穿条式隔热型材蠕变系数的影响因素及应用

黄显芝, 关耀威, 刘英坤

(广东省科学院 工业分析检测中心， 广州 510650)

隔热型材[1]是以隔热材料连接铝合金型材而制成的具有隔热功能的复合型材，因此其复合性能(如纵向剪切特征值TC、横向拉伸特征值QC和蠕变系数A等)是影响产品质量的重要因素，也是各生产企业关注的性能指标。隔热型材按复合方式分为穿条式和浇注式，分别使用聚酰胺型材(即隔热条)[2]和聚氨酯隔热胶[3]作为隔热材料。

蠕变系数A[1,4]反映了隔热型材经过80 ℃/1 000 h持久载荷纵向剪切试验后，其高温纵向抗剪特征值，其数值越接近1代表隔热型材的稳定性越好。高温纵向抗剪特征值是隔热型材复合性能中最具代表性的指标[5]，按照现行国家标准的要求，其值不小于24 N·mm-1。

笔者通过纵向剪切试验研究了穿条式隔热型材蠕变系数的影响因素及应用，以期能有效地提升国内隔热型材企业的产品质量。

1 试验方法

该次试验中材料均为穿条式隔热型材。按GB/T 5237.6-2017《铝合金建筑型材 第6部分：隔热型材》表13中的取样规定，每批抽取2根隔热型材，在每根型材的中部和两端各切取5个试样，试样长度为(100±2) mm。将试样分成3份(每份10个)，第1、2份试样分别进行室温、高温纵向剪切试验，第3份试样放入高温持久载荷纵向剪切试验机中进行80 ℃/1 000 h持久试验，待试验结束后取出并对其进行高温纵向剪切试验，最后计算出蠕变系数A。

1.1 穿条式隔热型材纵向抗剪特征值

(1)

1.2 高温持久载荷纵向剪切试验

第3份试样按GB/T 28289-2012中3.6款的步骤进行高温持久载荷纵向剪切试验，试验条件为(80±2) ℃/1 000 h。试样的夹持悬挂应符合GB/T 28289—2012中3.6.5款的技术要求，持久载荷p按下式计算[4]：

(2)

式中：p为试验加载的载荷；L为试样名义长度(该次试验中的名义长度L均为100 mm)。

1.3 蠕变系数A的测定

(3)

2 试验数据及分析

聚酰胺型材根据截面结构分为I型和非I型两类[2]，如图1所示，其中h为聚酰胺型材截面高度。

图1 聚酰胺型材截面高度示意图Fig.1 Schematic diagram of section height of polyamide profile: a) type I; b) non-type I

该次试验主要研究I型截面高度h分别为14.8、20、24 mm的隔热型材试样。试验结果详见表1。

表1 隔热型材纵向剪切试验结果Tab.1 Longitudinal shear test results of thermal insulation profile

2.1 特征值TC和标准差ST

任何产品的生产都涉及一系列质量控制，就穿条式隔热型材而言，其质量控制主要包括：在系统设计阶段对铝型材槽口和聚酰胺型材头部的标准化设计；材料选择阶段使用尺寸精良、力学性能良好的材料；加工阶段对开齿和滚压这两道关键工序的控制[6]。GB/T 5237.6-2017以一系列参数指标评价产品质量好坏，诸如力学性能、抗老化性能及复合性能。

在设计合理、选材合格的基础上，复合质量的关键在加工阶段，包括开齿、穿条和滚压。研究结果表明开齿状况直接影响隔热型材纵向剪切性能[7]：①齿峰宽度越小、齿深越大，则(室温、高温)纵向剪切的标准差ST越小、特征值TC越大；②齿峰宽度越小、齿深越大，室温与高温纵向剪切特征值的偏差ΔTC越小。

造成这个结果的原因可理解为：齿峰宽度越小、齿深越大意味着齿越尖锐，则在相同的滚压力作用下嵌入隔热条越深，两者的结合更牢固，最终反映为复合性能更好，抗剪特征值更大。需要注意以上结论成立的前提是除开齿状况外，隔热型材的其他状况一致(如铝型材和隔热条的尺寸、材料、滚压工艺相同等)，即ST越小并不必然意味着TC越大、ΔTC越小。

2.2 特征值偏差ΔTC和蠕变系数A

表2 TC、ΔTC和ΔA的关系Tab.2 The relationship between TC, ΔTC and ΔA

2.3 讨论

第I组的TC较小，说明开齿状况、滚压力大小和波动的综合效果不佳，最终必然影响复合稳定性。4号试验的ST远大于1、7号试验的，长期来说应该更不稳定，ΔTC和ΔA的不一致很可能与应力释放的时效有关，但这一猜测需要更多试验数据来证实。蠕变试验更像加强版的高温纵向剪切试验，除了高温还加入了载荷与时间，更严苛地测试隔热型材复合性能的稳定性。

蠕变系数A的意义在于衡量隔热型材复合性能在经历高温、加载时效后的稳定性，国家标准中加入这项指标，对丰富产品的评价维度有积极意义。但这项指标应与其他指标(特别是TC和ST)综合使用，才能使评价结果更有效。

3 结论

(1) 蠕变系数A作为评价复合稳定性的指标，与隔热条截面高度h无明显关联，但与纵向剪切试验的指标关系密切。

(2) 由于隔热型材的开齿状况、滚压力与波动直接影响纵向剪切特征值TC和纵向剪切标准差ST的大小，可以推断其亦是影响蠕变系数A的重要因素。蠕变系数A不应单独使用，至少需要联合TC和ST才能更有效地对隔热型材的复合稳定性作出评价。高温纵向抗剪特征值仍然是最便捷的评价指标。

(3) 现行国家标准中蠕变系数A的合格值空缺，后续的修订完善工作需要大量试验数据支持。