钟 豪 ，何泽稀
(1.西南交通大学 希望学院，四川 成都 610400； 2.成都职业技术学校，四川 成都 610400)
摘要：装配式建筑构件通过密封胶衔接构件之间的接缝,为了选择拉伸性、挤出性效果最佳的密封胶,研究装配式建筑用硅烷改性聚醚胶的制备及性能。设置树脂的质量分数为0% ,0.5% 、1.0%以及2.0% ,通过真空脱水处理材料配方,制备硅烷改性聚醚胶样品,分析树脂用量对胶体外观和挤出性能的影响。测试结果表明:当树脂质量分数为0.5% 、1.0%时,胶体外观细腻且只有轻微颗粒感。设置曝晒前、后两组测试条件,曝晒前的四组样品拉伸强度和伸长率较为接近,且100%模量不超过0.40;曝晒后仅有质量分数为1.0%的胶体保留了较强的拉伸性和伸长率,同时将100%模量控制在0.40之内,且该胶体在180 d后,膏体均匀且只有轻微颗粒,挤出性为169 Lmin。设置高温老化前后两组测试条件,高温老化前的结果与曝晒前的结果一致,高温老化后的结果显示,树脂质量分数为1.0%的样品拉伸强度和伸长率同样最佳, 100%模量不超过0.40 ,在高温烘箱存储30 d内,胶体均匀且只有轻微颗粒,其挤出性仍超过30 L/min。
关键词：装配式建筑;硅烷改性聚醚胶:树脂质量分数:外观;拉伸;挤出
装配式建筑施工将一些需要通过现场制作的建筑构件，转移到工厂当中完成制作任务，通过工厂预先加工处理完成例如楼板、楼梯、墙板以及阳台围栏等构件的制作工作，之后再将构件运输到施工现场，通过榫卯、拼装、焊接、浇筑等方式进行组装。现阶段装配式建筑构件用途广泛，比如应用到楼梯中的混凝土构件、应用到桥梁中的钢构件以及应用到环境建设中的木构件，这些可装配、可拆卸的构件具有节能、环保以及缩短工期的特点，为住宅建筑内的卧室、厨房、餐厅、浴室以及客厅等空间的建设，提供了更加便利的施工模式。但装配式建筑预制构件之间存在不同程度的接缝，所以做好接缝处的衔接是现阶段装配式建筑工作项目中的一项难题。目前多采用密封胶来填充构件接缝，而市面上的密封胶类型多样，其中硅烷改性聚醚胶(MS胶)具有环保效果好、抗位移性、耐老化性以及可涂饰性等优点。但市场上的这些传统的MS胶也存在较大缺陷，比如在高温条件下，MS胶的拉伸性还是不够理想，胶体因黏度下降而无法衔接缝隙，或者由于MS胶与空气中的水分子发生反应，导致胶体黏度飙升而失去强大弹性，导致胶体出现较多颗粒，严重时出现凝胶问题。针对目前的这一现象，以日常使用的传统密封胶制备原材料为研究前提，分析硅烷改性聚醚胶的制备方法及性能。
结合装配式建筑的结构安装与施工项目类型，选取原材料；针对硅烷改性聚醚胶的拉伸性以及挤出性，选择实验仪器，具体如表1、表2所示。
表1 实验材料
Tab.1 Experimental materials
表2 实验仪器
Tab.2 Experimental instruments
为了发挥密封胶的最大性能，此次测试制备4组树脂质量分数不同的样品，并根据树脂用量调整其他材料的质量分数。样品配方如表3所示。
表3 硅烷改性聚醚胶制备配方
Tab.3 Preparation formula of silane modified polyether adhesive
按照上述制备配方，将填料、钛白粉、紫外吸收剂、增塑剂以及光稳定剂添加到搅拌机中，设置真空脱水时间为2.5 h，脱水完成后放置1.5 h，直至混合料的温度降至45 ℃以下。向冷却后的混合料中添加硅烷改性聚醚、催化剂和偶联剂并搅拌大约1 h。完成后将样品放入聚乙烯试管中。为了防止实验中突发事件造成样品损坏，每一种样品制备3份，1份用于测试研究；2份备用。
利用电子万能试验机拉伸样品，设置机器的速率为8 mm/min、温度为22～26 ℃。观察胶体的拉伸效果，每组样品取多轮测试结果的平均值作为最终测试结果。根据已知的拉伸数据，通过下列2组公式计算胶体的拉伸强度指标和伸长率指标：
(1)
(2)
式中：表示试验机的作用力；、分别表示胶体样品的宽度和厚度；表示样品断裂时的距离；表示初始标距。通过上述计算，分析样品在不同温度、时间条件下的胶体拉伸性能。对于弹性模量，采用弹性模量仪和万能拉力试验机建立组合测试环境，其中弹性模量仪的加载速度被设置为12 kN/s，拉力试验机的加载速度则被设置为2 mm/min。测量胶体的伸缩数据，根据平均值计算结果得到100%模量值。
设计一个挤出喷嘴，如图1所示。将其与封装袋连接，然后将聚乙烯试管中的胶体倒入封装袋，通过施加压缩空气将样品从喷嘴中挤出。由于样品的配方不同，所以密度有所差异，因此设计的喷嘴直径分别为2、4和6 mm，选择其中合适大小的喷嘴用于不同密度的样品。要求喷嘴的长度为50 mm，进入口的长度大于2倍的喷嘴直径。
图1 挤出性测试工具
Fig. 1 Extrudability test tool
将连接好的样品放入配套的金属筒中，然后将空压机与图1的最右端端口连接，以(260±10)kPa的压力向烧杯中挤出金属筒中的胶体，利用电子天平称量挤出量，该值与所用时间之比即为挤出性测试结果。
不同的树脂用量可能影响建筑用硅烷改性聚醚胶的性质，针对该假设观察4组样品的外观颜色和质感，具体如图2所示。通过观察进行记录，得到表4的数据结果。
图2 硅烷改性聚醚胶样品外观
Fig. 2 Appearance of silane modified polyether adhesive sample
表4 树脂用量对样品外观的影响
Tab.4 Influence of resin dosage on sample appearance
根据上述记录可知，添加的树脂无论用量多少，都不会影响胶体的颜色，只对胶体表面的质感存在不同程度的影响。当树脂用量较小时，胶体的颗粒感非常轻微；当树脂用量较大时，由于树脂本身的粒径增大，从而导致胶体颗粒感更加明显、本身更加粗糙，会影响树脂本身与硅烷改性聚醚胶之间的相容性。根据行业标准可知，该胶体的100%模量标准值为0.40，弹性回复率需要达到70%以上。
设置曝晒条件，将制备好的样品中的一组放到室温环境中；另一组放到自然曝晒环境中，记录样品曝晒前后的外观拉伸效果，并测算拉伸数据。其中曝晒前胶体的拉伸记录，结果如图3所示。
图3 曝晒前的胶体拉伸效果
Fig. 3 Colloid stretching effect before exposure
根据上述测试结果可以看出，尽管4个组样品的树脂质量分数不同；但在施加同样的拉力条件下，样品的拉伸性能较为相近。测算样品在曝晒前的性能数据，结果如表5所示。
表5 样品曝晒前性能
Tab.5 Sample performance before exposure
根据表5可知，4个组样品的拉伸强度与伸长率较为相近，且100%模量值均不超过0.40。记录样品放到曝晒环境当中后的拉伸效果，具体如图4所示。
图4 曝晒后的胶体拉伸效果
Fig. 4 Colloid stretching effect after exposure
根据上述测试结果可知，样品A、样品B以及样品D在拉伸测试过程中，只施加少许拉力就导致这些样品出现局部开裂，而样品C在施加与曝晒前一致的拉力时，胶体没有发现开裂问题，因此施加在样品上的拉力大小依次为：样品D、样品B、样品A、样品C；拉伸性能大小依次也为：样品D、样品B、样品A、样品C。测算样品在曝晒后的性能数据，结果如表6所示。
表6 样品曝晒后性能
Tab.6 Sample performance after exposure
综合上述2个组测试结果可以看出，环氧树脂质量分数为1.0%时，伸长率满足基准要求，拉伸强度受曝晒的影响最小，且100%模量值一直在0.40内，认为树脂质量分数为1.0%时，样品的耐久性最佳、受高温影响最小、拉伸性能更好。进一步推断该结论，所以在基础室温中，测试不同时间下，该样品的胶体挤出性能，结果如表7所示。
表7 曝晒中不同时间的胶体挤出性能测试结果
Tab.7 Test results of colloid extrusion performance at different exposure time
根据上述测试结果可知，环氧树脂质量分数为1.0%的胶体样品在长时间放置条件下，尽管膏体本身挤出性不断降低，但整体数值是很大的，说明该样品在室温下有较大的挤出性能。
曝晒温度有限，而装配式建筑用硅烷改性聚醚胶可能需要在高温下使用，所以将高温设置为测试条件，比较胶体在高温老化前后的胶体性能。由于样品高温老化前的性能与表5样品曝晒前性能一致，这里就不再列出，只记录样品高温老化后性能，如表8所示。
表8 样品高温老化后性能
Tab.8 Sample performance after high-temperature aging
对比表5和表8的测试结果，发现在高温老化条件下，环氧树脂质量分数为1.0%的样品同样具有较好的拉伸性能。所以设置高温烘箱的存储时间为30 d，测试不同时间下该样品的胶体挤出性能，若该胶体的挤出性结果超过30 L/min，则可证实环氧树脂在硅烷改性聚醚胶的制备中，其质量分数为1.0%时，胶体的性能最佳。表9为高温老化后胶体的挤出性测试结果。
表9 高温烘箱中不同时间的胶体挤出性能测试结果
Tab.9 Test results of colloid extrusion performance at different times in high temperature oven
由表9可知，环氧树脂质量分数为1.0%的胶体样品在高温烘箱中长时间存储条件下，膏体本身挤出性快速下降，但在85 ℃的高温中，第30 d的挤出性结果依然大于30 L/min，满足预期目标，说明样品C在此测试条件下依然有较好的挤出性能，说明该样品在高温存储条件下可以同样满足使用。
研究从硅烷改性聚醚胶的拉伸性以及挤出性入手，通过对比胶体的外观和质感分析胶体的性能，通过改变温度来调整胶体中的环氧树脂含量。此次研究在多轮测试中，取得了较为准确的测试结果，但本研究也存在不足：(1)对于可涂饰性没有进行实验分析，所以对于不同涂料种类该胶体可涂性和附着力的影响效果，在此次实验中无法验证。(2)对于实验测试成本的把控不够到位，导致实验成本较大，资金紧张。在今后实验测试中，尽可能将成本控制在预算内；同时，在时间允许的情况下，分析不同涂料种类对胶体性能的影响。
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文章发表于《粘接》2022年10月第49卷第10期
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