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        裝配式建筑用硅烷改性聚醚膠的制備及性能分析

        2022-10-25 06:10:22何澤稀
        粘接 2022年10期
        關鍵詞:聚醚硅烷膠體

        鐘 豪 ,何澤稀

        (1.西南交通大學 希望學院,四川 成都 610400; 2.成都職業(yè)技術(shù)學校,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)移到工廠當中完成制作任務,通過工廠預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、澆筑等方式進行組裝?,F(xiàn)階段裝配式建筑構(gòu)件用途廣泛,比如應用到樓梯中的混凝土構(gòu)件、應用到橋梁中的鋼構(gòu)件以及應用到環(huán)境建設中的木構(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,提供了更加便利的施工模式。但裝配式建筑預制構(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,導致膠體黏度飆升而失去強大彈性,導致膠體出現(xiàn)較多顆粒,嚴重時出現(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)量分數(shù)不同的樣品,并根據(jù)樹脂用量調(diào)整其他材料的質(zhì)量分數(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和伸長率指標:

        (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置為12 kN/s,拉力試驗機的加載速度則被設置為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。當樹脂用量較小時,膠體的顆粒感非常輕微;當樹脂用量較大時,由于樹脂本身的粒徑增大,從而導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)標準可知,該膠體的100%模量標準值為0.40,彈性回復率需要達到70%以上。

        2.2 曝曬前后膠體擠出性能對比

        設置曝曬條件,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)量分數(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)量分數(shù)為1.0%時,伸長率滿足基準要求,拉伸強度受曝曬的影響最小,且100%模量值一直在0.40內(nèi),認為樹脂質(zhì)量分數(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。進一步推斷該結(jié)論,所以在基礎室溫中,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)量分數(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)量分數(shù)為1.0%的樣品同樣具有較好的拉伸性能。所以設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)量分數(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)量分數(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,滿足預期目標,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。

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