黃顯芝, 關耀威, 劉英坤

(廣東省科學院 工業(yè)分析檢測中心， 廣州 510650)

隔熱型材[1]是以隔熱材料連接鋁合金型材而制成的具有隔熱功能的復合型材，因此其復合性能(如縱向剪切特征值TC、橫向拉伸特征值QC和蠕變系數(shù)A等)是影響產(chǎn)品質量的重要因素，也是各生產(chǎn)企業(yè)關注的性能指標。隔熱型材按復合方式分為穿條式和澆注式，分別使用聚酰胺型材(即隔熱條)[2]和聚氨酯隔熱膠[3]作為隔熱材料。

蠕變系數(shù)A[1,4]反映了隔熱型材經(jīng)過80 ℃/1 000 h持久載荷縱向剪切試驗后，其高溫縱向抗剪特征值，其數(shù)值越接近1代表隔熱型材的穩(wěn)定性越好。高溫縱向抗剪特征值是隔熱型材復合性能中最具代表性的指標[5]，按照現(xiàn)行國家標準的要求，其值不小于24 N·mm-1。

筆者通過縱向剪切試驗研究了穿條式隔熱型材蠕變系數(shù)的影響因素及應用，以期能有效地提升國內隔熱型材企業(yè)的產(chǎn)品質量。

1 試驗方法

該次試驗中材料均為穿條式隔熱型材。按GB/T 5237.6-2017《鋁合金建筑型材 第6部分：隔熱型材》表13中的取樣規(guī)定，每批抽取2根隔熱型材，在每根型材的中部和兩端各切取5個試樣，試樣長度為(100±2) mm。將試樣分成3份(每份10個)，第1、2份試樣分別進行室溫、高溫縱向剪切試驗，第3份試樣放入高溫持久載荷縱向剪切試驗機中進行80 ℃/1 000 h持久試驗，待試驗結束后取出并對其進行高溫縱向剪切試驗，最后計算出蠕變系數(shù)A。

1.1 穿條式隔熱型材縱向抗剪特征值

(1)

1.2 高溫持久載荷縱向剪切試驗

第3份試樣按GB/T 28289-2012中3.6款的步驟進行高溫持久載荷縱向剪切試驗，試驗條件為(80±2) ℃/1 000 h。試樣的夾持懸掛應符合GB/T 28289—2012中3.6.5款的技術要求，持久載荷p按下式計算[4]：

(2)

式中：p為試驗加載的載荷；L為試樣名義長度(該次試驗中的名義長度L均為100 mm)。

1.3 蠕變系數(shù)A的測定

(3)

2 試驗數(shù)據(jù)及分析

聚酰胺型材根據(jù)截面結構分為I型和非I型兩類[2]，如圖1所示，其中h為聚酰胺型材截面高度。

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

該次試驗主要研究I型截面高度h分別為14.8、20、24 mm的隔熱型材試樣。試驗結果詳見表1。

表1 隔熱型材縱向剪切試驗結果Tab.1 Longitudinal shear test results of thermal insulation profile

2.1 特征值TC和標準差ST

任何產(chǎn)品的生產(chǎn)都涉及一系列質量控制，就穿條式隔熱型材而言，其質量控制主要包括：在系統(tǒng)設計階段對鋁型材槽口和聚酰胺型材頭部的標準化設計；材料選擇階段使用尺寸精良、力學性能良好的材料；加工階段對開齒和滾壓這兩道關鍵工序的控制[6]。GB/T 5237.6-2017以一系列參數(shù)指標評價產(chǎn)品質量好壞，諸如力學性能、抗老化性能及復合性能。

在設計合理、選材合格的基礎上，復合質量的關鍵在加工階段，包括開齒、穿條和滾壓。研究結果表明開齒狀況直接影響隔熱型材縱向剪切性能[7]：①齒峰寬度越小、齒深越大，則(室溫、高溫)縱向剪切的標準差ST越小、特征值TC越大；②齒峰寬度越小、齒深越大，室溫與高溫縱向剪切特征值的偏差ΔTC越小。

造成這個結果的原因可理解為：齒峰寬度越小、齒深越大意味著齒越尖銳，則在相同的滾壓力作用下嵌入隔熱條越深，兩者的結合更牢固，最終反映為復合性能更好，抗剪特征值更大。需要注意以上結論成立的前提是除開齒狀況外，隔熱型材的其他狀況一致(如鋁型材和隔熱條的尺寸、材料、滾壓工藝相同等)，即ST越小并不必然意味著TC越大、ΔTC越小。

2.2 特征值偏差ΔTC和蠕變系數(shù)A

表2 TC、ΔTC和ΔA的關系Tab.2 The relationship between TC, ΔTC and ΔA

2.3 討論

第I組的TC較小，說明開齒狀況、滾壓力大小和波動的綜合效果不佳，最終必然影響復合穩(wěn)定性。4號試驗的ST遠大于1、7號試驗的，長期來說應該更不穩(wěn)定，ΔTC和ΔA的不一致很可能與應力釋放的時效有關，但這一猜測需要更多試驗數(shù)據(jù)來證實。蠕變試驗更像加強版的高溫縱向剪切試驗，除了高溫還加入了載荷與時間，更嚴苛地測試隔熱型材復合性能的穩(wěn)定性。

蠕變系數(shù)A的意義在于衡量隔熱型材復合性能在經(jīng)歷高溫、加載時效后的穩(wěn)定性，國家標準中加入這項指標，對豐富產(chǎn)品的評價維度有積極意義。但這項指標應與其他指標(特別是TC和ST)綜合使用，才能使評價結果更有效。

3 結論

(1) 蠕變系數(shù)A作為評價復合穩(wěn)定性的指標，與隔熱條截面高度h無明顯關聯(lián)，但與縱向剪切試驗的指標關系密切。

(2) 由于隔熱型材的開齒狀況、滾壓力與波動直接影響縱向剪切特征值TC和縱向剪切標準差ST的大小，可以推斷其亦是影響蠕變系數(shù)A的重要因素。蠕變系數(shù)A不應單獨使用，至少需要聯(lián)合TC和ST才能更有效地對隔熱型材的復合穩(wěn)定性作出評價。高溫縱向抗剪特征值仍然是最便捷的評價指標。

(3) 現(xiàn)行國家標準中蠕變系數(shù)A的合格值空缺，后續(xù)的修訂完善工作需要大量試驗數(shù)據(jù)支持。