TPO与PVC防水卷材应力老化性能研究

发布日期：2023-06-13 作者：点击：

高分子防水材料的耐久性是近年来研究的热点，国内主要侧重于研究无应力状态下防水材料的耐久性，在应力（应变）环境下的耐久性鲜有研究报道。为了研究应力（应变）环境下防水材料的耐久性，通过对材料预先施加一定的应变，考察了TPO卷材与PVC卷材在热老化、冷冻老化及高温水煮老化等不同环境下的老化性能，以此来反映两种卷材的耐久性能。

热塑性聚烯烃（Thermoplastic Polyolefin，TPO）具有优异的耐候性、机械性、延伸性、低温柔韧性及施工性能，在屋面和地下工程防水领域均具有广泛的应用，至今已经有上百年的历史。作为我国建筑防水行业积极倡导发展的新型防水材料之一，近十多年来，TPO卷材的研发、生产和应用每年都有新的增长。近年来，本课题组通过对材料进行组合设计，开发出了适用于特殊工程环境的新型TPO卷材，其在机械性能、低温柔韧性、耐久性等方面完全能够满足工程应用的要求。

高分子防水材料的耐久性是近年来研究的热点，国内主要侧重于研究无应力状态下防水材料的耐久性，在应力（应变）环境下的耐久性还未见有研究报道。为了研究应力（应变）环境下防水材料的耐久性，通过对材料预先施加一定的应变，考察了TPO卷材与PVC卷材在不同环境下的老化性能，以此来反映两种卷材的耐久性能。

01实验部分

1.1 主要原材料及设备

主要原材料：１）TPO卷材：均质，3.5 ｍｍ厚，２ｍ宽，北京东方雨虹防水技术股份有限公司；２）PVC卷材：均质，3.5 ｍｍ厚，２ｍ宽，国外某公司。

主要实验仪器设备：电热鼓风干燥箱（BPG-9156A）、低温冷冻箱（DW-YW508）、自制形变夹持仪、万能拉力试验机（CMT-6036）。

1.2 性能测试

将裁取的TPO、PVC卷材试件（尺寸均为120 mm×25 mm）固定在初始间距为50 mm的形变定伸仪器中（如图1所示），给试件施加100%的应变，然后，将上述试件分别放入115 ℃鼓风干燥箱、- 32 ℃的低温箱及70 ℃的热浴锅中7 d后取出，在标准实验环境下放置24 h，通过光学显微镜观察试件表面形貌，然后，按照GB/T 328—2007《建筑防水卷材试验方法》的要求，采用万能拉力试验机进行拉伸试验，拉伸速率为100 mm/min，夹具间距为50 mm。

图1 试件制备

02结果与讨论

2.１卷材在应变下的热老化性能研究

为了研究在100%应变环境下卷材在115 ℃老化后的性能变化，分别考察了TPO和PVC卷材试件热老化前后的表观性能及机械性能。

2.1.1 热老化后的表观性能

图2所示是TPO和PVC卷材试件在100%应变下经115 ℃热处理7 d后的外观照片；图3所示是其对应的于显微镜下观察到的试件表面形貌。

从图2可以看出，经115 ℃热老化7 d后，PVC卷材试件已完全断裂，而TPO卷材试件则完好无损。原因是PVC卷材试件中含有大量的（至少25%以上）增塑剂，在高温作用下会向卷材表面迁移，导致卷材变脆，在应力作用下发生断裂。

图2 热老化后试件的外观照片

从图3可以看出，在100%应变下经115 ℃热处理7 ｄ后，在显微镜下TPO卷材试件的表面层光滑，而PVC卷材试件的表面粗糙且存在大量缺陷点（图中黑斑）。

图3 热老化后试件的表面形貌

2.1.2 热老化后的力学性能

图4所示是TPO和PVC卷材试件在100%应变下经115 ℃热处理7 d前后的力学性能测试结果。

图4 热老化前后试件的力学性能

从图4可以看出，PVC卷材试件在100%应变下经115 ℃热老化7 ｄ后的断裂拉力为0（试件提前断裂），而TPO卷材试件经过热老化处理后的断裂拉力为438 N/25 mm，位移变形量为408 mm/50 mm。同时，由初始阶段的弹性变形可知，TPO卷材试件热老化前后弹性模量基本一致，说明与PVC卷材试件相比，TPO卷材试件具有更优的抗应力热老化耐久性。

2.2 卷材在应变下的冷冻老化性能研究

图5所示是TPO和PVC卷材试件在100%应变下经-32 ℃冷冻处理7 d前后的力学性能测试结果。

从图5可以看出，100%应变下，将TPO和PVC卷材试件放入-32 ℃低温箱冷冻7 d后，PVC卷材试件的变形量降低了71 mm；而TPO卷材试件在冷冻后其力学强度和延伸率基本保持不变，甚至略有上升。上述结果表明，在低温应变环境下，TPO和PVC卷材试件均能较好地保持力学性能，且TPO优于PVC。

图5 冷冻前后试件的力学性能

2.3 卷材在应变下的水煮老化性能研究

图6所示是TPO和PVC卷材试件在100%应变下经70 ℃水煮处理7 d前后的力学性能测试结果。

从图6可以看出，100%应变下70 ℃水煮7 d后，PVC卷材试件的断裂拉力由983 N/25 mm降低至756 N/25 mm，降低了23%，位移变形量由417 mm/50 mm降低至162 mm/50 mm，降低了61%；而TPO卷材试件的断裂拉力由744 N/25 mm降低至582 N/25 mm，降低了22%，位移变形量由894 mm/50 mm降低至475 mm/50 mm，降低了47%。上述结果表明，应变环境下TPO卷材试件具有比PVC卷材试件更好的耐高温水煮老化性能。另外，结合图2和图7可知，PVC卷材试件在热环境老化后抵抗应力的能力显著下降，试件出现小缺口，因此在实际工程应用中须注意其应力松弛问题。