超薄石材復合板專用膠粘劑的應用研究 |
| 2014-8-6 |
近年來，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品。天然石材由于色澤美觀、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。隨著優質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，同時解決因石材自身重量帶來的安全性問題，降低了石材單位價格。特別是其中石材一保溫節能材料復合板最具發展前景，是符合國家“十二五規劃”中著重強調的創建節能環保型社會的要求。 而在超薄復合板的制造過程中，最重要的一個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)用專用的膠粘劑粘合在一起。目前，市場上出現了各類復合石材板的膠粘劑，有無機類聚合物粘貼砂漿，有機類不飽和樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂膠粘劑等，質量參差不齊、用途模糊。由于環氧樹脂的粘接性十分優異，其分子結構式的末端有環氧基，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]，所以用環氧樹脂為主體樹脂，配以改性胺固化劑、阻燃劑、填料及其他改性材料，開發出一種適用于石材、金屬、節能保溫板等材料的環氧類超薄石材復合板專用膠粘劑。 本產品有以下幾個特點: (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)對各類主要的節能保溫板有很好的粘接強度; (5)固化物無毒，對人體無傷害。 1·實驗部分 1.1實驗儀器 電子天平;電子萬能試驗機;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氧樹脂、曼尼希型改性已二胺和環氧化合物改性多元混合胺、增韌劑、稀釋劑、填料、助劑等組成，具體配方見表1。
表1 超薄石材復合板膠配方 使用時按甲組分:乙組分為2:1攪拌混合均勻。常溫下可操作時間多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，產品經蘇州市建設工程質量檢測中心有限公司檢測完全符合《干掛石材幕墻用環氧膠粘劑》(JC887一2001)[21的標準要求，部分指標遠遠超過指標要求，見表2。
表2 超薄石材復合板膠檢測標準和結果 2·應用實驗 依據石材膠粘劑的材料特性和使用環境因素的影響，要將超薄石材復合板膠用到實際的大理石、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，僅僅滿足JC887一2001《干掛石材幕墻用環氧膠粘劑》行業標準是不夠的，并且不安全、不可靠。對此，做了超薄石材復合板膠與多類基材的粘結性應用試驗，還對不同環境條件下養護后的粘結性能做了相應的測試，來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板是以聚苯乙烯樹脂加上其他的原輔料聚合而成，通過加熱混合同時注人催化劑，然后擠塑壓出成型的硬質泡末塑料板，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XPS的強度影響不大，幾乎是沒有影響。但從圖1發現涂界面劑的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XPS板時，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XPS板 同樣，PU板(聚氨醋保溫板)和酚醛保溫板也是通過加人發泡劑，擠塑成型，表面光滑，也需要表面刷界面劑，提高粘接力。經過測試，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，而其他保溫板沒有這種現象發生，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高。聚氨醋保溫板由于在出廠時進行了板子防火處理，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候，是粘結在了表層的水泥砂漿上，因此用膠粘結過程中，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，粘在上面的鐵塊沒有發生移動，說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，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基材的粘接性能 2.2超薄石材板膠在不同外部環境下的粘結應用 研制的超薄石材板是由環氧樹脂、固化劑和填料組成的，膠體固化后在不同環境下強度會發生變化。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，在不同使用環境下測試，其中一組涂防銹漆放酸溶液中腐蝕;同時還分別成型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，經過不同環境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，同時也說明超薄石材板膠的耐酸腐蝕性能好。其他環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，能適用于各種環境中應用。
圖5 使用環境對超薄石板膠強度的影響 經過復合的超薄石材保溫節能板與市場上普通石材板進行對比，發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，可直接將復合后的石材板直接粘貼在墻上。同時，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，用水泥基類膠粘劑復合超薄石材使用價格便宜，但同時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 超薄石材與各類基材的粘接強度 4·結語 (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，能在各種環境中應用。
(4)與水泥基類膠粘劑相比，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。主要生產：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家，太原保溫砂漿，太原瓷磚粘結劑，太原膩子粉生產廠家。 |
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