杨 镇，刘金宝，刘韶霞，郭笑燕
(远大洪雨(唐山)防水材料有限公司,河北 唐山 063000)
摘要：研究探讨了HDPE自粘胶膜预铺防水卷材配方体系中POE和CaCO3填充料的添加比例、自粘胶料、无机防粘材料对主体片材和卷材成品抗穿刺强度的影响。结果表明，HDPE自粘胶膜预铺防水卷材成品的抗穿刺强度主要由主体片材提供，CaCO3填充料的添加会引起片材抗穿刺强度的减小，自粘胶料的存在是造成卷材成品抗穿刺强度衰减的主要原因，无机防粘材料的添加也会引起卷材成品抗穿刺强度的衰减。
关键词：HDPE 自粘胶膜预铺防水卷材；抗穿刺强度；片材；CaC03；填充料；自粘胶料；无机防粘材料
HDPE自粘胶膜预铺防水卷材是以HDPE片材为主体材料、表面涂覆自粘胶料和防粘保护材料构成的防水卷材，可通过预铺反粘法施工与建筑主体结构形成一个整体，卷材表面的自粘胶层与主体混凝土形成满粘效果，能有效防止漏水、窜水情况的发生，可抵御建筑结构变形对防水层的影响。HDPE自粘胶膜预铺防水卷材铺设后不需要设置防水保护层，大幅度缩短了施工工期，但直接在防水层上进行后续作业存在一定的风险。为防止后续在卷材上搬运、拖拉、绑扎钢筋等工序对卷材造成穿刺破环，GB/T 23457—2017《预铺防水卷材》标准中规定P类预铺防水卷材的抗穿刺强度需≥350 N，且所有厚度规格都需满足要求[1]。本文以GB/T 23457—2017标准要求的最小厚度规格的HDPE自粘胶膜预铺防水卷材为研究对象，探讨了片材的配方体系、CaCO3填充料添加比例、自粘胶料以及无机防粘材料对片材及卷材成品抗穿刺强度的影响。
1 实验部分
1.1 主要原料
HDPE-6098，中国石化齐鲁分公司；POE-VM3000，埃克森美孚；CaCO3填充母粒，大连德启化工有限公司；热熔压敏胶-7518B，广东能辉新材料有限公司；热熔压敏胶166，广东欣涛新材料科技股份有限公司；热熔压敏胶-608W，上海固方胶粘剂有限公司；热熔压敏胶1498Y，昆山久庆新材料科技有限公司；沥青自粘胶料（自产）；丁基胶-8616，广东能辉新材料有限公司；石英砂、烧结反应砂、莫来砂等均为市售品。
1.2 主要设备
JYP-30小型压延片材实验机，佛山市金中河机械有限公司；AT-TB-2101B涂布试验机，山东安尼麦特仪器有限公司；DL-101-1S电热鼓风干燥箱，天津市通达实验电炉厂；KFW-75恒温恒湿养护箱，北京中科世恒科技有限公司；CMT4503微机控制电子万能试验机，美特斯工业系统（中国）有限公司；LX-D-2指针邵氏硬度仪，上海思为仪器制造有限公司。
1.3 试验方案
GB/T 23457—2017标准规定P类产品主体材料厚度不得小于0.7 mm，胶层厚度不小于0.25 mm，全厚度不得小于1.2 mm[2]。因此，在实际生产应用中将HDPE自粘胶膜预铺防水卷材的主体片材厚度设定为0.9 mm，将胶层厚度设定为0.3 mm，该规格为市场上比较常见的最小厚度规格，以此为基础设定的试验方案如下。
1）选择HDPE-6098作为主要原料，采用POE-VM3000作为增韧剂进行共混改性，设定POE添加比例分别为0%、15%、25%、35%、45%、55%、65%、75%，采用小型压延片材实验机分别制得厚度为0.9 mm的片材，并测试片材的硬度。用上述片材制备卷材成品（其胶层厚度为0.3 mm，无机防粘材料选用30~80目级配烧结反应砂），测试片材以及卷材成品的抗穿刺强度。
2）在HDPE片材基础配方中添加CaCO3填充料，添加比例分别为10%、30%、50%、70%，通过小型压延片材实验机分别制得厚度为0.9 mm的片材，测试片材的抗穿刺强度。
3）将不同牌号的热熔胶（或其他类型胶料）放入170 ℃（或其他要求设定温度）烘箱中融化30 min，采用涂布器将融化后的胶料涂布在0.9 mm厚的HDPE片材上，涂胶厚度为0.3 mm（或其他厚度规格）。测试自粘胶料不同变量对卷材成品抗穿刺强度的影响。
4）确定HDPE主体材料以及自粘胶料的相关参数后，测试无机防粘材料种类和粒径对卷材成品抗穿刺强度的影响。
1.4 测试方法
所有试件均需在标准实验室条件下养护24 h后再进行测试。抗穿刺强度参照CJ/T 234—2006《垃圾填埋场用高密度聚乙烯土工膜》中附录B进行，穿刺针从涂胶覆砂面进行穿刺，保证试验开始前夹具空置状态下力值、位移清零。
2 结果与讨论
2.1 POE添加比例对抗穿刺强度的影响
POE添加比例对抗穿刺强度的影响如表1所示。
表1 POE添加比例对抗穿刺强度的影响
由表1可以看出，随着POE-VM3000添加比例的增加，片材的硬度、抗穿刺强度逐步减小，卷材成品的抗穿刺强度也逐步减小，但片材与卷材成品之间抗穿刺强度的衰减幅度也逐渐减小。试验中发现，片材的邵氏D硬度越高，穿刺过程中的位移越小；反之，片材的邵氏D硬度越低，穿刺过程中的位移越大，如图1所示。
图1 邵氏D硬度为39（左）和68（右）的片材测试抗穿刺强度的位移变化
这是因为随着POE含量的增加，体系的抗冲击性能和断裂伸长率有很大的提高。POE的分子量分布窄，分子结构中侧辛基长于侧乙基，在分子结构中可形成联结点，在各成分之间起到联结、缓冲作用，在体系受到冲击时起分散、缓冲冲击能的作用，从而提高了体系的抗冲击性。当体系受到张力时，由于这些联结点所形成的网络状结构可以发生较大的形变，所以体系的断裂伸长率也有显著提高。但是，随着POE含量的增加，体系的拉伸强度、抗穿刺强度均有会所下降，这是由POE本身的性能决定的。因此，当POE-VM3000添加比例＞35%时，卷材成品的抗穿刺强度已不能满足标准要求，考虑实际施工应用的需要，在满足抗穿刺强度指标的同时，应尽可能降低卷材成品的硬度，增加其柔韧性，所以选用POE含量为25%作为片材基础配方进行后续试验。
2.2 CaCO3添加比例对抗穿刺强度的影响
在上述HDPE片材基础配方中添加不同比例的CaCO3填充料，通过小型压延片材实验机分别制得厚度为0.9 mm的片材，测试CaCO3添加比例对片材抗穿刺强度的影响，结果如图2所示。
图2 CaCO3添加比例对抗穿刺强度的影响
CaCO3填充料的添加，在片材体系中能起到骨架作用，提升产品的尺寸稳定性；也可以改变整个体系的流变性能、降低生产成本。但大多数CaCO3填充料厂家并未对其进行表面处理，直接添加会造成整个体系的力学性能下降。由图2可以看出，随着CaCO3填充料的加入，片材的抗穿刺强度呈现明显下降的趋势。因此在做0.9 mm厚HDPE片材配方设计时，不建议添加CaCO3填充料。
2.3 自粘胶料对抗穿刺强度的影响
2.3.1 热熔压敏胶的种类
在以基础配方制得的0.9 mm厚HDPE片材表面分别复合热熔压敏胶7518B、热熔压敏胶166、热熔压敏胶608W、热熔压敏胶1498Y，将胶料分别放置在170 ℃烘箱中加热30 min，使其呈熔融状态，然后涂覆在片材上，涂胶厚度在0.3~0.5 mm，测试卷材成品的抗穿刺强度，结果如表2所示。
表2 热熔压敏胶对抗穿刺强度的影响
由表2可以看出，卷材成品在只涂覆热熔压敏胶、不撒砂的情况下便出现了抗穿刺强度衰减的现象。涂覆不同厂家、不同牌号的热熔压敏胶后，抗穿刺强度衰减后的数值在一定范围内，并无较大差异。因此，判定当热熔压敏胶存在于片材上便会对其抗穿刺强度造成衰减。
2.3.2 热熔压敏胶的涂胶温度
在以基础配方制得的0.9 mm厚HDPE片材表面复合热熔压敏胶7518B，分别在160 ℃、165 ℃、170 ℃、175 ℃、180 ℃下加热30 min，使其呈熔融状态，然后再涂覆在片材上，涂胶厚度为0.3~0.5 mm。探究热熔胶涂胶工艺温度对卷材成品抗穿刺强度的影响，结果如表3所示。
表3 涂胶温度对抗穿刺强度的影响
由表3可以看出，随着涂胶工艺温度的变化，卷材成品的抗穿刺强度并未表现出明显的上升或下降现象。因此，在日常生产中热熔胶的使用温度在（170±10） ℃范围内，并不会影响卷材成品的抗穿刺强度。
2.3.3 热熔压敏胶的涂胶厚度
在以基础配方制得的0.9 mm厚HDPE片材表面复合热熔压敏胶7518B，涂胶厚度为0.1~0.3 mm、0.3~0.5 mm、0.5~0.7 mm，探究热熔压敏胶的涂胶厚度对卷材成品抗穿刺强度的影响，结果如表4所示。
表4 涂胶厚度对抗穿刺强度的影响
由表4可以看出，卷材成品在涂覆不同厚度热熔胶后同样表现出明显的衰减现象，且衰减幅度相差不大。因此，判定引起卷材成品抗穿刺强度衰减的因素是热熔压敏胶，且其影响程度与涂胶厚度关系不大。
2.3.4 自粘胶料的品种
在以基础配方制得的0.9 mm厚HDPE片材表面分别复合热熔压敏胶7518B、丁基胶8616和沥青自粘胶，涂胶厚度为0.3~0.5 mm，测试自粘胶料的品种对卷材成品抗穿刺强度的影响，结果如表5所示。
表5 自粘胶料品种对抗穿刺强度的影响
由表5可以看出，涂覆不同品种的自粘胶料后卷材成品都存在抗穿刺强度衰减的情况，且衰减程度并无明显差别。因此，结合以上试验结果判定，当片材表面存在自粘胶料时便会引起抗穿刺强度衰减，且衰减程度不会随着自粘胶料品种、涂胶厚度、涂胶温度等因素的变化而变化。
2.4 无机防粘材料对抗穿刺强度的影响
无机防粘材料作为HDPE自粘胶膜预铺防水卷材的表面防（减）粘保护层，为卷材增加了表面硬度，提高了自粘胶层的耐污染、耐老化等性能，施工时有利于工人施工操作，提高施工效率等。
2.4.1 无机防粘材料的种类
为探究不同种类无机防粘材料对卷材成品抗穿刺强度的影响，在以基础配方制得的0.9 mm厚HDPE片材表面复合热熔压敏胶7518B，涂胶厚度为0.3~0.5 mm，并在自粘胶层表面进行撒砂、压实处理。无机防粘材料选用目数均为40目的莫来砂、石英砂和反应烧结砂，抗穿刺强度测试结果如图3所示。
图3 不同种类无机防粘材料对抗穿刺强度的影响
由图3可以看出，无机防粘材料的存在并未起到缓冲的效果，反而进一步加大了卷材成品抗穿刺强度的衰减；且不同种类的无机防粘材料，在粒径大小相同的条件下，对卷材成品抗穿刺强度的衰减有明显差别，衰减幅度依次为石英砂＞莫来砂＞反应砂。这是因为石英砂是由石英石等矿物直接粉碎而成，砂表面几何形状多变且不规则，在生产成型时其表面平整度较差，受外力影响易对主体材料造成顶破划伤；莫来砂由高岭土经高温煅烧而成，其硬度比较大、耐磨损，可以抵抗一定的外力作用，但颗粒棱角也较尖锐，对主体材料有一定的伤害；烧结反应砂是由人工反应烧结合成的，粒径可控、棱角可控且较圆润，在外力作用下对主体材料的伤害较小[3]。
2.4.2 无机防粘材料的目数
为进一步探究无机防粘材料目数对卷材成品抗穿刺强度的影响，在以基础配方制得的0.9 mm厚HDPE片材表面复合热熔压敏胶7518B，涂胶厚度为0.3~0.5 mm，并在自粘胶层表面进行撒砂、压实处理，无机防粘材料选用不同目数的反应烧结砂作对比，测试结果如图4所示。
图4 无机防粘材料目数对抗穿刺强度的影响
由图4可以看出，随着反应砂目数的减小，卷材成品的抗穿刺强度也逐渐减小。分析其原因，可能是因为反应砂目数减小，颗粒粒径变大，棱角凸出处较明显，在外力作用下对卷材成品的破坏增大。
结论
通过试验研究了主体片材不同POE添加比例、CaCO3填充料添加比例、自粘胶料品种、涂胶厚度、涂胶温度以及无机防粘材料的种类和粒径等因素对HDPE自粘胶膜预铺防水卷材抗穿刺强度的影响，得出了如下结论。
1） HDPE自粘胶膜预铺防水卷材的抗穿刺强度主要由主体片材提供。可通过调整POE的添加比例，改变片材的硬度，片材硬度越大，片材与卷材成品之间抗穿刺强度衰减的幅度越大，穿刺过程的位移越小，越容易被刺破。因此，在配方设计时需在满足抗穿刺强度指标的同时，尽可能降低片材的硬度、增加材料的柔韧性。
2） 随着CaCO3填充料的加入，片材的抗穿刺强度呈现明显下降趋势，且CaCO3添加量越大，抗穿刺强度下降越明显。当片材抗穿刺强度余量不大的情况，建议在配方体系中不添加CaCO3填充料。
3） HDPE片材在涂覆自粘胶料后抗穿刺强度就会衰减，且衰减程度不会随着自粘胶料品种、涂胶厚度、涂胶温度等因素的变化而有明显变化。
4） 无机防粘材料的存在会更进一步加大卷材成品抗穿刺强度的衰减。对不同种类的无机防粘材料进行对比后发现，相较于莫来砂与石英砂，反应砂对抗穿刺强度的衰减影响最小，而且反应砂的粒径大小也会对抗穿刺强度造成影响，随着反应砂目数的减小，抗穿刺强度也逐渐减小。
参考文献：
[1] 万惠娟，吴俊，邱谈，等.GB/T 23457—2017预铺防水卷材新国标解读[J].中国建筑防水，2018（9）：33-40.
[2] 沈春林，褚建军.预铺式高分子自粘胶膜防水卷材及其应用[J].新型建筑材料，2017（1）：131-133.
[3] 张鸣.预铺防水卷材抗穿刺性能研究[J].中国建筑防水，2019（4）：9-12.
作者简介：杨镇，男，1994生，研发工程师，主要研究方向为高分子材料改性。
原文刊载于《中国建筑防水》2023年第6期。
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