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      隔熱型材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(fù)合型材，因此其復(fù)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(zhì)量的重要因素，也是各生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注的性能指標(biāo)。隔熱型材按復(fù)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）和聚氨酯隔熱膠作為隔熱材料。

     蠕變系數(shù)A反映了隔熱型材經(jīng)過80℃/1000h持久載荷縱向剪切試驗(yàn)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(fù)合性能中最具代表性的指標(biāo)，按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，其值不小于24N·mm-1。

     來自廣東省科學(xué)院工業(yè)分析檢測(cè)中心的黃顯芝、關(guān)耀威和劉英坤三位研究人員通過縱向剪切試驗(yàn)研究了穿條式隔熱型材蠕變系數(shù)的影響因素及應(yīng)用，以期能有效地提升國(guó)內(nèi)隔熱型材企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量。

1 試驗(yàn)方法

      該次試驗(yàn)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(gè)試樣，試樣長(zhǎng)度為(100±2) mm。將試樣分成3份（每份10個(gè)），第1、2份試樣分別進(jìn)行室溫、高溫縱向剪切試驗(yàn)，第3份試樣放入高溫持久載荷縱向剪切試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行80℃/1000h持久試驗(yàn)，待試驗(yàn)結(jié)束后取出并對(duì)其進(jìn)行高溫縱向剪切試驗(yàn)，最后計(jì)算出蠕變系數(shù)A。

1.1 穿條式隔熱型材縱向抗剪特征值

      第1份試樣按GB/T 28289—2012《鋁合金隔熱型材復(fù)合性能試驗(yàn)方法》中3.1款的步驟，在溫度(23±2) ℃的條件下進(jìn)行縱向剪切試驗(yàn)，得到試樣單位長(zhǎng)度上承受的最大剪切力T，并計(jì)算出10個(gè)試樣的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差ST，再由下式計(jì)算出縱向剪切特征值TC：

      第1份試樣的縱向抗剪特征值TC記為TCR。第2份試樣的試驗(yàn)步驟與第1份相同，試驗(yàn)溫度為(80±2)℃，所得高溫縱向抗剪特征值記為TCN，并在接下來的高溫持久載荷縱向剪切試驗(yàn)中用于確定持久載荷的大小。

1.2 高溫持久載荷縱向剪切試驗(yàn)

     第3份試樣按GB/T 28289—2012中3.6款的步驟進(jìn)行高溫持久載荷縱向剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為(80±2)℃/1000h。試樣的夾持懸掛應(yīng)符合GB/T 28289—2012中3.6.5款的技術(shù)要求，持久載荷p按下式計(jì)算：

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

1.3 蠕變系數(shù)A的測(cè)定

     第3份試樣完成高溫持久載荷縱向剪切試驗(yàn)后，按標(biāo)準(zhǔn)步驟進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，隨后進(jìn)行高溫縱向剪切試驗(yàn)得到特征值TCM。按下式計(jì)算蠕變系數(shù)A。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

      聚酰胺型材根據(jù)截面結(jié)構(gòu)分為I型和非I型兩類，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

      該次試驗(yàn)主要研究I型截面高度h分別為14.8、20、24mm的隔熱型材試樣。試驗(yàn)結(jié)果詳見表1。

表1 隔熱型材縱向剪切試驗(yàn)結(jié)果

2.1 特征值TC和標(biāo)準(zhǔn)差ST

     任何產(chǎn)品的生產(chǎn)都涉及一系列質(zhì)量控制，就穿條式隔熱型材而言，其質(zhì)量控制主要包括：在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段對(duì)鋁型材槽口和聚酰胺型材頭部的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)；材料選擇階段使用尺寸精良、力學(xué)性能良好的材料；加工階段對(duì)開齒和滾壓這兩道關(guān)鍵工序的控制。GB/T 5237.6—2017以一系列參數(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量好壞，諸如力學(xué)性能、抗老化性能及復(fù)合性能。

      在設(shè)計(jì)合理、選材合格的基礎(chǔ)上，復(fù)合質(zhì)量的關(guān)鍵在加工階段，包括開齒、穿條和滾壓。研究結(jié)果表明開齒狀況直接影響隔熱型材縱向剪切性能：①齒峰寬度越小、齒深越大，則（室溫、高溫）縱向剪切的標(biāo)準(zhǔn)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(gè)結(jié)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(jié)合更牢固，最終反映為復(fù)合性能更好，抗剪特征值更大。需要注意以上結(jié)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

    隔熱型材穿條和滾壓的過程中，鋁型材齒條和隔熱條擠壓復(fù)合產(chǎn)生應(yīng)力，高溫時(shí)應(yīng)力釋放導(dǎo)致復(fù)合性能變差，因此高溫縱向抗剪特征值往往小于室溫縱向抗剪特征值，兩者的偏差ΔTC可以反映出隔熱型材復(fù)合性能的高溫穩(wěn)定性。蠕變?cè)囼?yàn)的本質(zhì)是通過高溫、加載共同時(shí)效來反映復(fù)合性能的穩(wěn)定性。蠕變系數(shù)A是TCN和TCM的比值，理想狀態(tài)下值為1，用ΔA來表征A與1的偏離。

      采用定性半定量的方法來分析表1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，分析結(jié)果見表2。

表2 TC、ΔTC和ΔA的關(guān)系

2.3 討論

      第II組中試驗(yàn)編號(hào)為2、3、6、8的T和ST較大，仍得到較大的TC，可以認(rèn)為型材的開齒狀況良好，滾壓力足夠但波動(dòng)較大，在高溫、加載、時(shí)效、應(yīng)力釋放等作用下波動(dòng)被放大，型材的復(fù)合穩(wěn)定性下降較多導(dǎo)致ΔTC和ΔA均較大；5號(hào)試驗(yàn)的結(jié)論看似反常，但考慮到其T和ST均遠(yuǎn)大于同組的其他試樣，可以理解為優(yōu)良的開齒狀況和更大滾壓力共同作用能夠很好地覆蓋高溫、加載、時(shí)效、應(yīng)力釋放等影響，從而使復(fù)合穩(wěn)定性下降較少；9號(hào)試驗(yàn)的ΔTC和ΔA均較小是得益于較小的ST，即波動(dòng)引起的復(fù)合穩(wěn)定性下降不嚴(yán)重。事實(shí)上，9號(hào)試驗(yàn)呈現(xiàn)的參數(shù)關(guān)系是最理想的隔熱型材模型。

      第I組的TC較小，說明開齒狀況、滾壓力大小和波動(dòng)的綜合效果不佳，最終必然影響復(fù)合穩(wěn)定性。4號(hào)試驗(yàn)的ST遠(yuǎn)大于1、7號(hào)試驗(yàn)的，長(zhǎng)期來說應(yīng)該更不穩(wěn)定，ΔTC和ΔA的不一致很可能與應(yīng)力釋放的時(shí)效有關(guān)，但這一猜測(cè)需要更多試驗(yàn)數(shù)據(jù)來證實(shí)。蠕變?cè)囼?yàn)更像加強(qiáng)版的高溫縱向剪切試驗(yàn)，除了高溫還加入了載荷與時(shí)間，更嚴(yán)苛地測(cè)試隔熱型材復(fù)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(fù)合性能在經(jīng)歷高溫、加載時(shí)效后的穩(wěn)定性，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中加入這項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)豐富產(chǎn)品的評(píng)價(jià)維度有積極意義。但這項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)與其他指標(biāo)（特別是TC和ST）綜合使用，才能使評(píng)價(jià)結(jié)果更有效。

3 結(jié)論

     (1) 蠕變系數(shù)A作為評(píng)價(jià)復(fù)合穩(wěn)定性的指標(biāo)，與隔熱條截面高度h無明顯關(guān)聯(lián)，但與縱向剪切試驗(yàn)的指標(biāo)關(guān)系密切。

     (2) 由于隔熱型材的開齒狀況、滾壓力與波動(dòng)直接影響縱向剪切特征值TC和縱向剪切標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)單獨(dú)使用，至少需要聯(lián)合TC和ST才能更有效地對(duì)隔熱型材的復(fù)合穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)。高溫縱向抗剪特征值仍然是最便捷的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

     (3) 現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)數(shù)據(jù)支持。