對當(dāng)前尼龍66隔熱條中玻璃纖維增強(qiáng)的思考

　　【中國幕墻網(wǎng)】　1　引言

　　1.玻璃纖維增強(qiáng)的尼龍66隔熱條的界定

　　1.1　玻璃纖維增強(qiáng)的尼龍66隔熱條的概念

　　20 世紀(jì)70年代初世界石油危機(jī)的發(fā)生，引起了世界各國對節(jié)約能源的重視。隔熱條在上世紀(jì)六十年代初誕生于德國，經(jīng)過十多年的研究探索，PA66GF25 被公認(rèn)為最佳的隔熱條產(chǎn)品基質(zhì)，綜合性能遠(yuǎn)優(yōu)于其他材料基質(zhì)，且近幾十來年均無變化。在歐洲，隔熱條產(chǎn)品的生產(chǎn)已有四十多年的歷史，技術(shù)工藝成熟，在歐洲市場的隔熱條均為優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。鋁合金型材的隔熱技術(shù)應(yīng)勢而生，并在歐美等發(fā)達(dá)國家得到了廣泛的應(yīng)用。

　　用玻璃纖維增強(qiáng)的尼龍66隔熱條近幾年從國外引進(jìn)到我國的新產(chǎn)品，而隔熱鋁合金型材又分為兩大類：一類是穿條式，一類是澆鑄式。目前市場上的玻璃纖維增強(qiáng)的尼龍66隔熱條在隔熱鋁門窗超過80%是采用穿條式隔熱鋁合金型材，因此，這一類隔熱鋁合金門窗是市場上的主導(dǎo)產(chǎn)品，玻璃纖維增強(qiáng)的尼龍66隔熱條在隔熱型材應(yīng)用中正以驚人的速度發(fā)展，2011年玻璃纖維增強(qiáng)的尼龍66隔熱條市場用量可達(dá)二十億米以上。

　　1.2　玻璃纖維的涵義

　　玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料。英文原名為：glass fiber 。成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等。它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝。最后形成各類產(chǎn)品，玻璃纖維單絲的直徑從幾個微米到二十幾米個微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的 1/20-1/5 ，每束纖維原絲都有數(shù)百根甚至上千根單絲組成，通常作為復(fù)材料中的增強(qiáng)材料，建筑材料、汽車材料、電絕緣材料和絕熱保溫材料，電路基板等，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域。

　　2　選用玻璃纖維增強(qiáng)的原因

　　2.1　選用玻璃纖維增強(qiáng)的理由

　　尼龍66是性價比很高的工程塑料,具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和很好的耐熱性。但尼龍66本質(zhì)是合成的有機(jī)高分子材料,它也具有高分子材料本身固有的特性,即材料蠕變特性。所謂的蠕變性就是指塑料材料在一定的外應(yīng)力作用下，其形變隨時間增加而增加的現(xiàn)象。未經(jīng)增強(qiáng)改性的尼龍66是不可能直接做成隔熱條使用的。如果真的采用未經(jīng)增強(qiáng)改性的尼龍66,我們可以想象在窗框和玻璃重量作用下，這種純尼龍66隔熱條將會隨時間延長而逐漸變形，所造成的后果將不堪設(shè)想。

　　為了抑制尼龍66的蠕變性可加入多種填充物進(jìn)行改性,國內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明,在所有增強(qiáng)填充物中玻璃纖維對蠕變的抑制效果是最好的! 其次經(jīng)玻璃纖維增強(qiáng)后的尼龍66在強(qiáng)度、剛性和熱變形溫度方面都有大幅度提高，如加入(25±2.5)%玻璃纖維增強(qiáng)的尼龍66比抗張強(qiáng)度可達(dá)1500以上，這與硬鋁或合金鋼的比抗張強(qiáng)度(1500-1600)相當(dāng)，真正實(shí)現(xiàn)了隔熱條與鋁合金在力學(xué)性能上的匹配。此外純尼龍66的線膨脹系數(shù)是7*10-5K-1，這一數(shù)值是鋁合金的近三倍，而加入(25±2.5)%玻璃纖維增強(qiáng)后尼龍66線膨脹系數(shù)可降至(2.5～3)* 10-5K-1,與鋁合金的線膨脹系數(shù)非常接近，這樣就避免了由于熱脹冷縮作用導(dǎo)致隔熱條從型材間脫落的危險。無數(shù)實(shí)驗(yàn)已證明，在尼龍66所用增強(qiáng)填充物中唯有玻璃纖維增強(qiáng)的尼龍66才有可能達(dá)到與鋁合金相同的線膨脹系數(shù)!

　　雖然玻璃纖維的加入能大幅提高或改善尼龍66的諸多性能,但其不利影響也是顯而易見的:玻璃纖維的加入使尼龍66原有的光滑表面變的粗糙,從而影響到產(chǎn)品的表面質(zhì)量;另外玻璃纖維對加工設(shè)備的磨損十分嚴(yán)重,大大增加了機(jī)器方面的損耗費(fèi)用。因此玻璃纖維增強(qiáng)尼龍66隔熱條的生產(chǎn)技術(shù)是一項(xiàng)高端技術(shù),目前國內(nèi)能完全掌握該生產(chǎn)技術(shù)的廠家并不多。

　　2.2　使用劣質(zhì)玻璃纖維或其它填充物的危害

　　現(xiàn)在市場上多個廠家在銷售尼龍66隔熱條,它們都聲稱其中的填充增強(qiáng)物為玻璃纖維,可經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)事實(shí)并非如此: 有的完全采用廉價的礦物(如碳酸鈣、滑石粉等)進(jìn)行填充，見圖1;這類礦物填充除了帶來成本降低之外,對隔熱條其它性能(如強(qiáng)度、線膨脹系數(shù)等)的改善極為有限;有的采用大部分礦物與少量或劣質(zhì)玻璃纖維混合填充的辦法進(jìn)行增強(qiáng),殊不知玻璃纖維含量如達(dá)不到一定程度其增強(qiáng)作用會大打折扣;還有更假的非但填充增強(qiáng)物不能保證是玻璃纖維,連尼龍66都要在里面添加一些如聚丙烯,聚醋酸乙烯等之類的非工程塑料;用低成本的隔熱條來替代玻璃纖維增強(qiáng)尼龍66隔熱條。

　　由于線膨脹系數(shù)與鋁合金的線膨脹系數(shù)相差甚遠(yuǎn)，而且其強(qiáng)度低、耐熱性差、抗老化性能差等許多缺陷，導(dǎo)致制成的隔熱門窗在實(shí)際安裝使用，會由于熱脹冷縮的原因會造成劣質(zhì)隔熱條在鋁型材內(nèi)出現(xiàn)松動，輕則導(dǎo)致窗體松動、變形，破壞門窗的氣密性和水密性等，重則造成窗體整體松散、脫離等，并在建筑中留下嚴(yán)重的安全隱患!

　　圖1 礦物填充的情況

　　3　玻璃纖維長度、分布和在隔熱條中的取向問題

　　3.1　玻璃纖維長度及分布對隔熱條性能的影響

　　在國外隔熱條生產(chǎn)企業(yè)通常直接選購已改性的高纖尼龍66母料，50%增強(qiáng)尼龍66等助劑，按比例混合后直接通過單螺桿擠出成型。但是，由于成本及不同形狀隔熱條對復(fù)合材料加工流動性能的特殊要求，國內(nèi)廠家更多傾向于隔熱條專用的玻璃纖維增強(qiáng)尼龍66復(fù)合改性材料。通過雙螺桿造粒改性工藝，采用玻璃纖維分散技術(shù)和螺桿螺紋套組合技術(shù)，使玻璃纖維均勻分散于復(fù)合材料中，來確保力學(xué)性能要求，見圖2。

　　圖2在高倍顯微鏡下觀察復(fù)合材料沖擊斷面SEM照片

　　3.1.1　玻璃纖維的分散排列和長度對隔熱條產(chǎn)品的力學(xué)性能影響

　　玻璃纖維的分散和長度對隔熱條產(chǎn)品的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)和表面質(zhì)量影響比較顯著。因此，在生產(chǎn)過程中除了擁有螺桿螺紋的剪切組合的優(yōu)異分散效果之外，還需配以特定的相關(guān)助劑，加強(qiáng)玻璃纖維與PA66基體樹脂的結(jié)合。玻璃纖維的排列在隔熱條的性能提高上起著決定性的作用，如果橫向玻璃纖維排列的數(shù)量不夠多，或玻璃纖維的直徑、剪切長度不標(biāo)準(zhǔn)，都會影響到隔熱條的各項(xiàng)力學(xué)性能。見表1和圖2，A1、A2樣品均加有相關(guān)助劑，表面光滑平整;A3樣品外表粗糙，玻璃纖維有外露現(xiàn)象。

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