密封膠
密封膠是用於現場嵌填、接縫黏結並可在常溫下固化的彈性密封材料。隨著建築現代化、施工技術進步以及裝修品質提高，密封膠的使用量快速增加，並逐漸成為重要的工程材料。密封膠可分為彈性與非彈性兩類，其中彈性密封膠能承受接縫在一定範圍內的伸縮與位移，同時具有黏結與密封功能，因此目前已成為密封材料的主要類型。
1. 建築密封膠
早期建築工程主要使用聚硫型建築結構接縫密封膠，之後逐漸發展出硅酮、聚氨酯等高性能密封材料。
建築密封膠種類繁多，可依化學組成、用途與適用基材、產品形態及固化方式進行分類。按照化學組成，可分為硅酮、改性硅酮、聚氨酯、硅酮改性聚氨酯、聚硫、丙烯酸酯、硅酮改性丙烯酸酯、丁基、聚異丁烯及改性瀝青等。按照用途，則可用於幕牆結構與耐候接縫、混凝土接縫、中空玻璃、門窗、石材、防霉、防火、道路橋梁、彩鋼板、鋁板、管道及防水等不同場合。產品形態主要包括單組分與多組分密封膠，而依反應形式則可分為反應固化型與溶劑揮發型。
隨著密封膠應用從單純填縫逐漸轉向承受接縫運動，其變形能力已成為評價材料性能的重要指標。ISO 11600:2002 將建築接縫密封膠依位移能力進行分級，包括 ±7.5%、+12.5%、±20%及 ±25% 等等級，部分產品的位移能力甚至可達 ±50% 或更高。密封膠也可按照規定伸長率下的強度或模量區分為高模量與低模量材料。對具有約 12.5% 位移能力的密封膠，還可依彈性恢復率 40% 進一步區分彈性密封膠與塑性密封膠。這些分類反映出現代密封膠的核心要求已從單純「填補縫隙」轉向適應基材與接縫的長期變形。
聚硫密封膠是較早發展並廣泛應用的高性能建築密封材料。聚硫橡膠主鏈含有硫原子及硫－硫鍵，液態聚硫橡膠具有活潑的硫醇端基，可在常溫甚至低溫條件下發生固化。硫醇端基能與金屬氧化物、過氧化物及其它氧化劑反應形成二硫鍵，使液態聚硫轉變為具有橡膠彈性的高分子材料。由於固化收縮小，聚硫密封膠對多種基材具有良好黏結性，並具有耐臭氧、耐候、耐油、低氣體與水分透過率以及優良的長期耐水性，因此特別適合防水與中空玻璃密封。
聚硫密封膠可製成單組分或雙組分產品。單組分聚硫密封膠需要在配方中加入適當固化劑，但其儲存穩定性一直是限制實際應用的重要問題，因此目前生產與應用較多的是雙組分聚硫密封膠。雙組分產品通常以活性二氧化錳作為固化劑。與二氧化鉛相比，二氧化錳毒性較低，並能提供良好的儲存穩定性與耐紫外老化性能。雙組分聚硫密封膠具有良好氣密性，固化劑用量的容許範圍較寬，固化後強度較高，因此廣泛用於建築預製板接縫、中空玻璃及其它需要長期防水與氣密的場合。
聚硫材料也可以透過改性進一步改善性能。例如，以環氧樹脂改性聚硫橡膠，可形成不含增塑劑及其它溶劑的雙組分密封膠，固化後兼具彈性、密封性、耐水性與耐紫外線性能。其它改性聚硫材料則可改善耐水、耐候與加工性能。然而，聚硫密封膠仍存在壓縮變形較大、長期老化後容易硬化、黏度與固化速度受溫度影響明顯及具有一定氣味等問題，其適用溫度範圍依配方而異，大致可達 −40～120 ℃。
硅酮密封膠是目前最重要的高性能密封材料之一。常見有機硅密封膠包括脫醋酸型、脫酮肟型及脫醇型。脫醋酸型固化時可能具有較強氣味並對部分材料產生腐蝕，脫醇型則存在固化速度較慢以及保存性、黏結性等方面的限制，因此脫酮肟型產品逐漸得到較廣泛的應用。硅酮密封膠具有優良的耐寒、耐熱、耐候、防水及防潮性能，並具有較高的伸縮疲勞強度、較小的永久變形及良好的長期穩定性。其低氣味及對一般材料腐蝕性較低的特點，也使其具有廣泛的適用性。
硅酮密封膠通常以羥基封端的有機硅氧烷聚合物為基礎材料，加入多官能硅氧烷交聯劑、催化劑、補強填料、增黏劑、顏料及其它助劑。這些組分經混合與均化後，可在空氣中的水分作用下或透過雙組分混合發生縮合交聯，最終形成三維網狀彈性體。單組分硅酮建築密封膠通常以羥基封端聚二甲基硅氧烷為基礎膠料，在無水條件下與交聯劑、增塑劑、填料、催化劑及黏結促進劑混合並密封包裝。使用時材料從容器中擠出，接觸大氣中的濕氣後逐步固化，因此特別適合現場施工。
硅酮密封膠的配方可以透過改性與功能性添加物進一步調整。例如，改性有機硅氧烷可改善塗覆適應性、黏結性能及儲存穩定性；加入奈米活性物質及稀土元素，可改善耐高低溫與密封性能，使材料能應用於電子元件、家用電器及其它需要定位與密封的元件。中性硅酮石材密封膠則透過硅烷類內增塑劑及其它助劑改善材料性能，以適應石材等對污染及腐蝕較敏感的基材。此外，透過阻燃填料、硅烷偶聯劑、交聯劑及催化劑的組合，也可以製備兼具物理機械性能、黏結性、阻燃性與儲存穩定性的阻燃硅酮密封膠。
2. 航空航太密封膠
航空航太領域對密封膠的要求遠高於一般建築應用。航空密封膠不僅需要阻止燃油、液壓油、水分及氣體滲漏，還必須承受寬廣的溫度變化、濕熱、鹽霧及長期環境老化，同時維持對鋁合金及複合材料等基材的黏結性能。因此，航空密封膠通常以聚合物為基材，透過固化反應形成具有一定強度與彈性的交聯網路。常見材料包括室溫硫化硅橡膠及聚氨酯密封膠，其固化速度則受到材料化學結構、固化劑、環境溫度與濕度等因素影響。
傳統航空密封膠的一個重要問題是固化時間較長。例如依賴空氣中水分固化的室溫硫化硅橡膠，在 25 ℃、相對濕度 50% 的條件下，表乾可能需要 2～4 小時，而完全固化可能需要 24～72 小時。在低溫或低濕環境下，固化速度還會進一步下降。對一般工程施工而言，這樣的固化週期可以接受，但對航空器維修而言可能嚴重影響維修效率。此外，固化過程若控制不當，也可能產生氣泡、收縮或固化不均等缺陷，進而降低密封性能與黏結強度。因此，快速固化已成為航空密封膠的重要發展方向。
航空密封膠的快速固化可以透過物理加速、化學改性以及兩者結合的方式實現。物理加速不改變密封膠的主要化學組成，而是透過外部能量或環境控制提高固化反應速率。熱固化可利用紅外加熱或熱風循環，使密封環境維持在約 60～120 ℃，提高分子運動速率並促進交聯反應，在適當條件下可將固化時間縮短至傳統工藝的約三分之一至五分之一。UV 固化則利用光引發劑，在紫外光照射下快速產生自由基並引發聚合或交聯反應，表乾時間可縮短至分鐘等級，完全固化則可能只需要數十分鐘。但 UV 固化需要密封區域能夠有效接受光照，因此較適合透明或半透明基材以及能直接照射的區域。微波固化則利用微波產生的熱效應與非熱效應，使材料內部分子快速振動並產熱，同時促進化學反應，對複雜結構具有一定適用性。
化學改性則是透過改變密封膠的配方與反應機理來提高固化速度。採用高活性固化劑可以提高反應速率，例如在環氧密封膠中引入適當胺類固化劑，可降低固化反應的活化能，使材料在室溫下快速固化。也可以透過接枝或共聚方式在聚合物鏈上引入活性基團，增加交聯反應位點；加入少量金屬鹽或有機胺類促進劑，則能催化固化反應。這些方法雖然可以縮短固化時間，但必須精確控制配方比例，否則過快的交聯可能造成黏結強度、韌性、耐高低溫性能或耐介質性能下降。
將化學改性與物理加速結合，可以進一步提高快速固化效果。例如，將光引發劑加入經化學改性的密封膠，施工後先利用 UV 光快速形成表面固化層，以避免密封膠流淌或污染周圍區域，再透過室溫放置或低溫加熱完成完全固化。另一種方式是在改性硅酮密封膠中加入固化促進劑，再配合可攜式紅外加熱設備，使材料即使在 −10 ℃左右的低溫環境中，也能在約 30 分鐘內完成初步固化。這類「化學優化加物理輔助」的複合技術特別適合航空器應急維修及其它要求短週期施工的場合。
快速固化航空密封膠最重要的並不是單純縮短固化時間，而是在提高固化效率的同時維持長期服役性能。對短週期維修而言，初步固化時間可要求控制在 1 小時以內，而完全固化時間則希望不超過約 6 小時。材料對鋁合金及複合材料等常用航空基材的拉伸剪切強度需要達到足夠水平，相關要求可達 2.5 MPa 以上。在密封性能方面，材料需要在約 0.3 MPa 壓力下保持無滲漏，並在長期接觸燃油與液壓油後維持密封能力。同時，航空密封膠還應在約 −55～120 ℃範圍內穩定工作，並具有良好的耐濕熱與耐鹽霧性能。施工時則需要兼具良好的流動性與填充能力，以適應複雜結構中的接縫，並避免明顯氣泡與收縮缺陷。
總體而言，密封膠的發展已由早期以填縫與防水為主，逐漸轉向兼具黏結、密封、耐環境老化及接縫變形適應能力的高性能材料。聚硫密封膠具有優良的耐水、氣密與黏結性能，硅酮密封膠則以耐候、耐高低溫及高伸縮疲勞性能見長，而透過聚合物改性、填料設計及固化機理調整，可以進一步擴展材料的應用範圍。對航空航太而言，密封膠的性能要求更加嚴格，除了長期密封可靠性之外，還必須兼顧快速固化、寬溫域服役、耐燃油與液壓油以及對航空基材的黏結能力。因此，未來高性能密封膠的發展將更加重視分子結構、固化反應與加工條件的協同設計，在縮短施工週期的同時維持密封層的長期可靠性。
題圖：太空梭亞特蘭提斯號與國際太空站脫離連接，背景則是地球上空的雲層。 STS-115 任務的太空人完成了 6 天 2 小時 2 分鐘的聯合操作。拍攝於美國中部夏令時2006 年 9 月 17 日上午 7:50。（來源：wikicommons，public domain）
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