聚异丁烯密封胶的制备与性能

聚异丁烯密封胶的制备与性能

随着中空玻璃产量的迅速增长，中空玻璃用聚异丁烯醇（pib）热焊密封胶（俗称丁基密封胶）也进入大规模生产，其应用技术显著提高。本文将着重分析丁基密封胶的组成、性能要求及应用。1丁基密封胶显色法密封胶的工艺性能和密封性能取决于产品配方组成。丁基密封胶的基胶是聚异丁烯(PIB),为黏性流体,相对分子质量在4万～9万之间,其用量一般在40%以上。PIB是非晶态C—C主链均聚物,不含双键,永不固化,具有与石蜡类碳氢化合物相近的化学惰性,赋予丁基密封胶优异的耐化学腐蚀性,以及耐气候、热和浸水老化性。丁基密封胶的空气、湿气和其他气体渗透率极低,较低的表面能使其对PE、EPDM等难粘性材料形成浸润和触粘,玻璃化温度极低(-60℃),能随外力作用反复变形。但也有缺点,由于PIB溶于烃类溶剂,所以丁基密封胶不耐油。聚异丁烯分子结构如下:丁基密封胶组分中需要添加增黏剂、润滑剂、软化剂和填料等。用于增加初始粘结力的增黏剂,一般常用松香、古马隆树脂、歧化松香类树脂等,大多以固体粉末状加入;润滑剂和软化剂常用于调整产品的操作工艺性,一般采用热-紫外线辐照不挥发的氧化聚乙烯等,以保证中空玻璃的内在质量;填料大多用碳黑及碳酸钙粉体,经热熔共混提高体系的可塑性并屏蔽紫外线。值得注意的是,为降低成本,有些厂商减少了丁基橡胶生产中PIB的用量,甚至掺用含双键的丁基橡胶、氯化丁基橡胶等。由于这些材料的供应状态为非流体,掺用这些成分后往往需要添加溶剂油以改善加工性,带来的后果是,在热-紫外线辐照下中空玻璃内表面可能结雾,影响产品的耐久透明性。2密封胶和中空玻璃的应用2.1中空玻璃的制备中空玻璃结构成型过程大致如下:插接间隔条组成间隔框,在间隔框指定表面热涂规定尺寸的丁基胶,然后在合片机上压合两片玻璃并填充密封胶,最后将成型粘结的中空玻璃立放在支架上。中空玻璃的基本结构形式,见图1。2.2玻璃的开闭系数和交通干气流场1)施工安装中的质量问题丁基密封胶以圆柱状体混炼胶供应,可直接装填于热压挤胶机,经排气后在高压下以熔融黏稠流体状态挤出,挤出速度与间隔条运动速度同步,熟练的手持操作可保证涂覆粘着的胶条规整、连续。目前中空玻璃在丁基密封胶的施工安装中还存在较多问题:(1)挤注在间隔条侧向表面的丁基胶里出外进,出现不整齐的毛边。其原因可能是注胶嘴局部被异物堵塞或有毛刺,应经常检查胶嘴,清理出口,必要时应做修整和光滑处理。(2)合片后的玻璃,透过可见胶条可以看见白线。其原因可能是注胶速度不匹配、装填机器后空气没有排净或供应的丁基胶内夹杂有空气。(3)挤注的胶条断线。其原因可能是热压温度过低、胶的黏流性不足、温度过高而过度熔融流淌或胶中有气泡。(4)间隔条与丁基密封胶粘结不良。其原因可能是界面有油污和灰尘、丁基胶的初黏性欠佳、间隔条传送带速度与挤出速度不匹配而浸润不良或压轮位置不当而粘结错位。2)高温高湿下的湿气透过率问题缺失丁基密封胶的单道密封中空玻璃使用寿命很短,可见内层密封的重要性。丁基密封胶湿气透过率≤1g/(m2·d),边缘粘结宽度(渗透通道宽度)约7mm,粘结厚度(决定渗透通道的面积)0.3～0.6mm(图2)。湿气渗透量取决于丁基密封胶的湿气透过率和粘结厚度,如若按粘结厚度0.6mm计算,湿气渗透致使中空玻璃饱和吸湿的理论年限超过30年。建筑中空玻璃早期失效的影响因素较多,高温、高湿环境的作用是显著因素,高湿度将增大水蒸气的扩散渗透压,高温将提高中空玻璃内部气压,导致面板产生挠曲变形从而拉伸胶缝,扩大渗透通道面积,加大湿气渗透量,但是其量化关系还有待于试验验证。3)外层密封胶掺油问题近年来建筑中空玻璃内层渗油、流油甚至流淌丁基密封胶黑色胶块的现象多有发生,原因是外层密封胶中的烃类油或增塑剂渗入,导致丁基密封胶溶解、析出甚至溃烂坠流。为杜绝此类事故,在选材时可通过紫外发雾性试验和热失重试验,检出这些掺油的丁基密封胶外层密封胶。3氨基密封胶技术的要求分析3.1中空玻璃初粘尺寸现行标准JC/T914—2003《中空玻璃用丁基热熔密封胶》是依据国情制订的(至今未见可供参照的国外标准)。该标准规定了丁基密封胶产品的最低性能要求,包括外观、密度、针入度、剪切强度、水蒸气透过率、热失重、紫外线发雾性、低温柔性等。表1列出了6个常用品牌产品按JC/T914—2003要求测试的的主要性能指标,结果表明其性能基本在同一水平。1)外观要求无颗粒、凝胶以及空气。中空玻璃生产线要求一道密封胶为均匀细腻的热塑性胶体,保证挤注胶条连续。2)密度各产品的密度各不相同,但要求保持稳定,其上下波动限量指标为±0.05g/cm3。3)针入度高温(130℃)下针入度范围为230～330(1/10mm),过低可能影响挤出施工和粘结质量,过高可能会流淌而影响挤出胶的规整性。常温(25℃)下针入度范围为30～50(1/10mm),超出该范围可能会影响中空玻璃的初粘尺寸。图3为25～150℃下6个产品的针入度变化曲线。由图3可知,它们的流变性十分相近,针入度测试值波动范围很小,25℃时集中在43～48(1/10mm),130℃为225～254(1/10mm),这有利于中空玻璃的生产。4)热失重130℃、50h条件下,产品质量变化应≤0.5%。表1中的6个产品的热失重均低于0.1%,表明产品中挥发性的低分子物含量较少。为限制掺油的产品,修订标准时可考虑将该项目指标定为≤0.1%。5)低温柔性要求-45℃时产品保持柔性。聚异丁烯玻璃化温度极低(-60℃),赋予了丁基密封胶优异的低温性能。若丁基密封胶产品组成改变或添加其他聚合物,可能导致其低温性能变差。6)水蒸气透过率水蒸气透过率是保证中空玻璃密封寿命的重要指标,一般应≤1.10g/(m2·d),表1中的6个产品均符合该要求。为提高中空玻璃的密封耐久性,是否需要拟定更苛刻的指标,值得探讨。7)紫外线辐照发雾性丁基密封胶作为中空玻璃内密封层,不发雾是保证中空玻璃耐紫外线辐照的基础,尽管紫外线辐照发雾性试验是中空玻璃的检验项目,但对丁基密封胶的检验也很重要,有利于提前检出含油或溶剂的产品。8)剪切强度丁基密封胶的物理形态为黏塑性体,其粘结强度对温度、力的作用速度等较为敏感。现行标准一般规定检测时的拉伸速度为50mm/min,该速度较快。中空玻璃生产、转移过程中,要保证产品具有一定的持粘性,即保证中空玻璃在粘结、运送、转移过程中不发生错位或解体,所以检测强度时,应选择适宜的加载速度。丁基密封胶在低速拉伸下的延展伸长性能也较为重要,良好的延展伸长性能可保证变形条件下密封层的连续、完整。3.2性能测试方法丁基密封胶其他与应用相关的要求包括挤出性、可塑性、持粘性和断裂伸长率等。1)挤出性其试验方法是在一定温度、压力条件下,将产品从规定口径的枪嘴挤出,测量单位时间的挤出量。挤出性可以判定产品在生产线挤出施工的适用性。6个常用品牌产品的挤出性试验结果为6.94～7.96(mL/30s),见表2。2)可塑性将试样放置在可塑度试验机压板间,以质量为5kg的砝码自重施加静负荷,测定试样厚度从20mm压缩至10mm的时间,同时测定试验卸载后10min时试样厚度的回缩量。该项指标对评估产品合片受压时的塑性变形性能具有重要意义。3)持粘性中空玻璃粘结成型过程中,粘结构件运送、转移时,丁基密封胶将承受单片玻璃的自重。丁基密封胶的持粘性应保证在短时间内不发生两片玻璃错位或分离。持粘性的试验采用压敏胶带的试验方法,用玻璃—金属板粘结试件,在持粘性测定仪支架上单侧面吊挂,测定滑移或滑脱的时间。具体技术指标可参照生产条件验证试验后拟定。4)断裂伸长率业内人士一般认为一道丁基密封胶的最大延伸率只有10%,若二道密封胶延伸率很大,就会造成一道密封的破坏,影响中空玻璃的气密性。可见,断裂伸长率指标的合理与否关系到中空玻璃的气密性。4个丁基密封胶产品的拉伸应力-应变曲线(速度为50mm/min),见图4。丁基密封胶的断裂伸长率均超过400%,表明在该范围内受拉变形时一道密封胶不会破坏,仍能较好地保持其连续性。4渗流方程的角度以黏性流体聚合物为基础的热塑性丁基密封胶,具有黏性流体赋予的流变特性。目前对胶在狭缝内的变形特征及与湿气渗透的关系研究甚少。中空玻璃在外力或内气压作用下挠曲,扩张胶缝厚度,改变了丁基密封胶在垂直方向的尺寸,黏性流体在开口效应作用下似应向狭窄缝内收缩。若不考虑表面粘附性影响,按泊松比0.5计,厚度拓宽一倍(由0.6mm扩至1.2mm),粘结宽度(渗透路径长度)应向内缩进50%(由7mm缩