尼龙隔热条的稳定性对门窗质量的影响

2019-11-20

据中国建筑金属结构协会2012年年终报告统计,目前铝合金门窗在全国仍然占据市场主导地位,而国内断桥隔热铝合金门窗中80%以上是采用穿条式隔热铝型材。穿条隔热铝型材是通过对型材机械开齿、穿条、滚压等工序复合,形成隔热型材,以实现保温、节能的功效。隔热条作为结构材料之一,必须具备很高的强度及优异的稳定性,否则极易造成门窗、幕墙断裂脱落,造成重大质量及安全隐患,所以隔热条的材质选择及应用的稳定性显得至关重要。


技术流


01


“目前隔热条市场情况”


* 铝合金门窗隔热条的特点


目前市场上存在多种建筑门窗,包括塑钢窗、空腹钢窗、铝合金门窗、玻璃钢窗、断桥铝合金门窗、木窗、铝木复合门窗及其他复合门窗等多种节能门窗并存的局面。木门窗与铝木门窗具有良好的隔热节能效果,但因木材成本高昂,主要应用于高端市场。而铝合金门窗具有重量轻、强度高、刚性好、耐腐无毒、防火性能优异、采光面积大、装饰效果好、使用寿命长等特点,因此广泛为社会所接受。但缺点是导热系数比较大,保温隔热性能差。“断桥隔热铝材”弥补了铝合金门窗的固有缺点,在性能价格比方面具有无可比拟的优势,因此逐渐被人们认可,每年均以10%以上的速度增长,逐步成为门窗市场的主导产品。


“断桥隔热铝型材”作为隔热铝合金门窗的承载核心部件,隔热条的性能好坏,不仅决定隔热铝合金门窗的隔热节能效果,也决定了门窗的应用性能甚至决定着门窗的使用寿命。一般来说,建筑的能量损失的50%以上是由门窗损失的,而造价仅占门窗造价4%左右的隔热条,却决定着铝合金门窗的50%以上的隔热性能,因此可以说隔热条是门窗节能的重要构成部分!


断桥隔热铝合金门窗就是在传统的铝合金门窗基础上把原来的通体铝合金型材一分为二,由两支隔热条通过机械复合的手段再将分开的两部分连接在一起,构成整体隔热型材,使隔热条与铝合金一起共同承载玻璃自重、风压及温度应力造成的荷载。因此,隔热条的这种使用性质决定了其必须同时具备很高的强度及优异的稳定性,否则极易造成门窗、幕墙断裂脱落,造成重大质量及安全隐患。然而目前国内隔热条市场极为混乱,由于原料、生产成本大幅上涨,各种掺杂PA66、PA6、PVC等劣质隔热条充斥市场,浑水摸鱼,瞒天过海。即使同样以尼龙PA66作为原材料,也由于市场上尼龙PA66原材料种类极多,包括新料和回收料在使用功能上也有极大的差异,制作的隔热条质量和性能都相差很多,尤其经过一段时间的使用及老化后,稳定性将大幅下降,给产品带来很大的质量隐患和安全隐患。


   国内绝大部分厂家为了降低成本,仍然采用废旧尼龙66来生产隔热条。众所周知,热塑性塑料每经过一次回炉其物理力学性能及耐老化性能都大大降低。废旧尼龙66原料成本低,加工温度范围大,高分子链断裂使得分子量分布范围宽,最终导致其物理力学性能(如:抗拉强度、抗冲击强度、耐高低温性能、耐老化性能等)不稳定。隔热条作为隔热铝型材的结构件和连接件,其质量决定隔热铝门窗幕墙的安全性。


本文力求通过对隔热条的稳定性分析并通过试验论证,对各种隔热条的性能做对比分析,力求给用户提供明确的信息以保证断桥铝合金门窗的安全应用。


02


“尼龙66隔热条稳定性问题”


尼龙66隔热条的稳定性涉及两方面的问题:一是尼龙66隔热条的热稳定性;二是尼龙66隔热条的光稳定性。热稳定性对尼龙66隔热条加工过程中品质的保证具有决定性的作用,而光稳定性对保证尼龙66隔热条的长期安全使用有不可估量的影响。


热稳定性


a)高温热氧降解


尼龙66分子结构与稳定化尼龙66是由己二胺和己二酸缩聚合成的高分子材料,其分子结构式如下:


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


在尼龙66分子结构中位于-NH基团旁的亚甲基-CH2-是最薄弱环节,在高温(大于120℃)有氧气存在情况下,氧首先攻击上述所说的-CH2-中的氢原子形成过氧化物,过氧化物在高温下很易裂解形成自由基,自由基回过头来再攻击-NH基团旁的-CH2-,于是发生尼龙分子链断裂,这就是尼龙66热氧降解过程。


b)高温水降解


尼龙66在高温下除了遭遇热氧降解外,还会遭受水解。这是因为尼龙66的合成反应是一个化学平衡过程,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


当高温有水时上述反应会向左边进行,即水解,水解的结果也导致尼龙分子链发生断裂。尼龙66隔热条在熔融状态下进行加工时,尼龙66本身的降解过程是复杂的,其中既包含了热氧降解又同时有水解。


c)光稳定性


尼龙66的热稳定主要涉及的是隔热条加工成型过程中的品质保证,隔热条在实际使用过程中周边环境温度一般不会超过50℃,这样的温度对尼龙66隔热条不会造成任何明显损害。但由于隔热条作为整体窗框的一部分不可避免地要受到户外太阳光紫外线照射,因此尼龙66的光稳定性就与隔热条能否长期使用紧密联系。


当尼龙66暴露在300nm-400nm范围的紫外线下时,尼龙分子链中的碳氮键会发生断裂,另外-NH基团旁的亚甲基-CH2-亦会发生歧化产生自由基,二者共同作用的结果是使尼龙分子链断开,尼龙分子量下降,强度降低,给产品带来很大的安全隐患。


d) 稳定性对隔热条的影响


无论是热氧降解,水解抑或光降解,带来的都是尼龙分子量的减少,这在隔热条性能上的表现就是隔热条强度急剧下降,同时韧性损失,脆性大增。因此在隔热条生产中,需控制成型温度及原料含水率,并添加一定比例的稳定剂和抗氧化剂,这势必会对厂家工艺技术提出更高的要求,同时也带来一定成本的上升。


目前国内隔热条生产厂家的技术水平参差不齐,且由于PA66GF25复合材料的成本高、挤出成型工艺复杂、稳定助剂价格高,很多厂家生产的隔热条稳定性都存在一定的问题。选择性能优异、品质有保障的隔热条变得尤为重要。


03


“各类劣质隔热条的稳定性”


PVC隔热条


PVC隔热条强度低、耐热性差、抗老化性能差,其软化点为80℃,于130℃开始分解变色,并析出HCl,同时PVC与铝合金的线膨胀系数相差甚远,往往导致隔热门窗在安装使用一段时间后,隔热条在型材内出现松动,甚至完全脱离及断裂。轻则导致窗体松动、变形,破坏门窗的气密水密性,重则导致窗体整体松散、脱离。


PA6、ABS掺杂隔热条


PVC尼龙6相邻分子间的氢键结合相比尼龙66弱,因此它的熔点比尼龙66要低40℃左右,耐热性能相对较差。ABS树脂是丙烯腈、1,3-丁二烯、苯乙烯三种单体的接枝共聚物,分子式为(C8H8·C4H6·C3H3N)x,但实际上往往是含丁二烯的接枝共聚物与丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物,ABS塑料的成型温度为180-250℃,但是最gao不超过240℃。


国内很多厂家为降低成本,便于加工,掺杂部分尼龙66、ABS等原料生产隔热条,由于实际生产中尼龙66成型温度往往高于它们的分解温度,因此部分原料容易分解,造成隔热条总体性能下降,同时这些通用塑料耐老化性差的问题也是隔热条质量安全的一大隐患。


回收尼龙66


回收PA66含有相当量的PVC、PP、PE等塑料杂质,且成分更复杂,助剂重复使用、毒性更大!经过长期使用,材料内部不相容的杂质会与尼龙界面结合脱离,杂质析出,内部结构破坏,性能明显降低。


为了验证各种隔热条的性能,我们通过对不同隔热条的尺寸变化和拉伸断面及灰分等做试验分析。


▲测试性能用样品


采用纯正PA66制作的优质隔热条,型号I-14.8,编号为a,使用杜邦尼龙101L及巨石988A玻璃纤维,同时添加抗氧剂、耐水解改性剂MPP、偶联剂、抗老化剂、增韧剂、扩链剂、成核剂及色母等助剂。


劣质隔热条是收集到的市面上售价约1.00元/米,I-14.8隔热条,编号为b。由尼龙66原料的成本计算,此类隔热条是采用废旧尼龙66生产的。


▲测试设备与仪器


电子拉力机,CMT4104型;SEM扫描电镜,JSM6510型;体式显微镜,SMZ-T2型。


▲性能测试及对样品观察与分析


性能按GB/T23615.1-2009测试,对样品的拉伸断面及灰分进行SEM扫描分析及体式显微镜照相分析。


a.室外放置时间对隔热条尺寸的影响


图1显示了两组隔热条样品在室外暴露14个月后尺寸变化的区别,杜邦101L尼龙66生产的a组隔热条尺寸膨胀了0.453%,废旧尼龙66生产的b组隔热条尺寸膨胀了0.757%。配方所添加的耐水解改性剂在一定程度上降低了PA66与玻纤之间的界面张力,增强了PA66与玻纤之间的结合力,使得空气中的水分子难以进入PA66与玻纤的缝隙中,提高了隔热条的抗吸水能力。


b.室外放置时间对隔热条横向抗拉强度的影响


图2表明在室外暴露36个月经受老化、湿热等条件后横向抗拉强度性能的变化曲线,a组隔热条横向抗拉强度的保持率为63.72%,b组隔热条横向抗拉强度的保持率为48.79%,随着暴露时间的延长,样品a的力学性能保持率高于样品b,保持率越高,其产品的力学性能随着时间的降低就越小。原因在于尼龙66即使在没有氧气存在的情况下,也会发生因聚酰胺化学结构变化引起的各种老化,隔热条在加工过程或者在室外暴露过程中由尼龙分子链的末端氨基相互作用产生仲氨基和叔氨基或由于氨解、酸解和水解而引起降解。废旧塑料经过多次加工,同时耐水侵蚀能力弱,导致耐其老化性能大大降低。


c.隔热条断口形貌SEM观察


从图3中可以看出a组样品在拉断时玻纤拔出较少,说明尼龙树脂与玻纤界面结合良好,玻纤增强的效果较好,同时玻纤在尼龙基体中的分散较均匀,PA66基体密实,基本无空洞,隔热条力学性能较好。b组样品玻纤拔出较多,玻纤分散不均,尼龙基体有空洞,断裂层明显,导致隔热条脆性大,力学性能波动大,特征值低。


d.断面及灰分照片观察


图4显示了a、b两组隔热条断面结构有较大的差异,a组内部结构致密,玻纤横向和纵向排布均匀。b组断面结构有较多的气泡,气泡表面光滑说明隔热条的原料杂质或低分子挥发物产生的气泡属于熔体破裂现象。


从图5中可看出a组玻纤灰分长度分布均匀,玻纤细长透明,无其他杂质。b组玻纤灰分有明显的无机填料。


a.隔热条尺寸随着室外放置时间的延长导致吸水增加,尺寸增大,质量越优的原料抗吸水能力越强其尺寸膨胀也越小。


b.隔热条的拉伸强度随着室外放置时间的延长而降低,质量越优的原料其抗老化及抗湿热能力越好,强度的降低量也越小。


c.隔热条在加工过程中尼龙66原料的质量对产品的内部结构起着关键性作用,含有杂质的原料在加工过程中熔体容易破裂,制得的产品内部缺陷大。


04


“结束语”

尼龙66隔热条的稳定性将影响隔热铝合金门窗产品最终质量和长期使用的安全性问题,特别是隔热条的光稳定性好坏,直接影响门窗产品的使用寿命,应该引起使用者的高度注意。由于不同原料的隔热条外观很难鉴别真伪,建议用户在使用和选择隔热条时,注意选择信誉好、质量有保障的尼龙66隔热条,同时不忘向提供者索要相关检测报告和长期质量保证承诺,做好使用过程中的质量跟踪。


pvc隔热条

标签

最近浏览:

地址:山东省潍坊市临朐县东城街道高速路口东贾家庄村   电话:0536-3629866  传真:0536-3626977   网址:www.sdtjgrcl.com     营业执照

服务支持:米搜大宇网络
Copyright © 山东泰杰隔热材料有限公司 All rights reserved 备案号:鲁ICP备18026777号-1 主要从事于尼龙隔热条,PVC隔热条,PA66隔热条 , 欢迎来电咨询!