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          1. 尼龍隔熱條的穩定性對門窗質量的影響

            2019-11-20

            據中國建筑金屬結構協會2012年年終報告統計,目前鋁合金門窗在全國仍然占據市場主導地位,而國內斷橋隔熱鋁合金門窗中80%以上是采用穿條式隔熱鋁型材。穿條隔熱鋁型材是通過對型材機械開齒、穿條、滾壓等工序復合,形成隔熱型材,以實現保溫、節能的功效。隔熱條作為結構材料之一,必須具備很高的強度及優異的穩定性,否則極易造成門窗、幕墻斷裂脫落,造成重大質量及安全隱患,所以隔熱條的材質選擇及應用的穩定性顯得至關重要。


            技術流


            01


            “目前隔熱條市場情況”


            * 鋁合金門窗隔熱條的特點


            目前市場上存在多種建筑門窗,包括塑鋼窗、空腹鋼窗、鋁合金門窗、玻璃鋼窗、斷橋鋁合金門窗、木窗、鋁木復合門窗及其他復合門窗等多種節能門窗并存的局面。木門窗與鋁木門窗具有良好的隔熱節能效果,但因木材成本高昂,主要應用于高端市場。而鋁合金門窗具有重量輕、強度高、剛性好、耐腐無毒、防火性能優異、采光面積大、裝飾效果好、使用壽命長等特點,因此廣泛為社會所接受。但缺點是導熱系數比較大,保溫隔熱性能差?!皵鄻蚋魺徜X材”彌補了鋁合金門窗的固有缺點,在性能價格比方面具有無可比擬的優勢,因此逐漸被人們認可,每年均以10%以上的速度增長,逐步成為門窗市場的主導產品。


            “斷橋隔熱鋁型材”作為隔熱鋁合金門窗的承載核心部件,隔熱條的性能好壞,不僅決定隔熱鋁合金門窗的隔熱節能效果,也決定了門窗的應用性能甚至決定著門窗的使用壽命。一般來說,建筑的能量損失的50%以上是由門窗損失的,而造價僅占門窗造價4%左右的隔熱條,卻決定著鋁合金門窗的50%以上的隔熱性能,因此可以說隔熱條是門窗節能的重要構成部分!


            斷橋隔熱鋁合金門窗就是在傳統的鋁合金門窗基礎上把原來的通體鋁合金型材一分為二,由兩支隔熱條通過機械復合的手段再將分開的兩部分連接在一起,構成整體隔熱型材,使隔熱條與鋁合金一起共同承載玻璃自重、風壓及溫度應力造成的荷載。因此,隔熱條的這種使用性質決定了其必須同時具備很高的強度及優異的穩定性,否則極易造成門窗、幕墻斷裂脫落,造成重大質量及安全隱患。然而目前國內隔熱條市場極為混亂,由于原料、生產成本大幅上漲,各種摻雜PA66、PA6、PVC等劣質隔熱條充斥市場,渾水摸魚,瞞天過海。即使同樣以尼龍PA66作為原材料,也由于市場上尼龍PA66原材料種類極多,包括新料和回收料在使用功能上也有極大的差異,制作的隔熱條質量和性能都相差很多,尤其經過一段時間的使用及老化后,穩定性將大幅下降,給產品帶來很大的質量隱患和安全隱患。


               國內絕大部分廠家為了降低成本,仍然采用廢舊尼龍66來生產隔熱條。眾所周知,熱塑性塑料每經過一次回爐其物理力學性能及耐老化性能都大大降低。廢舊尼龍66原料成本低,加工溫度范圍大,高分子鏈斷裂使得分子量分布范圍寬,最終導致其物理力學性能(如:抗拉強度、抗沖擊強度、耐高低溫性能、耐老化性能等)不穩定。隔熱條作為隔熱鋁型材的結構件和連接件,其質量決定隔熱鋁門窗幕墻的安全性。


            本文力求通過對隔熱條的穩定性分析并通過試驗論證,對各種隔熱條的性能做對比分析,力求給用戶提供明確的信息以保證斷橋鋁合金門窗的安全應用。


            02


            “尼龍66隔熱條穩定性問題”


            尼龍66隔熱條的穩定性涉及兩方面的問題:一是尼龍66隔熱條的熱穩定性;二是尼龍66隔熱條的光穩定性。熱穩定性對尼龍66隔熱條加工過程中品質的保證具有決定性的作用,而光穩定性對保證尼龍66隔熱條的長期安全使用有不可估量的影響。


            熱穩定性


            a)高溫熱氧降解


            尼龍66分子結構與穩定化尼龍66是由己二胺和己二酸縮聚合成的高分子材料,其分子結構式如下:


            -(CH2)5-CO-NH-CH2-(CH2)5-


            在尼龍66分子結構中位于-NH基團旁的亞甲基-CH2-是最薄弱環節,在高溫(大于120℃)有氧氣存在情況下,氧首先攻擊上述所說的-CH2-中的氫原子形成過氧化物,過氧化物在高溫下很易裂解形成自由基,自由基回過頭來再攻擊-NH基團旁的-CH2-,于是發生尼龍分子鏈斷裂,這就是尼龍66熱氧降解過程。


            b)高溫水降解


            尼龍66在高溫下除了遭遇熱氧降解外,還會遭受水解。這是因為尼龍66的合成反應是一個化學平衡過程,它是可逆的,如下表示:


            nHOOC-(CH2)4-COOH+nNH2-(CH2)6-NH2=HO-[CO-(CH2)4-CO-HN-(CH2)6-NH]n-H+(2n-1)H2O


            當高溫有水時上述反應會向左邊進行,即水解,水解的結果也導致尼龍分子鏈發生斷裂。尼龍66隔熱條在熔融狀態下進行加工時,尼龍66本身的降解過程是復雜的,其中既包含了熱氧降解又同時有水解。


            c)光穩定性


            尼龍66的熱穩定主要涉及的是隔熱條加工成型過程中的品質保證,隔熱條在實際使用過程中周邊環境溫度一般不會超過50℃,這樣的溫度對尼龍66隔熱條不會造成任何明顯損害。但由于隔熱條作為整體窗框的一部分不可避免地要受到戶外太陽光紫外線照射,因此尼龍66的光穩定性就與隔熱條能否長期使用緊密聯系。


            當尼龍66暴露在300nm-400nm范圍的紫外線下時,尼龍分子鏈中的碳氮鍵會發生斷裂,另外-NH基團旁的亞甲基-CH2-亦會發生歧化產生自由基,二者共同作用的結果是使尼龍分子鏈斷開,尼龍分子量下降,強度降低,給產品帶來很大的安全隱患。


            d) 穩定性對隔熱條的影響


            無論是熱氧降解,水解抑或光降解,帶來的都是尼龍分子量的減少,這在隔熱條性能上的表現就是隔熱條強度急劇下降,同時韌性損失,脆性大增。因此在隔熱條生產中,需控制成型溫度及原料含水率,并添加一定比例的穩定劑和抗氧化劑,這勢必會對廠家工藝技術提出更高的要求,同時也帶來一定成本的上升。


            目前國內隔熱條生產廠家的技術水平參差不齊,且由于PA66GF25復合材料的成本高、擠出成型工藝復雜、穩定助劑價格高,很多廠家生產的隔熱條穩定性都存在一定的問題。選擇性能優異、品質有保障的隔熱條變得尤為重要。


            03


            “各類劣質隔熱條的穩定性”


            PVC隔熱條


            PVC隔熱條強度低、耐熱性差、抗老化性能差,其軟化點為80℃,于130℃開始分解變色,并析出HCl,同時PVC與鋁合金的線膨脹系數相差甚遠,往往導致隔熱門窗在安裝使用一段時間后,隔熱條在型材內出現松動,甚至完全脫離及斷裂。輕則導致窗體松動、變形,破壞門窗的氣密水密性,重則導致窗體整體松散、脫離。


            PA6、ABS摻雜隔熱條


            PVC尼龍6相鄰分子間的氫鍵結合相比尼龍66弱,因此它的熔點比尼龍66要低40℃左右,耐熱性能相對較差。ABS樹脂是丙烯腈、1,3-丁二烯、苯乙烯三種單體的接枝共聚物,分子式為(C8H8·C4H6·C3H3N)x,但實際上往往是含丁二烯的接枝共聚物與丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物,ABS塑料的成型溫度為180-250℃,但是最gao不超過240℃。


            國內很多廠家為降低成本,便于加工,摻雜部分尼龍66、ABS等原料生產隔熱條,由于實際生產中尼龍66成型溫度往往高于它們的分解溫度,因此部分原料容易分解,造成隔熱條總體性能下降,同時這些通用塑料耐老化性差的問題也是隔熱條質量安全的一大隱患。


            回收尼龍66


            回收PA66含有相當量的PVC、PP、PE等塑料雜質,且成分更復雜,助劑重復使用、毒性更大!經過長期使用,材料內部不相容的雜質會與尼龍界面結合脫離,雜質析出,內部結構破壞,性能明顯降低。


            為了驗證各種隔熱條的性能,我們通過對不同隔熱條的尺寸變化和拉伸斷面及灰分等做試驗分析。


            ▲測試性能用樣品


            采用純正PA66制作的優質隔熱條,型號I-14.8,編號為a,使用杜邦尼龍101L及巨石988A玻璃纖維,同時添加抗氧劑、耐水解改性劑MPP、偶聯劑、抗老化劑、增韌劑、擴鏈劑、成核劑及色母等助劑。


            劣質隔熱條是收集到的市面上售價約1.00元/米,I-14.8隔熱條,編號為b。由尼龍66原料的成本計算,此類隔熱條是采用廢舊尼龍66生產的。


            ▲測試設備與儀器


            電子拉力機,CMT4104型;SEM掃描電鏡,JSM6510型;體式顯微鏡,SMZ-T2型。


            ▲性能測試及對樣品觀察與分析


            性能按GB/T23615.1-2009測試,對樣品的拉伸斷面及灰分進行SEM掃描分析及體式顯微鏡照相分析。


            a.室外放置時間對隔熱條尺寸的影響


            圖1顯示了兩組隔熱條樣品在室外暴露14個月后尺寸變化的區別,杜邦101L尼龍66生產的a組隔熱條尺寸膨脹了0.453%,廢舊尼龍66生產的b組隔熱條尺寸膨脹了0.757%。配方所添加的耐水解改性劑在一定程度上降低了PA66與玻纖之間的界面張力,增強了PA66與玻纖之間的結合力,使得空氣中的水分子難以進入PA66與玻纖的縫隙中,提高了隔熱條的抗吸水能力。


            b.室外放置時間對隔熱條橫向抗拉強度的影響


            圖2表明在室外暴露36個月經受老化、濕熱等條件后橫向抗拉強度性能的變化曲線,a組隔熱條橫向抗拉強度的保持率為63.72%,b組隔熱條橫向抗拉強度的保持率為48.79%,隨著暴露時間的延長,樣品a的力學性能保持率高于樣品b,保持率越高,其產品的力學性能隨著時間的降低就越小。原因在于尼龍66即使在沒有氧氣存在的情況下,也會發生因聚酰胺化學結構變化引起的各種老化,隔熱條在加工過程或者在室外暴露過程中由尼龍分子鏈的末端氨基相互作用產生仲氨基和叔氨基或由于氨解、酸解和水解而引起降解。廢舊塑料經過多次加工,同時耐水侵蝕能力弱,導致耐其老化性能大大降低。


            c.隔熱條斷口形貌SEM觀察


            從圖3中可以看出a組樣品在拉斷時玻纖拔出較少,說明尼龍樹脂與玻纖界面結合良好,玻纖增強的效果較好,同時玻纖在尼龍基體中的分散較均勻,PA66基體密實,基本無空洞,隔熱條力學性能較好。b組樣品玻纖拔出較多,玻纖分散不均,尼龍基體有空洞,斷裂層明顯,導致隔熱條脆性大,力學性能波動大,特征值低。


            d.斷面及灰分照片觀察


            圖4顯示了a、b兩組隔熱條斷面結構有較大的差異,a組內部結構致密,玻纖橫向和縱向排布均勻。b組斷面結構有較多的氣泡,氣泡表面光滑說明隔熱條的原料雜質或低分子揮發物產生的氣泡屬于熔體破裂現象。


            從圖5中可看出a組玻纖灰分長度分布均勻,玻纖細長透明,無其他雜質。b組玻纖灰分有明顯的無機填料。


            a.隔熱條尺寸隨著室外放置時間的延長導致吸水增加,尺寸增大,質量越優的原料抗吸水能力越強其尺寸膨脹也越小。


            b.隔熱條的拉伸強度隨著室外放置時間的延長而降低,質量越優的原料其抗老化及抗濕熱能力越好,強度的降低量也越小。


            c.隔熱條在加工過程中尼龍66原料的質量對產品的內部結構起著關鍵性作用,含有雜質的原料在加工過程中熔體容易破裂,制得的產品內部缺陷大。


            04


            “結束語”

            尼龍66隔熱條的穩定性將影響隔熱鋁合金門窗產品最終質量和長期使用的安全性問題,特別是隔熱條的光穩定性好壞,直接影響門窗產品的使用壽命,應該引起使用者的高度注意。由于不同原料的隔熱條外觀很難鑒別真偽,建議用戶在使用和選擇隔熱條時,注意選擇信譽好、質量有保障的尼龍66隔熱條,同時不忘向提供者索要相關檢測報告和長期質量保證承諾,做好使用過程中的質量跟蹤。


            pvc隔熱條

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