CN102518233A - 玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用聚氨酯树脂和玻璃纤维构成的玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材及成型方法,它包括玻璃纤维，所述多束玻璃纤维密布构成异型型材骨架，聚氨酯树脂与异型型材骨架内外面复合且构成聚氨酯异型型材。优点：一是轻质高强；二是节能保温、隔热；三是健康、绿色环保、节能效果显著；四是耐腐蚀、耐老化、寿命长；五是尺寸稳定性好；六是耐侯性好，不仅耐高温性能好，而且耐低温性能更佳；七是绝缘性能好；八是减震性能好；九是色彩丰富，聚氨酯复合材料硬度高,可涂装各种涂料，制成各种颜色的型材,以适应不同风格及档次的用途；十是抗疲劳性，聚氨酯复合材料的抗疲劳性很高，从而保证材料使用的安全性与可靠性。

Description

玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材及成型方法

技术领域

本发明涉及一种既具有良好的支撑强度，又具有体轻、隔热功效的玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材及成型方法，属复合型材制造领域。

背景技术

目前，市场上所流行的建筑玻璃幕墙中，使用的异型型材均为金属异型型材，以铝合金为主。其不足之处：一是比重大，体重，增加了整个玻璃幕墙的重量；二是隔热性差，由于金属是热传导体，它虽然具有支撑的作用，但同时又具热传导的良好效应，因此将其用在玻璃幕墙中，不仅起不到隔热保温的效果，反而起到了热传导效应，极大地降低了玻璃幕墙的隔热、保温效果。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种既具有良好的支撑强度，又具有体轻、隔热功效的玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材及成型方法。

设计方案：为了实现上述设计目的。1、采用聚氨酯树脂作为异型型材的复合材料的选择，是本发明的技术特征之一。这样做的目的在于：⑴聚氨酯树脂与其他树脂相比，聚氨酯复合材料的优势：一是极高的纵向强度；二是增加了玻璃毡，提高了横向性能；三是拥有最高的纤维容量；四是更高的强度和硬度；五是增加了零部件的复杂性；六是降低了壁厚；七是更强的断面轮廓，能跨越更大的距离；八是优良的抗冲击性能和优良的耐磨损性；九是高级精密制造和紧固，显著提高螺钉拔出力度；十是优异的表面光洁度。⑵具有很好的耐候、耐久性：一是具有极好的耐腐蚀性；二是低的吸水率；三是具有更好的温度稳定性；四是具有更好的光稳定性，可有脂肪族光稳定树脂。⑶更好的经济性：一是降低了成本；二是玻璃纤维含量高（同时也增加强度）；三是更强的产品能支撑更长的跨度；四是更高的生产效率—更快的拉挤速度，提高了流水线操作速度。⑷阻燃性优异，比聚酯或乙烯树脂散发出少得多的烟。⑸绿色环保,环境友好。⑹无苯乙烯,无过氧化物产生。2、聚氨酯复合异型型材型材成型工艺的设计，是本发明的技术特征之二。这样做的目的在于：与传统的不饱和聚酯玻璃钢异型材的拉挤工艺是基本相同的，所不同地方在于：⑴树脂注入的方式不同，不饱和聚酯树脂是采用开放式的添加；聚氨酯树脂是采用密闭注射的方式。⑵聚氨酯注射盒与制品模具之间，增加冷却段；在不饱和聚酯玻璃钢生产工艺中是没有冷却模或者冷却段。3、玻璃纤维毡的采用，是本发明的技术特征之三。这样做的目的在于：由于玻璃纤维毡是由纵横交错的玻璃纤维构成，所形成的毡不仅纵向起加强筋的作用，而且横向起加强筋的作用，所形成的产品不仅抗弯性强，而且抗折性好。

聚氨酯复合材料具有极好刚性和强度，物理与力学性能见附表。它完全部分替代铝合金和钢材，聚氨酯复合材料的导热系数为 0.219 W/m·k，铝的导热系数为237.00 W/m·k ,镀锌钢的导热系数为62.000W/m·k，在相同的条件下，就材质而言，铝材料的导热能力是聚氨酯的1082倍，镀锌钢的导热能力是聚氨酯复合材料的283倍；与铝和镀锌钢相比聚氨酯复合材料是热的不良导体；聚氨酯复合材料具有很好的刚性和强度，又有极好的可塑性，因此可以根据玻璃幕墙的技术要求，设计玻璃幕墙异型材型腔的结构，加工出各种异型的玻璃幕墙用型材。

技术方案1：玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材，它包括玻璃纤维，所述多束玻璃纤维密布构成异型型材骨架，或由多束玻璃纤维密布层和玻璃纤维毡构成异型型材骨架，聚氨酯与异型型材骨架1内外面复合且构成聚氨酯异型型材。

技术方案2：玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材的成型方法，多束玻璃纤维或玻璃纤维密布层和玻璃纤维毡在进入异型型材聚氨酯树脂注射成型模模腔的进口后，在异型型材聚氨酯树脂注射成型模模腔内均匀排列成所需的异型型材骨架，该异型型材骨架在通过异型型材聚氨酯树脂注射成型模时即被密封注入到异型型材聚氨酯树脂注射成型模内的聚氨酯浸没、充实，经过冷却模冷却、热定型模固化成所需的异型型材。

技术方案3：玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材的成型系统，采用拉挤生产工艺，由异型型材树脂注射成型模、冷却模和热定型模构成，异型型材聚氨酯树脂注射成型模的进口进入多束玻璃纤维或玻璃纤维密布层和玻璃纤维毡、出口与冷却模进口连通，冷却模的出口与热定型模进口连通，热定型模出口为聚氨酯复合材料异型型材拉挤出口。

本发明与背景技术相比，一是轻质高强，玻璃钢型材的密度在2.1左右，它比钢轻3～4倍，而强度却很大，其拉伸强度450～650MPa，与普通碳钢接近，弯曲强度大于1200MPa、弯曲弹性模量48000MPa；二是节能保温、隔热，聚氨酯复合材料导热系数为0.219 W/m·k，只有金属的1/100～1/1000，是优良的绝热材料；三是健康、绿色环保、节能效果显著；四是聚氨酯复合材料在生产中，不含苯乙烯，因而不会形成挥发性化合物VOC，所以更环保健康；五是聚氨酯复合材料经检测结果符合GB6566—2001《建筑材料放射性核素限量》中建筑主体材料的指标要求，检验结果0.2，内照射指数0.2，外照射指数0.2；五是耐腐蚀 、耐老化、寿命长，同盱聚氨酯复合材料是优良的耐腐蚀材料，对酸、碱、盐及大部分有机物，海水以及潮湿都有较好的抵抗能力，对微生物的作用也有抵抗性能，其具有的这种特性尤其适合使用于多雨、潮湿和沿海地区，以及有腐蚀性介质的场所；六是尺寸稳定性好，聚氨酯复合材料的线膨胀系数为5.6×10-6/℃，低于钢和铝合金，是塑料的1/15，因此玻稳定性好；七是耐侯性好，聚氨酯复合材料属热固性塑料，树脂交联后即形成三维网状分子结构，变成不溶不熔体，即使受热也不会熔化。聚氨酯复合材料热变形温度在200℃以上，不仅耐高温性能好，而且耐低温性能更佳；八是绝缘性能好，聚氨酯复合材料是良好的绝缘材料，它不受电磁波影响，不反射无线电波，透微波性好，能够承受高电压而不损坏，因此聚氨酯复合材料异型型材对野外临时建筑物及通讯系统的建筑物具有特殊的用途；九是减震性能好，聚氨酯复合材料的弹性模量为20900，用它制成的异型型材具有较高的减震频率，聚氨酯复合材料中树脂与纤维界面的结合，具有吸震和抗震能力，避免了结构件在工作状态下共振引起的早期破坏；十是抗疲劳性，聚氨酯复合材料的抗疲劳性很高，从而保证材料使用的安全性与可靠性；十一是聚氨酯复合材料具有极好刚性和强度，物理与力学性能见附表。它完全部分替代铝合金和钢材，聚氨酯复合材料的导热系数为 0.219 W/m·k  ,铝的导热系数为237.00W/m·k ,镀锌钢的导热系数为62.000W/m·k ，在相同的条件下，就材质而言，铝材料的导热能力是聚氨酯的1082倍，镀锌钢的导热能力是聚氨酯复合材料的283倍；与铝和镀锌钢相比聚氨酯复合材料是热的不良导体，由于聚氨酯复合材料具有很好的刚性和强度，又有极好的可塑性，因此可以根据玻璃幕墙的技术要求，设计异型材型腔的结构，加工出各种异型的玻璃幕墙用异型型材。在玻璃幕墙中采用聚氨酯复合材料做异型型材，可以显著地提高玻璃幕墙隔热、保温的效果，减少能耗损失，减轻门窗的重量，延长五金件的使用寿命。

附图说明

图1是玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材的骨架结构示意图。

图2是玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材的结构示意图。

图3是成型骨架中的纤维层包复玻璃纤维毡构成的聚氨酯复合材料异型型材的结构示意图。

图4是成型骨架中的玻璃纤维毡包复纤维层构成的聚氨酯复合材料异型型材的结构示意图。

图5是成型骨架中的纤维层夹玻璃纤维毡构成的聚氨酯复合材料异型型材的结构示意图。

图6是成型骨架中玻璃纤维毡外置且与纤维层叠加构成的聚氨酯复合材料异型型材的结构示意图。

图7是成型骨架中玻璃纤维毡外置且与纤维层和纤维毡叠加构成的聚氨酯复合材料异型型材的结构示意图。

图8是玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材生产系统的方框示意图。

具体实施方式

实施例1：参照附图1-7。玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材，它包括玻璃纤维，所述多束玻璃纤维密布构成异型型材骨架1，或由多束玻璃纤维密布层和玻璃纤维毡101构成异型型材骨架，聚氨酯树脂2与异型型材骨架1内外面复合且构成聚氨酯异型型材，也就是说，异型型材的成型骨架1由多束玻璃纤维密布构成或由多束玻璃纤维密布层和玻璃纤维毡101构成，聚氨酯树脂2与多束玻璃纤维构成中的每根玻璃纤维面完全复合且复合有聚氨酯树脂2的玻璃纤维之间相互粘接、固化构成所需的述异型型材型材，即所述异型型材骨架1内外面是指聚氨酯异型型材中每根玻璃纤维的面或多束玻璃纤维的面和玻璃纤维毡的面。所述所述聚氨酯异型型材为等边角型材或不等边角型材或槽形型材或管形型材或工字型材或H形型材或方管型材或圆管型材或门窗异型材。所述成型骨架中的纤维层包复玻璃纤维毡101，或玻璃纤维毡101间置有纤维层，或纤维层和玻璃纤维毡101叠加构成。所述聚氨酯异型型材中玻璃纤维为60%-90%、聚氨酯树脂为10%-40%。

实施例1-1：在实施例1的基础上，35%-40%聚氨酯和60%-75%玻纤可以拉挤聚氨酯异型材，其物理机械和力学性较好。

实施例1-2：在实施例1的基础上，30%-35%聚氨酯和65%-70%玻纤可以拉挤聚氨酯异型材，其物理机械和力学性良好。

实施例1-3：在实施例1的基础上，25%-30%聚氨酯和70%-75%玻纤可以拉挤聚氨酯异型材，其物理机械和力学性能是更好；

实施例1-4：在实施例1的基础上，20%-25%聚氨酯和75%-80%玻纤可以拉挤聚氨酯异型材，其物理机械和力学性能最好。

实施例1-5：在实施例1的基础上，15%-20%聚氨酯和80%-85%玻纤可以拉挤聚氨酯异型材，其物理机械和力学性能良好。

实施例1-6：在实施例1的基础上，10%-15%聚氨酯和85%-90%玻纤可以拉挤聚氨酯异型材，其物理机械和力学性能相对较好。

实施例1-7：在实施例1的基础上，10%聚氨酯和90%玻纤可以拉挤聚氨酯异型材，其物理机械和力学性能满足设计要求。

按上述比例所生产的聚氨酯异型材的物理机械和力学性能，是有所差异的，其相应的成本也是不一样的，聚氨酯复合材料的物理机械和力学性能最好，同时又比较经济的，聚氨酯树脂占20% ，玻纤占80%时，所拉挤成型的复合材料。

实施例2：参照附图8。玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材的成型系统，由异型型材聚氨酯树脂注射成型模3、冷却模5和热定型模6构成，异型型材聚氨酯树脂注射成型模3有二个进口 ，一是为聚氨酯进料口4且位于异型型材聚氨酯树脂注射成型模3上部，一个为玻璃纤维束进口，异型型材聚氨酯树脂注射成型模的进口进入多束玻璃纤维或玻璃纤维密布层和玻璃纤维毡、出口与冷却模5进口连通，冷却模的出口与热定型模6进口连通，热定型模出口为聚氨酯复合材料异型型材拉出口。所述热定型模由2~3个加热区构成且温度由低到高，温度设定范围为：90℃~250℃。所述冷却模为水冷冷却模，其冷却水的温度为0℃~25℃。生产开始初期，要注意调整和观察注射到注射盒内的聚氨酯树脂的流量，使玻纤能够充分地浸润，注意聚氨酯树脂不要溢出注射盒；观察制品固化的状况，注意调整热模的温度，以及牵引机的速度，使制品的成型与拉挤速度相匹配。

实施例3：在实施例1的基础上，玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材的成型方法，多束玻璃纤维或玻璃纤维密布层和玻璃纤维毡在进入异型型材聚氨酯树脂注射成型模模腔的进口后，在异型型材聚氨酯树脂注射成型模模腔的作用下自动排列成所需的异型型材骨架，也就是说，异型型材聚氨酯树脂注射成型模模口、模腔的形状（截面）与所需异型型材形状（截面）完全相同，该异型型材骨架在通过异型型材聚氨酯树脂注射成型模时即被密封注入到异型型材聚氨酯树脂注射成型模内的聚氨酯浸没、浸透、充实，经过冷却模冷却、热定型模固化成所需的异型型材，并且这种过程是连续不断的，即玻璃纤维连续不断的从异型型材聚氨酯树脂注射成型模进口进入、从热定型模连续不断的拉挤出固化成的异型型材。所述的聚氨酯复合材料是由异氰酸酯和多元醇按1∶1～1∶4的比例混合构成。所述热定型模的热固化温度为90 oC～250oC。所述冷却模采用水冷，其冷却水的温度为0℃~25℃。

本文中的聚氨酯树脂简称聚氨酯。

上述玻纤是指玻璃纤维或玻璃纤维和玻璃纤维毡，或碳纤维，或纺纶纤维，或涤纶纤维等增强纤维，或金属性增强丝;上述玻毡是指玻璃纤维毡玻璃纤维网格布，或玻璃纤维布、或涤纶布、或芳纶布等织物。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材，它包括玻璃纤维，其特征是：所述多束玻璃纤维密布构成异型型材骨架，或由多束玻璃纤维密布层和玻璃纤维毡构成异型型材骨架，聚氨酯树脂与异型型材骨架内外面复合且构成聚氨酯异型型材。

2.根据权利要求1所述的玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材，其特征是：所述聚氨酯异型型材为等边角型材或不等边角型材或槽形型材或管形型材或工字型材或H形型材或方管型材或门窗异型材等玻璃幕墙用异型材；所述成型骨架中的纤维层包复玻璃纤维毡，或玻璃纤维毡间置有纤维层，或纤维层和玻璃纤维毡叠加构成。

3.根据权利要求1所述的玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材，其特征是：所述异型型材骨架1内外面是指聚氨酯异型型材中每根玻璃纤维的面或多束玻璃纤维的面和玻璃纤维毡的面。

4.一种玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材的成型方法，采用拉挤生产工艺，其特征是：多束玻璃纤维多束或玻璃纤维密布层和玻璃纤维毡在进入异型型材聚氨酯树脂注射成型模模腔的进口后，在异型型材聚氨酯树脂注射成型模模腔内均匀排列成所需的异型型材骨架，该异型型材骨架在通过异型型材聚氨酯树脂注射成型模时即被密封注入到异型型材聚氨酯树脂注射成型模内的聚氨酯浸没、充实，经过冷却模冷却、热定型模固化成所需的异型型材。

5.根据权利要求4所述的玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材的成型方法，其特征是：所述的聚氨酯树脂材料是由异氰酸酯和多元醇按1∶1～1∶4的比例混合构成。

6.根据权利要求4所述的玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材的成型方法，其特征是：所述热定型模的热固化温度为90 oC～250oC，所述冷却模采用水冷，其冷却水的温度为0oC～25oC。

7.一种玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材的成型系统，采用拉挤生产工艺，其特征是由异型型材聚氨酯树脂注射成型模、冷却模和热定型模构成，异型型材聚氨酯树脂注射成型模的进口进入多束玻璃纤维、出口与冷却模进口连通，冷却模的出口与热定型模进口连通，热定型模出口为聚氨酯复合材料异型型材拉挤出口。

8.根据权利要求7所述的玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材的成型系统，其特征是：所述热定型模由2~3个加热区构成且温度由低到高，温度设定范围为：90oC ~250oC。

9.根据权利要求7所述的玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材的成型系统，其特征是：所述冷却模为水冷冷却模，其冷却水的温度为0oC～25oC。

10.根据权利要求7所述的玻璃幕墙用聚氨酯复合材料异型型材的成型系统，其特征是：所述加强筋型材聚氨酯树脂注射成型模为三通式加强筋型材聚氨酯树脂注射成型模。

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