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塑料异型材和塑料门窗之关注的问题

来源:中国门窗＆配套材料网收集整理　作者:* 　日期:2007-1-17 　页面功能【字体：大中小】【打印】【投稿】【评论】

　　本文对PVC-U异型材和塑料门窗的几个值得关注的问题进行分析，并介绍国外的一些做法，以推动PVC-U型材和塑料门窗的技术创新。

1 配方研究

　　10年前在一家德国型材公司实验室中曾看到，采用最大混料300g的小型混料机，混和200g左右的物料，称重72g干混料就能在HAAKE公司产的实验用双螺杆挤

　　本文对PVC-U异型材和塑料门窗的几个值得关注的问题进行分析，并介绍国外的一些做法，以推动PVC-U型材和塑料门窗的技术创新。

1 配方研究

　　10年前在一家德国型材公司实验室中曾看到，采用最大混料300g的小型混料机，混和200g左右的物料，称重72g干混料就能在HAAKE公司产的实验用双螺杆挤出机进行配方研究。微机显示物料的热性能、流变性能等曲线，5min完成。挤出的物料经双辊压片后进行理化性能综合测试，1h内检测结果全部产生。这家公司进行工艺配方的研究和调整是经常性的工作，实验室有30余名工作人员，全天分三班进行检测和研究工作，指导生产和新品的开发。

　　我们也要加强PVC-U型材配方的研究，国内大型的型材厂尤其要重视，要加大研发力度，采用先进的科研试验专用设备，配备专业人员进行配方研究。PVC型材经历半个世纪的发展才达到现在水平，但有些性能仍嫌不足，如抗冲击性能，尤其是低温抗冲击、焊接性能、耐热性、韧性、硬度等。我国是PVC-U型材生产大国，不能单纯学习国外的技术，要有所创新，理应研制出性能更好的PVC-U型材。

　　2 热稳定性测试

　　采用刚果红试纸测定型材试片的热稳定性，以确定热稳定剂的用量。在有温控显示的油浴装置上进行测定，装置中加入耐温300℃的硅油，通电加热使恒温在200℃。每种待测试片用制样机制作5mm×5mm试片，每4片加入一试管，试管口放入刚果红试纸，用软木塞轻轻塞住，放入200℃恒温的油浴装置中，同时记录加温时间，待刚果红试纸变蓝时为止。试纸变色原因是试片受热分解产生HCl气体，使刚果红试纸变蓝。与此相对照的标准试样的热稳定时间为40min±1min，待测试样的热稳定性必须大于40min即为热稳定性合格。

　　考虑到物料在机筒和模具中的加工是动态的，而试片受热是静态的，物料在剪切挤压动态受热分解时间要比静态时间要短的特点，德国型材厂一般确定40min为型材标准热稳定时间。热稳定时间大于50min，表示热稳定剂过量，可适当调整配方，减少热稳定剂用量以降低成本。热稳定时间小于40min要适当增加热稳定剂的用量，以保证挤出时物料不致热分解。这是热稳定剂用量的科学根据。随着技术进步，高速挤出时型材的标准热稳定时间将会缩短。

　　3 型材的白色

　　白色PVC-U型材的色泽有泛黄的缺陷，这是由于白色型材对可见光短波长一侧的蓝紫色光有轻微的吸收，结果使型材呈现出被吸收蓝紫光后的补色——黄色。这种泛黄的缺陷使新安装的塑料门窗有陈旧不洁之感，影响其外观。国内大部分型材厂家都是采取添加少量群青或酞菁蓝和荧光增白剂的办法辅助金红石型钛白粉实现“遮黄”。但是群青中的含硫化合物能与热稳定剂中的铅盐发生反应，生成黑色的硫化铅污染型材，酞菁蓝和荧光增白剂耐热性能差，致使生产的型材产生较大的色差。这种恼人的技术难题一直困扰着型材生产。

　　欧洲一家型材公司不是采用上述方法，而是采用色素碳黑进行“遮黄”。由于碳黑的高度稳定性，挤出设备的改变和加工温度的调整不会使型材产生色差，只是色素碳黑的着色力强，如何均匀地分散在物料中是使用色素碳黑的关键。

　　将1kg色素碳黑和100kg PVC树脂加入冷搅中在常温下混合20min就制成特制色料，出料装袋备用。按正常的捏合工艺，特制色料的用量是0.10-0.15PHR，在热搅前加料时一块加入，捏合后制成的干混料仔细观察还可以见到极小的色素碳黑颗粒均匀地分散在其中。挤出型材的色泽称之为国际流行白，亦称亚光白，显得非常高贵典雅，德国产的不少型材都是这种白色。此工艺节省了购买群青等颜料和荧光增白剂的费用，色素碳黑的价格不贵，要选择高分散性能的，要固定供应厂家和规格品种。这样既降低了原材料成本，又使型材提高了档次，而无需改变生产工艺。

　　4 型材的色差测试

　　白色表面的型材也必须进行色差测试，以保证各种规格的型材表面颜色一致。所用的测量仪器为色度测量仪，备有标准色样，企业生产的白色型材也要备有样板色样。每隔2h随机截取型材长200mm±5mm样块，每种型材数量1个。将试样放在经过标准色样、样板色样调整校准好的色度测量仪上进行检测，每个试样在可视面上选择不同的测试点共测三次，其误差值均不应大于0.50即为色差检测合格。

　　5 氧化聚乙烯的作用

　　氧化聚乙烯亦称氧化聚乙烯蜡，代号OPE。人们一般把它归入饱和烃类，与石蜡、聚乙烯蜡等同属于外润滑剂。在PVC-U型材生产时，若配方使用铅盐或稀土稳定体系，由于部分铅盐和稀土本身具有外润滑性，多年来人们控制OPE用量不能太多，一般在0.01-0.05PHR。这样做其实是人们误解了OPE的润滑作用。

　　氧化聚乙烯由于与PVC相容性很低，归为外润滑剂，对于增塑的PVC和未改性的硬PVC来说，这肯定是符合事实的。然而，当硬聚氯乙烯配方中加有冲击强度改性剂时，则对这类润滑剂必须另行评价。因为，氧化聚乙烯在氯化聚乙烯(CPE)和丙烯酸酯类(ACR)冲击强度改性剂中具有较大的相容性，所以在这种改性聚氯乙烯塑料中，氧化聚乙烯也起内润滑作用。我们曾发现，用量直至一份的氧化聚乙烯特别适用于铅稳定的氯化聚乙烯改进冲击强度的硬聚氯乙烯塑料，氧化聚乙烯起内、外润滑剂的作用，且能改善塑料的低温韧性。

　　由此可见，由于门窗用PVC-U型材是典型的改性PVC，在CPE和ACR存在下挤出时，OPE就兼任内、外润滑作用，而且作用相当显著，其用量可以超过0.05PHR。可以减少或者不用熔点较低的石蜡，冷却定型时的析出物大大减少，延长了开机时间，型材的品质尤其是焊接强度有显著提高，特别适合生产断面复杂的多腔室型材和型材的高速挤出。国外对OPE在改性PVC挤出制品的润滑作用的研究相当重视，氧化聚乙烯也有不同的系列和规格。

　　6 低温抗冲击性能

　　国内有一家德国独资的PVC-U型材制造公司，该公司检测型材低温抗冲击性能是将型材在-20℃放置24h。10s内进行测试，1kg落锤2.25m高自由落下砸在型材的可视面上，多年的测试结果均无破碎开裂现象。这不单是配方的原因，也不单是型材断面结构设计的原因，是混料、挤出、模具、定型、牵引、冷却等整套工艺调控，从理论到实践该公司30余年来达到高度完善的体现。

　　PVC-U型材常用的抗冲改性剂CPE和ACR，虽然结构不同，在PVC中分散的形态亦有差异，只要添加量适当，设备、模具综合调控合理，型材的断面结构设计合理，低温抗冲性能达到比较高的水平是可以做到的。在这里特别强调的是整套PVC-U型材生产线的高度完善是提高低温抗冲击性能的关键。

　　7 型材的横截面尺寸偏差

　　GB/T8814《门、窗框用硬聚氯乙烯(PVC)型材》1998年版只提到型材压边、装配部位配合允许偏差为±0.3mm，而200x新版标准对装配部位配合误差没有明确要求，也没有规定型材的装配部位尺寸偏差，更没有提到型材的横截面尺寸偏差。这不能不说造成了很大的缺憾。

　　现在新型建筑日新月异，要求门窗的水密性和气密性非常严格，这就要求生产的型材其装配部位尺寸偏差要小。竖式带形窗和水平带形窗应用越来越多，甚至有些窗的结构与幕墙相似。塑料门窗的拼接和增强在工程中经常应用，樘之间缝隙过大透气漏水现象发生的原因就是由于型材装配部位尺寸偏差过大，造成了装配部位配合允许偏差超差。

　　德国一家型材厂不仅对装配部位尺寸偏差有规定，而且对型材的横截面尺寸的允许偏差也有详细规定。由于规定的相当严格，而且随机每隔2h检测一次，微机全面显示型材断面尺寸和偏差数据，这就保证了整窗的组装质量和窗之间的拼接质量。

　　铝合金型材国家标准对型材的横截面尺寸的允许偏差分普精级、高精级和超高精级三个级别，分别列表详细注明并在标准的附录A中对使用说明做了介绍，足见其重视程度。而新版PVC-U型材标准对型材的横截面尺寸允许偏差、装配部位尺寸偏差和装配部位配合允许偏差均没有规定，这将使GB/T8814-200x新版型材标准存在很大的缺陷。决不能忽视这类尺寸偏差，否则的话无法进行有关的质量监控，塑料门窗的组装和拼接质量将会受到很大影响。

　　8 平开门扇下垂原因分析

　　我国上个世纪90年代中期开始，普遍使用的平开门扇型材断面已经是三腔室结构，保温性能比原来的两腔室型材又有了提高。这种结构的内平开门。却带来了一个明显的缺陷，就是使用过程中门铰链的长螺钉容易松动，拧紧后使用一段时间又松动了，导致门扇经常下垂，影响门的使用。究其原因并不是三维可调铰链造成的，而是平开门扇结构缺陷所致。这种结构的门扇型材的增强型钢是固定在中部型腔中，铰链的长螺钉必须穿过门扇的型材的一个空腔室才能钻透增强型钢起固定作用。由于型腔内壁较薄，门的启闭力、锁紧力又较大，型腔内壁受力容易内凹，造成铰链螺钉松动。就是再拧紧后平开门再使用过程中仍旧还能发生内凹，螺钉松动周而复始，造成了塑料平开门易下垂使用不长久的问题。

　　先进的三腔室平开门扇型材如图1(略)所示。保温的二腔室在同一侧，增强型钢在另一个腔室内，其一侧与扇型材的一个可视面内壁紧密贴合在一起。当长螺钉拧紧后平开门使用时不会发生上述的内凹和螺钉松动现象，这就保证了平开门不下垂。

　　9 平开塑料门扇的增强型钢

　　有的门窗厂在安装门的主锁体时，不顾门的质量，贪图省事，只对门扇型材铣孔，其增强型钢分上、下两段插入固定。这种工艺很容易造成门扇变形，门关不严密，丧失门的功能。门的锁闭装置安装部位又是力的集中作用点，锁闭装置必须安装到增强型钢上，以便在实际使用中的启闭力、锁紧力等由增强型钢来承担，将增强型钢断开的办法是不可取的。正确的方法是使用一根长增强型钢，对型材和增强型钢都要铣孔，才能保证门的长期使用。

　　10 塑窗的弹性连接

　　由于PVC-U型材有较高的热膨胀系数，国家建设部针对其材料特性制定了相应的塑料门窗安装施工规程。规程特别强调塑料门窗的框与墙体间隙的密封是运动状态的密封。出于密封、保温和隔音方面的考虑，框与墙体的缝隙必须用隔音棉，聚氨酯发泡胶、密封胶等物填充。有的组装厂还规定了根据不同的隔音等级，不同抵抗风雨等的要求和塑窗应达到的设计标准，框与墙体之间的密封需采取不同的密封措施。这些措施都是正确的和必要的。但是，对于市场应用越来越多的带形窗，其高度和宽度可以超过十几米，水平式带形窗甚至可达到几十米。窗框用PVC-U型材的线膨胀系数为70×10-6～80×10-6m(m·℃)，我国温差变化范围一般为40-50℃之间，现在彩窗又应用较多，彩窗更容易吸热。在这种情况下，必须解决带形窗的热胀冷缩问题，否则就会出现冬季拼樘之间出现较大缝隙形成“冷桥”，夏季樘之间互相挤压使窗变形甚至窗扇打不开无法进行通风的问题。解决办法就是在塑料门窗樘之间必须进行弹性连接。

　　要根据PVC-U型材的线膨胀系数、型材的颜色、水平式带形窗的宽度、窗的抗风压要求、拼樘数量、地区气候特点和安装季节等因素设计弹性连接的数量和预留间隙尺寸。水平式带形窗的上、下框与墙体的连接固定一定要使用可调式固定件，不要使用阻碍伸缩的膨胀螺栓。对于特别长的水平式带形窗可用扁钢，方钢管最好是耦合钢件预埋混凝土浇灌固定后，分段进行弹性连接以提高抗风压性能。需要提醒的是，冬季温度低，要注意连接螺栓过紧时要及时拧松。

　　11 塑窗的耦合连接

　　高层建筑完全可以使用塑料门窗。其典型工程是强台风高发区厦门市的高114m的38层的光明大厦，使用的是大连实德型材。自1999年起经历数次强台风，特别是经历过最大阵风47m/s，强度达15级的14号台风，至今完好无损。这种应用实例在北京、上海、香港、沈阳、济南、青岛等地很普遍。事实证明塑料门窗在高层建筑中的应用是完全可行的。

　　从理论上讲，建筑外窗受力构件的截面惯性距和构件材料的弹性模量共同决定着构件的挠度，也就是决定着建筑外窗的抗风压性能。受力构件的截面惯性距与构件材料的弹性模量的乘积越大，则构件的挠度越小，外窗的抗风压性能越强。需要强调的是塑料门窗的型材内腔是必须要衬增强型钢的。

　　笔者最近看到一份资料，介绍塑窗的耦合连接，该公司的钢制连接型件的惯性距高达116cm4。采用这种耦合连接正确设计制作的塑料外窗就是在强台风超高层建筑中应用也完全适合。

　　12 彩窗的通气孔

　　塑料门窗外表面若有深颜色的装饰膜或用深颜色的通体型材作外窗，夏季太阳照射时，能造成被太阳晒着的型材表面温度上升，使密闭的内腔气压升高。为防止型材鼓涨变形，凡是封闭的外腔室必须钻Φ3mm的通气孔。

　　通气孔是彩色塑料门窗特有的生产工艺。由于国家还没有制定彩色塑料门窗的标准，而现在彩窗在市场上又比较流行，这就要求组装厂切实关注彩窗的通气孔问题。型材颜色较深、夏季温度高、日照长的地区是不允许彩色塑料门窗有密闭的外腔室。对于夏季气温持续40℃以上较多天数的地区要慎用黑色或深颜色外表面的塑料门窗。

　　13 不能忽视对塑料门窗的气密性要求

　　由于室内外温差造成冬季室外的冷气从窗缝隙进入室内，而室内的热空气从缝隙流到室外，引起热损失。同理夏季室内致冷，也是从窗缝隙进行冷热空气流动，消耗电能。塑料窗虽具有良好的保温隔热作用，但窗的气密性差时造成的热损失是不能忽视的。

　　若测得塑窗的传热系数为2.8W/(m2·K)，其气密性经检测符合GB/T7107-2002的5级，即漏气量q1≤1.5m3/(m2·h)，缝隙热损失最大为0.5W/(m2·K)，这就是说气密性为5级。传热系数为2.8W/(m2·K)的塑窗实际保温性能是：2.8+0.5=3.3W/(m2·K)，属GB/T8484-2002的保温6级。

　　同上述算法，若气密性为4级，则漏气量q2为:4.5≥q2>1.5m3/(m2·h)，则窗缝隙的热损失最大为：1.5WI(m2·K)，该塑窗的实际保温性能是4.3W/(m2·K)，属保温4级。

　　气密性相差1级造成塑窗的实际保温性能相差2级。这种气密性为4级的塑窗根本不属于节能窗!因此对建筑外窗保温性能要求，一要看传热系数，二要看气密性等级。否则很多气密性差的窗也成了保温性能高的窗了。

　　14 多腔室三密封内平开塑窗

　　在建筑门窗市场，内平开窗已成为多层和高层建筑首选的主导窗型，广泛受到建筑开发商和用户的欢迎。但是，现在普遍应用的两密封内平开塑窗的不足之处就是水密、气密共处一个腔室，互相影响。笔者几年来收集各地的有关检测报告，两密封内平开塑窗同时达到GB/T7107-2002气密性5级和GB/T7108-2002水密性5级的实属罕见。三密封内平开塑料窗解决了上述技术难题(见图2略)。由于在框、扇型材设计中增加了中间密封胶条的独特设计，使气密与水密形成两个独立的腔室，同时提高了窗的气密性和水密性等级。

　　中间密封方式有两种：一种是中间密封胶条嵌在扇型材上如图2-A，另一种是在框型材上如图2-B、C。以中间密封胶条嵌在框型材上的技术含量高密封效果更好。这种中间密封胶条嵌在框型材的塑料窗，框扇闭合后，被中间密封胶条分成两个腔室，当风雨原因造成外腔气压较高时，中间鸭嘴形密封条被风压紧在窗扇的突沿上，风雨越大压得越紧，雨水无法渗入内腔并迅速从外腔的排水孔排出，使得整窗在具有良好的防雨水渗透性能的同时具有优良的气密性。这是玻璃幕墙设计中经常应用的雨幕原理在塑窗设计中的成功应用范例。这种密封方式可以不使用外侧密封胶条，设计成留有1.5mm缝隙，如图2-C，形成典型的等压腔，密封效果也相当好。建议推广应用多腔室三密封内平开塑料窗。

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