humidity and heat and freeze-thaw resistance， but its resistance to cleaning agents， salt spray， and acid spray are poor; the high temperature resistance of the adhesive joint is related to the formula of the adhesives， and the temperature resistance verification test should be carried out before use. Therefore， it is not recommended to use acrylate adhesive as bonding material for glass structure in the environment of detergent， salt spray and acid mist environments.

Key words：glass structure; acrylate adhesive; shear strength; aging

0 引言

玻璃作為一種耐用、質(zhì)輕、通透的建筑材料，一直受到建筑設(shè)計師們的青睞，尤其是在幕墻領(lǐng)域，其使用已有上百年歷史。近十年來，隨著對夾膠玻璃和高強玻璃研究的不斷深入，以玻璃作為主要受力結(jié)構(gòu)的建筑形式不斷涌現(xiàn)，如玻璃棧道、玻璃橋、玻璃樓梯、玻璃屋等。然而，國內(nèi)在玻璃結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工、工程驗收、使用維護以及性能評定等方面，目前并未形成明確的規(guī)范，在工程實際中容易出現(xiàn)為了過度追求安全性而將安全冗余設(shè)計的過高而造成資源的浪費，或者安全冗余設(shè)計的不足而產(chǎn)生一定的安全隱患。因此，開展玻璃結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究，形成用于指導(dǎo)工程實際的技術(shù)規(guī)范勢在必行。而膠粘劑作為玻璃結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的重要組成部分之一，對膠粘劑粘接性能和耐候性能開展相關(guān)的研究對于玻璃結(jié)構(gòu)領(lǐng)域膠粘劑的選型和使用以及完善我國標(biāo)準體系具有重要的指導(dǎo)意義。

文章以兩種市場常用的丙烯酸酯膠粘劑A1和A2為試驗對象，借鑒GB50728-2011《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》 [1]以及JG/T475《建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》 [2]中的相關(guān)老化試驗方法，研究了A1和A2對鋼化玻璃和不銹鋼基材的粘接老化性能，老化試驗項目包括高溫老化、濕熱老化、酸霧老化、鹽霧老化、清潔劑浸泡老化、凍融老化等。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

丙烯酸酯膠粘劑A1、A2：市售;鋼化玻璃：50mm×50mm×6mm，河南中玻玻璃有限公司;不銹鋼：100mm×25mm×2mm，鄭州市華浩機械加工部。

1.2 試驗設(shè)備

電子萬能試驗機，鄭州中原思藍德高科股份有限公司;電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，DHG-9140A，上海鴻都電子科技有限公司;二氧化硫試驗箱，東莞市偉煌試驗設(shè)備有限公司;清潔劑老化試驗箱，鄭州中原思藍德高科股份有限公司;鹽霧腐蝕試驗箱，上海林頻儀器股份有限公司;可程式恒溫恒濕試驗箱，東莞市偉煌試驗設(shè)備有限公司。

1.3 試樣制備

1）參照GB/T 2567-2008《樹脂澆注體性能試驗方法》 中5.1和5.2的方法要求，制備拉伸性能和壓縮性能測試試片。

2）參照GB/T 7124-2008《膠粘劑拉伸剪切強度的測試（剛性材料對剛性材料）》 ，制備不銹鋼-不銹鋼和不銹鋼-鋼化玻璃剪切試片（粘接面長度為12.5mm，膠層厚度為0.2mm），如圖1所示。

1.4 老化試驗項目及方法

1.4.1 高溫老化試驗。

將養(yǎng)護后的試片放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，溫度設(shè)定為80℃，分別處理30d、60d、90d后取出，在標(biāo)準條件[溫度（23±2）℃、相對濕度（50±5） %]下測試其拉剪強度，并記錄試片粘接破壞形式。

1.4.2 濕熱老化試驗。

將養(yǎng)護后的試片放入可程式恒溫恒濕試驗箱中，溫度設(shè)定為50℃，濕度設(shè)定為95%，分別處理30d、60d、90d、120d后取出，在標(biāo)準條件下測試其拉剪強度，并記錄試片粘接破壞形式。

1.4.3 清潔劑浸泡老化試驗。

將養(yǎng)護后的試片放入清潔劑老化試驗箱（清潔劑溶液濃度為1%）中，溫度設(shè)定為（45±1）℃，分別浸泡10d、20d、30d后取出，在標(biāo)準條件下測試其拉剪強度，并記錄試片粘接破壞形式。

1.4.4 酸霧老化試驗。

將養(yǎng)護后的試片放入二氧化硫試驗箱（SO2氣體濃度為0.2L/300mL）中，溫度設(shè)定為（40±3）℃，經(jīng)過30個循環(huán)后取出，在標(biāo)準條件下測試其拉剪強度，并記錄試片粘接破壞形式。

1.4.5 鹽霧老化試驗。

將養(yǎng)護后的試片放入鹽霧腐蝕試驗箱（NaCl溶液濃度為5%）中，溫度設(shè)定未（35±1）℃，老化處理30d后，在標(biāo)準條件下測試其拉剪強度，并記錄試片粘接破壞形式。

1.4.6 耐凍融試驗。

將養(yǎng)護后的試片放置于-25℃～35℃凍融循環(huán)溫度下，每個循環(huán)8h，經(jīng)50次循環(huán)后，在標(biāo)準條件下測試其拉剪強度，并記錄試片粘接破壞形式。

2 結(jié)果與討論

2.1 丙烯酸酯膠粘劑的性能

A1和A2基本性能如下表1所示。

從表1可以看出，在本體性能方面，A1在拉伸性能和壓縮性能方面均優(yōu)于A2;在粘接性能方面，A1對不銹鋼和玻璃兩種基材均具有較高的粘接強度，且試片破壞類型均為內(nèi)聚破壞，而A2對不銹鋼基材的粘接強度大于對玻璃基材的粘接強度，且對不銹鋼基材的粘接破壞類型為內(nèi)聚破壞，對玻璃基材的粘接破壞類型為粘附破壞。綜上所述，在標(biāo)準條件下，2種丙烯酸酯膠粘劑本體性能雖有差異，但對不銹鋼及玻璃基材均具有良好的粘接性能，因此下文均以不銹鋼-鋼化玻璃試片對2種丙烯酸酯膠粘劑進行相關(guān)老化性能研究。

2.2 溫度對兩種丙烯酸酯膠粘劑A1和A2剪切強度的影響

從圖2可以看出，當(dāng)溫度從-40℃升至80℃時，A1和A2的剪切強度均隨溫度的升高而逐漸下降。其中A1的剪切強度保持率在40℃時為76.3%，在60℃時為34.2%，在80℃時僅為20%，A2的剪切強度保持率在40℃時為52%，在60℃時為26%，在80℃時僅為15.5%，且A1和A2在60℃以上均表現(xiàn)為玻璃表面粘附破壞，表明A1和A2對玻璃基材的粘接強度在60℃以上出現(xiàn)大幅度衰減。綜上所述，A1和A2在60℃以上的強度保持率均較差，因此在使用丙烯酸酯膠粘劑作為玻璃結(jié)構(gòu)粘接材料時，需要重點關(guān)注其在實際工作溫度上限時的粘接強度保持率，以確保被粘接部位的可靠性和安全性。

2.3 80℃高溫老化對A1和A2剪切強度的影響

從圖3可以看出，A1在80℃下老化120d后，其剪切強度未發(fā)生衰減，而A2在80℃下老化30d后，其剪切強度便出現(xiàn)衰減，老化至120d后，其剪切強度保持率僅為46.7%，且試片為玻璃表面粘附破壞，該現(xiàn)象可能是由于熱氧化作用[3]破壞了膠層與界面的相互作用。從A1和A2兩類丙烯酸酯膠粘劑在熱老化后剪切強度的變化趨勢可以看出，丙烯酸酯膠粘劑的高溫老化性能與產(chǎn)品自身配方有密切關(guān)系，因此在對丙烯酸酯膠粘劑選型時，需提前通過試驗驗證相關(guān)產(chǎn)品的耐高溫老化性能。

2.4 濕熱老化對A1和A2剪切強度的影響

從圖4可以看出，A1和A2在濕熱老化120d后，其剪切強度雖發(fā)生一定程度的衰減，但剪切強度保持率均在82%以上，表明2種丙烯酸酯膠粘劑具有良好的耐濕熱老化性能。

2.5 清潔劑浸泡對A1和A2剪切強度的影響

從圖5可以看出，A1和A2在45℃清潔劑環(huán)境老化120d后，其剪切強度均出現(xiàn)明顯衰減，A1剪切強度保持率僅為10%，A2剪切強度保持率僅為26.6%，且均表現(xiàn)為玻璃表面粘附破壞。表明在清潔劑環(huán)境中，A1和A2的耐老化性能較差，不適合作為玻璃基材的結(jié)構(gòu)粘接材料。

2.6 鹽霧、酸霧老化對A1和A2剪切強度的影響

從圖6可以看出，2種膠經(jīng)酸霧30循環(huán)、鹽霧30d后，其剪切強度均發(fā)生了明顯衰減，其中鹽霧環(huán)境下衰減的幅度更大，且均表現(xiàn)為玻璃表面粘附破壞，據(jù)相關(guān)文獻介紹[4]，酸與鹽等化學(xué)介質(zhì)主要是通過基體表面微裂紋的吸附作用，擴散和滲透進入材料內(nèi)部及粘接面，使基體溶脹，導(dǎo)致界面承受橫向的拉應(yīng)力，使界面結(jié)合力降低。上述結(jié)果表明在酸霧和鹽霧環(huán)境中，2種膠的耐老化性能均較差，故在類似環(huán)境中，2種膠粘劑不適合作為玻璃基材的粘接材料。

2.7 凍融老化對A1和A2剪切強度的影響

從圖7可以看出，經(jīng)過50個凍融老化試驗后，2種丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠對玻璃的剪切強度與標(biāo)準條件下相比均未發(fā)生明顯衰減，且剪切試片的破壞形式均為內(nèi)聚破壞，表明2種膠的耐凍融老化性能良好，且該試驗結(jié)果與王文軍[5]制備的丙烯酸酯錨固膠的凍融試驗結(jié)果相一致，表明丙烯酸酯類膠粘劑具有良好的耐凍融性能。

3 結(jié)論

1）A1和A2在60℃時的剪切強度保持率已出現(xiàn)大幅衰減，故在使用該類型膠粘劑作為玻璃結(jié)構(gòu)粘接材料時，需要重點關(guān)注其使用溫度上限，以確保被粘接部位的可靠性和安全性。

2）在80℃高溫老化條件下，A1和A2的老化性能出現(xiàn)了明顯差異，表明丙烯酸酯膠粘劑的耐高溫老化性能與產(chǎn)品自身有密切關(guān)系，故在選擇丙烯酸酯膠粘劑時，需提前通過試驗驗證相關(guān)產(chǎn)品的耐高溫老化性能。

3）除80℃高溫老化試驗外，2種膠粘劑A1和A2在所研究的老化條件下，其剪切強度的變化趨勢基本一致，均隨著老化時間的延長而逐漸減小，且均為玻璃表面粘附破壞，故2種膠對不銹鋼基材的粘接性能優(yōu)于對玻璃基材的粘接性能。

4）在酸霧、鹽霧、清潔劑老化條件下，2種膠粘劑的剪切強度均發(fā)生了大幅度衰減，可見此類丙烯酸酯膠粘劑在粘接玻璃基材時的耐酸霧、鹽霧、清潔劑老化性能較差，故在此類環(huán)境中，不建議使用該類膠粘劑作為玻璃結(jié)構(gòu)的粘接材料。

參考文獻

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50728-2011《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》 [S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑結(jié)構(gòu)標(biāo)準化技術(shù)委員會.JG/T475-2015《建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》 [S].北京：中國標(biāo)準出版社，2016.

[3]尹文華，陳燕，馮志新.膠粘劑老化機理及研究進展（上） [J].合成材料老化與應(yīng)用，2014，43（02） ：69-73.

[4]陳躍良，劉旭.環(huán)境作用下的聚合物基復(fù)合材料性能研究進展及主要問題[J].飛機設(shè)計，2010，30（04） ：49-56.

[5]王文軍，李紅旭，張首文.KH-CP98丙烯酸酯錨固膠粘劑的研制[J].中國膠粘劑， 2005（03） ：22-24.