铝合金窗用聚酰胺隔热胶变形原因

钟国生, 黄间珍, 李志劲

[佛山市质量计量监督检测中心, 国家铝型材及门窗制品质量监督检验中心(广东), 佛山 528000]

聚酰胺(PA)是一种高分子材料,通常将碳链上碳原子个数小于10的聚酰胺称为短链聚酰胺(或短链尼龙),如聚己二酸己二胺(PA66)等,将碳链上碳原子个数不小于10的聚酰胺称为长链聚酰胺(或长链尼龙)[1-2]。PA66具有强度高、韧性好等特点,广泛用于制作轮胎帘子线、气囊丝、滤布、绳索、渔网、工业输送带、汽车和电子零部件等[3],满足下游工业制品轻量化、低成本的要求。铝制建筑窗中的聚酰胺隔热胶条具有封闭、阻断水和气体渗透的作用。隔热胶条的质量直接影响铝制建筑窗的质量。

在某穿条式隔热铝合金建筑型材的生产过程中,其聚酰胺隔热胶在复合部位发生变形(见图1)。为查明聚酰胺隔热胶的变形原因,笔者采用一系列理化检验方法对其进行分析,以避免该类问题再次发生。

图1 变形聚酰胺隔热胶的宏观形貌

1 理化检验

1.1 组分分析

称取4～5 g的聚酰胺隔热胶条,在750 ℃温度下加热胶条30 min,然后将其置于干燥器内冷却至室温,在分析天平上称量至恒重,得到聚酰胺隔热胶中玻璃纤维的质量分数平均值为24.5%,符合标准要求(22.5%～27.5%)。

1.2 微观分析

采用偏光显微镜对正常聚酰胺隔热胶和变形聚酰胺隔热胶煅烧后的灰分进行观察,结果如图2所示。由图2可知:正常聚酰胺隔热胶中的玻璃纤维呈透明、细长状;变形聚酰胺隔热胶中大部分为短碎的玻璃纤维。

图2 正常聚酰胺隔热胶和变形聚酰胺隔热胶煅烧后灰分的微观形貌

1.3 差示扫描量热(DSC)分析

DSC分析时的氮气流量为20 mL/min,升温速率为20 ℃/min,将温度由25 ℃升至300 ℃,恒温5 min;再以20 ℃/min的降温速率将温度由300 ℃降至25 ℃,恒温5 min。图3为聚酰胺隔热胶的DSC分析结果,聚酰胺隔热胶的熔融峰对应温度约为240 ℃。聚酰胺隔热胶具有较高的热稳定性,熔融峰对应温度应大于255 ℃。变形聚酰胺隔热胶的熔融峰温度偏低,说明其加工成型温度偏低。

图3 聚酰胺隔热胶的DSC分析结果

1.4 力学性能测试

分别在正常聚酰胺隔热胶和变形聚酰胺隔热胶上取样,将试样加工成哑铃状,其长度为75 mm、标距为25 mm、中间水平部分的宽度为5 mm、半径不小于40 mm。采用拉力机分别对试样进行纵向和横向拉伸,直到试样拉断,测量3次,取最大抗拉力的平均值。图4为正常聚酰胺隔热胶和变形聚酰胺隔热胶的抗拉力测试结果。由图4可知:变形聚酰胺隔热胶的纵向抗拉力比正常聚酰胺隔热胶低了约40%,两者的纵向断后伸长率无明显差异;变形聚酰胺隔热胶横向抗拉力比正常聚酰胺隔热胶低了100%,横向断后伸长率低30%,说明变形聚酰胺隔热胶的脆性较大。

图4 正常聚酰胺隔热胶和变形聚酰胺隔热胶的抗拉力测试结果

1.5 红外光谱分析

对正常聚酰胺隔热胶和变形聚酰胺隔热胶进行红外光谱分析,扫描范围为500～4 000 cm-1,结果如图5所示。由图5可知:正常聚酰胺隔热胶和变形聚酰胺隔热胶的谱图非常相似,说明两者内部分子链的特征基团相似;变形聚酰胺隔热胶在波数为1 736 cm-1处的酯羰基吸收峰变弱,说明材料发生了水解反应,并导致酯键断裂,变形聚酰胺隔热胶在波数为1 570～1 680 cm-1和3 100～3 600 cm-1处吸收峰强度比正常聚酰胺隔热胶弱,说明变形聚酰胺隔热胶的羟基和羰基较少[4-5],聚酰胺的加工成型温度偏低。

图5 正常聚酰胺隔热胶和变形聚酰胺隔热胶的红外光谱分析结果

2 综合分析

聚酰胺隔热胶的主要组分为PA66、玻璃纤维和树脂,其中玻璃纤维作为增强体,树脂具有均匀分散载荷的作用,界面层将载荷传递到纤维,使玻璃纤维承受剪切载荷和压缩载荷[6]。玻璃纤维短碎,导致其与树脂的结合作用力降低。玻璃纤维与树脂基体剥离,发生层间脱黏合现象,会导致隔热胶发生变形[7]。聚酰胺隔热胶的熔融峰对应温度较低,可能是因为聚酰胺隔热胶中掺杂了不纯的PA66,或是PA66重复使用导致其结晶程度降低。PA66本身具有耐高温性能,还可以保证隔热条的尺寸稳定性,材料中的玻璃纤维和各种添加剂可以改善其力学性能,提高其热稳定性,使聚酰胺复合材料可以用于结构件的制造。聚酰胺的加工成型温度偏低,使聚酰胺隔热胶的熔融峰对应偏低,最终导致材料发生变形。

3 结论及建议

玻璃纤维短碎导致其与树脂结合作用力降低;材料的成型温度不足、结晶程度低、熔融峰对应温度偏低使材料的力学性能变差,最终导致聚酰胺隔热胶变形。

应严格控制聚酰胺复合材料产品中基体和填料的组分含量,并对材料的加工过程进行严格监控,以避免材料的力学性能不达标。