CN105524456B - 一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及塑料加工领域的一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条及其制备方法。本发明的一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条，包含有以重量份数计的以下组分：尼龙66，100份；玻璃纤维，25～50份；高抗冲聚苯乙烯，15～25份；增容剂，5～10份；抗氧剂，0.5～1份；色母料1～5份。本发明提供了一种性能良好的用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条及其制备方法，与传统隔热条相比加工工艺简单，性能优异，具有较大的市场竞争优势，值得推广应用。

Description

一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条及其制备 方法

技术领域

本发明涉及塑料加工领域的一种玻璃纤维增强尼龙隔热条，更进一步说，涉及一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条及其制备方法。

背景技术

随着现代社会中环境污染和能源消耗的不断加重，人们对节能减排的要求逐渐提高，建筑行业中的铝合金门窗同样也面临着这个问题。铝合金门窗具有轻便、易于加工、阻燃性好、可循环使用、美观等优点，被广泛的应用于建筑行业，但是其热传导系数高，保温效果差的缺陷却与节能减排的理念背道而驰，一度限制了它的应用。断桥冷热技术的出现很好的解决了铝合金门窗的节能问题。

所谓断热冷桥技术，就是将铝合金门窗框分成三部分，外部铝合金框、内部铝合金框以及连接内外铝框的中间芯子部分，而中间芯子部分即隔热条便称为"断热冷桥"。作为铝合金门窗隔热条，要求具备较小的导热系数，优异的力学性能，尤其是横向抗拉性能，并具有高光泽度、尺寸稳定性好、耐热性能高等特性。尼龙66是应用最广的工程塑料之一，具有耐热性高，耐磨耐溶剂等优异性能，使用玻璃纤维增强的尼龙导热系数小，可以很好的起到阻隔热量传导的作用，已经被证明可以用作隔热条，目前已经被广泛应用于门窗型材的隔热处理过程中。但是目前隔热条的生产仍然存在问题，最突出的一个就是在共混挤出成隔热条的时候玻纤基本都沿隔热条的纵向分布，沿横向分布的玻纤很少使得隔热条的核心性能之一横向抗拉性能较差。为了使部分玻纤能够沿横向分布增强隔热条的横向抗拉伸性能，生产厂家不得不在生产工艺上投入更多成本进行诸多改进。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条及其制备方法。这种隔热条可以通过普通的挤出设备直接生产，不必进行额外的工艺改进，其不仅可以很好的起到阻隔热传导的作用，而且具有优异的力学性能，尤其是横向拉伸性能得到了显著提高，为隔热条的制作提供了一种更加可靠的选择。

本发明目的之一是提供一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条，包含有以重量份数计的以下组分：

其中，所述玻璃纤维可经偶联剂进行表面处理；所述玻璃纤维与偶联剂的用量为(25～50)：(1～5)，优选为(30～40)：(2～4)。该表面处理为本领域常规处理方法。具体可为将偶联剂配成偶联剂重量比为3～10％的无水乙醇溶液，再加入玻璃纤维，混合均匀后浸泡约30～60min，取出后在烘箱中100～120℃烘干30～60min。

所述尼龙66可选本领域常用的尼龙66，其相对粘度可以优选为2.0～5.0Pa·s。

所述玻璃纤维可为无碱短玻纤，玻纤长度3～10mm，优选3～6mm。

所述增容剂可为聚丁二烯接枝马来酸酐(PB-g-MAH)，其数均分子量为2000～4000，马来酸酐接枝率为5～10％。

所述偶联剂可为硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂。其中硅烷偶联剂具体可选自：Y-氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)、N-p-氨乙基卞氨丙基三甲基硅烷(A-1120)、KH550、KH560、KH570中的至少一种；钛酸酯偶联剂具体可选自异丙基三(硬脂酰基)钛酸酯(101)、异丙基三(羟基十八碳烯-9-酰基)钛酸酯(102)中的至少一种。

所述抗氧剂可以采用现有技术中聚乙烯领域常用的抗氧剂，用量也采用常规用量。优选为受阻酚类抗氧剂和磷酸酯类抗氧剂的混合物，或市售的受阻酚类抗氧剂和磷酸酯类抗氧剂的复配抗氧剂，比如巴斯夫股份公司的抗氧剂B225。

当抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂和磷酸酯类抗氧剂的混合物时，受阻酚类抗氧剂和磷酸酯类抗氧剂的重量比优选为1:(1～3)，更优选为1:(1.5～2.5)。

所述受阻酚类抗氧剂更优选自四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸中的至少一种；所述磷酸酯类抗氧剂更优选自三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯中的至少一种。

所述色母料可以为任何尼龙66的色母料，优选尼龙66炭黑母粒。

本发明目的之二是提供一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条的制备方法，包括以下步骤：

1)将增容剂与高抗冲聚苯乙烯(HIPS)搅拌混合后开炼共混；具体可为将增容剂与高抗冲聚苯乙烯搅拌混合后用开炼机于150～190℃下开炼共混(一般为15～25分钟左右)。

2)将步骤1)得到的开炼产物切粒后与尼龙66、色母料及抗氧剂进行混合；(一般为3～5分钟)具体的混合设备可用本领域常用的混合设备，如高混机等。

3)将步骤2)得到的混合原料及玻璃纤维熔融共混挤出造粒，得到玻纤增强尼龙隔热条的粒料；具体可将混合原料从主喂料口加入，表面处理过的玻纤从侧喂料口加入。具体可用本领域常用的熔融共混挤出造粒设备，如螺杆挤出机。

步骤2)中尼龙66在使用前经干燥处理；所述干燥处理包括在80～100℃下干燥3～5小时。具体可为真空烘箱中80℃干燥3h，或者鼓风烘箱100℃干燥5h。

4)将步骤3)得到的粒料烘干后熔融挤出，在牵引机的牵引下通过模具定型，即得。具体可用本领域常用的熔融挤出设备，如单螺杆挤出机。

其中，所述玻璃纤维优选在使用前，先使用偶联剂对玻璃纤维进行表面处理；该表面处理为本领域常规处理方法，所述玻璃纤维与偶联剂的用量可为(25～50)：(1～5)，优选为(30～40)：(2～4)。该表面处理为本领域常规处理方法。具体可为将偶联剂配成3～10％(wt)的无水乙醇溶液，再加入玻璃纤维，混合均匀后浸泡约30～60min，取出后在烘箱中100～120℃烘干30～60min。

隔热条使用的高分子一般是尼龙66，但是因为强度不够所以加了玻璃纤维来增强。因为玻璃纤维与尼龙66热力学不相容，直接共混界面作用力会很差所以加了偶联剂来对玻纤进行表面处理。隔热条一般都做成黑色的来防紫外老化，所以优选加炭黑母粒。

高抗冲聚苯乙烯(HIPS)的加入主要用来改善玻璃纤维在尼龙66中的分布，增大玻璃纤维横向分布的比例。尼龙66与高抗冲聚苯乙烯的热力学不相容，增容剂的加入有利于改善两者的相容性。增容剂(PB-g-MAH)通过与高抗冲聚苯乙烯中的聚丁二烯链段的链缠结以及在熔融挤出共混过程中与尼龙66端胺基的原位接枝反应稳定的存在于界面处，起到增容作用。通过搅拌和开炼过程，增容剂进入高抗冲聚苯乙烯树脂的链段内部与其链段发生缠结。在开炼产物与尼龙66熔融共混的过程中增容剂的MAH基团与尼龙66的端胺基发生接枝反应，这样增容剂存在于界面处降低了两相间的界面张力，抑制了高抗冲聚苯乙烯在尼龙66基体中的团聚，从而降低了体系中应力集中程度，使得高抗冲聚苯乙烯颗粒在基体中可以均匀分散。由于高抗冲聚苯乙烯以交联颗粒的形式均匀的分散在尼龙66基体中，阻碍了加入的玻璃纤维完全沿熔体流动方向分布，而更倾向于各向同性的无序分布，从而使得玻璃纤维可以在横向和纵向均起到良好的增强作用，使得隔热条的横纵向抗拉性能均能得到明显的改善作用。

本发明的隔热条具有以下优点：

1)制备工艺简单，仅适用普通共混挤出成条设备即可。

2)力学性能尤其是抗拉性能好；

3)线性膨胀系数与铝型材相近，避免隔热条由于热胀冷縮作用从金属型材间脱落，保证了窗户的气密性和水密性能；

4)较小的导热系数，可以有效的隔断热传导，节能减排；

5)尺寸稳定性好，不易变形；

6)耐高温，耐溶剂，耐老化性能好。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

性能测试标准及所用仪器：

拉伸性能：按GB/T 23615.1-2009标准测试，测试仪器为德国Zwick公司Z020型拉伸试验机；

线性膨胀系数：按GB/T 23615.1-2009标准测试，测试仪器为北京网桥电子技术有限公司GW-1500型线性膨胀系数测量仪；

负荷(0.45MPa)变形温度：按GB/T 23615.1-2009标准测试，测试仪器为日本安田精机制作所热变形测试仪；

无缺口冲击强度：按GB/T 23615.1-2009标准测试，测试仪器为德国Zwick公司HIT50P型摆锤冲击试验机。

实施例1

1)使用50g硅烷偶联剂(上海冠都实业有限公司生产，Y-氨丙基三乙氧基硅烷，A-1100；)对500g玻璃纤维(东莞市荣泰玻纤科技有限公司生产，无碱短玻纤，玻纤长度4.5mm)进行表面处理；该表面处理为：将所述硅烷偶联剂配成3％(wt)的无水乙醇溶液，再加入玻璃纤维，混合均匀后浸泡约30min，取出后在烘箱中120℃烘干30min。

称量干燥处理(鼓风烘箱100℃干燥5h)后的1000g尼龙66(杜邦公司生产，101-L)；上述500g表面处理过的玻璃纤维，250g高抗冲聚苯乙烯(扬子巴斯夫，466F)，50g聚丁二烯接枝马来酸酐(PB-g-MAH)(数均分子量为2500，马来酸酐接枝率为6.5wt％)(中石化燕山分公司5200)，10g色母料(东莞市神彩塑胶制品有限公司生产，NL2419黑色母)和10g抗氧剂(B225，杭州海虹精细化工有限公司生产，其成份为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯的复合物，复合重量比例为1:1)。

2)将聚丁二烯接枝马来酸酐与高抗冲聚苯乙烯按上述重量份搅拌混合后用开炼机于180℃下开炼共混20分钟；

3)将步骤2)得到的开炼产物切粒后与干燥好的尼龙66、色母料及抗氧剂按上述重量份放入高混机中混合3分钟；

4)将步骤3)得到的混合原料及表面处理过的玻璃纤维用螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，混合原料从主喂料口加入，表面处理过的玻纤从侧喂料口加入，螺杆转速为200转/分，挤出共混温度在250～275℃之间，得到玻纤增强尼龙隔热条的粒料；

5)将步骤4)得到的粒料烘干后使用单螺杆挤出机熔融挤出，螺杆转速为50转/分，挤出温度在240～270℃之间，在牵引机的牵引下通过模具定型，即得到本发明的玻璃纤维增强尼龙隔热条。

将制得的玻璃纤维增强尼龙隔热条制成标准样条，按照上述测试条件进行各项性能测试。测试结果见表1。

实施例2

1)使用20g钛酸酯偶联剂偶联剂101(广州曙光偶联剂有限公司生产，异丙基三(硬脂酰基)钛酸酯(101))对300g玻璃纤维(东莞市荣泰玻纤科技有限公司生产，无碱短玻纤，玻纤长度4.5mm)进行表面处理；该表面处理为：将所述硅烷偶联剂配成3％(wt)的无水乙醇溶液，再加入玻璃纤维，混合均匀后浸泡约30min，取出后在烘箱中120℃烘干30min。

称量干燥处理(鼓风烘箱100℃干燥5h)后的1000g尼龙66，上述300g表面处理过的玻璃纤维，150g高抗冲聚苯乙烯(HIPS)，60g聚丁二烯接枝马来酸酐(PB-g-MAH)(数均分子量为4000，马来酸酐接枝率为5wt％)(中石化北京燕山分公司5300)，10g色母料和10g抗氧剂。

2)将聚丁二烯接枝马来酸酐与高抗冲聚苯乙烯搅拌混合后用开炼机于180℃下开炼共混20分钟；

3)将步骤2)得到的开炼产物切粒后与干燥好的尼龙66、色母料及抗氧剂放入高混机中混合3分钟；

4)将步骤3)得到的混合原料及表面处理过的玻璃纤维用螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，混合原料从主喂料口加入，表面处理过的玻璃纤维从侧喂料口加入，螺杆转速为200转/分，挤出共混温度在250～275℃之间，得到玻璃纤维增强尼龙隔热条的粒料；

5)将步骤4)得到的粒料烘干后使用单螺杆挤出机熔融挤出，螺杆转速为50转/分，挤出温度在240～270℃之间，在牵引机的牵引下通过模具定型，即得到本发明的玻璃纤维增强尼龙隔热条。

将制得的本发明的玻璃纤维增强尼龙隔热条制成标准样条，按照上述测试条件进行各项性能测试。测试结果见表1。

实施例3

1)使用30g硅烷偶联剂(广州亿珲盛化工有限公司生产，N-p-氨乙基卞氨丙基三甲基硅烷，KH550)将400g玻璃纤维进行表面处理；该表面处理为：将所述硅烷偶联剂配成3％(wt)的无水乙醇溶液，再加入玻璃纤维，混合均匀后浸泡约30min，取出后在烘箱中120℃烘干30min。

称量1000g干燥好的尼龙66，400g上述表面处理过的玻璃纤维，200g高抗冲聚苯乙烯(HIPS)，80g聚丁二烯接枝马来酸酐(PB-g-MAH)(数均分子量为3500，马来酸酐接枝率为6.5wt％)(中石化北京燕山分公司5200F)，10g色母料和8g抗氧剂。

2)将聚丁二烯接枝马来酸酐(PB-g-MAH)与高抗冲聚苯乙烯搅拌混合后用开炼机于180℃下开炼共混20分钟；

3)将步骤2)得到的开炼产物切粒后与干燥好的尼龙66、色母料及抗氧剂放入高混机中混合3分钟；

4)将步骤3)得到的混合原料及表面处理过的玻璃纤维用螺杆挤出机熔融共混挤出造粒，混合原料从主喂料口加入，表面处理过的玻璃纤维从侧喂料口加入，螺杆转速为200转/分，挤出共混温度在250～275℃之间，得到玻璃纤维增强尼龙隔热条的粒料；

5)将步骤4)得到的粒料烘干后使用单螺杆挤出机熔融挤出，螺杆转速为50转/分，挤出温度在240～270℃之间，在牵引机的牵引下通过模具定型，即得到本发明的玻璃纤维增强尼龙隔热条。

将制得的本发明的玻璃纤维增强尼龙隔热条制成标准样条，按照上述测试条件进行各项性能测试。测试结果见表1。

对比例1

购买成品隔热条(河南富邦塑业有限公司生产)，制成标准样条。按照上述测试条件进行各项性能测试。测试结果见表1。

表1标准指标要求及实施例的测试结果

从上面实施例的各项性能测试结果与GB/T 23615.1-2009指标要求的对比及对比例的测试结果可以看出，本发明的用于铝合金门窗的玻纤增强尼龙隔热条各项性能均超过标准规定的指标，能够满足铝合金建筑型材的辅助材料的使用要求，抗拉性能尤其是不同温度下的横向抗拉性能远远高于对比例隔热条样品，线性膨胀系数小于对比例隔热条，更接近于铝型材，综上所述，本发明使用普通的挤出设备直接生产，不必进行额外的工艺改进，生产出的隔热条不仅可以很好的起到阻隔热传导的作用，而且具有优异的力学性能，尤其是横向拉伸性能得到了显著提高，为隔热条的制作提供了一种更加可靠的选择。

Claims (11)

1.一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条，包含有以重量份数计的以下组分：

2.根据权利要求1的一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条，其特征在于：

3.根据权利要求1或2的一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条，其特征在于：

所述玻璃纤维经偶联剂进行表面处理；

其中，所述玻璃纤维与偶联剂的用量为(25～50)：(1～5)。

4.根据权利要求3的一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条，其特征在于：

所述玻璃纤维与偶联剂的用量为(30～40)：(2～4)。

5.根据权利要求1的一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条，其特征在于：

所述玻璃纤维为无碱短玻纤，玻纤长度3～10mm。

6.根据权利要求1的一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条，其特征在于：

所述增容剂为聚丁二烯接枝马来酸酐，其数均分子量为2000～4000，马来酸酐接枝率为5～10％。

7.根据权利要求3的一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条，其特征在于：

所述偶联剂为硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂。

8.根据权利要求1或2所述的一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条，其特征在于由包括以下步骤的方法制成：

1)将增容剂与高抗冲聚苯乙烯搅拌混合后开炼共混；

2)将步骤1)得到的开炼产物切粒后与尼龙66、色母料及抗氧剂进行混合；

3)将步骤2)得到的混合原料及玻璃纤维熔融共混挤出造粒，得到玻纤增强尼龙隔热条的粒料；

4)将步骤3)得到的粒料烘干后熔融挤出，在牵引下通过模具定型，即得。

9.根据权利要求1～8之一项所述的一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将增容剂与高抗冲聚苯乙烯搅拌混合后开炼共混；

2)将步骤1)得到的开炼产物切粒后与尼龙66、色母料及抗氧剂进行混合；

3)将步骤2)得到的混合原料及玻璃纤维熔融共混挤出造粒，得到玻纤增强尼龙隔热条的粒料；

4)将步骤3)得到的粒料烘干后熔融挤出，在牵引下通过模具定型，即得。

10.根据权利要求9所述的一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条的制备方法，其特征在于：

步骤2)中所述尼龙66在使用前经干燥处理；所述干燥处理包括在80～100℃下干燥3～5小时。

11.根据权利要求9所述的一种用于铝合金门窗的玻璃纤维增强尼龙隔热条的制备方法，其特征在于：

所述步骤1)中，将增容剂与高抗冲聚苯乙烯搅拌混合后用开炼机于150～190℃下开炼共混。