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對當(dāng)前尼龍66隔熱條中玻璃纖維增強(qiáng)的思考

來源:寧波信高塑化有限公司  作者:徐積清  日期:2013-8-14
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  本文主要概述了國內(nèi)隔熱條中玻璃纖維的生產(chǎn)應(yīng)用,選用玻璃纖維增強(qiáng)的原因,對使用優(yōu)質(zhì)玻璃纖維和劣質(zhì)玻璃纖維進(jìn)行了分析,以及玻璃纖維長度、分布和玻璃纖維在隔熱條中的取向問題,會對玻璃纖維增強(qiáng)尼龍66隔熱條主要性能的影響,對制備高性能隔熱條產(chǎn)品的玻璃纖維增強(qiáng)要點(diǎn)進(jìn)行了分析和總結(jié),指出了制造高性能國產(chǎn)隔熱條的關(guān)鍵要素和發(fā)展方向。

  關(guān)鍵詞:玻璃纖維 尼龍66 隔熱條 玻璃纖維增強(qiáng)

  【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

  內(nèi)部無玻璃纖維          灼燒后:沒有任何玻璃纖維

  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

  較好長玻                     較好短玻

  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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