1 引言

　　1. 玻璃纖維增強(qiáng)的PA66隔熱條的界定

　　1.1 玻璃纖維增強(qiáng)的PA6（詞條“PA6”由行業(yè)大百科提供）6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PA66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PA66隔熱條在隔熱鋁門窗（詞條“門窗”由行業(yè)大百科提供）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（詞條“鋁合金門窗”由行業(yè)大百科提供）成為市場上的主導(dǎo)產(chǎn)品，玻璃纖維增強(qiáng)的PA66隔熱條在隔熱型材應(yīng)用中正以驚人的速度發(fā)展，2016年玻璃纖維增強(qiáng)的PA66隔熱條市場具權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計用量可達(dá)六十億米以上。

　　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（詞條“金屬材料”由行業(yè)大百科提供）。英文原名為：glass fiber 。成分為二氧化硅、氧化鋁（詞條“氧化鋁”由行業(yè)大百科提供）、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等。原來大多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，近幾年隨著工藝技術(shù)的創(chuàng)新，較多廠家直接從原礦石生產(chǎn)加工成玻璃纖維。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

　　PA66是性價比很高的工程塑料（詞條“工程塑料”由行業(yè)大百科提供）,具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和很好的耐熱性。但PA66本質(zhì)是合成的有機(jī)高分子材料（詞條“有機(jī)高分子材料”由行業(yè)大百科提供）,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PA66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PA66,我們可以想象在窗框和玻璃重量作用下，這種純PA66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PA66的蠕變性可加入多種填充物進(jìn)行改性,國內(nèi)外的實驗已經(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PA66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PA66比抗張強(qiáng)度可達(dá)1500以上，這與硬鋁或合金（詞條“合金”由行業(yè)大百科提供）鋼的比抗張強(qiáng)度(1500-1600)相當(dāng)，真正實現(xiàn)了隔熱條與鋁合金在力學(xué)性能上的匹配。此外純PA66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PA66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)實驗已證明，在PA66所用增強(qiáng)填充物中唯有玻璃纖維增強(qiáng)的PA66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PA66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PA66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)器方面的損耗費用。因此玻璃纖維增強(qiáng)PA66隔熱條的生產(chǎn)技術(shù)是一項高端技術(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PA66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PA66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)PA66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（詞條“耐熱”由行業(yè)大百科提供）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!

　　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PA66母料，50%增強(qiáng)PA66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)PA66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。

　　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（詞條“剪切”由行業(yè)大百科提供）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。

　　3.1.2 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

　　對隔熱條復(fù)合材料改性過程中，擠塑機(jī)的螺桿螺紋組合對各組份物料分散和玻璃纖維長度影響非常重要。各配方好的物料需要加纖前在特定塑化區(qū)段(一般在五、六溫度區(qū)間)，加入玻璃纖維才能得到比較好的剪切塑化。經(jīng)實驗結(jié)果表明，粒料內(nèi)玻璃纖維長度控制在0.6～0.8mm，隔熱條的綜合力學(xué)性能較好。從表1和圖3中顯示， A2樣品的玻璃纖維長度集中于0.6～0.8mm間，分散排列也較均勻，拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度較好;A1和A3樣品玻璃纖維長度較大，分散排列也不均勻，因此這兩種的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度也相應(yīng)較低;只有通過改變玻璃纖維的排列結(jié)構(gòu)，增加橫向的分布數(shù)量才能達(dá)到隔熱條的各項力學(xué)性能指標(biāo)。

　　3.2 玻璃纖維在隔熱條中的取向情況

　　在隔熱條產(chǎn)品中起增強(qiáng)作用的玻璃纖維通常由E型玻璃熔融后由熔爐中抽出纖維狀細(xì)絲制成，其化學(xué)成分是鈣-鋁的硅酸鹽。E型玻璃纖維具有優(yōu)良的力學(xué)性能，還有很好的耐熱性、耐水解性、性耐腐蝕性和尺寸穩(wěn)定性。隔熱條的成型加工要通過擠出機(jī)（詞條“擠出機(jī)”由行業(yè)大百科提供）來完成，在擠出過程中，PA66熔體中的聚合物分子鏈不可避免地受擠出機(jī)的剪切作用，這種剪切作用力方向與擠出方向是一致的，因此加工時PA66分子鏈會沿著擠出方向排列取向。而PA66熔體中的增強(qiáng)填充材料的玻璃纖維本身具有很高的長徑比(通常在50-100之間)，它也受擠出機(jī)剪切作用而取向，但二者取向有明顯差別：PA66分子鏈具有粘彈性因此當(dāng)其熔體從擠出機(jī)擠出時由于剪切力瞬間消失，PA66分子鏈馬上收縮回彈;玻璃纖維不具有PA66特性，其剛性是主要的，故玻璃纖維沿擠出方向的取向是不會消失的，且這種取向很快隨PA66熔體的冷卻定型而被定形，見圖3。從圖3可以看出，隔熱條里玻璃纖維分布大致上會沿擠出方向取向，即沿隔熱條縱向方向取向。

　　從表1、圖2和圖3中的數(shù)據(jù)和圖示可以比較得出產(chǎn)品性能的區(qū)別。A1和A3樣品的橫向抗拉強(qiáng)度與縱向抗拉強(qiáng)度數(shù)值可以看出，隔熱條縱向抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其橫向抗拉強(qiáng)度，造成這種現(xiàn)象原因正是因為隔熱條里的玻璃纖維沿加工擠出方向而取向，所以隔熱條在沿玻璃纖維取向方向上的縱向抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)大于垂直縱向方向的橫向抗拉強(qiáng)度。

　　有些廠家宣傳其隔熱條產(chǎn)品中的玻璃纖維不存在取向問題，并且以電鏡照片加以證明，但從科學(xué)的角度來說這是對消費者的一種誤導(dǎo);電鏡照片只是將隔熱條的局部方面進(jìn)行放大，并不能代表玻璃纖維在隔熱條里的總體分布情況。隔熱條的生產(chǎn)設(shè)備、模具（詞條“模具”由行業(yè)大百科提供）以及復(fù)合材料改性工藝決定了玻璃纖維在隔熱條里的取向情況。見表1和圖3中A2樣品的橫向拉伸強(qiáng)度和縱向拉伸強(qiáng)度是比較一致的，而A1和A3樣品的橫向拉伸強(qiáng)度和縱向拉伸強(qiáng)度是相關(guān)較大;因此，隔熱條在橫、縱向拉伸強(qiáng)度數(shù)據(jù)的顯著差異就證明了隔熱條產(chǎn)品中的玻璃纖維存在取向問題。

　　4 玻璃纖維在隔熱條中的增強(qiáng)作用

　　玻璃纖維與PA66是兩種化學(xué)成分完全不同的材料，要實現(xiàn)玻璃纖維對PA66增強(qiáng)效果的最大化必須克服許多技術(shù)難題。國內(nèi)好的隔熱條廠家經(jīng)過多年研發(fā)，采用以下技術(shù)成功地實現(xiàn)了玻璃纖維對PA66的最大增強(qiáng)作用：

　　1.獨特的偶聯(lián)劑配方最大限度地保證了玻璃纖維與PA66界面粘結(jié)強(qiáng)度，這是玻璃纖維在尼龍樹脂基體起增強(qiáng)作用的基礎(chǔ)。

　　2.針對PA66分子結(jié)構(gòu)特點，選用無機(jī)/有機(jī)復(fù)配的方法，研制出PA66專用熱穩(wěn)定劑，保持PA66分子在加工過程中不斷鏈，確保基體樹脂的高性能。

　　3.最優(yōu)化的混合工藝使玻璃纖維在PA66里被剪切成合適的長度，這一長度避免了由于玻璃纖維長徑比過大或過小而使其增強(qiáng)效果受到削弱。

　　4.使用特殊螺桿結(jié)構(gòu)來保證擠出機(jī)對物料的塑化，使隔熱條生產(chǎn)能穩(wěn)定連續(xù)地進(jìn)行，同時這種螺桿結(jié)構(gòu)亦能最大限度減少物料在螺桿的停留避免其降解（詞條“降解”由行業(yè)大百科提供）。

　　在國內(nèi)，盡管國產(chǎn)隔熱條已有十余年的發(fā)展歷史，但大部分國產(chǎn)隔熱條質(zhì)量仍存在一定差距，其主要原因是原材料性能、玻璃纖維選用、螺桿組合、材料配方、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝、模具水平以及精密擠出等技術(shù)不足或工藝不完善。鑒于目前隔熱條產(chǎn)品質(zhì)量的混亂狀況，因此讓建筑設(shè)計、施工、開發(fā)等專業(yè)人員深入了解隔熱條現(xiàn)狀，知曉隔熱條的生產(chǎn)過程，主動摒棄劣質(zhì)隔熱條，提升建筑門窗的整體質(zhì)量水平，無論對建筑門窗業(yè)本身，還是對社會均有重要意義。

　　5 結(jié)束語

　　本文通過對玻璃纖維的PA66隔熱條自身特點和隔熱條產(chǎn)品現(xiàn)狀的分析，發(fā)現(xiàn)隔熱條產(chǎn)品質(zhì)量在應(yīng)用方面存在著許多問題，這阻礙了玻璃纖維增強(qiáng)PA66隔熱條的順利發(fā)展。用玻璃纖維增強(qiáng)的PA66隔熱條是一種新型的建筑材料，也得到中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會鋁門窗幕墻委員會的推薦產(chǎn)品。這項技術(shù)充分利用了塑料低導(dǎo)熱的特點阻斷熱量傳導(dǎo)，從而達(dá)到了節(jié)能目的，成為目前全世界最理想的隔熱節(jié)能材料。由此組合生產(chǎn)的新型隔熱鋁合金門窗幕墻以其顯著的節(jié)能效果和優(yōu)異的性價比迅速成為我國門窗幕墻行業(yè)的新技術(shù)亮點。

　　正確而深刻地認(rèn)識玻璃纖維增強(qiáng)PA66隔熱條材料的本質(zhì)對推動隔熱條的普及和發(fā)展無疑是有利的，也只有這樣才能讓鋁門窗行業(yè)多些呼吁使用高性能隔熱條的聲音，杜絕使用那些假冒偽劣產(chǎn)品，為隔熱鋁門窗行業(yè)健康、有序、持續(xù)地發(fā)展創(chuàng)造一個良好的氛圍，為我們國家創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。