天地陽光：超薄石材復合板膠粘劑的施工應用研究

時間：2014-7-25閱讀：2336

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,廣泛應用于外墻體和內墻體的裝飾。隨著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,zui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

研制的天地陽光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zui終強度,產品經中國建設工程質量檢測中心檢測*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,zui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,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,zui終的破壞形式均為石材基體破壞,其破壞的zui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zui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)zui大為3.20MPa,石材一鋁塑板(S一LS)破壞強度zui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zui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