鐘國生, 黃間珍, 李志勁

[佛山市質量計量監(jiān)督檢測中心, 國家鋁型材及門窗制品質量監(jiān)督檢驗中心(廣東), 佛山 528000]

聚酰胺(PA)是一種高分子材料,通常將碳鏈上碳原子個數(shù)小于10的聚酰胺稱為短鏈聚酰胺(或短鏈尼龍),如聚己二酸己二胺(PA66)等,將碳鏈上碳原子個數(shù)不小于10的聚酰胺稱為長鏈聚酰胺(或長鏈尼龍)[1-2]。PA66具有強度高、韌性好等特點,廣泛用于制作輪胎簾子線、氣囊絲、濾布、繩索、漁網(wǎng)、工業(yè)輸送帶、汽車和電子零部件等[3],滿足下游工業(yè)制品輕量化、低成本的要求。鋁制建筑窗中的聚酰胺隔熱膠條具有封閉、阻斷水和氣體滲透的作用。隔熱膠條的質量直接影響鋁制建筑窗的質量。

在某穿條式隔熱鋁合金建筑型材的生產(chǎn)過程中,其聚酰胺隔熱膠在復合部位發(fā)生變形(見圖1)。為查明聚酰胺隔熱膠的變形原因,筆者采用一系列理化檢驗方法對其進行分析,以避免該類問題再次發(fā)生。

圖1 變形聚酰胺隔熱膠的宏觀形貌

1 理化檢驗

1.1 組分分析

稱取4～5 g的聚酰胺隔熱膠條,在750 ℃溫度下加熱膠條30 min,然后將其置于干燥器內(nèi)冷卻至室溫,在分析天平上稱量至恒重,得到聚酰胺隔熱膠中玻璃纖維的質量分數(shù)平均值為24.5%,符合標準要求(22.5%～27.5%)。

1.2 微觀分析

采用偏光顯微鏡對正常聚酰胺隔熱膠和變形聚酰胺隔熱膠煅燒后的灰分進行觀察,結果如圖2所示。由圖2可知:正常聚酰胺隔熱膠中的玻璃纖維呈透明、細長狀;變形聚酰胺隔熱膠中大部分為短碎的玻璃纖維。

圖2 正常聚酰胺隔熱膠和變形聚酰胺隔熱膠煅燒后灰分的微觀形貌

1.3 差示掃描量熱(DSC)分析

DSC分析時的氮氣流量為20 mL/min,升溫速率為20 ℃/min,將溫度由25 ℃升至300 ℃,恒溫5 min;再以20 ℃/min的降溫速率將溫度由300 ℃降至25 ℃,恒溫5 min。圖3為聚酰胺隔熱膠的DSC分析結果,聚酰胺隔熱膠的熔融峰對應溫度約為240 ℃。聚酰胺隔熱膠具有較高的熱穩(wěn)定性,熔融峰對應溫度應大于255 ℃。變形聚酰胺隔熱膠的熔融峰溫度偏低,說明其加工成型溫度偏低。

圖3 聚酰胺隔熱膠的DSC分析結果

1.4 力學性能測試

分別在正常聚酰胺隔熱膠和變形聚酰胺隔熱膠上取樣,將試樣加工成啞鈴狀,其長度為75 mm、標距為25 mm、中間水平部分的寬度為5 mm、半徑不小于40 mm。采用拉力機分別對試樣進行縱向和橫向拉伸,直到試樣拉斷,測量3次,取最大抗拉力的平均值。圖4為正常聚酰胺隔熱膠和變形聚酰胺隔熱膠的抗拉力測試結果。由圖4可知:變形聚酰胺隔熱膠的縱向抗拉力比正常聚酰胺隔熱膠低了約40%,兩者的縱向斷后伸長率無明顯差異;變形聚酰胺隔熱膠橫向抗拉力比正常聚酰胺隔熱膠低了100%,橫向斷后伸長率低30%,說明變形聚酰胺隔熱膠的脆性較大。

圖4 正常聚酰胺隔熱膠和變形聚酰胺隔熱膠的抗拉力測試結果

1.5 紅外光譜分析

對正常聚酰胺隔熱膠和變形聚酰胺隔熱膠進行紅外光譜分析,掃描范圍為500～4 000 cm-1,結果如圖5所示。由圖5可知:正常聚酰胺隔熱膠和變形聚酰胺隔熱膠的譜圖非常相似,說明兩者內(nèi)部分子鏈的特征基團相似;變形聚酰胺隔熱膠在波數(shù)為1 736 cm-1處的酯羰基吸收峰變?nèi)?說明材料發(fā)生了水解反應,并導致酯鍵斷裂,變形聚酰胺隔熱膠在波數(shù)為1 570～1 680 cm-1和3 100～3 600 cm-1處吸收峰強度比正常聚酰胺隔熱膠弱,說明變形聚酰胺隔熱膠的羥基和羰基較少[4-5],聚酰胺的加工成型溫度偏低。

圖5 正常聚酰胺隔熱膠和變形聚酰胺隔熱膠的紅外光譜分析結果

2 綜合分析

聚酰胺隔熱膠的主要組分為PA66、玻璃纖維和樹脂,其中玻璃纖維作為增強體,樹脂具有均勻分散載荷的作用,界面層將載荷傳遞到纖維,使玻璃纖維承受剪切載荷和壓縮載荷[6]。玻璃纖維短碎,導致其與樹脂的結合作用力降低。玻璃纖維與樹脂基體剝離,發(fā)生層間脫黏合現(xiàn)象,會導致隔熱膠發(fā)生變形[7]。聚酰胺隔熱膠的熔融峰對應溫度較低,可能是因為聚酰胺隔熱膠中摻雜了不純的PA66,或是PA66重復使用導致其結晶程度降低。PA66本身具有耐高溫性能,還可以保證隔熱條的尺寸穩(wěn)定性,材料中的玻璃纖維和各種添加劑可以改善其力學性能,提高其熱穩(wěn)定性,使聚酰胺復合材料可以用于結構件的制造。聚酰胺的加工成型溫度偏低,使聚酰胺隔熱膠的熔融峰對應偏低,最終導致材料發(fā)生變形。

3 結論及建議

玻璃纖維短碎導致其與樹脂結合作用力降低;材料的成型溫度不足、結晶程度低、熔融峰對應溫度偏低使材料的力學性能變差,最終導致聚酰胺隔熱膠變形。

應嚴格控制聚酰胺復合材料產(chǎn)品中基體和填料的組分含量,并對材料的加工過程進行嚴格監(jiān)控,以避免材料的力學性能不達標。