建筑門窗用單組分聚氨酯組角膠的性能研究

劉亞瓊，尹業琳，陳 淼，龔洪洋，孔軍仕，岳麗清

（鄭州中原思藍德高科股份有限公司，河南 鄭州 450001）

建筑門窗用單組分聚氨酯組角膠的性能研究

劉亞瓊，尹業琳，陳 淼，龔洪洋，孔軍仕，岳麗清

（鄭州中原思藍德高科股份有限公司，河南 鄭州 450001）

制備了一種建筑門窗用單組分聚氨酯組角膠，按GB/T7124—2008對其鋁合金-鋁合金的粘接性能進行了評價。結果表明其在標準條件養護7 d、14 d和21 d, 剪切強度分別達6.20 MPa，7.27 MPa、8.30 MPa,與國外同類產品基本相當；經過40℃浸水72 h后與浸水之前相差不大；120 ℃高溫3 h、90 ℃高溫300 h以及高溫高濕（溫度85 ℃，相對濕度85%）300 h處理后，剪切強度均有所增強，具有優良的耐溫耐濕熱性能。

聚氨酯；組角膠；剪切粘接性能；

隨著我國建筑行業的蓬勃發展，門窗質量問題也日益突顯。影響門窗質量的因素有很多，角部強度和密封性就是主要因素之一。一般認為，只要切割設備的精度足夠高，角碼配合適當，加上組角機組角固定，便可使門窗的角部強度和密封性達到要求。而事實上，大多這種簡單機械工藝生產出來的門窗在生產、運輸、安裝和長期使用中很難保證在各種力的作用下不被損壞，氣密性、水密性、隔音、隔塵性能等也無法得到保障。使用專業的門窗組角膠，可以有效地避免或減少門窗角部因自身或外力因素造成的破壞，保證門窗的角部強度和密封性[1～3]。本文制備了一種門窗用單組分聚氨酯組角膠，并對其與鋁合金的粘接性能進行了評價，考查了標準條件，即溫度[（23±2）℃]、相對濕度[（50±5）%]的環境條件下，養護時間、40℃浸水、高溫以及高溫高濕對其粘接性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原料及儀器

聚醚多元醇，德國拜耳材料科技有限公司；4,4＇-二苯基甲烷二異氰酸（MDI），煙臺萬華聚氨酯股份有限公司；碳酸鈣，山西蘭花華明納米材料有限公司；氣相SiO2，瓦克化學。所用聚醚多元醇的種類和重要特性指標見表1。

雙行星攪拌釜，型號SX-2L，規格2L，四川永通機械設備有限公司；電子萬能試驗機型號CMT4104，規格10 kN，深圳新三思材料檢測有限公司。

表1 聚醚多元醇Tab.1 Polyether polyol

1.2 組角膠的制備

將3種聚醚多元醇以一定比例置于3 L四口燒瓶中，100～120 ℃真空攪拌脫水2 h，降溫至70 ℃，滴加相應比例的MDI，反應3 h制得預聚體；將該預聚體與碳酸鈣、氣相SiO2、脫水劑、偶聯劑、催化劑等以一定比例混合制得組角膠。

1.3 性能測定

組角膠的剪切性能使用電子萬能試驗機，按GB/T7124—2008方法測定。依據以下條件分別測定組角膠的剪切強度。

（1）標準條件

在溫度（23±2）℃、相對濕度（50±5）%的環境條件下，試件分別養護3 d、7 d、14 d、21 d、28 d后進行測試。

（2）40℃浸水

試件在標準條件下養護7 d之后，置入40℃恒溫水浴鍋中浸泡3 d取出，再在標準條件下養護1 d進行測試。

（3）120 ℃老化

試件在標準條件下養護7 d之后，置入120 ℃烘箱中老化3 h，再在標準條件下養護1 d進行測試。

（4）90 ℃老化

試件在標準條件下養護7 d之后，置入90℃烘箱中老化300 h，再在標準條件下養護1 d進行測試。

（5）高溫高濕

試件在標準條件下養護7 d之后，置入溫度為85 ℃、相對濕度為85%的實驗箱中老化300 h，再在標準條件下養護1 d進行測試。

1.4 剪切試件的制備

將一端打孔規格為100 mm×25 mm×12.5 mm的鋁合金型材用丙酮脫脂后，把膠料涂于另一端粘接面上，按圖1所示放入輔助墊塊制樣，膠層厚約0.2 mm，搭接面積為25 mm×12.5 mm。于標準條件下放置24 h，將墊塊取下，清除多余溢膠，即制得剪切試件。

圖1 剪切試件的制備方法Fig.1 Preparation of tensile lap-shear specimen

2 結果與討論

2.1 標準條件養護時間對組角膠剪切性能的影響

標準條件下養護時間對組角膠剪切性能的影響見圖2。

圖2 養護時間對組角膠剪切強度的影響Fig.2 Effects of maintenance time on tensile lap-shear strength of corner-combining sealant

從圖2可以看出，標準條件養護3 d、7 d，組角膠的拉伸剪切強度分別達4.16 MPa和6.20 Mpa，較國外同類產品略低4.81%和5.20%，呈現出上升的趨勢。繼續延長養護時間至14 d、21 d和28 d，剪切強度則分別達7.27 MPa、8.30 MPa和8.41 Mpa，與國外同類產品相比，提高了3.12%、3.88%和4.73%，總體來說相差不大，均呈現出上升后趨于平緩的趨勢，即養護21 d之后剪切性能均不再有明顯變化。

2.2 40 ℃浸水對組角膠剪切性能的影響

按1.3（2）方法處理試件，考查40℃浸水對組角膠剪切性能的影響，結果如表2所示。

表2 40℃浸水對組角膠剪切性能的影響Tab.2 Effects of soaking in 40℃water on tensile lap-shear strength of corner-combining sealant

從表2可以看出，組角膠經40℃浸水72 h后，剪切強度較浸水前變化不大，與國外同類產品基本相當。

2.3 高溫、高溫高濕對組角膠剪切性能的影響

分別按1.3（3）、1.3（4）、1.3（5）所述方法處理試件，考查老化環境對組角膠剪切性能的影響，結果如表3所示。

表3 高溫、高溫高濕對組角膠剪切性能的影響Tab.3 Effects of high-temperature and hot-humid environment on tensile lap-shear strength of corner-combining sealant

從表3可以看出，組角膠標況養護7 d之后，經過120 ℃高溫3 h、90 ℃高溫300 h以及高溫高濕300 h處理，剪切強度均有所增強，與國外同類產品性能基本相當，具有優良的耐溫耐濕熱性能。

3 結論

研制的組角膠具有以下性能：

（1）粘接強度大，標準條件養護7 d即可達到6 MPa以上；

（2）耐水性能良好，40℃浸水72 h后，剪切強度較浸水前變化不大；

（3）具有優良的耐溫耐濕熱性能，經過120 ℃高溫3 h、90 ℃高溫300 h以及高溫高濕300 h處理后，剪切強度沒有衰減，反而有所提升。與國外同類產品性能基本相當。

[1]王永波.鋁合金門窗的角部結構加強和密封[J].河北煤炭,2007,30(3):53-55.

[2]謝紅剛.聚氨酯在建筑領域的應用[J].科技情報開發與經濟,2006,16(17):168-169.

[3]付邦建.建筑節能隔熱斷橋鋁門窗介紹[J].河南建材,2009,11(3):158-159.

Performance of polyurethane corner-combining sealant applied in windows and doors

LIU Ya-qiong, YIN Ye-lin, CHEN Miao, GONG Hong-yang, KONG Jun-shi, YUE Li-qing
(Zhengzhou Zhongyuan Silande High Technology Co., Ltd., Zhengzhou, Henan 450001, China)

A polyurethane corner-combining sealant applied in windows and doors was prepared, and its bonding properties for aluminum alloy-alumunum alloy were evaluted according to the GB/T7124-2008. The results indicated that its tensile lap-shear strength results were 6.20 Mpa, 7.27 MPa and 8.30 MPa after maintaining at the standard conditions for 7d, 14 d and 21 d, respectively, which were similar with the results of similar foreign products. The tensile lap-shear strength of the sealant was kept well after soaking at 40℃ for 72 hours in water, and the tensile lap-shear strengths of the sealant were slightly increased after being processed at 120 ℃ for 3 hours, at 90 ℃for 300 hours or at 85 ℃, RH 85% for 300 hours. The sealant had excellent temperature resistance and resistance to heat and humidity.

polyurethane; corner-combining sealant; tensile lap-shear strength

TQ433.4+32

A

1001-5922（2017）02-0026-03

2016-09-27

劉亞瓊（1985-），女，碩士，主要從事有機合成和聚氨酯膠粘劑的研究。E-mail：158389690@qq.com。

岳麗清（1985-），女，碩士，從事聚氨酯密封膠系列產品的研究開發工作。E-mail：birchtree@126.com。