石材之家讯：深度解析超薄石材胶粘剂

近年来,中国在建筑节能方面做了很大努力,包括制定并执行严格的建筑节能设计标准,推广新型墙体材料和节能产品。天然石材由于色泽美观、高贵典雅、性能稳定,广泛应用于高档外墙体和内墙体的装饰。随着优质的天然石材矿脉逐渐枯竭,人们慢慢认识到天然石材、矿床等不可再生资源的宝贵。将天然石材超薄化,即将石材切割为厚度在5mm左右,将能够提高石材利用率,同时解决因石材自身重量带来的安全性问题,降低了石材单位价格。特别是其中石材一保温节能材料复合板最具发展前景,是符合国家“十二五规划”中着重强调的创建节能环保型社会的要求。

而在超薄复合板的制造过程中,最重要的一个工序就是超薄石材的粘合,就是将面材(各种超薄的天然石材)和基材(瓷砖、石材、金属、节能保温板)用专用的胶粘剂粘合在一起。目前,市场上出现了各类复合石材板的胶粘剂,有无机类聚合物粘贴砂浆,有机类不饱和树脂、酚醛树脂、环氧树脂胶粘剂等,质量参差不齐、用途模糊。由于环氧树脂的粘接性十分优异,其分子结构式的末端有环氧基,链与链之间还有烃基、醚键,这使它对许多材料有很强的粘附力[l],所以用环氧树脂为主体树脂,配以改性胺固化剂、阻燃剂、填料及其他改性材料,开发出一种适用于石材、金属、节能保温板等材料的环氧类超薄石材复合板专用胶粘剂。

本产品有以下几个特点:

(l)粘度低,便于涂覆;

(2)粘接力强,强度高;

(3)耐温、耐水、耐老化性能好;

(4)对各类主要的节能保温板有很好的粘接强度;

(5)固化物无毒,对人体无伤害。

1·实验部分

1.1实验仪器

电子天平;电子万能试验机;游标卡尺;沸煮箱;天然石材;EPS板(聚苯乙烯板)、XPS板(挤塑型聚苯板)、PU板(聚氨酷保温板)、酚醛保温板。

1.2石材胶粘剂组成及性能

研制的姑苏牌超薄石材复合板胶主要由环氧树脂、曼尼希型改性已二胺和环氧化合物改性多元混合胺、增韧剂、稀释剂、填料、助剂等组成,具体配方见表1。



表1 超薄石材复合板胶配方

使用时按甲组分:乙组分为2:1搅拌混合均匀。常温下可操作时间多30min,一般2h~3h固化,夏秋季48h可达到使用强度,冬秋季一般在7d达到最终强度,产品经苏州市建设工程质量检测中心有限公司检测完全符合《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》(JC887一2001)[21的标准要求,部分指标远远超过指标要求,见表2。



表2 超薄石材复合板胶检测标准和结果

2·应用实验

依据石材胶粘剂的材料特性和使用环境因素的影响,要将超薄石材复合板胶用到实际的大理石、陶瓷复合板、石材、金属、木材、节能保温板等材料的粘接工程中,仅仅满足JC887一2001《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》行业标准是不够的,并且不安全、不可靠。对此,做了超薄石材复合板胶与多类基材的粘结性应用试验,还对不同环境条件下养护后的粘结性能做了相应的测试,来保证超薄石材复合板胶使用的安全性和可靠性。

2.1超薄石材板胶与不同基材的粘结应用

首先,通过研究超薄石材板胶对.EPS板(聚苯乙烯板)、XPS板(挤塑型聚苯板)保温节能材料的粘接性能,用研制的超薄石材板胶粘接未涂界面剂的EPS板,都是板子破坏。从表3中可以看到,破坏力为0.271kN、0.283kN和0.292kN,破坏强度在0.176MPa,符合JG149一2003《膨胀聚苯板薄抹灰外强保温系统》[3]中对聚苯板粘接强度要求,即大于0.10MPa。因为EPS板是发泡成型的,EPS板表面粗糙,有颗粒感,超薄石材板胶对其有很好的粘接性能,大量的拉拔实验证明,用超薄石材板胶粘接EPS板,不用涂刷界面剂,最终的破坏强度都大于0.1MPa,破坏形式为EPS板破坏。



表3 超薄石材复合板胶粘接石材-EPS、XPS板的强度

由于XPS板是以聚苯乙烯树脂加上其他的原辅料聚合而成,通过加热混合同时注人催化剂,然后挤塑压出成型的硬质泡末塑料板,表面光滑不易与砂浆、胶粘剂等材料粘接,为了提高XPS挤塑板与砂浆、胶粘剂的粘接强度,使其拉伸强度达到0.1MPa以上,或粘接破坏为板子破坏,必须用界面剂对挤塑型聚苯板进行预处理,这既能提高胶粘剂对挤塑板的粘接强度,也能节省胶粘剂的用量。

从图1可以看到,左半边是涂有界面剂的XPS,右半边是未涂界面剂的XPS,从破坏的效果看,涂有界面剂的XPS破坏效果好。从表3中可以看到,界面剂对超薄石材板胶粘接XPS的强度影响不大,几乎是没有影响。但从图1发现涂界面剂的XPS板破坏为板子的深度破坏,破坏效果好,而未涂界面剂XPS板破坏为界面破坏,破坏效果不佳,所以用超薄石材板胶粘接XPS板时,最好先在XPS板上涂一层界面剂,这样板子破坏的效果佳,破坏强度高。



图1 超薄石材复合胶板粘接XPS板

同样,PU板(聚氨醋保温板)和酚醛保温板也是通过加人发泡剂,挤塑成型,表面光滑,也需要表面刷界面剂,提高粘接力。经过测试,超薄天然石材板胶与涂刷界面剂的酚醛保温板粘结后,其拉拔破坏强度为0.137MPa,破坏效果为酚醛板深度破坏,破坏效果佳。破坏数据低,这是因为酚醛保温板本身易粉化,用手指摩擦几下即掉粉,而其他保温板没有这种现象发生,所以酚醛保温板的自身的本体拉伸强度是很低的,用超薄石材板胶粘接后的强度也不会高。聚氨醋保温板由于在出厂时进行了板子防火处理,即在板子的两面喷涂一层水泥砂浆,所以在用超薄天然石材板胶粘结的时候,是粘结在了表层的水泥砂浆上,因此用胶粘结过程中,不需要涂刷界面剂,而且.其拉拔数据也较高,为0.531MPa,并且破坏形式为板子深度破坏。



图2 超薄石材板胶粘接石材-金属试验

研制的超薄石材板胶不仅能粘接石材一保温节能板,同时还能很好的粘接石材一石材(S一S)、石材一金属(S一J),而且测试了超薄石材板胶粘接石材一金属、石材一石材的正拉粘接强度。由于超薄石材板胶粘度适中、配方合理、粘接石材一金属、石材一石材的粘接强度特别高,最终的破坏形式均为石材基体破坏,其破坏的最大力分别为6.518kN、6.555kN、5.623kN,破坏平均强度为3.895MPa。从图2可以看到,粘在上面的铁块没有发生移动,说明如果花岗岩能再提高,则超薄石材板胶的粘接强度将大于3.9MPa,超薄石材板胶的石材-金属的粘接强度是很高的。用超薄石材板胶粘结超薄石材与石材的粘结性能,从图3可以看到,其破坏形式为粘接用的超薄石材内聚破坏,破坏效果好,破坏的最大力分别为5.194kN、5.309kN、4.937kN,破坏平均强度为3.217MPa。所以研制的超薄石材板胶能够很好粘接



图3 超薄石材板胶粘接石材-石材试验

研制的超薄石材板胶不仅粘接石材一石材(S一S)、石材一金属(S一J)有良好的粘接强度,同时很好地粘接石材一瓷砖(S一C)、石材一硅酸盐板(S一G)、石材一铝塑板(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)等复合材料。从图4可以看到,石材一硅酸盐板(S一G)、石材一铝塑板(S一LS)、石材一玻璃(S一B)都是基材破坏,石材一瓷砖(S一C)是粘接用的超薄石材破坏,说明超薄石材胶能很好地粘接上述基材。而石材一塑料(S一SL)是界面破坏,破坏强度在0.52MPa,从表4中可以看到,粘接用不同的基材,破坏形式虽然是一样的,但破坏的强度不一样,这与基材的本体强度有关,石材-瓷砖(S一C)最大为3.20MPa,石材一铝塑板(S一LS)破坏强度最小为0.25MPa。



图4 超薄石材板胶对各类基材的粘接性能

2.2超薄石材板胶在不同外部环境下的粘结应用

研制的超薄石材板是由环氧树脂、固化剂和填料组成的,胶体固化后在不同环境下强度会发生变化。所以选用符合GB厅18601性能要求的石材作为粘接石材,石材的尺寸为50mm×30mm×(20一25)mm,采用非抛光面粘接,粘接面积为30mm×30mm,成型5组试件,在不同使用环境下测试,其中一组涂防锈漆放酸溶液中腐蚀;同时还分别成型5组钢一钢拉伸剪切试件,有效粘接面积为25mm×12.5mm,其中一组涂防锈漆放酸溶液中腐蚀。使用的测试环境分别为基准养护:温度(23士2)℃、养护90d测试;泡水常温养护7d,泡水90d测试;碱腐蚀:常温养护7d,5%KOH溶液中浸泡90d测试;酸腐蚀:常温养护7d,5%硫酸溶液浸泡90d测试;盐腐蚀:常温养护7d,5%盐溶液浸泡90d测试。

从图5中可以看到,经过不同环境90d的养护,胶体的强度较基准养护的强度都有所下降,其中以受酸腐蚀影响最大,但下降幅度也不大,主要是在酸腐蚀的试件上涂有防锈漆,试件的本体强度受酸的影响小,同时也说明超薄石材板胶的耐酸腐蚀性能好。其他环境因素对超薄石材板胶的粘接强度也有影响,但影响很小,强度下降率小于12%,说明超薄石材板胶耐酸、耐碱、耐盐、耐水性能好,能适用于各种环境中应用。



图5 使用环境对超薄石板胶强度的影响

经过复合的超薄石材保温节能板与市场上普通石材板进行对比,发现复合后的石材板具有重量轻、抗冲击性能强、弯曲强度高等特点,可直接将复合后的石材板直接粘贴在墙上。同时,用超薄石材复合保温节能板,相当于在保温节能板外面做了一层防火层,因此提高了保温节能材料的防火效果。从表5可以看到,用水泥基类胶粘剂复合超薄石材使用价格便宜,但同时复合板的自重增加了50%,不利于直接粘贴在墙上,粘接安全性降低。



表4 超薄石材与各类基材的粘接强度

4·结语

(l)研制的超薄石材复合板胶对EPS板(聚苯乙烯板)、XPS板(挤塑型聚苯板)、PU板(聚氨醋保温板)、酚醛保温板等保温节能材料、石材和金属等材料都具有很好的粘结性能。



表5 超薄石材板胶与水泥类胶粘剂对比表

(2)研制的超薄石材板胶不仅粘接石材一保温节能板(S一Bw)、石材一石材(S一S)、石材一金属(S一J)有良好的粘接强度,同时也很好地粘接石材一瓷砖(S一C)、石材一硅酸盐板(S一G)、石材一铝塑板(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)等复合材料。

(3)研制的超薄石材复合板胶耐酸、耐碱、耐盐、耐水性能好,能在各种环境中应用。

(4)与水泥基类胶粘剂相比,超薄天然石材板胶具有很高的粘结性能并且还大大降低了整个复合板的重量,提高了安全性能。

参考文献

[1]李子东,李广宇,于敏.现代胶粘技术手册.北京:新时代出版社,2002(47)。

[2]Jc887一2001《千挂石材幕墙用环氧胶粘剂》

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