CN101270213B - 一种窗户型材及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种窗户型材，包括两层均含有合成树脂的不同材料，型材的内层材料主要成分配比重量份为：PVC100份，冲击增强剂6-8份，复合稳定剂5-6份，调节剂2-3份；外层材料主要成分配比重量份为PVC，植物材料，复合稳定剂、颜料及粘合剂，两层材料经挤压成型而加工成为型材。采用本发明所提供的配比及加工方法，制造出的型材具有和木材相似颜色和质感，结构强度较高，同时生产过程中减少了木粉等植物材料的应用，保护了环境。

Description

一种窗户型材及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有和木材相似颜色和质感的窗户型材及其制造方法。

背景技术

现有的各种建筑物的室内一般都会加装其他的装饰材料，特别是地面和墙面以及窗户；其中最初的窗框均使用木材或金属材料制得，采用这些材料的窗框一般原料用量比较大，且长时间使用后会出现腐烂或锈蚀的现象，即不美观也影响了正常的使用，为了解决这些问题现有的窗框一般采用塑钢等材料制得，虽然避免了腐烂锈蚀等现象的发生，但是由于材料本身的原因，使得窗框的颜色比较单调，为了改变这一状况有些厂家采用在成型后的窗框外层粘帖其他颜色的薄膜，虽然在一定程度上解决了色彩单一的问题，但是由于材料没有改变，因此与木质窗框在质感上还有较大的差距；同时由于采用的粘结剂一般都采用有机粘结剂，会产生一些有害物质威胁人类健康，且一段时间后薄膜会发生褪色或脱落，更加影响窗框的美观。

现在还有一种趋势是采用塑钢或其他材料作为主料，在外层加装原木材料以期获得更好的效果，这种方法虽然简单易行，但是这样会使得整体的质量增加，同时由于全球环保政策的推行，大多数国家都开始禁止采用原木作为加工的原材料，这样就使得上述的方法成本大大增加，不适合现在的发展趋势。

发明内容

针对现有技术存在的诸多不足之处，本发明提供了全新的一种窗户型材，包括两层均含有合成树脂PVC的不同材料，两层材料经挤压成型而加工成为型材。采用本发明所提供的配比及加工方法，制造出的型材具有和木材相似颜色和质感，结构强度较高，同时生产过程中减少了木粉等植物材料的应用，保护了环境。

本发明的主要内容是：型材包括两层均含有合成树脂的不同材料，型材的内层材料主要成分配比重量份为：

PVC 100份，冲击增强剂6-8份，复合稳定剂5-6份，调节剂2-3份；

外层材料主要成分配比重量份为：

辅料1：PVC 100份，植物材料30份，复合稳定剂5-6份，结合剂0.5-1份，冲击增强剂6-8份，颜料2-3份；

辅料2：PVC 100份，复合稳定剂5.5-6.5份，酸化防止剂0.5-1份，分散剂2-4份，颜料1-10份。

其中：采用的PVC合成树脂的重合度为1000，内层材料中的冲击增强剂为CPE聚氯乙烯，调节剂为丙烯酸脂或其他现有的型材调节剂；内外层材料中的复合稳定剂一致，均为硬脂酸或紫外线吸收剂或二盐基性硬脂铅或二盐基性亚磷酸铅或硬脂酸钙或石蜡或上述所有物质的混合物，当采用上述所有物质的混合物时，其重量比为：10∶1∶12∶70∶20∶1；复合稳定剂中的紫外线吸收剂为UV-531或UV-3346或FD 944或UV-326；外层材料辅料1中的结合剂为LIGA38或KZTPP或KR55或KZ55，其中优选LIGA38；外层材料辅料1和辅料2中的颜料均为钛白粉金红石型；辅料2中的酸化防止剂采用PP-18或ALKANOX 240，分散剂采用Ca-ST(硬脂酸钙)或Zn-ST(硬脂酸锌)。

由于均采用了重合度为1000的PVC合成树脂材料作为型材的主料，保证了型材骨架的结构强度和耐用性；将含有植物材料的合成树脂作为型材外层材料加工的主料，使得型材的质地有了很大提高，在保证结构强度的同时，使型材获得了与木材相似颜色和质感，同时不会像先前技术中制得的型材一样发生容易折断和碎裂等情况，由于型材表面的木纹是采用热加压的方法制得的，因此较之先前采用贴膜的方式获得木纹有了极大的进步。同时由于各种主料经过了提前处理，使得型材在长期日照后仍可保持不变色，达到了长期使用的目的。

型材主料合成树脂一般采用PVC，也可视需要采用其他的合成树脂；为了弥补PVC活性及冲击较弱的部分，型材材料的配比中添加了冲击增强剂，一般选用CPE聚氯乙烯有效克服了采用PVC后型材易碎的缺点，且增加了型材的使用寿命；调节剂一般采用的是丙烯酸脂，这样调节剂在受热后会比PVC更早的熔融，调节剂就可以附着于PVC树脂粒子的周围，增加PVC粒子间的热传导性，使PVC更好的熔融，提高最终产品的机械性能，同时可以调节冲击增强剂和颜料的分散性，促进这些成分在型材中的分散性能，从而使最终型材的性能达到最佳；同时可在内层材料的原料配比中添加重量份为4-6份的活性钙(CaCO₃)作为助剂，这样能够提高成型产品的稳定性和耐久性，由于价格较低，大大降低了产品的成本，特别是在型材的运输过程中可以大大提高产品的稳定性。内外层材料中的复合稳定剂一致，均为硬脂酸或紫外线吸收剂或二盐基性硬脂铅或二盐基性亚磷酸铅或硬脂酸钙或石蜡或上述所有物质的混合物，当采用上述所有物质的混合物时，其重量比为：10∶1∶12∶70∶20∶1，这些复合稳定剂可以视产品的要求而分别添加，当需要各种性能比较均衡的产品型材时，可以按照上述配比添加各种稳定剂的混合物，这样可以有效的停止主料PVC中不稳定结构的连锁反应，减少其变质的可能性提高产品的稳定性，同时在产品加工时又可以保持主料被赋予色彩的透明性及在高温状态下的活性；同时这种混合复合稳定剂的添加，可以有效的降低原料熔融后与加工设备金属表面的附着力和摩擦力，提高各种原料的流动性，方便加工。复合稳定剂中的紫外线吸收剂一般采用UV-531或UV-3346或FD 944或UV-326，在添加了上述的紫外吸收剂后，可以有效提高型材的抗紫外性能，保证长时间阳光照射后型材的物理及化学性质不发生改变。

型材的外层材料辅料1中的植物材料一般采用木粉或稻壳或着两者的混合物，其标准为可以通过80-120目的筛网，这样就可以保证加工出的型材具有与木材相似的质感；所采用的结合剂可以采用LIGA38或KZTPP或KR55或KZ55，上述的各种结合剂实际为偶联剂，采用他们后可以作为较好的载体使植物材料和树脂有机的结合在一起，其中优选LIGA38，因为在同等用量和添加条件时，采用LIGA38作为偶联剂后，PVC树脂和植物材料的结合效果最好，所得的型材各种性能最佳；外层材料辅料1和辅料2中的颜料均为钛白粉金红石型，这样可以有效的提高最终型材色彩的持久性和稳定性，减少外界环境对于型材色彩的影响，同时对于紫外线的防护也有着一定的效果；在辅料2中添加的酸化防止剂和分散剂均采用市场上现有的PVC树脂用酸化防止剂如PP-18或ALKANOX240，分散剂主要采用硬脂酸类，如Ca-ST(硬脂酸钙)或Zn-ST(硬脂酸锌)；其中分散剂在使用时可视颜料的添加量而定，其与颜料的添加量成正比。

本发明所述的窗户型材，其加工方法是：加工方法是：

(I)内层材料成型：将内层材料按照配比按照现有工艺混合均匀加热使之融化，搅拌均匀后使之冷却至室温，造粒制得主原料；

(II)外层材料成型：(1)辅料1加工，将PVC和植物材料加结合剂按照配比投入到搅拌器当中，在90℃的温度中进行搅拌，之后再添加稳定剂及其它添加剂，在105℃-110℃中进行搅拌，当各种物料经加热熔融后搅拌均匀，冷却至室温造粒，制得辅料1；(2)辅料2加工，将原料按照所述配比混合均匀，经加热熔融后冷却造粒，制得辅料2；(3)辅料加工，将辅料1与辅料2按照重量比60-90∶40-10，优选80∶20的比例混合，通过热挤压成型机挤压成型造粒为外层原料；

(III)型材成型：将主原料通入挤压成型机主机，将外层原料通入挤压成型机辅机；主料在挤压成型机主机中被加热融化，之后按照成型机的模具被挤出为型材的形状作为基层，外层原料在辅助挤压机内被加热成为熔融态，之后被注入到主挤压机中并黏合在已成型的型材基层的表面，形成型材的外层；之后将型材送入压印装置，压印条纹后制得最终产品。

由于采用了上述的加工方法，为型材提供了采用如pvc合成树脂为主料制造的内层组织，这样就加强了型材的质量，不会出现先前采用添加有植物材料的pvc合成树脂型材易碎裂的现象，提高了型材的使用寿命增强了其承载能力；由于在外层材料中添加有植物材料及颜料，因此其融化后所得的熔融物冷却后会带有与木材近似的质感及颜色，而通过辅助挤出机的作用，将外层原料以熔融物的形态与内层材料一起挤出，由于内外两层材料是在熔融状态下被一起由挤出机挤出的，且其中均含有大量的合成树脂，因此可以将挤出后型材的成为一个整体，这样就在保证型材材料强度的同时，使由外层材料构成的表面层均匀的与内层材料有机的结合，其附着力远高于现有的贴膜技术，且提供了与木材相似的颜色和质感；由于在挤出的同时经过了压印装置，且压印过程中型材还未完全冷却，因此可以在其表面印制出非常清晰的与木纹相似的纹路，这样就可以进一步达到与木材相似的目的；由于在内层材料中还添加有不同的颜料，因此会使型材的表面出现不同的颜色，同时由于内外层材料的融化温度不同也带来的色彩的差异，在上述两种情况的作用下，在最终的印制效果上使型材表面的木纹带有年轮的特征，这样就更加与原木在质感和颜色上达到相似。

上述方法中所采用的挤出机，可采用现有的各种混合物料挤出机，或采用两台挤出机配合工作的方法达到目标，本发明所采用的压印装置是emborss印刻装置，直接安装在主挤出机的出料口上，这样能够保证型材在其材料还未完全冷却的情况下完成印制的过程，从而提高印制的质量。

所采用的emborss印刻装置包括壳板，壳板上设有贯穿其厚度的与型材或板材截面形状相适应的物料出口；壳板的一面设有表面带有刻纹的辊轮，该辊轮位于物料出口的上方，其外表面可与型材或板材的刻印表面接触。本印刻装置设置在模具的终端并与模具连接。

原料经过挤压成为熔融状的原料后，进入模具成型，此时模具内的型材完全成型，由于未经过冷却，其温度较高，硬度较低，其强度较弱；在这种状态下，该未经冷却的型材或板材经过设在模具终端的本刻印装置时，表面带有刻纹的辊轮即在型材或板材的刻印表面刻上花纹。所用辊轮为自由辊轮，可随型材或板材的运动而转动，因此可在型材或板材的表面连续刻出花纹，同时没有其他的动力装置，可降低能源消耗

由于型材或板材在经过本装置后，还需要进一步冷却成型，因此本装置还可以与需要与真空冷却部分之间密封。为了保证密封效果，在本刻印装置的壳板上设有凹槽，辊轮位于凹槽内。为了能在产品上刻印不同的花纹，辊轮设计为可拆卸式，即在辊轮两端设置可拆卸的支座，该支座与壳板固定连接，以便于更换不同的辊轮。为了调节辊轮与型材或板材之间的间隙，在壳板的侧面设有调节螺钉，该调节螺钉可为两个，分别位于辊轮两端的支座处。由于emborss印刻装置直接安装在主挤出机的出料口上，在其壳板上还设有螺栓孔，通过螺栓可将本印刻装置与模具固定连接。

采用emborss印刻装置后，不需要进行加热及强压即可得到刻印状态优秀的刻纹，可以节省大量的能源，且因为不经过强压，产品不会发生变形，产品合格率高。

采用上述方法加工的窗框型材，其内层材料与外层材料有机的结合在一起，整个窗框的结构强度较之现有窗框有了明显的提高，由于采用仅在外层材料中添加植物性材料，使得植物性材料的用量大大减少，达到了节约资源的目的，同时使窗框具有了与原木相似的材料和质感，提高了窗框的经济价值；加工时内层材料和外层材料分别加工，使两者的纯度都较高不会提前发生原料的混合，造成结构强度遭到破坏，其融化和混合都十分均匀方便了后期的加工处理，不会出现原料的结块影响产品的质量；由于采用挤出成型机主机与辅机配合加工的方式，保证了预先加工好的内外层材料能够在独立的环境中得到二次融化，并进行混合挤出成型，主挤出机使得内层被挤出加工为窗框的主体，辅助挤出机将融化后的外层材料附着在内层材料的表面，然后由于原料均处于未冷却状态加之主挤出机的作用，使两层材料得到完美的结合并成型为窗框型材；在主挤出机的出口处就设置有压印装置，使得压印出的纹理更加自然，也更加接近于天然的木纹。由上述可见，其加工出的型材不仅有着与木材相似的质感和颜色还保证了足够的结构强度，其经济附加值大大提高。

综上所述，采用本发明所提供的配比及加工方法，制造出的型材具有和木材相似颜色和质感，结构强度较高，同时生产过程中减少了木材等植物材料的应用，保护了环境。

附图说明

图1为本发明窗框型材的截面示意图；

图2为本发明窗框型材加工时使用的挤压成型机的结构示意图；

图3为图2中A-A的剖示放大图；

图4为本发明所述emborss印刻装置的结构示意图；

图5为emborss印刻装置与主挤出机连接时的结构示意图。

图中：1型材内层，2型材外层，3挤出成型机主机，4挤出成型机辅机，5壳板，6辊轮，7物料出口，8支座，9辊轮调节螺钉，10螺栓孔，11模具(主挤出机)。

具体实施方式

实施例1

本发明所述的窗户型材，其内外层材料的配比为：

型材的内层材料主要成分配比重量份为：

PVC 100份，聚氯乙烯8份，复合稳定剂6份，复合稳定剂为硬脂酸、紫外线吸收剂、二盐基性硬脂铅、二盐基性亚磷酸铅、硬脂酸钙及石蜡的混合物，其重量比为：10∶1∶12∶70∶20∶1；丙烯酸脂2份；CaCO₃5份；

外层材料主要成分配比重量份为：

辅料1：PVC 100份，过120目筛的木粉30份，复合稳定剂5.5份，复合稳定剂为硬脂酸、紫外线吸收剂(UV-531)、二盐基性硬脂铅、二盐基性亚磷酸铅、硬脂酸钙及石蜡的混合物，其重量比为：10∶1∶12∶70∶20∶1；LIGA380.8份，聚氯乙烯7份，金红石型钛白粉2-3份；

辅料2：PVC 100份，复合稳定剂5.5-6.5份，复合稳定剂为硬脂酸、紫外线吸收剂(UV-531)、二盐基性硬脂铅、二盐基性亚磷酸铅、硬脂酸钙及石蜡的混合物，其重量比为：10∶1∶12∶70∶20∶1；酸化防止剂(PP-18)1份，分散剂(Ca-ST)4份，金红石型钛白粉10份

其加工方法是：

(I)内层材料成型：将内层材料按照配比采用现有工艺混合均匀加热使之融化，搅拌均匀后使之冷却至室温，造粒制得主原料；

(II)外层材料成型：(1)辅料1加工，将PVC和植物材料加结合剂按照配比投入到搅拌器当中，在90℃的温度中进行搅拌，之后再添加稳定剂及其它添加剂，在110℃中进行搅拌，当各种物料经加热熔融后搅拌均匀，冷却至室温造粒，制得辅料1；(2)辅料2加工，将原料按照所述配比混合均匀，经加热熔融后冷却造粒，制得辅料2；(3)辅料加工，将辅料1与辅料2按照重量比80∶20的比例混合，通过热挤压成型机挤压成型造粒为外层原料；

(III)型材成型：将内层原料通入挤压成型机主机，将外层材料通入挤压成型机辅机；内层原料在挤压成型机主机中被加热融化，之后按照成型机的模具被挤出为型材的形状作为内层，外层原料在辅助挤压机内被加热成为熔融态，之后被注入到主挤压机中并黏合在已成型的型材内层的表面，形成型材的外层；之后将型材送入压印装置，压印条纹后制得最终产品。

实施例2

本发明所述的窗户型材，其内外层材料的配比为：

型材的内层材料主要成分配比重量份为：

PVC 100份，聚氯乙烯7份，复合稳定剂5.5份，复合稳定剂为硬脂酸、紫外线吸收剂、二盐基性硬脂铅、二盐基性亚磷酸铅、硬脂酸钙及石蜡的混合物，其重量比为：10∶1∶12∶70∶20∶1，丙烯酸脂3份；

外层材料主要成分配比重量份为：

辅料1：PVC 100份，过110目筛的木粉30份，复合稳定剂5份，复合稳定剂为硬脂酸、紫外线吸收剂(UV-326)、二盐基性硬脂铅、二盐基性亚磷酸铅、硬脂酸钙及石蜡的混合物，其重量比为：10∶1∶12∶70∶20∶1；LIGA381份，聚氯乙烯6份，金红石型钛白粉3份；

辅料2：PVC 100份，复合稳定剂6份，复合稳定剂为硬脂酸、紫外线吸收剂(UV-326)、二盐基性硬脂铅、二盐基性亚磷酸铅、硬脂酸钙及石蜡的混合物，其重量比为：10∶1∶12∶70∶20∶1，酸化防止剂(ALKANOX 240)0.5份，分散剂(Zn-ST)2份，金红石型钛白粉5份

其加工方法是：

(I)内层材料成型：将内层材料按照配比采用现有工艺混合均匀加热使之融化，搅拌均匀后使之冷却至室温，造粒制得主原料；

(II)外层材料成型：(1)辅料1加工，将PVC和植物材料加结合剂按照配比投入到搅拌器当中，在90℃的温度中进行搅拌，之后再添加稳定剂及其它添加剂，在105℃中进行搅拌，当各种物料经加热熔融后搅拌均匀，冷却至室温造粒，制得辅料1；(2)辅料2加工，将原料按照所述配比混合均匀，经加热熔融后冷却造粒，制得辅料2；(3)辅料加工，将辅料1与辅料2按照重量比60∶40的比例混合，通过热挤压成型机挤压成型造粒为外层原料；

(III)型材成型：将内层原料通入挤压成型机主机，将外层材料通入挤压成型机辅机；内层原料在挤压成型机主机中被加热融化，之后按照成型机的模具被挤出为型材的形状作为内层，外层原料在辅助挤压机内被加热成为熔融态，之后被注入到主挤压机中并黏合在已成型的型材内层的表面，形成型材的外层；之后将型材送入压印装置，压印条纹后制得最终产品。

实施例3

本发明所述的窗户型材，其内外层材料的配比为：

型材的内层材料主要成分配比重量份为：

PVC 100份，聚氯乙烯6份，复合稳定剂6份，复合稳定剂为硬脂酸、紫外线吸收剂、二盐基性硬脂铅、二盐基性亚磷酸铅及硬脂酸钙的混合物，其重量比为：10∶1∶12∶70∶20；丙烯酸脂2.5份；

外层材料主要成分配比重量份为：

辅料1：PVC 100份，过80目筛的稻壳粉末30份，复合稳定剂6份，复合稳定剂为硬脂酸、紫外线吸收剂(UV-3346)、二盐基性硬脂铅、二盐基性亚磷酸铅及硬脂酸钙的混合物，其重量比为：10∶1∶12∶70∶20；KZTPP为1份，聚氯乙烯8份，金红石型钛白粉2份；

辅料2：PVC 100份，复合稳定剂6.0份，复合稳定剂为硬脂酸、紫外线吸收剂(UV-3346)、二盐基性硬脂铅、二盐基性亚磷酸铅及硬脂酸钙的混合物，其重量比为：10∶1∶12∶70∶20；酸化防止剂(ALKANOX 240)1份，分散剂(Zn-ST)3份，金红石型钛白粉5份

其加工方法是：

(I)内层材料成型：将内层材料按照配比采用现有工艺混合均匀加热使之融化，搅拌均匀后使之冷却至室温，造粒制得主原料；

(II)外层材料成型：(1)辅料1加工，将PVC和植物材料加结合剂按照配比投入到搅拌器当中，在90℃的温度中进行搅拌，之后再添加稳定剂及其它添加剂，在110℃中进行搅拌，当各种物料经加热熔融后搅拌均匀，冷却至室温造粒，制得辅料1；(2)辅料2加工，将原料按照所述配比混合均匀，经加热熔融后冷却造粒，制得辅料2；(3)辅料加工，将辅料1与辅料2按照重量比90∶10的比例混合，通过热挤压成型机挤压成型造粒为外层原料；

(III)型材成型：将内层原料通入挤压成型机主机，将外层材料通入挤压成型机辅机；内层原料在挤压成型机主机中被加热融化，之后按照成型机的模具被挤出为型材的形状作为内层，外层原料在辅助挤压机内被加热成为熔融态，之后被注入到主挤压机中并黏合在已成型的型材内层的表面，形成型材的外层；之后将型材送入压印装置，压印条纹后制得最终产品。

比较例：

将采用实施例1的方法制造出的型材与其他材料型材进行相关性能比较，如下表所示：

试验项目	检测项目标准	天然木材	白色PVC	MDF	本发明产品
						抗压强度	40N/mm<sup>2</sup>以上	85	58	75	80
冷热反复		无异常	发生形变	鼓胀	无异常
						尺寸稳定性	100±2℃时1.5％	1.04	2.6	2.1	1.03
弯曲强度	40N/mm<sup>2</sup>以上	34.6	31.8	29.5	35

如表所示：采用本发明制得的型材的各种性能与天然木材相差无几，可以完全取代天然木材的使用，从而节省大量的森林资源；同时其各项指标均高于同类的现有合成树脂类产品，同时由于其表面有与木材相似的质感和颜色，因此具有更为广泛的应用价值。

Claims (5)

1.一种窗户型材，包括两层均含有合成树脂的不同材料，其特征在于：型材的内层材料主要成分配比重量份为：

PVC 100份，冲击增强剂6-8份，复合稳定剂5-6份，调节剂2-3份；

外层材料主要成分配比重量份为：

辅料1：PVC 100份，植物材料30份，复合稳定剂5-6份，结合剂0.5-1份，冲击增强剂6-8份，颜料2-3份；

辅料2：PVC 100份，复合稳定剂5.5-6.5份，酸化防止剂0.5-1份，分散剂2-4份，颜料1-10份；

所述内层材料中的调节剂为丙烯酸酯，所述植物材料为木粉或稻壳或者两者的混合物。

2.根据权利要求1所述的窗户型材，其特征在于：所述内外层材料中的复合稳定剂为硬脂酸、紫外线吸收剂、二盐基性硬脂铅、二盐基性亚磷酸铅、硬脂酸钙、石蜡的混合物，其混合物的重量比为：10∶1∶12∶70∶20∶1。

3.根据权利要求2所述的窗户型材，其特征在于：所述的紫外线吸收剂为UV-531或UV-3346或FD 944或UV-326。

4.加工权利要求1所述的窗户型材的方法，其特征在于：加工方法是：

(I)内层材料成型：将内层材料按照配比采用现有工艺混合均匀加热使之融化，搅拌均匀后使之冷却至室温，造粒制得主原料；

(II)外层材料成型：(1)辅料1加工，将PVC和植物材料加结合剂按照配比投入到搅拌器当中，在90℃的温度中进行搅拌，之后再添加稳定剂及其它添加剂，在105℃-110℃中进行搅拌，当各种物料经加热熔融后搅拌均匀，冷却至室温造粒，制得辅料1；(2)辅料2加工，将原料按照所述配比混合均匀，经加热熔融后冷却造粒，制得辅料2；(3)辅料加工，将辅料1与辅料2按照重量比60-90∶40-10的比例混合，通过热挤压成型机挤压成型造粒为外层原料；

(III)型材成型：将主原料通入挤压成型机主机，将外层原料通入挤压成型机辅机；主料在挤压成型机主机中被加热融化，之后按照成型机的模具被挤出为型材的形状作为基层，外层原料在辅助挤压机内被加热成为熔融态，之后被注入到主挤压机中并黏合在已成型的型材基层的表面，形成型材的外层；之后将型材送入压印装置，压印条纹后制得最终产品。

5.根据权利要求4所述的窗户型材的加工方法，其特征在于：所述的压印装置设置在挤出机出口处。

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