自粘卷材的蠕变性能研究

1、自粘卷材的蠕变性能研究摘要：从理论与实验两方面对自粘卷材的蠕变性进行了分析，对自粘卷材的实际应用有着重要的指导意义。关键词：自粘卷材；蠕变；剪切持粘力0前言自粘防水卷材最基本的性能之一就是它们具有对外加压力敏感的粘合特性，除粘性外自粘卷材还具有一定的流动性、弹性以及抵抗外力作用引起的流动等性能。本文仅讨论自粘卷材的流动性，即蠕变性能。自粘卷材的蠕变性能对卷材的实际应用具有重要的意义。自粘卷材有满粘法施工的特点，可防止渗漏、窜流现象。基层变形时，可通过自粘层移位和厚度变化缓解、吸收基层应力，解决普通卷材满粘法施工的“零延伸”问题。自粘卷材的这种适应基层变形的能力正是卷材自粘层蠕变的结果，蠕变能力

2、越强，对基层的适应性就会越强。然而，蠕变在自粘卷材的实际应用中也有着负面影响。当自粘卷材用于斜面或立面时，自粘层会受到卷材自身和保护层重力施加的持久剪切力作用，这时自粘卷材的蠕变会使其沿受力方向慢慢向下滑移，直至完全脱落。因而卷材自粘层的蠕变应控制在一个合适的范围，使之既能起到有益的作用，又不会因此引起破坏。高分子材料的蠕变性能主要取决于材料自身的内聚力。内聚力是指材料抵抗外力的能力，内聚力越大，蠕变性就越小；反之就越大。对于自粘卷材的内聚力，人们常用其抵抗持久性剪切力所引起的剪切蠕变破坏能力，即剪切持粘力来表征，而持粘力可通过一定外力作用下材料的蠕变时间来反映。本文所研究的就是通过改变原料配

3、比来改变材料的内聚力从而改变材料的剪切持粘力。并以剪切蠕变时间来反映材料的蠕变特性。1蠕变性能理论分析和影响因素11 理论分析自粘防水卷材的蠕变破坏一般发生在自粘卷材的改性沥青胶粘层，是由胶粘层的弹性流动引起的。当胶粘层材料属于牛顿流体时，剪切蠕变时间t与重物质量w、剪切蠕变量f之间符合式(1)的关系： t= f2 b a (1) 2w g a 式中：a-胶粘层的厚度；g-重力加速度；b-自粘卷材的粘结面宽度；a-自粘改性沥青胶粘剂的本体粘度。但一般的自粘改性沥青胶粘层都不是牛顿流体，它们的本体粘度随着剪切速率v的增加而降低，即 a=1v n (2)式中，1为v=1 s-1时的粘度值；n常数，

4、约为075085。在剪切蠕变测试时，剪切速率v随蠕变时间t而变化可得 V = d l (3) adt将式(2)和式(3)代入式(1)中，经积分和简化后可得 12影响蠕变时间的因素由式(1)、(4)可知，在自粘改性沥青胶粘层的蠕变时间测试中，所得结果应该随着自粘防水卷材的粘结面长度f和宽度b的增加而增加，随重物质量加和胶粘层厚度w的增加而降低。所以，必须将这些因素固定后所得的结果才能互相比较。121测试温度的影响式(1)和式(4)表明，自粘防水卷材的持粘力与自粘改性沥青本体粘度有关，温度就是通过影响自粘改性沥青胶粘剂的本体粘度而起作用的。温度升高，自粘改性沥青胶粘剂的本体粘度降低，它的持粘力也就

5、减小。根据有关公式，自粘防水卷材的持粘力t与测试温度T之间应有如下关系： lnt= A+ E (5) RT122胶粘剂分子量和分子量分布的影响自粘改性沥青胶粘剂的本体粘度取决于其采用的沥青、SBS及其它各组分的分子量分布。对于单分散均聚物来讲，流动粘度与重均分子量Mw的34次方成正比，即 当然，自粘改性沥青胶粘剂不是单分散的均聚物，它的本体粘度与分子量的关系会偏离式(6)，但是式(6)有很好的参考价值。若将式(6)与式(1)、式(4)合并考虑，持粘力t将与自粘改性沥青胶粘剂的重均分子量的34次方(对于牛顿流体)或34(1-n)次方(对于非牛顿流体)成正比。也就是说，当改性沥青的重均分子量增加一

6、倍时，其持粘力将会增加106倍 (对于牛顿流体)乃至几十上百倍(对于非牛顿流体)。由此可见分子量对改性沥青的持粘力影响之大。在自粘改性沥青胶粘剂分子量分布中,高分子量成分对持粘力有本质的贡献。将SBS分别以沥青质量的75、10、125、15掺入，分别制成自粘改性沥青胶粘剂及自粘防水卷材，其持粘力从62 min提高到309 min。所以，在高质量的自粘改性沥青胶粘剂中，具有高分子量的SBS的存在是自粘防水卷材有良好持粘力的根本原因。2实验部分21 原材料100#石油沥青、增粘剂A、改性剂B、改性剂C、填料、聚酯布、隔离纸等，均为市场采购。22 自粘卷材试样的制备称取设计配方量的100#沥青，加热

7、升温至180190，依次加入B、C、A等，进行搅拌和熔融3 h以上，加入适量填料，搅拌均匀，将混合料均匀涂覆在聚酯布上，并在表面覆盖一层隔离纸，避免混入气泡，用压辊压平、压匀，即成自粘卷材试样。2.3蠕变性的测试231测试方法 通过测试一定外力作用下材料的蠕变时间来测试材料的蠕变性。蠕变时间越长，说明材料的持粘力越好，其内聚力也越大，蠕变性越小；反之蠕变性越大。目前，对于自粘卷材蠕变时间的测试方法还没有国家或行业标准，但可以参考GB/T 48511998压敏胶粘带持粘性试验方法。 将被测试的自粘防水卷材以一定面积(长f x宽b)用一定质量的压辊滚压粘贴在干净的标准被粘物(材质为不锈钢或铝板，包

8、括试验板和加载板)上，使试验板长度为f的23倍，确保测试过程中卷材的滑移全部发生在试验板上。上述制备好的试件在规定温度下放置24 h后将其悬挂在特制的试验架上，然后在加载板下端悬挂一定质量的重物，使卷材测试段的受力方向与粘贴面保持平行，记录卷材在试验板上向下滑移直至完全脱落的时间t，作为该卷材持粘力的量度。由于测试结果的分散性较大，一般测试5个试样，取其算术平均值作为结果。记录测试结果时应记录被粘材料的性质、粘贴面积(fb)、加载总质量(w)、测试时环境的温度等条件。为使实验结果便于对比本实验采用固定的粘贴面积25 mm25 mm、相同的加载质量(20005)g和相同的测试温度23，被粘贴材料

9、为光滑洁净的铝板。232实验方案与测试结果自粘卷材的蠕变时间取决于白粘材料胶粘层的内聚力，而对自粘材料的内聚力影响较大的因素是沥青改性剂B和C。实验配方：100份100#沥青、5份增粘剂A采用占沥青质量不同比例的沥青改性剂B和C，制得不同的实验样品，测试其蠕变时间。实验设计方案与实验结果见表1。 表1 不同比例的改性剂B和C的自粘卷材的蠕变时间实 验 编 号因 素蠕 变 时 间改性剂B改性剂C1#6715155430”粘合面脱开2#9.215125l3”粘合面脱开3#1171546625粘合面脱开4#142153091”部分粘合面破坏5#14.212519224粘合面破坏6#142109315

10、”粘合面破坏7#14575625l”粘合面破坏 24结果分析从表1的测试结果可以看出，当其它条件确定时，在相同的剪切外力作用下。蠕变破坏的表现形式不一样，自粘卷材的蠕变时间随着改性剂B的增加而减小，随着改性剂C的增加而增大。改性剂B对材料的各组分起软化、增塑作用，降低了材料的本体粘度，因而对材料的内聚力有削弱作用。而随着大分子改性剂C的增加，胶粘层的分子量变大本体粘度变大，硬度和拉伸模量得到了提高，即内聚力变大，因而蠕变时间增加。这些都与理论分析的结果相吻合。然而，自粘卷材的蠕变时间并不是越长越好。因为蠕变时间过长，对压敏胶的粘结特性有负面影响如实验中的l#、2#配方，其抗蠕变性很好，但粘结性下降，剥离强度已达不到相关标准要求。而6#、7#虽具有较强的粘结性，但易引起蠕变破坏，其低温柔性指标也达不到相关标准要求。因而其蠕变性应控制在合适的范围内，使之既有良好的粘结性，又不会引起蠕变破坏。3结语自粘卷材蠕变性能的影响因素较多，但在实际应用中，白粘卷材