超薄石材復合板專(zhuān)用膠粘劑的應用研究 |
| 2014-8-6 |
近年來(lái)，中國在建筑節能方面做了很大努力，包括制定并執行嚴格的建筑節能設計標準，推廣新型墻體材料和節能產(chǎn)品。天然石材由于色澤美觀(guān)、高貴典雅、性能穩定，廣泛應用于高檔外墻體和內墻體的裝飾。隨著(zhù)優(yōu)質(zhì)的天然石材礦脈逐漸枯竭，人們慢慢認識到天然石材、礦床等不可再生資源的寶貴。將天然石材超薄化，即將石材切割為厚度在5mm左右，將能夠提高石材利用率，同時(shí)解決因石材自身重量帶來(lái)的安全性問(wèn)題，降低了石材單位價(jià)格。特別是其中石材一保溫節能材料復合板最具發(fā)展前景，是符合國家“十二五規劃”中著(zhù)重強調的創(chuàng )建節能環(huán)保型社會(huì )的要求。 而在超薄復合板的制造過(guò)程中，最重要的一個(gè)工序就是超薄石材的粘合，就是將面材(各種超薄的天然石材)和基材(瓷磚、石材、金屬、節能保溫板)用專(zhuān)用的膠粘劑粘合在一起。目前，市場(chǎng)上出現了各類(lèi)復合石材板的膠粘劑，有無(wú)機類(lèi)聚合物粘貼砂漿，有機類(lèi)不飽和樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑等，質(zhì)量參差不齊、用途模糊。由于環(huán)氧樹(shù)脂的粘接性十分優(yōu)異，其分子結構式的末端有環(huán)氧基，鏈與鏈之間還有烴基、醚鍵，這使它對許多材料有很強的粘附力[l]，所以用環(huán)氧樹(shù)脂為主體樹(shù)脂，配以改性胺固化劑、阻燃劑、填料及其他改性材料，開(kāi)發(fā)出一種適用于石材、金屬、節能保溫板等材料的環(huán)氧類(lèi)超薄石材復合板專(zhuān)用膠粘劑。 本產(chǎn)品有以下幾個(gè)特點(diǎn): (l)粘度低，便于涂覆; (2)粘接力強，強度高; (3)耐溫、耐水、耐老化性能好; (4)對各類(lèi)主要的節能保溫板有很好的粘接強度; (5)固化物無(wú)毒，對人體無(wú)傷害。 1·實(shí)驗部分 1.1實(shí)驗儀器 電子天平;電子萬(wàn)能試驗機;游標卡尺;沸煮箱;天然石材;EPS板(聚苯乙烯板)、XPS板(擠塑型聚苯板)、PU板(聚氨酷保溫板)、酚醛保溫板。 1.2石材膠粘劑組成及性能 研制的姑蘇牌超薄石材復合板膠主要由環(huán)氧樹(shù)脂、曼尼希型改性已二胺和環(huán)氧化合物改性多元混合胺、增韌劑、稀釋劑、填料、助劑等組成，具體配方見(jiàn)表1。
表1 超薄石材復合板膠配方 使用時(shí)按甲組分:乙組分為2:1攪拌混合均勻。常溫下可操作時(shí)間多30min，一般2h~3h固化，夏秋季48h可達到使用強度，冬秋季一般在7d達到最終強度，產(chǎn)品經(jīng)蘇州市建設工程質(zhì)量檢測中心有限公司檢測完全符合《干掛石材幕墻用環(huán)氧膠粘劑》(JC887一2001)[21的標準要求，部分指標遠遠超過(guò)指標要求，見(jiàn)表2。
表2 超薄石材復合板膠檢測標準和結果 2·應用實(shí)驗 依據石材膠粘劑的材料特性和使用環(huán)境因素的影響，要將超薄石材復合板膠用到實(shí)際的大理石、陶瓷復合板、石材、金屬、木材、節能保溫板等材料的粘接工程中，僅僅滿(mǎn)足JC887一2001《干掛石材幕墻用環(huán)氧膠粘劑》行業(yè)標準是不夠的，并且不安全、不可靠。對此，做了超薄石材復合板膠與多類(lèi)基材的粘結性應用試驗，還對不同環(huán)境條件下養護后的粘結性能做了相應的測試，來(lái)保證超薄石材復合板膠使用的安全性和可靠性。 2.1超薄石材板膠與不同基材的粘結應用 首先，通過(guò)研究超薄石材板膠對.EPS板(聚苯乙烯板)、XPS板(擠塑型聚苯板)保溫節能材料的粘接性能，用研制的超薄石材板膠粘接未涂界面劑的EPS板，都是板子破壞。從表3中可以看到，破壞力為0.271kN、0.283kN和0.292kN，破壞強度在0.176MPa，符合JG149一2003《膨脹聚苯板薄抹灰外強保溫系統》[3]中對聚苯板粘接強度要求，即大于0.10MPa。因為EPS板是發(fā)泡成型的，EPS板表面粗糙，有顆粒感，超薄石材板膠對其有很好的粘接性能，大量的拉拔實(shí)驗證明，用超薄石材板膠粘接EPS板，不用涂刷界面劑，最終的破壞強度都大于0.1MPa，破壞形式為EPS板破壞。
表3 超薄石材復合板膠粘接石材-EPS、XPS板的強度 由于XPS板是以聚苯乙烯樹(shù)脂加上其他的原輔料聚合而成，通過(guò)加熱混合同時(shí)注人催化劑，然后擠塑壓出成型的硬質(zhì)泡末塑料板，表面光滑不易與砂漿、膠粘劑等材料粘接，為了提高XPS擠塑板與砂漿、膠粘劑的粘接強度，使其拉伸強度達到0.1MPa以上，或粘接破壞為板子破壞，必須用界面劑對擠塑型聚苯板進(jìn)行預處理，這既能提高膠粘劑對擠塑板的粘接強度，也能節省膠粘劑的用量。 從圖1可以看到，左半邊是涂有界面劑的XPS，右半邊是未涂界面劑的XPS，從破壞的效果看，涂有界面劑的XPS破壞效果好。從表3中可以看到，界面劑對超薄石材板膠粘接X(jué)PS的強度影響不大，幾乎是沒(méi)有影響。但從圖1發(fā)現涂界面劑的XPS板破壞為板子的深度破壞，破壞效果好，而未涂界面劑XPS板破壞為界面破壞，破壞效果不佳，所以用超薄石材板膠粘接X(jué)PS板時(shí)，最好先在XPS板上涂一層界面劑，這樣板子破壞的效果佳，破壞強度高。
圖1 超薄石材復合膠板粘接X(jué)PS板 同樣，PU板(聚氨醋保溫板)和酚醛保溫板也是通過(guò)加人發(fā)泡劑，擠塑成型，表面光滑，也需要表面刷界面劑，提高粘接力。經(jīng)過(guò)測試，超薄天然石材板膠與涂刷界面劑的酚醛保溫板粘結后，其拉拔破壞強度為0.137MPa，破壞效果為酚醛板深度破壞，破壞效果佳。破壞數據低，這是因為酚醛保溫板本身易粉化，用手指摩擦幾下即掉粉，而其他保溫板沒(méi)有這種現象發(fā)生，所以酚醛保溫板的自身的本體拉伸強度是很低的，用超薄石材板膠粘接后的強度也不會(huì )高。聚氨醋保溫板由于在出廠(chǎng)時(shí)進(jìn)行了板子防火處理，即在板子的兩面噴涂一層水泥砂漿，所以在用超薄天然石材板膠粘結的時(shí)候，是粘結在了表層的水泥砂漿上，因此用膠粘結過(guò)程中，不需要涂刷界面劑，而且.其拉拔數據也較高，為0.531MPa，并且破壞形式為板子深度破壞。
圖2 超薄石材板膠粘接石材-金屬試驗 研制的超薄石材板膠不僅能粘接石材一保溫節能板，同時(shí)還能很好的粘接石材一石材(S一S)、石材一金屬(S一J)，而且測試了超薄石材板膠粘接石材一金屬、石材一石材的正拉粘接強度。由于超薄石材板膠粘度適中、配方合理、粘接石材一金屬、石材一石材的粘接強度特別高，最終的破壞形式均為石材基體破壞，其破壞的最大力分別為6.518kN、6.555kN、5.623kN，破壞平均強度為3.895MPa。從圖2可以看到，粘在上面的鐵塊沒(méi)有發(fā)生移動(dòng)，說(shuō)明如果花崗巖能再提高，則超薄石材板膠的粘接強度將大于3.9MPa，超薄石材板膠的石材-金屬的粘接強度是很高的。用超薄石材板膠粘結超薄石材與石材的粘結性能，從圖3可以看到，其破壞形式為粘接用的超薄石材內聚破壞，破壞效果好，破壞的最大力分別為5.194kN、5.309kN、4.937kN，破壞平均強度為3.217MPa。所以研制的超薄石材板膠能夠很好粘接
圖3 超薄石材板膠粘接石材-石材試驗 研制的超薄石材板膠不僅粘接石材一石材(S一S)、石材一金屬(S一J)有良好的粘接強度，同時(shí)很好地粘接石材一瓷磚(S一C)、石材一硅酸鹽板(S一G)、石材一鋁塑板(S一LS)、石材一木材(S一M)、石材一玻璃(S一B)、石材一塑料(S一sL)等復合材料。從圖4可以看到，石材一硅酸鹽板(S一G)、石材一鋁塑板(S一LS)、石材一玻璃(S一B)都是基材破壞，石材一瓷磚(S一C)是粘接用的超薄石材破壞，說(shuō)明超薄石材膠能很好地粘接上述基材。而石材一塑料(S一SL)是界面破壞，破壞強度在0.52MPa，從表4中可以看到，粘接用不同的基材，破壞形式雖然是一樣的，但破壞的強度不一樣，這與基材的本體強度有關(guān)，石材-瓷磚(S一C)最大為3.20MPa，石材一鋁塑板(S一LS)破壞強度最小為0.25MPa。
圖4 超薄石材板膠對各類(lèi)基材的粘接性能 2.2超薄石材板膠在不同外部環(huán)境下的粘結應用 研制的超薄石材板是由環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑和填料組成的，膠體固化后在不同環(huán)境下強度會(huì )發(fā)生變化。所以選用符合GB廳18601性能要求的石材作為粘接石材，石材的尺寸為50mm×30mm×(20一25)mm，采用非拋光面粘接，粘接面積為30mm×30mm，成型5組試件，在不同使用環(huán)境下測試，其中一組涂防銹漆放酸溶液中腐蝕;同時(shí)還分別成型5組鋼一鋼拉伸剪切試件，有效粘接面積為25mm×12.5mm，其中一組涂防銹漆放酸溶液中腐蝕。使用的測試環(huán)境分別為基準養護:溫度(23士2)℃、養護90d測試;泡水常溫養護7d，泡水90d測試;堿腐蝕:常溫養護7d，5%KOH溶液中浸泡90d測試;酸腐蝕:常溫養護7d，5%硫酸溶液浸泡90d測試;鹽腐蝕:常溫養護7d，5%鹽溶液浸泡90d測試。 從圖5中可以看到，經(jīng)過(guò)不同環(huán)境90d的養護，膠體的強度較基準養護的強度都有所下降，其中以受酸腐蝕影響最大，但下降幅度也不大，主要是在酸腐蝕的試件上涂有防銹漆，試件的本體強度受酸的影響小，同時(shí)也說(shuō)明超薄石材板膠的耐酸腐蝕性能好。其他環(huán)境因素對超薄石材板膠的粘接強度也有影響，但影響很小，強度下降率小于12%，說(shuō)明超薄石材板膠耐酸、耐堿、耐鹽、耐水性能好，能適用于各種環(huán)境中應用。
圖5 使用環(huán)境對超薄石板膠強度的影響 經(jīng)過(guò)復合的超薄石材保溫節能板與市場(chǎng)上普通石材板進(jìn)行對比，發(fā)現復合后的石材板具有重量輕、抗沖擊性能強、彎曲強度高等特點(diǎn)，可直接將復合后的石材板直接粘貼在墻上。同時(shí)，用超薄石材復合保溫節能板，相當于在保溫節能板外面做了一層防火層，因此提高了保溫節能材料的防火效果。從表5可以看到，用水泥基類(lèi)膠粘劑復合超薄石材使用價(jià)格便宜，但同時(shí)復合板的自重增加了50%，不利于直接粘貼在墻上，粘接安全性降低。
表4 超薄石材與各類(lèi)基材的粘接強度 4·結語(yǔ) (l)研制的超薄石材復合板膠對EPS板(聚苯乙烯板)、XPS板(擠塑型聚苯板)、PU板(聚氨醋保溫板)、酚醛保溫板等保溫節能材料、石材和金屬等材料都具有很好的粘結性能。
表5 超薄石材板膠與水泥類(lèi)膠粘劑對比表 (2)研制的超薄石材板膠不僅粘接石材一保溫節能板(S一Bw)、石材一石材(S一S)、石材一金屬(S一J)有良好的粘接強度，同時(shí)也很好地粘接石材一瓷磚(S一C)、石材一硅酸鹽板(S一G)、石材一鋁塑板(S一LS)、石材一木材(S一M)、石材一玻璃(S一B)、石材一塑料(S一SL)等復合材料。 (3)研制的超薄石材復合板膠耐酸、耐堿、耐鹽、耐水性能好，能在各種環(huán)境中應用。
(4)與水泥基類(lèi)膠粘劑相比，超薄天然石材板膠具有很高的粘結性能并且還大大降低了整個(gè)復合板的重量，提高了安全性能。太原市美潔裝飾材料有限公司原太原美潔涂料廠(chǎng)。主要生產(chǎn)：821膩子粉、耐水膩子粉、柔性膩子粉(內、外墻)、粉刷石膏(底、面層)、粘結石膏、高強建筑石膏、快粘粉、墻面找平石膏、瓷磚粘結劑、玻化磚粘結劑，石材粘結劑，瓷磚勾縫劑、白水泥，特種水泥，聚合物粘結砂漿、聚合物抗裂砂漿、玻化微珠保溫砂漿及附件。太原市美潔裝飾材料有限公司是太原市涂料廠(chǎng)家，太原保溫砂漿，太原瓷磚粘結劑，太原膩子粉生產(chǎn)廠(chǎng)家。 |
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