【摘要】本文简要介绍了石材环氧干挂胶的应用及其在使用过程中暴露出的常见问题，结合自身的产品开发实践探讨了问题的对策、未来产品开发的方向，并介绍了现有产品开发情况。

【关键词】关键词：石材幕墙;石材干挂胶;环氧树脂;低温固化

1.前言

石材幕墙外表美观大气，是时下较流行的建筑外部装饰形式。在建筑施工中常采用干挂工艺。该工艺在建筑物主体结构的外围预先布设金属型材骨架，石材经钻孔或开槽后嵌入不锈钢挂件后把石材板材、异型材固定在金属骨架上形成装饰面。干挂工艺彻底摒弃了传统的水泥砂浆。根据“JGJ 133-2001《金属与石材幕墙工程技术规范》”的规定，干挂石材幕墙高度不超过100m，且需在抗震设防的地区，设防烈度不大于8o [1]。

干挂法按具体的安装方式又分为背栓式工艺(见下图1)和短槽式工艺(见下图2)两种。背栓式需要在石材背面钻孔、拓孔，之后插入不锈钢背栓。背栓上的扩张环打开后与石材紧密锚固在一起，可承受很强的张力和压力。再通过金属挂件跟由热镀锌金属构成的横竖龙骨(通过预埋件固定在建筑主体上)连接。背栓式工艺的主要优点是：每块石材均有4个背栓挂件，可均匀承受石材重量，且挂件与龙骨挂件接触面积大，承载强度高、稳定性好，适用于高层和超高层石材外墙;这种工艺后续维护(更换、拆解)方便;且由于不使用化学胶粘剂，无石材污染的风险[2]。当然背栓式工艺存在如下缺点：工艺相对复杂，对施工者素质要求高;板材在上墙之前需要用专门的打孔和拓孔设备加工;此外金属锚栓的成本高。以上因素使得背栓式幕墙施工工艺整体成本较高。

另外一种常见的干挂工艺是短槽式安装法。与背栓式不同的地方在于石材的四个边预先开槽(槽宽1～1.5cm，深2～3cm)。T型金属挂件插入槽中后用环氧干挂胶填充。胶固化后形成强度起到结构承载的作用。短槽式工艺的主要优点是：工艺相对简单，对施工者素质要求不高。所使用的金属挂件便宜，整体安装成本低。但该法的主要缺点也很突出：由于使用化学胶粘剂，若操作使用不当或胶产品存在质量问题，就存在污染石材的可能性。

干挂胶在石材干挂工艺中的作用至关重要，粘结质量的好坏直接影响幕墙结构的耐久性和安全性[3，4]。通常2cm厚的石材每平方米的重量为50～60kg，每平米平均用胶量为80～150g。因此石材的粘接性能是重要安全保证。目前干挂胶产品适用的标准是JC 887-2001《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》。

2.环氧干挂胶应用的主要问题及对策

2.1 产品主要问题

过去十几年建筑产业飞速发展带动了国内干挂胶市场的繁荣。市场参与者众多，竞争异常激烈。为争夺市场份额，生产企业纷纷采取低价策略。价格最低在5-6元/kg，稍微高档的在12-13元/kg上下。恶性竞争的结果是企业为了盈利而压缩成本，导致产品质量较差。

目前国内环氧干挂胶产品自身暴露出的主要问题有：固化速度慢，刺激性气味大，存储稳定性差易出油，冲击韧性差易脆，冬季不易施工等。固化速度慢跟环氧树脂的固化反应机理(通常是离子型开环聚合反应)有关[5-6]。建筑用环氧胶通常为常温固化，固化剂从化学类别上讲主要是胺类(或改性胺类)[7]。为提高反应速度配方中会添加促进剂。不过即便有促进剂帮助提升固化反应速度，反应速率常数也远远无法跟自由基聚合固化反应速率常数比，宏观上无法达到类似不饱和聚酯(云石胶固化反应)那样的固化反应速度(初步固化时间小于5分钟)。可以说固化速度的实质提升更多依赖于新型环氧固化剂的研究。另外，由于胺类固化剂普遍挥发性强、刺激性气味大，在胶产品的生产和使用过程都可能对人自身健康、周围环境构成威胁。产品的存储稳定性差表现在存储一段时间后(通常是2～3个月)，胶体发生固液相分离(即所谓出油)。对于环氧树脂为主体的A组分，离析出来的主体成分是树脂和稀释剂。对于固化剂为主体的B组分，离析出来的主体成分是固化剂和促进剂。存储环境温度越高出油更明显。存储的稳定性跟配方和生产工艺关系密切，提高粉体填料和液体料的相容性，同时注意在混合时在分散搅拌之外增加研磨工序都会提升分散效果，改善存储稳定性。值得一提的是产品出油加上未充分混匀常常是石材幕墙污染的诱因。冲击强度是评价环氧干挂胶性能的重要参数。未增韧时固化产物韧性差易脆，是环氧胶的通病。特别是为了降低成本，配方中的填料含量提高会导致冲击韧性进一步下降。笔者对市场上流通的很多环氧干挂胶产品做过测试，冲击强度都普遍很低。改善韧性的途径很多，可以加入增韧剂，或对固化剂分子结构做化学改性(例如结构中引入柔性醚链段)，也有加入功能填料改善韧性的。但囿于成本因素的考虑，产品厂家极少在改进韧性上下功夫。除了韧性差，冬季增稠也是干挂胶产品的普遍现象。实验发现随着温度降低环氧树脂粘度会急剧升高(见图3)，低温增稠是聚合物的一个重要物理属性。环氧干挂胶产品由于大量填料的加入使得树脂自身增稠效应(尤其是A组分)更明显。增稠带来的最大不利是影响施工。A/B组分混合均匀困难自然难以保证胶粘剂发挥正常功效。而现场施工条件有限，采用加温辅助手段降低粘度并不现实。我国幅员辽阔地大物博，地区之间气候差异较大。对于干挂胶生产企业来说，如何应对不同地域客户(或同一地域不同季节)的各类使用需求，开发能适应施工现场各类温度条件的全天候产品充满挑战。配方中加入稀释剂可以显著降低树脂粘度，但降低幅度有限，近来有研究发现腰果酚环氧树脂自身粘度很低，能在不大幅加稀释剂的情况下提高配方中的填料填充率[8]。图3是工业环氧树脂E51和腰果酚环氧树脂随温度的粘度变化曲线。相比传统环氧树脂E51，腰果酚环氧树脂(分子结构以部分腰果酚取代苯酚，环氧值约为0.40eq/100g)随温度的下降粘度的变化幅度没有那么大。25oC下约为E51的1/4。当温度低至0oC附近时，粘度还有30～40Pa·S。而环氧树脂在5oC时几乎冻结。可见采用低粘度环氧树脂也是降低配方稠度的有效途径。

2.2 应用过程中的主要问题

调查显示产品应用环节的主要问题是施工操作的不规范。干挂胶的现场配比更多依赖于施工人员的操作经验，缺乏准确的计量手段。当然这一使用习惯跟产品的包装和使用形式也有关系。在欧美发达国家，干挂法胶产品包装为双组份胶瓶，使用胶枪施工，两组分通过静态混合头挤出，这样既保证了AB组分混合的比例精准又做到了充分混合均匀。另外一个突出问题是云石胶的滥用[9]。云石胶由于粘度低、浸润快、粘附性好，比环氧胶固化速度快很多，粘接强度建立时间很短(不到5分钟)，因此在工程中应用很多。但这类胶A：B配比悬殊(100：1或100：3)，固化时体积收缩率高(10%～15%)，易形成内应力，粘接性能受施工环境的影响大(怕水怕潮)，强度无法保证，不具备足够的结构承载力，因此云石胶被 “JC/T 989-2006 《非结构承载用石材胶粘剂》”标准界定为非结构承载用石材胶粘剂，用途仅限于非结构性粘接，如位置固定;石材干挂施工中不能替代环氧干挂胶。但施工单位常常为了赶工期忽略了这一硬性规定，不该使用云石胶的部位也使用云石胶，造成了安全隐患。

2.3 产品发展趋势

随着建筑发展及施工技术水平的进步，能在未来得到市场垂青的产品当然是物美价廉性价比高。从前面的分析可以看出，无论是产品自身还是应用，干挂胶产品依然存在很多先天不足，因此有很大的发展空间。首先是提升固化反应速度，在市场可接受的成本条件下，实现产品的常温快速固化的同时提高建筑施工的效率;其次开发出能在较低温度条件下仍能正常施工、正常固化的干挂胶产品依然是不小的挑战。再次，通过科学的产品设计减少有毒有害原材料的使用，尽可能把对人体和周围环境的伤害降到最低并引导用户正确发挥产品功效也是开发者的工作目标之一。

3.开发情况介绍

杭州之江有机硅公司作为门窗幕墙行业胶粘剂密封胶配套产品的龙头企业，多年来一直注重环氧干挂胶产品的开发和技术革新。2013年8月推出1：1型双组份环氧干挂胶产品GM-602以全面替代2：1配比的老产品GM600和GM-601。新配方产品在固化速度方面在市场同类产品中居于领先地位(见表1)。通常环氧干挂胶达到完全固化状态需要2-7天(甚至更多)的时间。对于用户来说，表干时间和初固时间作为衡量固化速度的评价依据更有参考意义。我们这里定义初固时间为(23±2oC，50±5% 标准条件下养护)钢/钢拉伸剪切强度达到2MPa和8MPa的时间。比较可以得出结论，GM602相比其他产品在建立初始粘接强度方面用时最短。

此外新产品使用的固化剂无色透明刺激性气味小，环境友好。40oC条件下储存三个月不出油。主要力学性能指标达到产品行业检测要求，特别是胶固化后的冲击韧性好于市场主流产品表现。为适应低温施工条件，2014年又推出冬季版产品GM-602W。近期再对冬季版产品做了大幅改进，在性能符合相关检测标准的前提下，把产品的环境适用最低温度从10oC降至0oC附近，更大限度地提升产品适应能力。

4.小结

本文介绍了环氧干挂胶在石材幕墙干挂工艺中的应用，简要阐述了市场上这类产品自身及在应用中暴露出的主要问题，分析了问题产生的原因并给出了相应对策，笔者结合开发实践把开发的产品并跟市场同类产品做了简单比较。

参考文献

[1] 罗忆、黄圻、刘忠伟主编.建筑幕墙设计与施工(第2版).化学工业出版社，2012

[2] 孟宪兴，“背栓式干挂石材幕墙在高层建筑外墙的应用”，科学与生活，2010(5)，91-92

[3] 贺曼罗主编.建筑胶黏剂(第2版).化学工业出版，2006

[4] 潘自鼎，“石材幕墙用硅酮建筑密封胶的制备研究”，广东化工， 2009(9)

[5] 贺曼罗主编，环氧树脂胶粘剂，中国石化出版社，2004

[6] 陈平主编，环氧树脂及其应用，中国石化出版社，2011

[7] 胡玉明主编，环氧固化剂及添加剂，化学工业出版社，2011

[8] 李福志，“高强度低成本石材干挂胶的开发应用”，第18次全国环氧树脂应用技术学术交流会暨学会华中地区分会第14次学术交流会，2015

[9] 周俊兴，“建筑胶粘剂在应用中应注意的安全问题” 第二届建筑胶粘剂专业技术与信息研讨会，2013