CN102518356A - 聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材 - 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聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋及成型方法,它包括玻璃纤维，所述多束玻璃纤维密布层构成门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架或门板板材成型骨架，或所述多束玻璃纤维密布层和玻璃纤维毡构成门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架或门板板材成型骨架，聚氨酯树脂与门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架或门板板材成型骨架内外面复合且构成聚氨酯门窗框或门窗扇框或门板型材或门板板材。优点：一是轻质高强；二是节能保温、隔热；三是环保、节能效果显著；四是耐腐蚀、耐老化；五是尺寸稳定性好；六是耐侯性好；七是绝缘性能好。

Description

聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材

技术领域

本发明涉及一种采用聚氨酯树脂和玻璃纤维构成的聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋及成型方法，属复合型材制造领域。

背景技术

目前,市场上所流行的建筑门窗,主要采用木、铝合金、塑钢、断桥铝、木铝复合或者铝塑复合等材料的门窗；在上述材质的门窗系统之外，近几年在市场上又推出了一种使用不饱和聚酯树脂与玻璃纤维复合的新材料，俗称“玻璃钢”(英文名Fiber Reinforced Plastics 简称FRP)，加工而成的门窗系统，即玻璃钢门窗。

不饱和聚酯树脂是一种热固性树脂，当其在热或引发剂的作用下，可固化成为一种不溶不融的高分子网状聚合物，但这种聚合物机械强度很低，不能满足大部分使用的要求，当用玻璃纤维增强时可成为一种复合材料，俗称“玻璃钢”(英文名Fiber Reinforced Plastics 简称FRP)。“玻璃钢”的机械强度等各方面性能与树脂浇铸体相比有了很大的提高。但是，不饱和聚酯树脂玻璃钢异型材在拉挤生产过程中，要加纵向的玻璃纤维的同时，还必须加入玻璃纤维毡体，因而它的速度和效率较低；同时在生产中会产少量的苯乙烯。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种采用聚氨酯树脂和玻璃纤维构成的聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋及成型方法。

设计方案：为了实现上述设计目的。1、采用聚氨酯树脂作为门窗框或门窗扇框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，可有酯肪族光稳定树脂。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、聚氨酯复合门窗框或门窗扇框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聚氨酯树脂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62.000 W/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，因此可以根据聚氨酯复合材料的特点，设计异型材型腔的结构，加工出各种异型的门窗框或门窗扇框。

。

技术方案1：聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋，它包括玻璃纤维，所述多束玻璃纤维密布层构成门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架或门板板材成型骨架，或由多束玻璃纤维密布层和玻璃纤维毡构成门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架或门板板材成型骨架，聚氨酯树脂与门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架或门板板材成型骨架内外面复合且构成聚氨酯门窗框或门窗扇框或门板型材或门板板材。

技术方案2：聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇框或门板型材的成型方法，采用拉挤生产工艺，多束玻璃纤维或多束玻璃纤维和玻璃纤维毡在进入门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模模腔的进口后，在门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模模腔内均匀排列成所需的门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架，该门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架在通过门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模时即被密封注入到门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模内的聚氨酯浸没、充实，经过冷却模成型、热定型模固化成所需的门窗框或门窗扇框或门板型材。

技术方案3：聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇框或门板型材的成型系统，由门窗框和门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模、冷却模和热定型模构成，门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模的进口进入多束玻璃纤维或多束玻璃纤维和玻璃纤维毡、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门窗框或门窗扇框或门板型材拉挤出口。

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，因而加工门窗不需用钢衬加固；二是节能保温、隔热，聚氨酯复合材料导热系数为0.219W/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，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，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，因此所制门窗框尺寸稳定性好，温度的变化不会影响门窗框的正常开关功能；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门窗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，用它制成的门窗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；十一是抗疲劳性，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；十二是聚氨酯复合材料不仅具有极好刚性和强度，而且聚氨酯复合材料的导热系数仅为 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，因聚氨酯复合材料可以显著地提高门窗隔热、保温的效果，减少能耗损失，减轻门窗的重量。

附图说明

图1是聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋的骨架结构示意图。

图2是聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋的结构示意图。

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节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋的结构示意图。

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节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋的结构示意图。

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节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋的结构示意图。

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节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋的结构示意图。

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节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋的结构示意图。

图8是聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋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。聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋，它包括玻璃纤维，所述多束玻璃纤维密布构成门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架或门板板材成型骨架1，或由多束玻璃纤维密布和玻璃纤维毡101构成门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架或门板板材成型骨架1，聚氨酯树脂2与门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架或门板板材成型骨架内外面复合且构成聚氨酯门窗框或门窗扇框或门板型材或门板板材。也就是说，门窗框或门窗扇框或门板型材的成型骨架或门板板材的成型骨架1由多束玻璃纤维密布构成，或门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架或门板板材的成型骨架1由多束玻璃纤维密布和玻璃纤维毡构成，聚氨酯树脂2与多束玻璃纤维构成中的每根玻璃纤维面及玻璃纤维毡101完全复合且复合有聚氨酯树脂2的玻璃纤维之间和玻璃纤维毡101之间相互粘接、固化构成所需的述门窗框或门窗扇框或门板型材或门板板材，即所述门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架或门板板材的成型骨架1内外面是指聚氨酯门窗框或门窗扇框或门板型材或门板板材中每根玻璃纤维的面或每根玻璃纤维的面和玻璃纤维毡面。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。所述聚氨酯门窗框或门窗扇框或门板型材的厚度、宽度即为成型门窗框的厚度、宽度。所述聚氨酯门窗框或门窗扇框型材中玻璃纤维或玻璃纤维和玻璃纤维毡为60%-90%、聚氨酯为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，聚氨酯占20% ，玻纤（玻璃纤维或玻璃纤维和玻璃纤维毡）占80%时，所拉挤成型的复合材料。

实施例2：参照附图8。聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇框或门板型材的成型系统，由门窗框或门窗扇框或门板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，门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模有二个进口 ，一个是为聚氨酯进料口4且位于门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模上部，另一个为玻璃纤维束进口，该进口进入多束玻璃纤维或多束玻璃纤维和玻璃纤维毡、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门窗框或门窗扇框或门板型材拉出口。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：90Ｃ°~250Ｃ°。所述冷却模为水冷冷却模，采用0～25oC水冷。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3：参照附图8。在实施例1的基础上，聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇框或门板型材的成型方法，多束玻璃纤维或多束玻璃纤维和玻璃纤维毡在进入门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模模腔的进口后，在门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模模腔内均匀排列成所需的门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架，也就是说，门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模模口、模腔的形状（截面）与所需门窗框或门窗扇框或门板型材形状（截面）完全相同，该门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架在通过门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模时即被密封注入到门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模内的聚氨酯浸没、充实，经过冷却模成型、热定型模固化成所需的门窗框或门窗扇框或门板型材，并且这种过程是连续不断的，即玻璃纤维或多束玻璃纤维和玻璃纤维毡连续不断的从门窗框或门窗扇框或门板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门窗框或门窗扇框或门板型材。所述的聚氨酯树脂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冷却模，采用0～25oC水冷。

实施例4：在实施例1的基础上，门板板材的成型方法，为模压成型，其制作方法系现有技术，在此不作叙述。

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)

1.一种聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋，它包括玻璃纤维，其特征是：所述多束玻璃纤维密布层构成门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架或门板板材成型骨架，或由多束玻璃纤维密布层和玻璃纤维毡构成门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架或门板板材成型骨架，聚氨酯树脂与门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架或门板板材成型骨架内外面复合且构成聚氨酯门窗框或门窗扇框或门板型材或门板板材。

2.一种聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋，它包括玻璃纤维，其特征是：所述多束玻璃纤维密布层构成窗框或窗扇框型材成型骨架，或由多束玻璃纤维密布层和玻璃纤维毡构成窗框或窗扇框型材成型骨架，聚氨酯树脂与窗框或窗扇框型材成型骨架内外面复合且构成聚氨酯窗框或窗扇框型材。

3.根据权利要求1或2所述的聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋，其特征是：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；

所述聚氨酯门窗框或门窗扇框型材中玻璃纤维为或玻璃纤维和玻璃纤维毡60%-90%、聚氨酯树脂为10%-40%。

4.根据权利要求1或2所述的聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋，其特征是：所述门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架或门板板材成型骨架内外面是指聚氨酯门窗框或门窗扇框或门板型材或门板板材中每根玻璃纤维的面或每根玻璃纤维的面和玻璃纤维毡面。

5.一种聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇框或门板型材的成型方法，采用拉挤生产工艺，其特征是：多束玻璃纤维或多束玻璃纤维和玻璃纤维毡在进入门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模模腔的进口后，在门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模模腔内均匀排列成所需的门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架，该门窗框或门窗扇框或门板型材成型骨架在通过门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模时即被密封注入到门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模内的聚氨酯浸没、充实，经过冷却模成型、热定型模固化成所需的门窗框或门窗扇框或门板型材。

6.根据权利要求5所述的聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇或门板型材或门板材或窗框、窗扇、门窗加强筋的成型方法，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0～20oC水冷。

7.一种聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇框或门板型材的成型系统，其特征是由门窗框和门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模、冷却模和热定型模构成，门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模的进口进入多束玻璃纤维或多束玻璃纤维和玻璃纤维毡、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门窗框或门窗扇框或门板型材拉挤出口。

8.根据权利要求7所述的聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇框或门板型材的成型系统,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所述的聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇框或门板型材的成型系统，其特征是：所述冷却模为水冷冷却模，采用0～25oC水冷。

10.根据权利要求7所述的聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇框或门板型材的成型系统，其特征是：所述门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模为三通式门窗框或门窗扇框或门板型材聚氨酯树脂注射成型模。

Images