硅橡膠材料在建筑中及密封作用.doc

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硅橡膠材料在建筑中的密封作用 摘要：介紹了硅橡膠的發(fā)展在建筑中的應(yīng)用，就硅橡膠的優(yōu)越性能及在綠色環(huán)保和其他材料的對比作了研究述評。 一、硅橡膠的發(fā)展及性能 隨著普通橡膠塑料及相關(guān)配和劑被懷疑或已證實(shí)對人體致癌研究的進(jìn)展，人們對硅橡膠研究及開發(fā)的熱情空前高漲。 　　硅橡膠是指主鍵以Si-O單元為主，以有機(jī)基因?yàn)閭?cè)基的一類線形聚合物，是分子鏈兼具無機(jī)和有機(jī)性質(zhì)高分子彈性材料。硅橡膠分子結(jié)構(gòu)式為： R R′ E — Si — O — E — SiO — O n R R′′ 　　其中R、R′均為有機(jī)基因，而尤以甲基乙烯基硅橡膠應(yīng)用最廣。 　　1940年，G．Rochow發(fā)明了用硅和氯甲烷直接合成甲基氯硅烷的方法，開始了實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化。1944年最早由美國General Eleatric公司合成制 二甲基硅烷，同時(shí)美國Dow Corning 公司研究橡膠的合成技術(shù)，并于1945年以商品硅橡膠SR-73和SR-74問世，但產(chǎn)品質(zhì)量極差，至1948年廠E.Nyde等人得到高質(zhì)量的合物將其取代，由氣相法白炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)體系，有機(jī)過氧化物硅硫化催化，從而使硅橡膠的廣泛應(yīng)用成為可能。 　　1948年甲基乙烷基硅橡膠研制成功。1951年又開發(fā)成功苯基硅橡膠，該橡膠能在-100℃使用，隨之又研究開發(fā)出室溫硫化硅橡膠，從而使硅橡膠在技術(shù)上趨于完善。隨后又開發(fā)出聚炭硼烷硅氧烷橡膠，可在400℃下長期使用。我國在60年代初期開始研究硅橡膠，并先后投入生產(chǎn)，目前全國擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的企業(yè)近20家，生產(chǎn)能力達(dá)到5萬t/a，并以30%的速度遞增，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬。 二、硅橡膠在密封中的應(yīng)用 硅橡膠密封劑的特性密封劑在建筑工業(yè)中作密封填縫材料,主要用于建筑施工骨架構(gòu)件與鑲板之間的密封。隨著建筑業(yè)的生產(chǎn)工業(yè)化、預(yù)件化、高層及超高層化、輕質(zhì)化、以及全視野系統(tǒng)和大型框架掛板結(jié)構(gòu)的大量采用,對密封材料的要求越來越高。新式高層建筑物的接縫有較大伸縮位移,造成密封接點(diǎn)處發(fā)生明顯運(yùn)動(dòng),這樣的場合,傳統(tǒng)的油性或?yàn)r青基嵌縫密封材料已遠(yuǎn)不能滿足要求,于是促進(jìn)了各種新型高彈性、低模量、大延伸率、耐溫、耐久性的高檔建筑密封材料的開發(fā)使用。硅橡膠密封劑便是其中理想的品種。硅橡膠密封劑的模數(shù)較其它有機(jī)密封劑低,且可通過適當(dāng)控制聚合物和填料的相互作用,以及適當(dāng)控制交聯(lián)密度,制備出模數(shù)極低的密封劑。當(dāng)由接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)而使密封劑伸長時(shí),通過密封劑將作用力傳遞到粘合界面,顯然低模數(shù)密封劑是很適用的,因?yàn)樵谏扉L時(shí),它們使粘合劑受到的應(yīng)力較小。硅橡膠密封劑還具有優(yōu)越的耐天候老化性能、對多種化學(xué)藥品的惰性性能、好的粘合性能以及不用表面處理劑,即可與玻璃、陶瓷、金屬、木材、塑料等粘接的性能。適用于25％接縫形變位移,使用期在20年以上,是性能理想的高檔建筑用密封劑。 　　合和興建筑實(shí)業(yè)公司工程技術(shù)人員于80年代開始進(jìn)行硅橡膠在建筑密封條中的研究，經(jīng)過原料開發(fā)，性能研究，設(shè)備開發(fā)，使硅橡膠成本下降，性能得到保持，從而使硅橡膠密封條在建筑門窗中的大量使用成為可能。 　三、硅橡膠性能在建筑門窗密封膠條的應(yīng)用 　1優(yōu)異的耐寒性及耐熱性在密封條中的應(yīng)用：硅橡膠可在-70℃~ +250℃的環(huán)境中長期使用，硅橡膠良好的高低溫性能在緯度范圍較大的中國地區(qū)尤為主要，在中國南方夏季向陽的門窗及墻面上，溫度在70℃是正常的，而在冬季的漠河地區(qū)氣候在-40℃也不足為奇。巨大的溫差使PVC、熱塑性強(qiáng)性體（santoprene）、三元乙丙橡膠的使用受到嚴(yán)重制約，一般的塑料及橡膠或彈性體在-20℃時(shí)已脆化，即使在0℃的北方地區(qū)，冬季也無法施工。而硅橡膠在-50℃ ~ 200℃時(shí)，物性根本沒有大的變化。 2優(yōu)異的氣候老化性在密封條中的應(yīng)用：硅橡膠的天然老化性及耐臭氧老化性優(yōu)于已知其他橡膠及彈性體。硅橡膠并具有機(jī)及無機(jī)的高分子材料性能，因其表面能低，與有機(jī)物不粘附，在日曬雨淋、水和臭氧的作用下，置室外經(jīng)30年老化，性能也無明顯下降，這于門窗的使用壽命同步，其他材料（EPDM除外）是無法實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)硅橡膠有憎水、密封、持久等性能。 　 3良好的壓縮變形性質(zhì)在靜密封及動(dòng)密封中的應(yīng)用：（高溫硅橡膠在150℃70h壓、變僅為10%），建筑門窗需承受來自外界及自身的力學(xué)變化，如：熱脹冷縮，瞬時(shí)荷載，風(fēng)荷載、地震效應(yīng)，長久荷載：自重、溫差形變，雪荷載等。 硅橡膠優(yōu)異的彈性，良好的壓縮變形，其他橡膠及塑料無法比擬，硅橡膠在邵氏30A-85A之間任意調(diào)整，使其達(dá)到最佳密封性能。 　　 4良好的生理惰性、無毒無味性能在環(huán)保方面的開發(fā)尤為主要：1954年硅橡膠在與人體實(shí)驗(yàn)中證實(shí)：“無毒、無味、與人體組織及血液不粘連，生物適應(yīng)性好，對外界極為敏感的熱血?jiǎng)游锝M織與硅橡膠制品接觸時(shí)，其細(xì)胞組織未發(fā)現(xiàn)異常。”該結(jié)果的公布，也顯示了在環(huán)保及食品與醫(yī)療界中作為彈性體材料，只有硅橡膠最安全。美國FDA認(rèn)證中，至今為止作為新型環(huán)保材料中沒有一種比硅橡膠更對人體無害，在建筑中突出其優(yōu)異環(huán)保性能，無疑是具有特殊意義的。 　　 5綜合物性的開發(fā)及應(yīng)用：良好的撕裂拉伸及低變形，高定伸耐屈撓，得到良好的開發(fā)及利用，使硅橡膠的性能得到充分發(fā)揮。硅橡膠優(yōu)異的熱穩(wěn)定性及透明性，又使硅橡膠可以與任何流行色彩進(jìn)行調(diào)配，構(gòu)成藝術(shù)建筑的完美，符合現(xiàn)代都市人時(shí)尚的追求。 　　 6最新研究及發(fā)現(xiàn)對硅橡膠密封條賦予了新的環(huán)保意識(shí)：新型的苯基硅橡膠具優(yōu)異的耐輻射性，耐燃燒性，使硅橡膠在密封使用中更安全。 最新研究表明：硅橡膠的氧透過率是天然膠的25倍，是IIR的428.6倍，這種性能可使居室保持新鮮的空氣，最適合人的生活。 　　而據(jù)美國最新報(bào)道：硅橡膠對二氧化硫等有害氣體的滲透率比其他硅橡膠更低，對于有大氣污染的地區(qū)來說，這種發(fā)現(xiàn)具極其寶貴的。 　　四、建筑密封條中硅橡膠的開發(fā)及利用 　　1根據(jù)GB12002-89中對建筑塑料門窗密封條作了如下物理性能的要求： 類別 指標(biāo) 單位 安裝玻璃用密封條 框扇間用密封條 試驗(yàn) 方法 GLI GLII WeI WeII 項(xiàng)目 硬 度 （邵爾A型） 23℃ 度 655 655 655 655 5.4.3 0℃ < 40℃ < 0℃與40℃硬度差 < 度 度 85 50 30 75 45 15 85 15 30 75 45 15 5.4.4 100%定伸強(qiáng)度 ≥ MPa 3.0 2.0 3.0 2.0 5．4．5 拉伸斷裂強(qiáng)度 ≥ MPa 7.5 10.0 7.5 10.0 拉伸斷裂伸長率 % 300 300 300 300 熱空氣老化能100℃ X 72h 拉伸強(qiáng)度保留率 ≥ % 85 85 85 85 5．4．6 伸長率保留率 ≥ % 70 70 70 70 加熱失重 ≤ % 3.0 3.0 3.0 3.0 熱收縮率70℃ X 24h ≤ % 2.0 2.0 2.0 2.0 5．3 壓縮永久變形（壓縮率30%） < 70℃ X 24h % 75 75 75 75 5．4．7 脆性溫度 不高于 ℃ -30 -40 -30 -40 5．4．6 耐臭氧性（50pphm,伸長20%） 40℃ X 96h 不出現(xiàn)龜裂 5．4． 注：有要求時(shí)密封條按GB7107進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，按GB7108進(jìn)行水密性試驗(yàn)，并記錄于報(bào)告中。 　　由上表可知，硅橡膠除拉伸強(qiáng)度外，其他性能無以倫比。但根據(jù)≥7.5MPA的物性，使硅橡膠的成本居高不下，建設(shè)部也根據(jù)行業(yè)實(shí)際情況于2003年8月起，重新修定GB12002-89標(biāo)準(zhǔn)，這將使作為高檔材料的硅橡膠更加大眾化，進(jìn)入普通消費(fèi)大眾的家中。作為國內(nèi)最早在建筑中開發(fā)和利用硅橡膠的合和興公司，在2003年中取得較大突破，在保持物性的基礎(chǔ)上，加大開發(fā)硅橡膠配合，生產(chǎn)成本大幅下降，使硅橡膠的大眾化利用成為了可能。 　　2與建筑門窗同壽命的開發(fā)：國家建設(shè)部在建筑門窗密封條與門窗是否同壽命的問題上展開討論：合和興工程技術(shù)人員在經(jīng)過與其他行業(yè)的辨論后認(rèn)為：既然門窗使用期定為50年，在門窗使用中沒有可能中途拆換密封條，堅(jiān)持密封條與門窗同壽命的觀點(diǎn)，受到了同行的贊許，這使中國的密封條質(zhì)量大膽邁出了一步，也為密封條質(zhì)次價(jià)低的惡性競爭中帶來了光明。 　　3生產(chǎn)設(shè)備的開發(fā)：為適應(yīng)硅橡膠的工藝特點(diǎn)，合和工程技術(shù)人員經(jīng)過研究采用冷出料，高溫快速定形，中溫二次硫化，使產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，色澤艷麗，手感潤滑，使硅橡膠從純粹的建筑物變成了藝術(shù)品，賦予了建筑藝術(shù)不滅的靈魂。 　　五．結(jié)論： 　　綜上所述，從硅橡膠制品使用上，其產(chǎn)量、品種、數(shù)量、用量均在逐年增加，用途也在不斷擴(kuò)大。今后，隨著橡膠加工技術(shù)及建筑水平的提高，海外在建筑中對硅橡膠的應(yīng)用。開發(fā)質(zhì)優(yōu)價(jià)低，使用方便，綠色環(huán)保的新型硅橡膠密封條將有著深遠(yuǎn)的意義。相信作為硅膠密封條大量應(yīng)用，滿足人們在新世紀(jì)新觀念的需求。