CN102518357B - 复合式节能门窗框或门窗扇框及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度、低比重、绝缘、透微波、耐腐蚀、隔热效果好及装饰性强的复合式节能门窗框或门窗扇框及成型方法，它包括门窗框或门窗扇框，所述门窗框或门窗扇框由双组份材料构成，其门窗框或门窗扇框一面为玻璃钢型材、另一面为木质型材且玻璃钢型材面与木质型材面吻合构成复合式节能门窗框或门窗扇框。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；六是耐候性好，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。

Description

复合式节能门窗框或门窗扇框及成型方法

技术领域

本发明涉及一种高强度、低比重、绝缘、透微波、耐腐蚀、隔热效果好及装饰性强的复合式节能门窗框或门窗扇框及成型方法，属复合式节能门窗框及门窗框型材制造和应用领域。

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。木材的导热系数为0.15 kal/(m²·h·k)，因而具有极好保温、隔热、装饰性，但是木质门窗的密封性能较差，木材怕水和阳光曝晒，在潮湿环境中木材易吸潮变形；铝合金的导热系数为187 kal/(m²·h·k)左右，其导热性能极好，因而所制成门窗的隔热性能较差；塑料的导热系数为（0.2～0.13）kal/(m²·h·k)，其导热性能只有铝合金的千分之一，塑料异型材可以焊接，塑钢门窗具有很好的保温、密封、隔热的性能，但是塑料的装饰性能较差。

断桥铝采用尼龙材料将原来的两支铝合金异型材桥接在一起，从而门窗框内外的热源断开，达到减少能量的损失，其门窗的密封性能与普通铝合金相比没有根本的改变；木铝复合的门窗的性能有很大的提高，但是门窗在使用中，雨水会与门窗中的木材接触，时间长了木材会发霉或变形。铝塑复合虽然没有因为雨水会发生发霉或变形的现象，但是门窗的室内装饰性能较差，并且受热易变形、易老化。

玻璃钢门窗，即采用不饱和聚酯树脂与玻璃纤维复合的新材料，加工而成的门窗系统。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，设计一种高强度、低比重、绝缘、透微波、耐腐蚀、隔热效果好及装饰性强的复合式节能门窗框或门窗扇框及成型方法。

设计方案：为了实现上述设计目的。本申请利用聚氨酯与玻璃纤维复合成一种新材料，即聚氨酯玻璃钢复合材料，这种聚氨酯复合材料具有非常好的物理机械性能，可以替代部分金属，使用在很广泛的领域，故此本申请将它设计门窗框或门窗扇框型材，其聚氨酯门窗框、门窗框不仅具有很好的抗冲击强度，而且阻止雨水渗透性非常好，更重要的是在热绝缘方面的性能则更胜一筹。

1、采用聚氨酯树脂作为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0.219W/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，他不仅是做门窗框、门窗框的首选材料，而且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，因此它可以根据各种玻璃钢复合材料的热塑性能，设计和加工成玻璃钢异型材，既可作为门窗框、门窗框的室外部分，也是门窗框、门窗框的骨架；室内部分采用各种原木型材，作为装饰，使门窗具备节能性能，同时又具有豪华的木质门窗的特点。

技术方案1：一种复合式节能门窗框或门窗扇框，它包括门窗框或门窗扇框，其特征是：所述门窗框或门窗扇框由双组份材料构成，其门窗框或门窗扇框一面为玻璃钢型材、另一面为木质型材且玻璃钢型材面与木质型材面吻合构成复合式节能门窗框或门窗扇框；所述玻璃钢型材中的骨架由多束玻璃纤维密布层构成门窗框或门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门窗框或门窗扇框型材成型骨架，聚氨酯树脂与门窗框或门窗扇框型材成型骨架内外面复合且构成聚氨酯门窗框或门窗扇框型材；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%；其制作方法：采用拉挤生产工艺，其特征是：多束玻璃纤维或纤维层和玻璃纤维毡在进入门窗框或门窗扇框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型材成型骨架，该门窗框或门窗扇框型材成型骨架在通过门窗框或门窗扇框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型材。

技术方案2：聚氨酯复合材料节能门窗框或门窗扇框型材的成型系统，由门窗框和门窗框型材聚氨酯树脂注射成型模、冷却模和热定型模构成，门窗框或门窗扇框型材聚氨酯树脂注射成型模的进口进入多束玻璃纤维或纤维层和玻璃纤维毡、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门窗框或门窗扇框型材拉挤出口；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0Ｃ°~25Ｃ°水冷却；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。

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 237.00 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，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；十三是玻璃钢与木材复合构成的门窗框或门窗扇框扇，既具有玻璃钢、木材的优点，又实现了节能环保，装饰美化的目的。

附图说明

图1是复合式节能门窗框或门窗扇框的结构示意图。

图2是图1的剖视结构示意图。

图3是图1中门窗框或门窗扇框骨架的结构示意图。

图4是复合式节能门窗框或门窗扇框中玻璃钢型材的结构示意图。

图5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板材或窗框、窗扇、门窗加强筋的结构示意图。

图8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板材或窗框、窗扇、门窗加强筋的结构示意图。

图9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板材或窗框、窗扇、门窗加强筋的结构示意图。

图10是聚氨酯复合材料型材成型系统的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：参照附图1-9。复合式节能门窗框或门窗扇框，它包括门窗框或门窗扇框，所述门窗框或门窗扇框由双组份材料构成，其门窗框或门窗扇框一面为玻璃钢型材1、另一面为木质型材2且玻璃钢型材面与木质型材面吻合构成复合式节能门窗框或门窗扇框；所述玻璃钢型材中的骨架由多束玻璃纤维密布层构成门窗框或门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门窗框或门窗扇框型材成型骨架，聚氨酯树脂与门窗框或门窗扇框型材成型骨架内外面复合且构成聚氨酯门窗框或门窗扇框型材。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%、聚氨酯树脂为10%-40%。所述门窗框或门窗扇框型材成型骨架1内外面是指聚氨酯门窗框或门窗扇框型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。

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10。复合式节能门窗框或门窗扇框中玻璃钢型材的成型系统，由型材聚氨酯树注射成型模5、冷却模7和热定型模8构成，门窗框或门窗扇框型材聚氨酯树脂注射成型模5有二个进口 ，一个是为聚氨酯进料口6且位于门窗框或门窗扇框型材聚氨酯树脂注射成型模上部，另一个为多束玻璃纤维进口，聚氨酯树注射成型模5的进口进入多束玻璃纤维或纤维层和玻璃纤维毡、出口与冷却模7进口连通，冷却模7的出口与热定型模8进口连通，从热定型模8出口拉出聚氨酯型材。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，其冷却水的温度为0 oC～25oC。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，复合式节能门窗框或门窗扇框中玻璃钢型材的成型方法，多束玻璃纤维或纤维层和玻璃纤维毡在进入型材聚氨酯树脂注射成型模模腔的进口后，在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型材骨架，也就是说，型材聚氨酯树脂注射成型模模口、模腔的形状（截面）与所需型材形状（截面）完全相同，该型材骨架在通过型材聚氨酯树脂注射成型模时即被密封注入到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0Ｃ°~25Ｃ°。

本文中的聚氨酯树脂简称聚氨酯，聚氨酯复合玻璃钢型材简称玻璃钢型材。

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 (3)

1.一种复合式节能门窗框或门窗扇框，它包括门窗框或门窗扇框，其特征是：所述门窗框或门窗扇框由双组份材料构成，其门窗框或门窗扇框一面为玻璃钢型材、另一面为木质型材且玻璃钢型材面与木质型材面吻合构成复合式节能门窗框或门窗扇框；所述玻璃钢型材中的骨架由多束玻璃纤维密布层构成门窗框或门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门窗框或门窗扇框型材成型骨架，聚氨酯树脂与门窗框或门窗扇框型材成型骨架内外面复合且构成聚氨酯门窗框或门窗扇框型材；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65%-70%、聚氨酯树脂为30%-35%；其制作方法：采用拉挤生产工艺，其特征是：多束玻璃纤维或纤维层和玻璃纤维毡在进入门窗框或门窗扇框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型材成型骨架，该门窗框或门窗扇框型材成型骨架在通过门窗框或门窗扇框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型材。

2.根据权利要求1所述的复合式节能门窗框或门窗扇框，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。

3.根据权利要求1所述的复合式节能门窗框或门窗扇框，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0～25oC水冷。