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尼龍絕緣帶中玻璃纖維的探討
一．引言 帶玻璃纖維(以下簡稱玻纖)增強(qiáng)的尼龍66隔熱條是近年來工程塑料應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的一個(gè)很好的實(shí)例。它的出現(xiàn)解決了長期困擾鋁門窗行業(yè)發(fā)展的大問題：即以鋁合金門窗為代表的金屬門窗不節(jié)能的問題。這些年來隨著相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的出臺對隔熱條質(zhì)量要求也愈加嚴(yán)格，以聚氯乙烯(即PVC)為代表的不合格產(chǎn)品正在退出隔熱條市場,而玻纖增強(qiáng)的尼龍66隔熱條正以驚人的速度發(fā)展,預(yù)計(jì)2005年玻纖增強(qiáng)尼龍66隔熱條市場用量可達(dá)一億米以上。 玻纖增強(qiáng)的尼龍66隔熱條無論在建材領(lǐng)域或是塑料加工界都屬于新產(chǎn)品,在我們的銷售工作當(dāng)中我們感覺到客戶對此產(chǎn)品確實(shí)也比較陌生。為了加深用戶對玻纖增強(qiáng)尼龍66隔熱條的認(rèn)識,同時(shí)也為了使優(yōu)質(zhì)的隔熱條能盡快占領(lǐng)市場,我們計(jì)劃撰寫系列技術(shù)文章,對玻纖增強(qiáng)尼龍66隔熱條的材料特性做闡述,歡迎讀者與我們一起討論。二．選用玻璃纖維增強(qiáng)的理由 尼龍66是性價(jià)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(shí)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(shí)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)填充物中玻纖對蠕變的抑制效果是最好的! 其次經(jīng)玻纖增強(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25wt%以上玻纖增強(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25wt%以上玻纖增強(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(xiǎn)。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)！ 雖然玻纖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:玻纖的加入使尼龍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;另外玻纖對加工設(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。因此玻纖增強(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。 現(xiàn)在市面上多個(gè)廠家在銷售尼龍66隔熱條,它們都聲稱其中的填充增強(qiáng)物為玻纖,可經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)事實(shí)并非如此: 有的完全采用廉價(jià)的礦物(如碳酸鈣、滑石粉等)進(jìn)行填充,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玻纖(低于10wt%)混合填充的辦法進(jìn)行增強(qiáng),殊不知玻纖含量如達(dá)不到一定程度(一般不少于25 wt%)其增強(qiáng)作用會大打折扣；還有更假的非但填充增強(qiáng)物不能保證是玻纖,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! 玻纖增強(qiáng)的尼龍66隔熱條從二十世紀(jì)七十年代就開始應(yīng)用在歐洲隔熱鋁合金門窗上,歐洲三十年隔熱門窗發(fā)展歷程已雄辯地證明帶玻纖增強(qiáng)尼龍66隔熱條的節(jié)能門窗的節(jié)能效果、使用安全性、氣密性等指標(biāo)是完全符合要求的！三．玻璃纖維在隔熱條里的取向問題 在隔熱條里起增強(qiáng)作用的玻纖通常由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型玻纖具有優(yōu)良的力學(xué)性能，還有很好的耐熱性、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)來完成，在擠出過程中，尼龍66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(shí)尼龍66分子鏈會沿著擠出方向排列取向（即分子鏈沿?cái)D出方向伸展以減少阻力）。作為尼龍66熔體中的增強(qiáng)填充材料的玻纖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：尼龍66分子鏈具有粘彈性因此當(dāng)其熔體從擠出機(jī)擠出時(shí)由于剪切力瞬間消失，尼龍66分子鏈馬上收縮回彈；玻纖不具有尼龍66特性，其剛性是主要的，故玻纖沿?cái)D出方向的取向是不會消失的，且這種取向很快隨尼龍66熔體的冷卻定型而被“凍結(jié)”。 從以上分析可以看出，隔熱條里玻纖分布大致上會沿?cái)D出方向取向，即沿隔熱條縱向方向取向。這一點(diǎn)還可以從以下隔熱條縱向和橫向抗拉強(qiáng)度的比較看出。 我們?nèi)×耸忻嫔箱N售的25%玻纖增強(qiáng)尼龍66隔熱條，分別檢測它們的縱向和橫向抗拉強(qiáng)度，平均來說，中間厚度為1.8mm的I型隔熱條的縱向抗拉強(qiáng)度在130MPa，而其橫向抗拉力F1為131N/mm，如果要把橫向抗拉力換算成單位面積上受的力F2（即強(qiáng)度Pa單位），則有如下?lián)Q算關(guān)系：F2(Pa) = F1(N) / m2 =[131 /(1*1.8)]*106 Pa=72.8MPa 把換算后的橫向抗拉強(qiáng)度F2與隔熱條縱向抗拉強(qiáng)度進(jìn)行比較可以看出，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)象的原因正是因?yàn)楦魺釛l里的玻纖沿加工擠出方向取向，故隔熱條在沿玻纖取向方向上的強(qiáng)度（即縱向抗拉強(qiáng)度）遠(yuǎn)大于垂直縱向方向的橫向抗拉強(qiáng)度。 個(gè)別廠家宣傳其隔熱條產(chǎn)品中的玻纖不存在取向問題，并且以電鏡照片加以證明，我們認(rèn)為從科學(xué)的角度來說這是對消費(fèi)者的誤導(dǎo)！電鏡照片只是將隔熱條很小的局部部分放大，并不能代表玻纖在隔熱條里的總體分布情況。隔熱條的生產(chǎn)方式?jīng)Q定了玻纖在隔熱條里是沿?cái)D出方向取向的，而隔熱條在縱、橫向抗拉強(qiáng)度方面的顯著差異就更證明了這一點(diǎn)！四．如何保證玻纖在隔熱條里增強(qiáng)效果的最大化？ 玻纖與尼龍66是兩種化學(xué)成分完全不同的材料，要實(shí)現(xiàn)玻纖對尼龍66增強(qiáng)效果的最大化必須克服許多技術(shù)難題。我們經(jīng)過多年研發(fā)，采用以下技術(shù)成功地實(shí)現(xiàn)了玻纖對尼龍66的最大增強(qiáng)效果： 1．獨(dú)特的偶聯(lián)劑配方最大限度地保證了玻纖與尼龍66界面粘結(jié)強(qiáng)度，這是玻纖在尼龍樹脂基體起增強(qiáng)作用的基礎(chǔ)。 2．針對尼龍66分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用無機(jī)/有機(jī)復(fù)配的方法，研制出尼龍66專用熱穩(wěn)定劑，保持尼龍66分子在加工過程中不斷鏈，確?；w樹脂的高性能。 3．最優(yōu)化的混合工藝使玻纖在尼龍66里被剪切成合適的長度，這一長度避免了由于玻纖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(shí)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。五．結(jié)束語 帶玻纖增強(qiáng)的尼龍66隔熱條可以說是新型建材，由此產(chǎn)生的隔熱型材更是鋁門窗行業(yè)的一場節(jié)能革命。正確而深刻地認(rèn)識玻纖增強(qiáng)尼龍66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，也只有這樣才能讓業(yè)界多些呼吁使用高性能隔熱條的聲音，少些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(gè)良好的氛圍。
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