2種非瀝青基防水卷材自粘層膠粘劑耐久性研究

宋方方,黃立輝,楊小育,胡全超,3,龔興宇

(1.創信(廣東)檢測技術有限公司,廣東 佛山 528303;2.科順防水科技股份有限公司,廣東 佛山 528303;3.青島科技大學,山東 青島 266061)

非瀝青基防水卷材具有優異的抗竄水性能、易施工等優點,在建筑防水工程中有著廣泛的應用[1]。非瀝青基防水卷材的自粘層目前主要有熱熔膠和丁基膠2類自粘層[2]。熱熔膠是以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物為主體的熱塑性彈性體,是一種粘合性能很好的膠粘劑[3-4],具有優異的粘附力和韌性。丁基膠主要是異丁烯和少量的異戊二烯陽離子聚合而成的高聚物,具有較好的不透水性,減震性和良好的密封性能[5];丁基膠也是具備良好粘彈性的膠粘劑[6-7]。

目前關于非瀝青基防水卷材自粘層的研究較少。非瀝青基防水卷材的自粘層在受到防水卷材的長期荷載時會產生一定的形變,即蠕變形變[8],膠粘劑的蠕變可以通過拉伸或者剪切的方法測試[9-10]。蠕變形變影響自粘層的耐久性能,影響非瀝青基防水卷材的長期使用效果。但目前尚未有試驗方案研究膠粘劑的長期蠕變效果。而探究非瀝青基防水卷材自粘層的長期蠕變性能,對研究非瀝青基防水卷材自粘層膠粘劑的耐久性能有著非常重要的作用。

通過研究熱熔膠和丁基膠2種膠粘劑的蠕變性能,以及2種膠粘劑的蠕變性能與溫度的關系,利用時溫等效探討2種膠粘劑的長期蠕變性能,并為非瀝青基防水卷材自粘層膠粘劑粘附性與耐久性研究提供理論依據。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

丁基橡膠(主要成分為乙烯-醋酸乙烯酯共聚物,市售);熱熔膠(主要成分為異丁烯和異戊二烯共聚物,市售)。

1.2 實驗儀器

高級旋轉流變儀 MCR302,Anton Paar

1.3 樣品制備

將膠粘劑加熱至120 ℃,融化后,趁熱轉入流變儀夾具中開展測試。

1.4 樣品測試

采用25 mm夾板夾具,實驗間距為1 mm,應力設置為17 Pa,實驗溫度設置在25～75 ℃。將上述融化的膠粘劑樣品加入夾具中,用刮勺刮去多余的樣品,在固定應力17 Pa條件下,開展2種膠粘劑的蠕變測試。

2 結果與討論

2.1 2種膠粘劑的蠕變性能研究

在相同溫度25 ℃、相同應力17 Pa條件下,丁基膠、熱熔膠的蠕變形變與時間的變化曲線如圖1所示。

圖1 丁基膠和熱熔膠的蠕變形變與時間的變化曲線

由圖1可知,在同一應力水平下,相對于丁基膠,熱熔膠具有更小的形變;隨著時間的延長,丁基膠形變變化越大,熱熔膠形變變化卻很小,二者因蠕變產生形變的差異也越來越大。丁基膠是有異丁烯和少量的異戊二烯聚合而成的聚合物,其中異丁烯的占比可高達97%,由于異丁烯中含有2個甲基,所以聚合后含有較多的側鏈甲基,當分子鏈運動時,會因側鏈甲基的作用受到阻礙,導致產生較大的內摩擦力[11-12]。當施加一定的應力,丁基膠就會因內摩擦力產生一定的熱能,導致產生的形變難以回復;當應力持續,因內摩擦力的作用將產生更大的形變量。由此表明;在相同溫度和應力水平下,熱熔膠具有很好的抗蠕變效果。

2.2 溫度對2種膠粘劑蠕變性能影響

在相同的應力水平17 Pa、不同溫度25～75 ℃條件下,丁基膠、熱熔膠的蠕變形變隨時間的變化曲線分別如圖2、圖3所示。

圖2 不同溫度下恒定應力下丁基膠蠕變形變與時間的曲線

圖3 不同溫度恒定應力下熱熔膠蠕變形變與時間的曲線

由圖2和圖3可知,溫度對2種膠粘劑的蠕變性能影響均很大。隨著溫度升高,2種膠粘劑的蠕變形變均增大,溫度升高,導致分子運動加劇,從而使形變量增大,2種膠粘劑隨溫度上升后產生較大的形變;但熱熔膠產生的形變量遠小于丁基膠。在25～75 ℃時,熱熔膠的蠕變形變量均小于丁基膠,表明在溫度較高的條件下熱熔膠仍具較好的抗蠕變性能。

2.3 2種膠粘劑的蠕變時溫等效研究

利用高分子材料的時溫等效原理即升高溫度與延長時間二者是等效的,開展2種膠粘劑常溫下長期的蠕變性能評價。2種膠粘劑蠕變的時溫等效通過以下方式實現:分別測試2種膠粘劑25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75 ℃的短期蠕變曲線結果圖4和圖5所示。固定25 ℃的短期蠕變曲線,再分別將2種膠粘劑的短期蠕變曲線30、35、40、45、50、55、60、65、70、75 ℃向各自的25 ℃的短期蠕變曲線平行移動,分別獲得2種膠粘劑在25 ℃下長期蠕變主曲線,具體如圖4、圖5所示。

(a)時溫等效主曲線

(a)時溫等效主曲線

由圖4和圖5可知,丁基膠和熱熔膠2種膠粘劑因蠕變產生的形變均隨時間的延長而增大。2種膠粘劑產生相同的蠕變形變所需的時長不同,當2種膠粘劑均產生1%的蠕變形變,丁基膠需要0.6 h,熱熔膠需要32.8 d;當2種5%的蠕變形變,丁基膠需要2.7 d,熱熔膠需要2.2 a;當2種膠粘劑產生20%形變,丁基膠需要39 d,而熱熔膠需要11.4年;產生相同蠕變形變時,丁基膠需要較短的時間,熱熔膠需要較長的時間。相對于丁基膠,熱熔膠具有更低的蠕變形變增長速率,從長期來看,熱熔膠具有更加優異的抗蠕變性能,也具有很好的耐久使用效果。

3 結語

對2種非瀝青基防水卷材自粘層膠粘劑進行蠕變研究,常溫25 ℃下,相對于丁基膠,熱熔膠具有更低的蠕變應變,呈現較好的抗蠕變性能;同時溫度對兩種膠粘劑的蠕變性能影響也非常顯著。2種膠粘劑的蠕變形變均隨溫度的增加而增大,在溫度25～75 ℃時,熱熔膠的抗蠕變效果均優于丁基膠。

采用時溫等效原理研究2種膠粘劑在常溫的長期蠕變性能,當產生相同的蠕變形變量時,相對于丁基膠,熱熔膠需要更長的時間,熱熔膠表現較好的抗蠕變性能,即產生1%的蠕變形變,丁基膠需要0.6 h,熱熔膠則需要32.8 d;產生5%的蠕變形變,丁基膠需要2.7 d,熱熔膠則需要2.2年;產生20%形變,丁基膠需要39 d,而熱熔膠則需要11.4年。相對于丁基膠,長期來看,熱熔膠具有很好的抗蠕變性能,并且由此可以推測熱熔膠具有較好的耐久性能。