聚異丁烯密封膠的制備與性能

聚異丁烯密封膠的制備與性能

隨著中空玻璃產(chǎn)量的迅速增長，中空玻璃用聚異丁烯醇（pib）熱焊密封膠（俗稱丁基密封膠）也進入大規(guī)模生產(chǎn)，其應(yīng)用技術(shù)顯著提高。本文將著重分析丁基密封膠的組成、性能要求及應(yīng)用。1丁基密封膠顯色法密封膠的工藝性能和密封性能取決于產(chǎn)品配方組成。丁基密封膠的基膠是聚異丁烯(PIB),為黏性流體,相對分子質(zhì)量在4萬～9萬之間,其用量一般在40%以上。PIB是非晶態(tài)C—C主鏈均聚物,不含雙鍵,永不固化,具有與石蠟類碳氫化合物相近的化學惰性,賦予丁基密封膠優(yōu)異的耐化學腐蝕性,以及耐氣候、熱和浸水老化性。丁基密封膠的空氣、濕氣和其他氣體滲透率極低,較低的表面能使其對PE、EPDM等難粘性材料形成浸潤和觸粘,玻璃化溫度極低(-60℃),能隨外力作用反復變形。但也有缺點,由于PIB溶于烴類溶劑,所以丁基密封膠不耐油。聚異丁烯分子結(jié)構(gòu)如下:丁基密封膠組分中需要添加增黏劑、潤滑劑、軟化劑和填料等。用于增加初始粘結(jié)力的增黏劑,一般常用松香、古馬隆樹脂、歧化松香類樹脂等,大多以固體粉末狀加入;潤滑劑和軟化劑常用于調(diào)整產(chǎn)品的操作工藝性,一般采用熱-紫外線輻照不揮發(fā)的氧化聚乙烯等,以保證中空玻璃的內(nèi)在質(zhì)量;填料大多用碳黑及碳酸鈣粉體,經(jīng)熱熔共混提高體系的可塑性并屏蔽紫外線。值得注意的是,為降低成本,有些廠商減少了丁基橡膠生產(chǎn)中PIB的用量,甚至摻用含雙鍵的丁基橡膠、氯化丁基橡膠等。由于這些材料的供應(yīng)狀態(tài)為非流體,摻用這些成分后往往需要添加溶劑油以改善加工性,帶來的后果是,在熱-紫外線輻照下中空玻璃內(nèi)表面可能結(jié)霧,影響產(chǎn)品的耐久透明性。2密封膠和中空玻璃的應(yīng)用2.1中空玻璃的制備中空玻璃結(jié)構(gòu)成型過程大致如下:插接間隔條組成間隔框,在間隔框指定表面熱涂規(guī)定尺寸的丁基膠,然后在合片機上壓合兩片玻璃并填充密封膠,最后將成型粘結(jié)的中空玻璃立放在支架上。中空玻璃的基本結(jié)構(gòu)形式,見圖1。2.2玻璃的開閉系數(shù)和交通干氣流場1)施工安裝中的質(zhì)量問題丁基密封膠以圓柱狀體混煉膠供應(yīng),可直接裝填于熱壓擠膠機,經(jīng)排氣后在高壓下以熔融黏稠流體狀態(tài)擠出,擠出速度與間隔條運動速度同步,熟練的手持操作可保證涂覆粘著的膠條規(guī)整、連續(xù)。目前中空玻璃在丁基密封膠的施工安裝中還存在較多問題:(1)擠注在間隔條側(cè)向表面的丁基膠里出外進,出現(xiàn)不整齊的毛邊。其原因可能是注膠嘴局部被異物堵塞或有毛刺,應(yīng)經(jīng)常檢查膠嘴,清理出口,必要時應(yīng)做修整和光滑處理。(2)合片后的玻璃,透過可見膠條可以看見白線。其原因可能是注膠速度不匹配、裝填機器后空氣沒有排凈或供應(yīng)的丁基膠內(nèi)夾雜有空氣。(3)擠注的膠條斷線。其原因可能是熱壓溫度過低、膠的黏流性不足、溫度過高而過度熔融流淌或膠中有氣泡。(4)間隔條與丁基密封膠粘結(jié)不良。其原因可能是界面有油污和灰塵、丁基膠的初黏性欠佳、間隔條傳送帶速度與擠出速度不匹配而浸潤不良或壓輪位置不當而粘結(jié)錯位。2)高溫高濕下的濕氣透過率問題缺失丁基密封膠的單道密封中空玻璃使用壽命很短,可見內(nèi)層密封的重要性。丁基密封膠濕氣透過率≤1g/(m2·d),邊緣粘結(jié)寬度(滲透通道寬度)約7mm,粘結(jié)厚度(決定滲透通道的面積)0.3～0.6mm(圖2)。濕氣滲透量取決于丁基密封膠的濕氣透過率和粘結(jié)厚度,如若按粘結(jié)厚度0.6mm計算,濕氣滲透致使中空玻璃飽和吸濕的理論年限超過30年。建筑中空玻璃早期失效的影響因素較多,高溫、高濕環(huán)境的作用是顯著因素,高濕度將增大水蒸氣的擴散滲透壓,高溫將提高中空玻璃內(nèi)部氣壓,導致面板產(chǎn)生撓曲變形從而拉伸膠縫,擴大滲透通道面積,加大濕氣滲透量,但是其量化關(guān)系還有待于試驗驗證。3)外層密封膠摻油問題近年來建筑中空玻璃內(nèi)層滲油、流油甚至流淌丁基密封膠黑色膠塊的現(xiàn)象多有發(fā)生,原因是外層密封膠中的烴類油或增塑劑滲入,導致丁基密封膠溶解、析出甚至潰爛墜流。為杜絕此類事故,在選材時可通過紫外發(fā)霧性試驗和熱失重試驗,檢出這些摻油的丁基密封膠外層密封膠。3氨基密封膠技術(shù)的要求分析3.1中空玻璃初粘尺寸現(xiàn)行標準JC/T914—2003《中空玻璃用丁基熱熔密封膠》是依據(jù)國情制訂的(至今未見可供參照的國外標準)。該標準規(guī)定了丁基密封膠產(chǎn)品的最低性能要求,包括外觀、密度、針入度、剪切強度、水蒸氣透過率、熱失重、紫外線發(fā)霧性、低溫柔性等。表1列出了6個常用品牌產(chǎn)品按JC/T914—2003要求測試的的主要性能指標,結(jié)果表明其性能基本在同一水平。1)外觀要求無顆粒、凝膠以及空氣。中空玻璃生產(chǎn)線要求一道密封膠為均勻細膩的熱塑性膠體,保證擠注膠條連續(xù)。2)密度各產(chǎn)品的密度各不相同,但要求保持穩(wěn)定,其上下波動限量指標為±0.05g/cm3。3)針入度高溫(130℃)下針入度范圍為230～330(1/10mm),過低可能影響擠出施工和粘結(jié)質(zhì)量,過高可能會流淌而影響擠出膠的規(guī)整性。常溫(25℃)下針入度范圍為30～50(1/10mm),超出該范圍可能會影響中空玻璃的初粘尺寸。圖3為25～150℃下6個產(chǎn)品的針入度變化曲線。由圖3可知,它們的流變性十分相近,針入度測試值波動范圍很小,25℃時集中在43～48(1/10mm),130℃為225～254(1/10mm),這有利于中空玻璃的生產(chǎn)。4)熱失重130℃、50h條件下,產(chǎn)品質(zhì)量變化應(yīng)≤0.5%。表1中的6個產(chǎn)品的熱失重均低于0.1%,表明產(chǎn)品中揮發(fā)性的低分子物含量較少。為限制摻油的產(chǎn)品,修訂標準時可考慮將該項目指標定為≤0.1%。5)低溫柔性要求-45℃時產(chǎn)品保持柔性。聚異丁烯玻璃化溫度極低(-60℃),賦予了丁基密封膠優(yōu)異的低溫性能。若丁基密封膠產(chǎn)品組成改變或添加其他聚合物,可能導致其低溫性能變差。6)水蒸氣透過率水蒸氣透過率是保證中空玻璃密封壽命的重要指標,一般應(yīng)≤1.10g/(m2·d),表1中的6個產(chǎn)品均符合該要求。為提高中空玻璃的密封耐久性,是否需要擬定更苛刻的指標,值得探討。7)紫外線輻照發(fā)霧性丁基密封膠作為中空玻璃內(nèi)密封層,不發(fā)霧是保證中空玻璃耐紫外線輻照的基礎(chǔ),盡管紫外線輻照發(fā)霧性試驗是中空玻璃的檢驗項目,但對丁基密封膠的檢驗也很重要,有利于提前檢出含油或溶劑的產(chǎn)品。8)剪切強度丁基密封膠的物理形態(tài)為黏塑性體,其粘結(jié)強度對溫度、力的作用速度等較為敏感?，F(xiàn)行標準一般規(guī)定檢測時的拉伸速度為50mm/min,該速度較快。中空玻璃生產(chǎn)、轉(zhuǎn)移過程中,要保證產(chǎn)品具有一定的持粘性,即保證中空玻璃在粘結(jié)、運送、轉(zhuǎn)移過程中不發(fā)生錯位或解體,所以檢測強度時,應(yīng)選擇適宜的加載速度。丁基密封膠在低速拉伸下的延展伸長性能也較為重要,良好的延展伸長性能可保證變形條件下密封層的連續(xù)、完整。3.2性能測試方法丁基密封膠其他與應(yīng)用相關(guān)的要求包括擠出性、可塑性、持粘性和斷裂伸長率等。1)擠出性其試驗方法是在一定溫度、壓力條件下,將產(chǎn)品從規(guī)定口徑的槍嘴擠出,測量單位時間的擠出量。擠出性可以判定產(chǎn)品在生產(chǎn)線擠出施工的適用性。6個常用品牌產(chǎn)品的擠出性試驗結(jié)果為6.94～7.96(mL/30s),見表2。2)可塑性將試樣放置在可塑度試驗機壓板間,以質(zhì)量為5kg的砝碼自重施加靜負荷,測定試樣厚度從20mm壓縮至10mm的時間,同時測定試驗卸載后10min時試樣厚度的回縮量。該項指標對評估產(chǎn)品合片受壓時的塑性變形性能具有重要意義。3)持粘性中空玻璃粘結(jié)成型過程中,粘結(jié)構(gòu)件運送、轉(zhuǎn)移時,丁基密封膠將承受單片玻璃的自重。丁基密封膠的持粘性應(yīng)保證在短時間內(nèi)不發(fā)生兩片玻璃錯位或分離。持粘性的試驗采用壓敏膠帶的試驗方法,用玻璃—金屬板粘結(jié)試件,在持粘性測定儀支架上單側(cè)面吊掛,測定滑移或滑脫的時間。具體技術(shù)指標可參照生產(chǎn)條件驗證試驗后擬定。4)斷裂伸長率業(yè)內(nèi)人士一般認為一道丁基密封膠的最大延伸率只有10%,若二道密封膠延伸率很大,就會造成一道密封的破壞,影響中空玻璃的氣密性?？梢?斷裂伸長率指標的合理與否關(guān)系到中空玻璃的氣密性。4個丁基密封膠產(chǎn)品的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線(速度為50mm/min),見圖4。丁基密封膠的斷裂伸長率均超過400%,表明在該范圍內(nèi)受拉變形時一道密封膠不會破壞,仍能較好地保持其連續(xù)性。4滲流方程的角度以黏性流體聚合物為基礎(chǔ)的熱塑性丁基密封膠,具有黏性流體賦予的流變特性。目前對膠在狹縫內(nèi)的變形特征及與濕氣滲透的關(guān)系研究甚少。中空玻璃在外力或內(nèi)氣壓作用下?lián)锨?擴張膠縫厚度,改變了丁基密封膠在垂直方向的尺寸,黏性流體在開口效應(yīng)作用下似應(yīng)向狹窄縫內(nèi)收縮。若不考慮表面粘附性影響,按泊松比0.5計,厚度拓寬一倍(由0.6mm擴至1.2mm),粘結(jié)寬度(滲透路徑長度)應(yīng)向內(nèi)縮進50%(由7mm縮