浅谈尼龙隔热铝合金门窗条化学稳定性

    随着观念与材料工业的发展，建筑门窗从早期的单玻木门窗开始，到单玻实腹钢窗、空腹钢窗、铝合金门窗、塑钢窗，最后发展至目前的断桥铝合金门窗、双玻节能木窗、双玻铝木门窗等多种节能门窗并存的局面。
    铝合金门窗具有重量轻、强度高、刚性好、耐腐无毒、防火性能优异、采光面积大、装饰效果好、使用寿命长等特点，因此广泛为社会所接受。但缺点是导热系数比较大，保温隔热性能差。随着国内外铝型材厂家采用“断桥隔热铝材”弥补了铝合金的固有缺点，新型断桥隔热铝合金门窗逐渐被人们认可，其用量每年均以10%以上的速度增长。
    “断桥隔热铝型材”中关键部件是在两部分铝合金型材间起到连接作用的“隔热条”，隔热条的这种使用性质决定了其必须同时具备较高的力学性能及优异的稳定性，否则在长期使用过程中由于其自身的老化易造成门窗、幕墙断裂脱落，存在重大质量安全隐患，所以隔热条的材质选择及稳定性显得至关重要。然而目前由于原料、生产成本大幅上涨，国内隔热条市场极为混乱，各种劣质隔热条浑水摸鱼，瞒天过海，即使是厂家所谓的玻纤增强尼龙66隔热条，原材料档次也相差甚远，有正牌料、水口料和回收垃圾料之别，质量和性能都相差很多，但由于生产厂家使用了某种复合材料改性技术，可以使隔热条初期强度不会因为原材料档次的差别而存在明显的分别，令我们的客户难以区分。但是，由于劣质原材料成份复杂，其在稳定性方面存在根本缺陷，经过一段时间的使用后，隔热条非常容易老化，力学性能下降，给产品带来很大的质量隐患和安全隐患。本文将针对以上现象，从尼龙66的化学稳定性出发，详细分析影响尼龙66隔热条耐候性的各种影响因素；并分析国内隔热条市场所用原材料的现状。
    2尼龙66的化学稳定性
    尼龙66的稳定性涉及三方面的问题：一是尼龙66隔热条的热氧稳定性，二是湿氧稳定性，三是光稳定性。热氧稳定性对尼龙66隔热条加工过程中品质的保证具有决定性的作用，而湿氧稳定性及光稳定性对保证尼龙66隔热条的长期安全使用有着不可估量的影响。
    2.1热氧稳定性
    尼龙66是由己二胺和己二酸缩聚合成的高分子材料，其分子结构式如下：
    -(CH2)5-CO-NH-CH2-(CH2)5-
    在尼龙66分子结构中位于-NH基团旁的亚甲基-CH2-是最薄弱环节，在高温(大于120℃)有氧气存在情况下，氧首先攻击上述所说的-CH2-中的氢原子形成过氧化物，过氧化物在高温下很易裂解形成自由基，自由基回过头来再攻击-NH基团旁的-CH2-，于是发生尼龙分子链断裂，这就是尼龙66热氧降解过程。
    2.2湿氧稳定性
    （1）高温湿氧稳定性
    由于聚酰胺分子链具有强极性，因此，水分子等极性小分子对聚酰胺的力学性能、尺寸稳定性影响较大，这是因为尼龙66的合成反应是一个化学平衡过程，它是可逆的，如下表示：
    nHOOC-(CH2)4-COOH+nNH2-(CH2)6-NH2=HO-[CO-(CH2)4-CO-HN-(CH2)6-NH]n-H+(2n-1)H2O当高温有水时上述反应会向左边进行，即水解，水解的结果也导致尼龙分子链发生断裂。
    （2）常温湿氧稳定性
    在非均相体系中，水在相界面上的积累将减少界面的粘合力，引起脱层或龟裂。若水渗透到这一区域将产生机械张力，这一张力会使填料与基体分离。对于尼龙66隔热条而言，将造成玻璃纤维等填料与尼龙66基体脱离，材料机械性能下降。
    2.3光稳定性
    由于隔热条作为整体窗框的一部分不可避免地要受到户外太阳光紫外线照射，因此尼龙66的光稳定性就与隔热条能否长期使用紧密联系。当尼龙66暴露在300nm-400nm范围的紫外线下时，尼龙分子链中的碳氮键会发生断裂，另外-NH基团旁的亚甲基-CH2-亦会发生歧化产生自由基，二者共同作用的结果是使尼龙分子链断开，尼龙分子量下降，强度降低。
    2.4尼龙66的稳定化改性    无论是热氧降解，水降解抑或光降解，带来的都是尼龙分子量的减少。因此在隔热条生产加工中，需要加入一些稳定助剂，以改善PA66的稳定性。
    对于PA66热氧化问题，通常所用的助剂有金属盐、亚磷酸酯、硫化物等，它们能有效的抑制PA66自由基链式反应或使反应终止，从而阻止尼龙66发生热氧化反应而分解；对于尼龙湿氧化问题，一般是通过合适的助剂及加工工艺降低PA66吸水率，从而提高PA66耐水性；对于尼龙66光稳定性，常加入一定比例能有效吸收290-400nm波长紫外线或能猝灭激发态分子能量的光稳定剂，在聚合物与光源之间设置一道屏障，阻止紫外线深入聚合物内部，从而可使聚合物得到保护。
    3国内隔热条市场所用原材料现状分析
    2009年前，市场劣质隔热条多为PVC条。众所周知，PVC与铝合金的线膨胀系数存在巨大差异，力学性能、抗老化性能差，同时随着GB/T23615.1-2009《铝合金建筑型材用辅助材料第1部分：聚酰胺隔热条》的出台，PVC隔热条已经被市场所淘汰。目前，玻纤增强尼龙66隔热条基本上已经被市场所认可。但是，近两年国内隔热条市场陷入了激烈的价格战中，某些厂家为了抢占市场根本不顾产品质量，使用来路不明的回收料生产隔热条，使得恶性竞争愈演愈烈。下面介绍国内90%以上小企业所使用的尼龙66回收垃圾料存在的危害成份，以及我们如何区分优质和劣质隔热条。
    3.1尼龙66回收料成份分析
    回收料的生产经过回收、分类、破碎、清洗、挤出造粒等过程，最终得到尼龙66颗粒。其主要成份是尼龙66，但是，由于其回收来源非常杂，其中含有相当量的PP、PE、ABS等各种高分子树脂杂质，以及一些粉末、颗粒等无机杂质。
    3.1.1高分子树脂杂质对隔热条的影响
    尼龙66回收料来源包括废旧器件、渔网丝、气囊布以及安全带等等数不胜数，这些产品都是根据具体使用要求以尼龙66与其它高分子材料（如聚烯烃、接枝聚合物等）经过共混改性过的，这些杂质的存在会给隔热条力学性能带来一定的影响，对此部分厂家通过加入某些增强剂，可以使隔热条初期力学性能得到改善，但由于这些材料是经过多次反复加工使用，树脂基体内存在大量可致降解的自由基，经过一段时间的使用，部分树脂将发生分子链的断裂，如尼龙6相邻分子间的氢键结合相比尼龙66弱，耐热性能相对较差，在加工成型及后期使用中都易发生降解，从而影响隔热条整体稳定性。
    3.1.2无机颗粒杂质对隔热条的影响
    废旧塑料在回收、破碎过程中，难免会有大量填料（如尘土、碳酸钙、滑石粉等）以及一些非铁质金属，这些杂质与尼龙树脂基体是不相容的，界面粘接力非常差。而在隔热条使用过程中难免会有水分等极性介质的侵蚀，若水渗透到这些粘接力不强的界面层，将产生机械张力，这一张力会使填料与基体分离。在长期使用过程中，进而会增加尼龙的吸水率，促进其湿氧降解的过程，对隔热条尺寸及力学性能都将产生较大的影响。
    3.1.3其它不确定因素的影响
    尼龙66属于高分子材料，在加工成型过程中难免产生少量分子链的降解。回收料经过多次重复加工，平均分子量降低，分子量分布变宽，从而造成材料整体性能的降低；同时回收料多次加工，助剂重复使用，材料成份复杂，其稳定性也难于得到保障。
    3.2如何区分优质和劣质隔热条
    3.2.1价格区分
    目前，国产正牌尼龙66原材料价格在3.4万元/吨左右，而进口同类产品更是高达3.5万元/吨以上，以隔热条I型14.8为例，其每米重量约45g，仅仅从原材料成本来看，其每米成本已在1.4元以上，再加上加工费用、公司运营成本、合理的利润等，其售价应该更高。但是，为什么市场上会出现大量的1元/米左右的隔热条呢？我们相信这些隔热条生产厂家从事的不是慈善事业，他们依然是追求企业发展和利润的。所以，从价格可以看出他们使用的只能是非常劣质的回收料（约1~1.5万元/吨）。
    3.2.2产品质量的稳定性
    由于回收料来源复杂多变，从根本上无法保证原材料的批次稳定性，所以隔热条质量的稳定性更无从谈起，尺寸精度、力学性能等波动性很大。
    而正牌原材料供应商如杜邦、巴斯夫、神马等都是正规的大型企业，他们都有严格、全面的产品检验，能够保证不同批次产品质量的一致性，也就从根本上保证了我们隔热条产品的质量稳定性。
    3.2.3产品耐老化性能
    如上所述，由于回收料是经过多次反复加工使用，树脂基体内存在大量可致树脂降解的自由基，这些自由基是引发分子链断裂的诱因，其后果是造成隔热条经过热氧老化、光老化后，力学性能显著下降。而完全采用正牌料生产的隔热条，其抗老性能表现优异。
    4结束语
    尽管行业内的一些专家、前辈在各种场合下一再强调对隔热条材质选择及质量控制上要慎之又慎，但是我国目前隔热条市场上的恶性竞争着实让人忧虑，其后果必然是造成隔热铝合金型材在使用中存在大量质量隐患。因此，希望我们大家携起手来，坚决抵制劣质隔热条，共同促进隔热铝合金型材行业的健康发展。