一種充氣中空玻璃用硅酮密封膠的制備及性能評價

楊玉寧，楊振英，邢鳳群，郭月萍，程 鵬，金燕鴻，馮 培

（1.鄭州中原思藍德高科股份有限公司，河南 鄭州 450001；2.河南建筑職業技術學院，河南 鄭州 450064）

隨著國家對建筑節能的重視，節能型中空玻璃目前被普遍的使用，充氣型中空玻璃是近幾年新興起的節能型中空玻璃，它主要是用氬氣、氙氣和氪氣等惰性氣體替換原本中空玻璃單元內的干燥空氣，替換后可大幅度減少傳導和對流而產生的熱傳遞，使中空玻璃的隔熱保溫性能得到不同程度的提高。在實際使用過程中，由于分壓定律，空腔內的惰性氣體傾向于透過密封層向外滲透。因此，密封膠的性能優劣將直接影響充氣中空玻璃產品的使用壽命。本文主要研究了107硅橡膠的黏度、碳酸鈣的種類和用量對充氬氣中空玻璃性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原料

201硅油、107硅橡膠，江西星火有機硅廠；碳酸鈣，蘇州凱美樂化工有限公司、山西蘭花華明納米材料有限公司；交聯劑，湖北新藍天新材料股份有限公司；催化劑，南京能德化工有限公司；偶聯劑，湖北武大有機硅新材料股份有限公司；氣相SiO2，卡伯特。

1.2 主要儀器設備

雙行星攪拌釜，成都市樹風工貿有限公司；電子萬能拉力機，深圳新三思材料檢測有限公司；二氧化硫氣體腐蝕試驗箱、鹽霧腐蝕試驗箱，上海林頻儀器股份有限公司；水-紫外線輻照試驗箱、密封膠蠕變試驗機、浸水（清潔劑）試驗箱、密封膠疲勞試驗機，鄭州中原思藍德高科股份有限公司；高低溫交變試驗箱，上海增達環境試驗設備有限公司；水蒸氣透過率測試儀，濟南蘭光機電技術有限公司；高低溫交變試驗箱，上海增達環境試驗設備有限公司。

1.3 硅酮密封膠A、B組分的制備

充氣中空玻璃用硅酮密封膠的配方分為A、B 2組分。

A組分：將107硅橡膠、甲基硅油、碳酸鈣放入雙行星攪拌機中，抽真空攪拌1 h，混合均勻后出釜制得A組分。

B組分：硅油、交聯劑、偶聯劑、催化劑、碳黑等按一定比例加入雙行星攪拌釜中，抽真空攪拌1 h，混合均勻后出釜制得B組分。

1.4 性能的測試

硅酮密封膠的力學性能按ET AG002《結構密封膠裝配系統技術認證指南》測定[1]；

水汽滲透指數按EN1279-2《建筑用玻璃-中空玻璃第2部分：水氣滲透的長期試驗方法和試驗條件》[2]測定；

氣體泄漏率按EN1279-3《建筑用玻璃-中空玻璃第3部分：透氣率和氣體濃度的公差的長期測試方法和必要條件》[3]測定；

水蒸氣透過率和邊部密封粘接性能按EN 1279-4《建筑玻璃-中空玻璃單元第4部分：邊緣密封物理特征的測試方法》[4]進行測定。

2 結果與討論

充氣中空玻璃用硅酮密封膠的基礎配方見表1。

2.1 107硅橡膠黏度對密封膠性能的影響

在其他各成分質量分數不變的前提下，選擇3種不同黏度的107硅橡膠制成密封膠，參照GB/T528—2009制得啞鈴型試樣，測其拉伸強度和斷裂伸長率。同時用這3種密封膠作為二道密封膠制得充氣型中空玻璃，依據EN1279-3進行高低溫循環試驗，試驗后測其氣體含量，試驗結果見表2。

表1 充氣中空玻璃用硅酮密封膠A、B組分基礎配方Tab.1 Basic compositions of component A and B of silicone sealant for aerated hollow glass

表2 107膠黏度對密封膠性能的影響Tab.2 Effect of viscosity of 107 rubber on sealant properties

由表2可以看出，①隨著107膠黏度的增加，密封膠的拉伸強度和斷裂伸長率增加，這是因為107膠的分子量增大，黏度增加，端羥基減少，從而在固化時交聯點減少，交聯密度降低，其所受應力更好地通過交聯點分散到周圍的分子鏈上。②隨著107膠黏度增大氣體泄漏量也增大，主要是因為隨著黏度的增加，膠體彈性增大，在高低溫循環過程中更容易變形，從而使氣體的泄漏量也增大。

2.2 不同碳酸鈣種類對密封膠性能的影響

在其他各成分質量分數不變的前提下，選擇納米碳酸鈣、輕質碳酸鈣和重質碳酸鈣（ 分 別 編 為1#、 2#、 3#） 制 成 密 封 膠 ， 參 照GB/T528—2009制得啞鈴型試樣，測其拉伸強度和斷裂伸長率，試驗結果見表3。

表3 不同碳酸鈣種類對密封膠性能的影響Tab.3 Effect of calcium carbonate kind on sealant properties

由表3可看出，1#的拉伸強度和斷裂伸長率最大，3#密封膠拉伸強度和伸長率最小，這是因為碳酸鈣具有補強抗撕裂抗老化作用，粒徑較小的表現出較為明顯的補強和拉伸性能[5]， 2#（ 輕質碳酸鈣）和3#（ 重質碳酸鈣）粒徑稍大，補強效果不如1#（納米碳酸鈣）。

2.3 納米碳酸鈣用量對密封膠性能的影響

在其他各成分質量分數不變的前提下，加入不同量的納米碳酸鈣制成密封膠，對其拉伸強度、斷裂伸長率進行測試，同時用這3種密封膠作為二道密封膠制得充氣型中空玻璃，依據EN1279-3進行高低溫循環試驗，試驗后測其氣體含量，實驗結果見表4。

表4 納米碳酸鈣用量對密封膠性能的影響Tab.4 Effect of amount of nano calcium carbonate on sealant properties

從表4可以看出，隨著納米碳酸鈣用量的增大，密封膠的拉伸強度增加，斷裂伸長率降低，老化后的氣體泄漏量減小，但是隨著碳酸鈣的用量增大其流動性將受到限制，進而影響密封膠的工藝性能，綜合考慮，選用碳酸鈣質量分數在60%范圍內。

3 充氣型中空玻璃密封膠的性能評價

對于充氣中空玻璃，二道密封膠的性能優劣將直接影響產品的使用壽命。為了保證充氣中空玻璃的壽命，除了在制作過程中嚴格控制外，還應對其二道密封膠性能，如水汽滲透性能、氣體泄漏率、粘接性能、力學性能等進行綜合評價。

3.1 耐環境老化性能

3.1.1 水汽滲透指數

制作好的充氣中空玻璃依據EN1279-2進行試驗，整個試驗過程分為2個階段，詳見圖1，第1階段是溫度從-18 ℃至53 ℃循環升溫和降溫（速度14 ℃/h，升至53 ℃和降至-18℃時分別保溫1 h），持續循環56次，每個循環為12 h，完成第1階段共需要28 d。第2階段是保持58 ℃及相對濕度95%條件下的溫度持續7個星期。通過上述2個階段加速老化試驗后，測定干燥劑的初始、最終水氣含量，計算中空玻璃的平均水氣滲透百分比Iav及 最大水氣滲透百分比。按照本文中篩選出的優良配方，制得的充氣中空玻璃的水分滲透指數檢測結果見表5。

圖1 氣體密封耐久性試驗溫度-時間曲線Fig.1 Temperature-time curve for gas seal endurance test（注：1.第1階段高低溫循環試驗；2.分2個試驗箱進行試驗時，2個階段試樣轉移時間間隔≤4 h；3.第2階段恒溫恒濕試驗。）

表5 水分滲透指數檢測結果Tab.5 Test results of water permeability index

通過表5可看出，用優選出的配方作為二道密封膠制作的中空玻璃，水分滲透指數的平均值及最大值均符合EN1279-2的要求。

3.1.2 氣體泄露率

制作好的充氣中空玻璃依據EN1279-3進行試驗，整個試驗過程分為2個階段，詳見圖1，第1階段是溫度從-18 ℃至53 ℃循環升溫和降溫（速度14 ℃/h），持續循環28次，每個循環為12 h，完成第1階段共需要28 d。第2階段是保持58 ℃及相對濕度95%條件下的溫度持續4個星期。然后測量其氣體的漏氣量，而后對中空玻璃內的氣體濃度作出分析，從而計算出漏氣率。按照本文中篩選出的優良配方，制得的兩塊充氣中空玻璃的氣體泄漏率檢測結果見表6。

表6 氣體泄漏率檢測結果Tab.6 Gas leakage rate test results

由表6可看出，用優選出的配方作為二道密封膠制作的中空玻璃，氣體泄漏率符合EN1279-3的要求，密封性能良好。

3.2 水蒸氣透過率

按照EN1279-4中5.2制得2 mm厚的試樣，將水分含量＜5%的分子篩放到水蒸氣透過率測試儀試驗盤中，再將試樣放到試驗盤上，然后把試驗盤放入在溫度為（23±1）℃，相對濕度大于等于90%的試驗箱中，定期稱量測試盤的質量，繪制時間-質量曲線圖，當至少6個點繪制的曲線趨于平直時，可以認為該直線的斜度是水蒸汽透過率，按照本文中篩選出的優良配方，制得的試樣檢測的水蒸氣透過 率 為 （16.6±0.6）g H O/（m2·24 h·22 mm），因此可看出該篩選的配方氣密性優良。

3.3 邊部密封粘接性能

按照EN1279-4中5.1制作“H”型試樣，在標準條件下[T：（23±2）℃，RH：（50±5）%]養護21 d后，進行4個條件下的老化試驗，每個老化試驗的試樣為7個，具體的老化試驗過程為：在標準條件下放置7 d、溫度為（60±2）℃的烘箱中放置（168±5）h、標準條件下的去離子水中放置（168±5）h、紫外線強度（40±5）W/m2的紫外箱中放置（96±4）h，老化試驗結束后將試樣在標準條件放置24～48 h，然后進行拉伸試驗。按照本文中篩選出的優良配方，制得的“H”型試樣，檢測后在OAB區域（圖2）內均無玻璃與密封膠的粘接破壞且無密封膠內聚破壞。說明該優選的配方密封膠的內聚力和粘接力均良好。

3.4 力學性能

ETAG002《結構密封膠裝配系統技術審核指南》是目前國際上檢測硅酮結構密封膠最為先進的標準，是在給予硅酮結構膠25年的設計使用壽命基礎上編寫的，現按照ETAG002要求全面考查充氣性中空玻璃二道硅酮密封膠力學、耐環境老化等方面的性能，檢測結果見表7。

圖2 OAB評價區域Fig.2 OAB evaluation area

表7 按ETAG002性能測試結果Tab.7 Results of ETAG002 performance tests

由表7可以看出，該優選的配方各項性能均滿足ETAG002標準要求，具有優異的力學性能、耐環境老化性能等。

4 結語

1）107硅橡膠的黏度、碳酸鈣的種類和用量影響密封膠的拉伸強度和斷裂伸長率，同時也影響密封膠的氣密性。

2）按本文設計的配方和工藝制得的充氣性中空玻璃硅酮密封膠符合EN1279-2、EN1279-3，EN1279-4、 ETAG002的 標 準 要求，綜合性能良好，同時能提供25年的質量保證。

[1]ETAG002 Guedelene for European technical aproval for structural sealant glazing kits(SSGK)[S].

[2]EN1279-2 Part 2:Long term test method and requirements for moisture penetration[S].

[3]EN1279-3 Part 3:Long term test method and requirements for gas leakage and for gas concentration tolerances[S].

[4]EN1279-4 part 4:Methods of test for the physical attributes of edge seals[S].

[5]肖品東.納米碳酸鈣在建筑用硅酮密封膠中的應用[J].無機鹽工業,2009,41(5):51-53．