CN101705779B - 复合窗热应力变形的解决方法及其结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种复合窗热应力变形的解决方法及其结构。解决门窗复合型材中铝塑复合窗等复合型材容易产生热应力变形的及由于复合型材中两种材料强度不匹配导致使用寿命偏低的问题。它以铝合金型材为主体结构材料，利用铝合金型材容易精密成型且弹性变形量大的优点，以镶嵌的方式将窗门室内一侧的具有隔热和装饰功能的室内型材嵌入铝合金型材骨架中，铝合金型材将室内型材牢牢地卡在槽内，限制它的横向位移和变形，防止复合窗整体结构产生纵向热应力变形；室内型材独立于主体结构之外，可拆卸、更换，用同一种铝合金型材，通过调整室内型材的厚度来满足不同地区对隔热性能的不同要求。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种复合窗热应力变形的解决方法及其结构。
背景技术
PVC塑料的导热系数约0.14，与木材的0.12～0.3相近，但耐腐蚀性和耐白蚁等虫蛀的性能是木材所无法比拟的，因此，它成为制作节能门窗的较理想的材料。
已有技术生产的铝塑复合窗的复合形式是以塑料型材为主，通过滚压铝合金型材方式，让锯齿状的铝型材燕尾槽咬入到塑料型材体内，两种型材紧密咬合，纵向不能移动，将二者紧密连接在一起。由于PVC塑料型材与铝合金型材的热膨胀系数不一致，还由于铝塑复合型材的使用环境中存在室内、室外温差，这些因素会导致内外两种型材热胀冷缩不均匀，从而使复合型材发生“热应力变形”；且塑、铝型材的强度极其不匹配，包含三个方面：a.抗风压强度不匹配；b.使用寿命的不匹配，主要是塑料型材在太阳光中的紫外线照射下极容易产生老化、龟裂、变色、抗冲击强度下降等问题，塑料型材的表面硬度很弱，不耐磕碰，塑料型材的刚度很差；c.塑料型材之间连接靠的是化学粘接力，铝塑复合后型材之间是无法焊接的。因为铝合金型材与塑料型材的使用寿命是极不相等的，所以，一旦塑料型材损坏，整个窗就要报废。
现在普遍使用的铝木复合窗主要有两种：以木材为主体材料的叫“铝包木窗”，成本很高；以铝合金型材为主体材料的叫“木包铝窗”，取前者的装饰效果而已。两种铝木复合窗都采用“卡扣”式连接方式，其中用在“铝包木窗”是合理的，因为它的木材粗大，且采用不太容易变形的松木，而用在“木包铝窗”上就是不合理的，因为它的木材只是一层约一厘米厚的硬木板，在温度和湿度的共同作用下很容易变形。
热应力变形是指窗的框材由于温度的作用而发生的纵向弯曲，原因是室内外存在温度差，导致框材的内外表面热胀冷缩不均匀，理论上，用任何材料制作的门窗在使用中都不可避免地要发生“热应力变形”现象，即使是用单一材料制作门窗也不能避免，关键是要看变形量有多大，是否损坏了门窗的结构，是否影响了门窗的使用性能。由于复合型材大都是由两种或两种以上的材质特性差异很大的材料紧密连接而成，变形量很大，热应力变形现象就严重。
例如：假定夜间室内外温度都是25度，室内外的铝型材和中间的隔热条PA的长度都是4米，夏天中午太阳直射时，室外铝型材表面温度将达到65度，室内铝型材在空调的作用下平均温度大约是30度，中间隔热条PA的平均温度大约是40度，根据热胀冷缩计算公式：ΔS＝L*(T2-T1)*§，其中ΔS是材料长度的绝对变化量；L是物体原来的长度；T2是变化后的温度；T1是起始温度；§是材料的热胀冷缩系数。那么，ΔS(PA)＝4m*(40-25)*0.0000235＝0.00141m，就是1.41毫米；ΔS(外铝)＝4m*(65-25)*0.000023＝0.00368m，也就是3.68毫米；ΔS(内铝)＝4m*(30-25)*0.000023＝0.00046m，也就是0.46毫米；3.68-1.41＝2.27毫米，3.68-0.46＝3.22毫米。由于是采用“滚压复合”，锯齿状的铝型材燕尾槽咬入到隔热条体内，三种型材紧密咬合，纵向不能移动，这时室外铝型材“热胀”出的长度只有以使自己弯曲成外圆来消化了，所以，复合型材就会向室内弯曲。
如果门窗安装时采用弹性连法，后果只能是门窗的气密性降低；如果门窗安装时采用传统的直接抹水泥砂浆的硬固定连接法，轻则影响扇的开关，重则发生玻璃开裂，墙体也可能被顶裂缝。
采用已有技术制作铝塑复合窗，室内塑料型材的净伸长量ΔS(塑)＝4m*(30-25)*0.000087＝0.00174m，就是1.74毫米，3.68-1.74＝1.94毫米，虽然变形量小于断桥铝型材，但由于采用同样的滚压复合方式，铝、塑型材之间纵向不能移动，仍然会产生“热应力变形”现象；如果不是复合型材，则室内ΔS(铝)≈4m*(55-25)*0.000023＝0.00276m，3.68-2.76＝0.92毫米，弯曲很小，可以忽略不计。
利用铝合金型材容易精密成型且具有弹性变形量大的优点，以镶嵌的方式将室内隔热型材或装饰条嵌入铝型材骨架中，任其纵向随意移动；又利用“其”纵向两端接触的铝型材燕尾槽的弹性，吸收“其”因“热胀”而多出的长度；再利用“其”的隔热性，使铝型材免受“温差”作用而弯曲；还利用铝型材燕尾槽的弹性将“其”紧紧卡住，既防止“其”因温、湿度的变化而变形，又限制“其”横向位移；还可以利用铝型材燕尾槽的弹性而实现将“其”随意更换，延长复合窗的使用寿命，提高装饰档次。这在现有技术中是没有的。
如中国专利号为200720005622.9实用新型公开了一种填充式门窗型材，为解决现有门窗用的空腹型材保温效果不好的问题而设计。如专利号为ZL200510012479.1一种分体结构塑料门窗型材，用于解决塑料门窗型材保温、抗老化的问题，其特别之处是由型材基体和塑料扣板组成，塑料扣板附着在型材基体室外部分的表面上，两者为可拆卸连接，塑料扣板与型材基体之间设有空腔，当表层塑料扣板老化变色或需要更换表面花色时不必拆掉原来的门窗，只需更换扣板即可，这种结构针对室外装饰设计，结构形式与本发明也不同。
发明内容
本发明的目的是为了解决门窗复合型材中“铝塑复合窗”、“木包铝窗”等复合型材容易产生“热应力变形”的问题，同时解决由于复合型材中两种材料强度不匹配导致使用寿命偏低的问题。提供一种复合窗热应力变形的解决方法及其结构，它结构设计合理，利用铝合金型材易精密成型和弹性变形量大的优点，以镶嵌的方式将塑料或实木材质的室内型材压入铝合金型材的骨架中，任其纵向随意移动；又利用“其”纵向两端接触的铝型材燕尾槽的弹性，吸收“其”因“热胀”而多出的长度；再利用“其”的隔热性，使铝型材免受“温差”作用而弯曲；还利用铝型材燕尾槽的弹性将“其”紧紧卡住，既防止“其”因温、湿度的变化而变形，又限制“其”横向位移；还可以利用铝型材燕尾槽的弹性而实现将“其”随意更换，延长复合窗的使用寿命，提高装饰档次。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种复合窗热应力变形的解决方法，其特征是以铝合金型材为主体结构材料，利用铝合金型材容易精密成型且弹性变形量大的优点，以镶嵌的方式将窗门室内一侧的具有隔热和装饰功能的室内型材嵌入铝合金型材骨架中，铝合金型材将室内型材牢牢地卡在槽内，限制它的横向位移和变形，防止复合窗整体结构产生纵向热应力变形；室内塑料型材或实木型材独立于主体结构之外，可拆卸，可更换，即使将室内型材全部卸掉，仍能保持窗门的基本使用功能，在免拆卸、不损伤铝合金型材骨架门窗的前提下，不同用户能随意更换室内型材；解决了复合型材两种材料使用寿命不匹配的问题。
用同一种铝合金型材，通过调整室内型材的厚度来满足不同地区对隔热性能的不同要求。简化了加工工艺和设备配置，降低了加工成本。
对应上述复合窗热应力变形的解决方法所对应的复合窗结构，包括室外型材、室内型材，其特征是所述的室外型材朝室内的一侧设有连接室内型材的弹性镶嵌装置，室内型材设有与弹性镶嵌装置相配合的嵌条。
作为优选，所述的室外型材上镶嵌装置为具有弹性的燕尾槽。本发明的室外型材采用的是铝合金材料，其本身具有一定的弹性，无需另加附件，制作工艺成熟，燕尾槽的镶嵌方式是两侧同时夹紧，装配时弹性余量较大，受力均匀，当然可以采用其它夹紧方式，如凹槽、盲孔等等。
作为优选，所述的室内型材的嵌条为具有斜度的喇叭状卡条。与燕尾槽相配，当喇叭状卡条卡入燕尾槽时，卡条和燕尾槽同时在弹性范围内变形，当卡到位时，卡条的边和燕尾槽的两侧边复位，双方相互紧贴卡紧。
作为优选，所述的室内型材的嵌条的装饰面设有若干种色彩和若干种表面花纹。根据不同用户的要求，可制成多种颜色和各类表面图案、方字等花色。
作为优选，所述的室外型材为具有中空结构和弹性结构的铝型材。如前所述，铝合金型材仅限制了室内型材与室外型相互配合时的横向变形和位移，室内型材在纵向却可以自由移动，由于室内型材独立于门窗结构之外，即使将室内型材全部拿掉，仍能保持门窗的基本使用功能不变，室内型材只起到隔热节能和装饰作用，因此，本发明具有能彻底解决复合型材门窗最容易产生的纵向热应力变形的问题。
作为优选，所述的室内型材为隔热的塑料型材。一种较低档次的装饰条，但可回收利用，环保、成本低，是本发明部件的一种实施例。
作为优选，所述的室内型材为自然原木型材或人造木型材。作为一种中高档的室内型材，以实心木为主，端庄美观，也是本发明的一种实施例。
本发明的有效效果是：采用本发明方法制作铝塑复合窗，室内塑料型材的净伸长量ΔS(塑)＝4m*(30-25)*0.000087＝0.00174m，就是1.74毫米，由于室内塑料型材纵向两端所接触的横向位置的铝型材燕尾槽具有足够的弹性化解这伸长的1.74毫米，因此就能避免纵向“热应力变形”问题的发生；以铝型材为窗的主框架，塑料型材或实木型材只起隔热和装饰作用，独立于窗的结构之外，安全可靠，在使用一定的时间之后可以更换塑料型材或实木型材，节约了资源，降低了使用成本；铝塑复合窗的隔热节能性能比断桥铝合金窗提高20％以上，成本降低20％以上，节能减排效果显著，经济、社会意义重大。
因此，本发明是一种科学合理，结构设计精巧，使用方便，不易变形，设有不同档次需用求的复合窗热应力变形的解决方法及其结构。
附图说明
图1是本发明的窗框中挺与窗扇搭接部位的结构示意图。
图2是本发明的窗框中挺室外铝型材的结构示意图。
图3是本发明的窗框中挺的室内塑料型材的结构示意图。
图4是本发明的窗框中挺的室内实木型材结构示意图。
图5是本发明的窗框中挺的室内实木型材实施例装配结构示意图。
图中：1.室外型材，11.燕尾槽，2.室内型材，21.喇叭状卡条，3.玻璃压线饰条，4.窗扇室外铝型材，5.实木室内型材，6.室内中间饰条，7.窗扇玻璃压线室内铝型材。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
参见图1和图2，本实施例采用铝合金拉制成的型材作为窗的主体结构，参见室外型材1、窗扇室外铝型材4、窗扇玻璃压线室内铝型材7，即使将室内型材2、室内中间饰条6、玻璃压线饰条3全部拿掉，仍能保持窗的基本使用功能。
以室外型材1为例：室外型材1有以下几个要点，一是朝室内一侧具有燕尾槽11，二是朝窗扇一侧与室内中间饰条6搭接处设有镶嵌密封条的装置。室外型材1与窗扇玻璃压线室内铝型材7、窗扇室外铝型材4的结合构成了窗的主体结构，而室外型材1、窗扇室外铝型材4、窗扇玻璃压线室内铝型材7与对应的室内型材2、室内中间饰条6、玻璃压线饰条3的结合，保证了整个窗户的隔热、密封效果。室内中间饰条6和玻璃压线饰条3同样可以更换。
如图3所示，一种塑料材料拉制成的室内型材2，这种型材与燕尾槽11相配合处的嵌条是有斜度的喇叭状卡条21，其截面成八字形，八字形的开口尺寸比燕尾槽11的槽口尺寸大，八字形的小口端尺寸与燕尾槽11的槽口尺寸相等，当喇叭状卡条21完全镶入燕尾槽11的槽口后，燕尾槽11的槽口刚好卡紧喇叭状卡条21八字形的窄端。
参见图4、图5，这是室内型材的一种采用木质制成“凸”字形的实木室内型材5，朝室内的装饰面可做成各种图案，与燕尾槽11相配合的嵌条做成外侧大内侧小的凸台状，当凸台完全镶入燕尾槽11的槽口后，燕尾槽11的槽口刚好卡紧凸台的内侧小端。
按一种标准制作室外型材1的燕尾槽11尺寸，以及与其相配合的室内型材2的嵌条尺寸，就可实现本发明的设计目的。
在使用一定时间后，室内型材2有损伤老化现象，或用户个人喜好的变化，对原有的室内型材2不喜欢，只要卸下室内型材2或中间饰条6，更换自己喜爱的装饰条即可。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明的简单变换后的结构均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种复合窗热应力变形的解决方法，其特征是以铝合金型材为主体结构材料，利用铝合金型材容易精密成型且弹性变形量大的优点，以镶嵌的方式将窗门室内一侧的具有隔热和装饰功能的室内型材嵌入铝合金型材骨架中，铝合金型材将室内型材牢牢地卡在槽内，限制它的横向位移和变形，不限制它的纵向移动，室内型材的隔热性使室外铝型材免受温差影响，防止复合窗整体结构产生纵向热应力变形；
室内型材独立于主体结构之外，可拆卸、更换，即使将室内型材全部卸掉，仍能保持窗门的基本使用功能，在免拆卸、不损伤铝合金型材主体结构的前提下，不同用户能随意更换室内型材；
用同一种铝合金型材，通过调整室内型材的厚度来满足不同地区对隔热性能的不同要求。
2.根据权利要求1所述的复合窗热应力变形的解决方法所对应的结构，包括室外型材（1）、室内型材（2），其特征是所述的室外型材（1）朝室内的一侧设有连接室内型材（2）的弹性镶嵌装置，室内型材（2）设有与弹性镶嵌装置相配合的嵌条，所述的室外型材（1）上镶嵌装置为具有弹性的燕尾槽（11），所述的室内型材（2）的嵌条为具有斜度的喇叭状卡条（21）。
3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于所述的室内型材（2）的嵌条的装饰面设有若干种色彩和若干种表面花纹。
4.根据权利要求2或3所述的结构，其特征在于所述的室外型材（1）为具有中空结构和弹性结构的铝型材。
5.根据权利要求2或3所述的结构，其特征在于所述的室内型材（2）为隔热的塑料型材结构。
6.根据权利要求2或3所述的结构，其特征在于所述的室内型材（2）为自然原木型材或人造木型材结构。
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