1.隔熱條的歷史

德國和意大利等國家對(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]。

我國對(duì)PA66GF25隔熱條的研究起步較晚。90年代中后期，國內(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)、斷裂伸長率、耐熱和耐老化性能等指標(biāo)，無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等隔熱條近年來已被市場淘汰。

從2000年開始，德國泰諾風(fēng)的PA66GF25隔熱條產(chǎn)品正式登陸中國，逐步形成對(duì)中國建筑隔熱保溫市場的壟斷。國內(nèi)廠家由于整體裝備和技術(shù)的差距，只能選擇一些簡單的塑料傳統(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)品在國內(nèi)長期處于市場的低端位置，外企甚至放言“中國企業(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)過數(shù)年的行業(yè)技術(shù)探索和積累^[8-11]，以南海易樂公司為代表的國內(nèi)企業(yè)，通過生產(chǎn)技術(shù)的整體提升，相繼實(shí)現(xiàn)了高端隔熱條產(chǎn)品的生產(chǎn)。筆者以南海易樂公司實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)對(duì)高性能隔熱條制造過程中主要的問題提出幾點(diǎn)見解。

高性能隔熱條產(chǎn)品一般通過兩步工藝完成：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

外國隔熱條生產(chǎn)企業(yè)通常直接選購已改性的高纖尼龍66母粒（50%GF），尼龍66，色母等助劑，按比例混合后直接通過單螺桿擠出機(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，國內(nèi)廠家傾向于自制隔熱條專用的玻纖增強(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樣品玻纖長度較大，c樣品長度較小，但兩種的拉伸強(qiáng)度都較低；b樣品的長度集中于0.6～0.8mm間，拉伸強(qiáng)度較好。

表1 玻纖長度及分布對(duì)隔熱條性能的影響

          a                    b                   c

圖1  PA66/GF復(fù)合材料中GF的分散情況

3）通過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，以利于無捻長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

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，國內(nèi)外一般采用全自動(dòng)連續(xù)化生產(chǎn)線來生產(chǎn)高性能隔熱條，此工藝對(duì)設(shè)備、模具、配套專用設(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)最終產(chǎn)品的外觀和性能有極大的影響。烘料溫度過低、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。烘料溫度過高、烘料時(shí)間過長，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。一般來說，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?？梢姷絛表面較粗糙且出現(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是優(yōu)質(zhì)隔熱條的表面，可見表面光滑且?guī)缀鯚o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。此問題可通過控制牽引設(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)高端條的模具進(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單的分析。表4是新工藝制備的隔熱條性能測試^[12-13]。

表4 本司新工藝隔熱條技術(shù)性能指標(biāo)

4. 結(jié)語

本文概述了國內(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)品的工藝過程要點(diǎn)進(jìn)行了分析和總結(jié)，指出了制造高性能國產(chǎn)隔熱條的關(guān)鍵要素和發(fā)展方向。
國產(chǎn)隔熱條的生產(chǎn)技術(shù)雖然取得長足的進(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)國產(chǎn)隔熱條的發(fā)展方向：

1）整體裝備技術(shù)。迄今為止，國內(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。