1 引言
1. 玻璃纖維增強的PA66隔熱條的界定
1.1 玻璃纖維增強的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年玻璃纖維增強的PA66隔熱條市場具權(quán)威機構(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 選用玻璃纖維增強的原因
2.1 選用玻璃纖維增強的理由
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）,具有較高的機械強度和很好的耐熱性。但PA66本質(zhì)是合成的有機高分子材料（詞條“有機高分子材料”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)玻璃纖維增強后的PA66在強度、剛性和熱變形溫度方面都有大幅度提高，如加入(25±2.5)%玻璃纖維增強的PA66比抗張強度可達(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所用增強填充物中唯有玻璃纖維增強的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,大大增加了機器方面的損耗費用。因此玻璃纖維增強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,殊不知玻璃纖維含量如達(dá)不到一定程度其增強作用會大打折扣;還有更假的非但填充增強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，拉伸強度和沖擊強度較好;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度和沖擊強度也相應(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（詞條“擠出機”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樣品的橫向抗拉強度與縱向抗拉強度數(shù)值可以看出，隔熱條縱向抗拉強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其橫向抗拉強度，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度遠(yuǎn)大于垂直縱向方向的橫向抗拉強度。
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樣品的橫向拉伸強度和縱向拉伸強度是比較一致的，而A1和A3樣品的橫向拉伸強度和縱向拉伸強度是相關(guān)較大;因此，隔熱條在橫、縱向拉伸強度數(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)強度，這是玻璃纖維在尼龍樹脂基體起增強作用的基礎(chǔ)。
2.針對PA66分子結(jié)構(gòu)特點，選用無機/有機復(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效果受到削弱。
4.使用特殊螺桿結(jié)構(gòu)來保證擠出機對物料的塑化，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PA66隔熱條的順利發(fā)展。用玻璃纖維增強的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。
