1.隔熱條的歷史
德國(guó)和意大利等對(duì)隔熱條產(chǎn)品已進(jìn)行了40多年的探索，其開發(fā)出的高性能玻璃纖維增強(qiáng)尼龍66（PA66GF25）鋁型材門窗用隔熱條，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了較高水平[1-3]。
我國(guó)對(duì)PA66GF25隔熱條的研究起步較晚。90年代中后期，國(guó)內(nèi)廠家相繼開發(fā)了PVC和ABS等隔熱條并推廣使用。但由于以PVC和ABS等為基材的隔熱材料的性能與鋁合金不相匹配，特別是線膨脹系數(shù)、斷裂伸長(zhǎng)率、耐熱和耐老化性能等指標(biāo)，無(wú)法保證隔熱條與鋁合金結(jié)合后不會(huì)發(fā)生松脫現(xiàn)象和使用壽命，所以PVC和ABS等隔熱條近年來(lái)已被市場(chǎng)淘汰。
從2000年開始，德國(guó)泰諾風(fēng)的PA66GF25隔熱條產(chǎn)品正式登陸中國(guó)，逐步形成對(duì)中國(guó)建筑隔熱保溫市場(chǎng)的壟斷。國(guó)內(nèi)廠家由于整體裝備和技術(shù)的差距，只能選擇一些簡(jiǎn)單的塑料傳統(tǒng)加工設(shè)備拼湊在一起進(jìn)行生產(chǎn)，難以保證產(chǎn)品質(zhì)量。
國(guó)內(nèi)早期的PA66GF25隔熱條生產(chǎn)成型工藝主要采取“將PA66GF25熔融體放空、拉伸過(guò)模具、直接水冷成型”。此工藝的缺點(diǎn)是放空段熔融體進(jìn)入模具時(shí)容易造成卡模具、斷條等現(xiàn)象，同時(shí)由于直接水冷造成產(chǎn)品表面粗糙，尺寸精度難以保證，油污現(xiàn)象明顯[4-7]。另外，由于放空段自離開擠出機(jī)到模具的這段距離，瞬間溫差大，尼龍66的結(jié)晶顆粒粗糙不均，進(jìn)而造成產(chǎn)品的整體力學(xué)性能不佳。應(yīng)用此工藝制造的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期處于市場(chǎng)的低端位置，外企甚至放言“中國(guó)企業(yè)及其設(shè)備根本不可能做出高性能的PA66GF25隔熱條產(chǎn)品！”
經(jīng)過(guò)數(shù)年的行業(yè)技術(shù)探索和積累[8-11]，以南海易樂(lè)公司為代表的國(guó)內(nèi)企業(yè)，通過(guò)生產(chǎn)技術(shù)的整體提升，相繼實(shí)現(xiàn)了隔熱條產(chǎn)品的生產(chǎn)。筆者以南海易樂(lè)公司實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)對(duì)高性能隔熱條制造過(guò)程中主要的問(wèn)題提出幾點(diǎn)見解。
高性能隔熱條產(chǎn)品一般通過(guò)兩步工藝完成：a、玻纖增強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料改性的雙螺桿造粒工藝；b、單螺桿擠壓成型工藝。
2.雙螺桿造粒工藝及影響
外國(guó)隔熱條生產(chǎn)企業(yè)通常直接選購(gòu)已改性的高纖尼龍66母粒（GF），尼龍66，色母等助劑，按比例混合后直接通過(guò)單螺桿擠出機(jī)擠出成型。但是，由于成本及不同形狀隔熱條對(duì)復(fù)合材料加工流動(dòng)性能的特殊要求，國(guó)內(nèi)廠家傾向于自制隔熱條的玻纖增強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料。
在雙螺桿造粒工藝中，其關(guān)鍵核心技術(shù)之一是：玻纖分散技術(shù)和螺桿螺紋組合。
1）玻纖的分散和長(zhǎng)度對(duì)隔熱條產(chǎn)品的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)和表面質(zhì)量影響比較顯著。因此，生產(chǎn)過(guò)程中除了擁有螺桿螺紋的剪切組合的優(yōu)異分散效果之外，還需配以特定的偶聯(lián)劑，加強(qiáng)玻纖與基體樹脂的結(jié)合。見表1和圖1，a樣制品外表粗糙，玻纖有一定的外露；b、c樣品均加有偶聯(lián)劑，樣品表面光滑。
2）螺桿螺紋組合對(duì)各組份物料的分散和玻纖長(zhǎng)度有重要的影響。各組分物料需要在加纖前（第五區(qū)加纖）得到比較好的塑化，以利于后續(xù)加纖的剪切；實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，粒料內(nèi)玻纖長(zhǎng)度控制在0.6～0.8mm，隔熱條的綜合力學(xué)性能較好。見表1和圖1，a樣品玻纖長(zhǎng)度較大，c樣品長(zhǎng)度較小，但兩種的拉伸強(qiáng)度都較低；b樣品的長(zhǎng)度集中于0.6～0.8mm間，拉伸強(qiáng)度較好。
表1 玻纖長(zhǎng)度及分布對(duì)隔熱條性能的影響
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樣品 |
a |
b |
c |
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偶聯(lián)劑處理 |
無(wú) |
有 |
有 |
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拉伸強(qiáng)度 /MPa |
66.1 |
81.5 |
64.7 |
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制品表面質(zhì)量 |
玻纖有一定外露，表面較粗糙 |
表面光滑 |
表面光滑 |
a b c
圖1 PA66/GF復(fù)合材料中GF的分散情況
3）通過(guò)喂料速度和螺桿主機(jī)轉(zhuǎn)速的相互配合，可以確定所造粒料玻纖含量。雙螺桿的溫區(qū)溫度設(shè)計(jì)整體上遵循從高到低的規(guī)則（即進(jìn)料口高，出料口低），剪切區(qū)域溫度稍低，以利于無(wú)捻長(zhǎng)纖的卷入和剪切分散，見表2。
表2 雙螺桿溫區(qū)工藝溫度設(shè)置
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雙螺桿溫控 |
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溫區(qū) |
1區(qū) |
2區(qū) |
3區(qū) |
4區(qū) |
5區(qū) |
6區(qū) |
7區(qū) |
8區(qū) |
9區(qū) |
10區(qū) |
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溫度°C |
255 |
268 |
268 |
256 |
250 |
240 |
233 |
233 |
240 |
245 |
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3.單螺桿成型工藝及影響
單螺桿的擠出成型工藝亦是影響隔熱條產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，國(guó)內(nèi)外一般采用全自動(dòng)連續(xù)化生產(chǎn)線來(lái)生產(chǎn)高性能隔熱條，此工藝對(duì)設(shè)備、模具、配套設(shè)備的整體性較高，以下分單螺桿、牽引設(shè)備、模具三部分進(jìn)行介紹：
1) 單螺桿擠出工藝
①烘料溫度、時(shí)間對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響
烘料情況對(duì)終產(chǎn)品的外觀和性能有的影響。烘料溫度過(guò)低、烘料時(shí)間不足則殘余水分將嚴(yán)重影響PA66隔熱條的質(zhì)量，如產(chǎn)品內(nèi)部出現(xiàn)疏松的氣泡孔，強(qiáng)度急劇下降，表面花斑多，出現(xiàn)不同程度的浮纖、水紋等（見圖2d、e），嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)噴射現(xiàn)象，產(chǎn)品不能成型。烘料溫度過(guò)高、烘料時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將會(huì)造成助劑性能失效和局部焦化，產(chǎn)品表現(xiàn)為脆性，強(qiáng)度下降，產(chǎn)品尺寸波動(dòng)較大，表面銀紋嚴(yán)重、出現(xiàn)類燒焦的現(xiàn)象，出現(xiàn)碳化料堵塞口模、流道等。一般來(lái)說(shuō)，烘料采用120℃，4小時(shí)左右為宜，另外要顧及所采用的PA66原材料及所選用助劑的性能而作綜合選擇。
d (表面) e（截面） f（表面）
圖2 PA66/GF隔熱條表面及截面微觀情況
圖2中的d、e分別是劣質(zhì)隔熱條表面及斷面圖片?？梢姷?/span>d表面較粗糙且出現(xiàn)玻纖白斑，從e截面的氣孔圖片可見到截面酥松并局部位置有大空隙的現(xiàn)象；f是隔熱條的表面，可見表面光滑且?guī)缀鯚o(wú)浮纖現(xiàn)象。
②單螺桿塑化能力對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響
為了提高隔熱條的產(chǎn)量，采用的模具基本上都是一模多孔擠出，這對(duì)單螺桿的供料能力（即塑化效率）提出了較高的要求。單螺桿的塑化能力主要由主機(jī)轉(zhuǎn)速和溫度控制，轉(zhuǎn)速越快，溫度越高，塑化能力越強(qiáng)。由于玻纖增強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料熔體在低剪切速率條件下粘度高、流動(dòng)性差，容易造成產(chǎn)品表面“浮纖”，同時(shí)由于玻纖增強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料熔體粘度對(duì)溫度具有較高的敏感性，所以，隔熱條的擠出加工工藝要求較高螺桿轉(zhuǎn)速和加工溫度。
2) 牽引穩(wěn)定工藝對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響
生產(chǎn)高性能隔熱條時(shí)，由于采取的是一模多孔擠出的模具，而模具設(shè)計(jì)時(shí)很難達(dá)到每個(gè)口模出口的壓力完全一樣，導(dǎo)致同一套模具的各個(gè)定型模擠出的隔熱條有一定的速度差（每6米的切割周期出現(xiàn)偏差約為10～15cm），造成工藝不穩(wěn)定廢品較多。此問(wèn)題可通過(guò)控制牽引設(shè)備進(jìn)行解決。
①牽引機(jī)位置
牽引機(jī)牽引皮帶部分必須與定型模的中心線在同一直線、同一水平面上，且牽引機(jī)與定型模之間的距離適中。因?yàn)樵诙叹嚯x內(nèi)隔熱條有一定的剛性不易折彎，因此可利用牽引機(jī)起到一個(gè)速度補(bǔ)償，使各出口的隔熱條擠出速度趨向一致（即對(duì)擠出速度稍快的隔熱條施加反向力，對(duì)速度稍慢的施加正向力）。若牽引設(shè)備擺放過(guò)遠(yuǎn)，則只能起到牽引的作用，不能控制擠出速度快慢一致，這是因?yàn)檩^長(zhǎng)的隔熱條具有較好的柔韌性，容易彎曲。
②牽引速度
a、牽引速度快于擠出速度時(shí)，會(huì)使隔熱條的尺寸偏小，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)拉斷條。
b、若牽引慢于擠出速度，則隔熱條會(huì)在牽引機(jī)與定型模被折彎甚至被折斷。
c、若牽引機(jī)牽引速度產(chǎn)生波動(dòng)，此波動(dòng)會(huì)傳導(dǎo)到模具內(nèi)，導(dǎo)致隔熱條產(chǎn)生尺寸的波動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生白斑、波浪紋、銀紋甚至熔接痕。
通過(guò)上述牽引機(jī)位置和牽引速度的控制，依靠機(jī)械手牽引的隔熱條每6米的切割周期相差小于0.3cm，無(wú)需在包裝前再切割一次。同時(shí)，隔熱條的表面質(zhì)量和性能指標(biāo)優(yōu)異。
3) 模具工藝
生產(chǎn)高性能隔熱條所采取的生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)普通隔熱條的生產(chǎn)工藝有比較大的區(qū)別，其主要區(qū)別在定型模與口模的連接方式不一樣，造成了兩種隔熱條的冷卻形式有很大的不同。
使用生產(chǎn)條的模具進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，由于生產(chǎn)速率低，為了提高產(chǎn)量及降低成本，一摸多孔的模具也因此應(yīng)運(yùn)而生。同時(shí)為了能穩(wěn)定地進(jìn)行生產(chǎn)，所設(shè)計(jì)的口模各個(gè)?？椎某隹趬毫Ρ仨氃谝粋€(gè)合理的范圍內(nèi)，壓力相差越小生產(chǎn)越穩(wěn)定。如何保證出料口的壓力均等是設(shè)計(jì)一模多孔高性能隔熱條擠出模具的核心技術(shù)之一。
由于高性能隔熱條生產(chǎn)涉及到眾多學(xué)科的技術(shù)和裝備配置，是一個(gè)復(fù)雜的有機(jī)整體，業(yè)界至今尚無(wú)完備的生產(chǎn)指導(dǎo)理論。筆者僅從雙螺桿造粒工藝、單螺桿成型工藝、牽引、模具等方面作了以上簡(jiǎn)單的分析。表4是新工藝制備的隔熱條性能測(cè)試[12-13]。
表4 本司新工藝隔熱條技術(shù)性能指標(biāo)
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分 類 |
檢測(cè)項(xiàng)目 |
新工藝產(chǎn)品性能 |
試驗(yàn)方法 |
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材料基本性能 （標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)試） |
熱變形溫度℃ |
240 |
GB /T 1634 |
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熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）W/m.k |
0.28 |
GB /T 10297 |
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線膨脹系數(shù)K-1 |
3.3?10-5 |
GB /T 1036 |
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沖擊強(qiáng)度（無(wú)缺口）KJ/m2 |
67.7 或不斷裂 |
GB /T 1043 |
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產(chǎn)品基本性能 （標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)試） |
邵氏硬度 |
84 |
GB /T 2411 |
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密度允許偏差g/cm3 |
1.29 |
GB /T 1033 |
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拉伸強(qiáng)度（橫向）N/mm |
202 |
JG/T 174-2005 |
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拉伸強(qiáng)度（縱向）MPa |
86.3 |
GB/T 1040 |
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斷裂伸長(zhǎng)率% |
4.4 |
GB/T 1040 |
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拉伸彈性模量MPa |
4520 |
GB/T 1040 |
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高溫性能（＋90℃） |
抗拉強(qiáng)度（橫向）N/mm |
116 |
JG/T 174-2005 |
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低溫性能（－30℃） |
抗拉強(qiáng)度（橫向）N/mm |
218 |
企標(biāo) |
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沖擊強(qiáng)度（無(wú)缺口）KJ/m2 |
67.7 或不斷裂 |
GB /T 1043 |
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耐水性能 |
抗拉強(qiáng)度（橫向）N/mm |
101 |
JG/T 174-2005 |
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紫外老化(200h) |
抗拉強(qiáng)度（橫向）N/mm |
174 |
JG/T 174-2005 |
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備注：1. 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是指室溫為23±2℃和相對(duì)濕度50％±5％的實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)。 2.材料性能指從原材料上取樣，按標(biāo)準(zhǔn)要求的試樣進(jìn)行測(cè)試；產(chǎn)品性能指從成品隔熱條上直接取樣測(cè)試。 3.高溫、低溫、耐水和紫外老化性能中的抗拉強(qiáng)度（橫向）指標(biāo)僅適用于I型條。 |
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4. 結(jié)語(yǔ)
本文概述了國(guó)內(nèi)隔熱條的發(fā)展歷程，同時(shí)對(duì)制備高性能隔熱條產(chǎn)品的工藝過(guò)程要點(diǎn)進(jìn)行了分析和總結(jié)，指出了制造高性能國(guó)產(chǎn)隔熱條的關(guān)鍵要素和發(fā)展方向。
國(guó)產(chǎn)隔熱條的生產(chǎn)技術(shù)雖然取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，但整體而言還需更進(jìn)一步的探索和突破。筆者提出以下幾點(diǎn)國(guó)產(chǎn)隔熱條的發(fā)展方向：
1）整體裝備技術(shù)。迄今為止，國(guó)內(nèi)企業(yè)尚未有專門的隔熱條生產(chǎn)設(shè)備，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。
2）模具設(shè)計(jì)技術(shù)。國(guó)內(nèi)隔熱條企業(yè)所用的模具的成型孔道及其冷卻回路的精細(xì)結(jié)構(gòu)，跟外企成熟技術(shù)相比尚有較大的差距。
3）配方和工藝技術(shù)。需要開發(fā)新型的功能型助劑進(jìn)一步提升產(chǎn)品的質(zhì)量，開發(fā)新工藝以改善生產(chǎn)環(huán)節(jié)減少勞動(dòng)強(qiáng)度。
