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 希望學院，四川 成都 610400； 2.成都職業技術學校，四川 成都 610400)

裝配式建筑施工將一些需要通過現場制作的建筑構件，轉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件的制作工作，之后再將構件運輸到施工現場，通過榫卯、拼裝、焊接、澆筑等方式進行組裝。現階段裝配式建筑構件用途廣泛，比如應用到樓梯中的混凝土構件、應用到橋梁中的鋼構件以及應用到環境建設中的木構件，這些可裝配、可拆卸的構件具有節能、環保以及縮短工期的特點，為住宅建筑內的臥室、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件之間存在不同程度的接縫，所以做好接縫處的銜接是現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)具有環保效果好、抗位移性、耐老化性以及可涂飾性等優點。但市場上的這些傳統的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生反應，導致膠體黏度飆升而失去強大彈性，導致膠體出現較多顆粒，嚴重時出現凝膠問題。針對目前的這一現象，以日常使用的傳統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

結合裝配式建筑的結構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

為了發揮密封膠的最大性能，此次測試制備4組樹脂質量分數不同的樣品，并根據樹脂用量調整其他材料的質量分數。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果的平均值作為最終測試結果。根據已知的拉伸數據，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。測量膠體的伸縮數據，根據平均值計算結果得到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果。

2 結果與分析

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，針對該假設觀察4組樣品的外觀顏色和質感，具體如圖2所示。通過觀察進行記錄，得到表4的數據結果。

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。根據行業標準可知，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境中；另一組放到自然曝曬環境中，記錄樣品曝曬前后的外觀拉伸效果，并測算拉伸數據。其中曝曬前膠體的拉伸記錄，結果如圖3所示。

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

根據上述測試結果可以看出，盡管4個組樣品的樹脂質量分數不同；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據，結果如表5所示。

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

根據表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

根據上述測試結果可知，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，膠體沒有發現開裂問題，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據，結果如表6所示。

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

綜合上述2個組測試結果可以看出，環氧樹脂質量分數為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，認為樹脂質量分數為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果Tab.7 Test results of colloid extrusion performance at different exposure time

根據上述測試結果可知，環氧樹脂質量分數為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的測試結果，發現在高溫老化條件下，環氧樹脂質量分數為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果超過30 L/min，則可證實環氧樹脂在硅烷改性聚醚膠的制備中，其質量分數為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果。

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

由表9可知，環氧樹脂質量分數為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感分析膠體的性能，通過改變溫度來調整膠體中的環氧樹脂含量。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；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。