唐山華達(dá)總公司 廖淑香 孫兆金
PA66GF25在列車車窗中的應(yīng)用
唐山華達(dá)總公司廖淑香孫兆金
軌道交通列車的工作環(huán)境溫度:非高寒地區(qū)-25℃到40℃,高寒地區(qū)-40℃到50℃;儲(chǔ)存環(huán)境溫度:-40℃到60℃。以車廂為一單元分析,與外界進(jìn)行熱交換主要是通過(guò)安裝在車體上的車窗。車窗的一般性能要求有6項(xiàng):防雨性能、水密性能、抗風(fēng)壓性能、隔熱性能、隔聲性能、耐久性能。列車在運(yùn)行過(guò)程中,目前的車窗隔熱性能:傳熱系數(shù)K≤3.5 W/(m2.K),青藏客車K≤3 W/(m2.K)。在夏天或冬天,室內(nèi)溫度差大的情況下,為了保證乘客在車廂內(nèi)有舒適的溫度,節(jié)省列車的能源,降低傳熱系數(shù)K值是很有必要的。因此PA66GF25如何在車窗上正確的應(yīng)用,成為軌道交通一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。
車廂;舒適的溫度;PA66GF25
PA的英文名稱:Polyamide,中文名稱:尼龍。PA66GF25:由聚酰胺66加25%玻璃纖維制成。加入到車窗鋁框中的隔熱條的主要成分為不小于65%的聚酰胺66和25%±2.5%的玻璃纖維,余量為添加劑。截面高度為14.8mm, 產(chǎn)品代碼為00001的實(shí)心型隔熱條,標(biāo)記為:S00001 14.8 PA66GF25 GB/T 23615.1-2009;目前列車車窗上應(yīng)用的為實(shí)心型的隔熱條,
1.1隔熱條的主要成分
由不小于65%的聚酰胺66和25%±2.5%的玻璃纖維組成,余量為添加劑。玻璃纖維含量試驗(yàn)后,顯微鏡下觀察隔熱條燒斷后的殘余玻璃纖維,應(yīng)透明、細(xì)長(zhǎng)(圖1為該玻璃纖維典型圖示)。
圖1 玻璃纖維典型圖示
1.2隔熱條的內(nèi)部組織
隔熱條內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)致密,無(wú)氣泡,無(wú)裂紋,無(wú)明顯夾雜物,玻璃纖維均勻分布(圖2為隔熱條縱向玻璃纖維分布典型圖示,圖3為隔熱條橫向玻璃纖維分布典型圖示)。
圖2 隔熱條縱向玻璃纖維分布典型圖示
圖3 隔熱條橫向玻璃纖維分布典型圖示
1.3隔熱條的性能
PA66是系列改性工程塑料合金,與其他工程塑料相比,尼龍(PA66)具有以下特性:
*高熔點(diǎn)、出色的耐熱性能以及自熄性;
*韌性、耐久性、電性能以及其他物理性能都具有出色的平衡指標(biāo);
*優(yōu)良的耐油性劑、耐化學(xué)品性能;
*具有優(yōu)良的耐磨、抗蠕變及耐老化性能;
但是我們必須清楚的知道,沒(méi)有經(jīng)過(guò)改性的PA66材料在抗拉強(qiáng)度和線膨脹系數(shù)上與鋁合金是不匹配的,那么我們首先必須對(duì)PA66原材料進(jìn)行改性,使之與鋁合金型材相匹配,并提高它在不同狀態(tài)下的橫向抗拉強(qiáng)度,達(dá)到實(shí)際使用過(guò)程中耐候性上的要求。
經(jīng)過(guò)反復(fù)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)和近20年的實(shí)際使用后,國(guó)際上確立了用PA66加25%的玻璃纖維改性成工程塑料作為隔熱條的基本材料(目前國(guó)際上還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)比這個(gè)材料合理、更經(jīng)濟(jì)的新材料),使熱變形溫度(℃)、熱導(dǎo)率(導(dǎo)熱系數(shù))(W/m.K)、線膨脹系數(shù)(K-1)、沖擊強(qiáng)度(無(wú)缺口)(kj/m2)、斷裂伸長(zhǎng)率(%)、耐紫外線和熱老化性能等更符合鋁合金型材的性能和加工特征。
2.1時(shí)效處理、表面處理(氧化、噴塑、噴漆)對(duì)帶隔熱條的車窗的影響
時(shí)效處理:溫度在205±5℃,時(shí)間為2.5-3小時(shí);表面處理:一般有3種方法:1)氧化,溫度在20℃以下;2)噴塑,溫度在180-200℃之間;3)噴漆,溫度在60-80℃之間。
分析:時(shí)效溫度、噴塑溫度都比較接近隔熱條的維卡軟化溫度230℃,對(duì)PA66GF25隔熱條性能是有影響的,通過(guò)對(duì)帶有隔熱條的2段鋁型材分別進(jìn)行時(shí)效、噴塑處理。實(shí)踐證明:時(shí)效處理的鋁型材和隔熱條會(huì)出現(xiàn)脫落現(xiàn)象,也就是說(shuō)原本固定在一起的隔熱條和鋁型材出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象;噴塑處理的鋁型材和隔熱條,在鋁型材的看面上會(huì)有2道“凸”痕。效果比時(shí)效處理好很多。而氧化和噴漆溫度都遠(yuǎn)低于隔熱條的維卡軟化溫度,PA66GF25可長(zhǎng)時(shí)間在-45到100℃之間,故帶隔熱斷橋的車窗可以選擇表面處理方式氧化最好,噴漆次之,噴塑在滿足密封條件下可以考慮,但最好是選擇氧化或者噴漆。當(dāng)然這些只是淺淺的分析,如果想得出最準(zhǔn)的數(shù)據(jù),可以做3種表面處理的活動(dòng)窗,進(jìn)行型式試驗(yàn)作為最終的依據(jù)來(lái)驗(yàn)證。
2.2隔熱條在車窗上的結(jié)構(gòu)型式
常用隔熱條的結(jié)構(gòu)型式有兩種:1)實(shí)心型:S;2)空心型:K。最常見(jiàn)的還是實(shí)心型的,型材一般都采用兩個(gè)實(shí)心型的隔熱條,既使鋁型材從中間隔開(kāi),阻斷鋁型材的傳熱,又能保證鋁型材和隔熱條連接處設(shè)備能加工到位。隔熱條的壁厚尺寸按照工程設(shè)計(jì)計(jì)算選擇。實(shí)心型隔熱條主要受力部位最小局部壁厚實(shí)測(cè)值應(yīng)不小于1.75mm.隔熱條橫截面尺寸偏差應(yīng)符合表1規(guī)定。隔熱條橫截面端頭角度θ的允許偏差為±1°,其他角度的允許偏差為±1.5°.隔熱條橫截面其他部位尺寸允許偏差按照GB5237.1高精度的要求,由供需雙方協(xié)商確定,并在合同(或訂貨單)中注明。
近期我們做過(guò)一款車窗的型式試驗(yàn),其中包括傳熱系數(shù)K值,K≤ 3.1 W/(m·k) 。而這款車窗外框用的是鋁型材,不帶隔熱斷橋,只是在中空玻璃上加了防爆LOW-E膜。如果將車窗外框中加上隔熱斷橋,那么這款車窗的傳熱系數(shù)K值會(huì)有所降低,有可能會(huì)達(dá)到K≤ 3.0 W/(m·k)。期待著型式試驗(yàn)的結(jié)果。
[1]TB/T 3107-2011.鐵路客車單元式組合車窗[M].中國(guó)鐵道出版社,2011,6.
[2]GB/T 23615.1-2009.鋁合金建筑型材用輔助材料第1部分:聚酰胺隔熱條[M].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009,7.
[3]GB5237.1-2008.鋁合金建筑型材(第1部分):基材[M].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008,12.