CN105134012B

CN105134012B - 具有三角形腔室的塑料门窗开启扇型材及所用复合材料

Info

Publication number: CN105134012B
Application number: CN201510510171.3A
Authority: CN
Inventors: 孙洪明; 许红升; 曹杨; 崔洪涛; 周庆刚
Original assignee: Shandong Provincial Academy of Building Research
Current assignee: Shandong Provincial Academy of Building Research
Priority date: 2015-08-19
Filing date: 2015-08-19
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2035-08-19
Also published as: CN105134012A

Abstract

一种具有三角形腔室的塑料门窗开启扇型材，它包括型材外立面和型材内立面，在型材外立面内侧并列设置有外侧排水通道和外侧第一隔热腔室；在型材内部设置有至少12个网格化排列的三角形腔室组成的密闭三角形腔室群；在外侧排水通道和三角形腔室群之间设置有外侧第二隔热腔室；在型材内立面上设置有内立面腹腔梁，在内立面腹腔梁和三角形腔室群之间设置有内立面隔热腔室；在三角形腔室群上方设置有双中空玻璃安装槽。用于制作塑料门窗型材的复合材料，它包括如下组分：PVC树脂100份、硬脂酸钡3‑4份、经过表面物理改性的纳米石墨颗粒1‑3份、氯化聚乙烯6‑10份；钛白粉5份、活性碳酸钙5份、硬脂酸单甘油酯1‑3份、聚丙烯酸酯2‑3份、用三甲基氯硅烷进行表面改性的膨胀玻化微珠0.5‑1.6份。

Description

具有三角形腔室的塑料门窗开启扇型材及所用复合材料

技术领域

本发明属于建筑门窗技术领域，尤其涉及一种具有三角形腔室的塑料门窗开启扇型材。

背景技术

目前国内门窗型材为PVC、U-PVC塑钢共挤型材、隔热断桥铝合金型材、铝木复合型材、铝塑复合隔热断桥型材等等。这些型材从断面结构上基本上属于三腔、四腔或多腔构造（小于20腔）。由于其结构强度、变形性能等存在缺陷，只能采用腔内复合U型、L型等各种形状的型钢板以补强和控制整体变形。PVC本身导热系数0.17 W/（m·K），这类型材一般传热系数大于1.8W/（m²·K）以上，对于70系列以上系列的门窗型材来说，结构性能、保温性能都达不到被动式低能耗建筑的技术要求。申请号为 201120346145 的中国实用新型公开了一种铝塑复合型材，由用于室外的铝型材和的用于室内的塑料型材镶嵌复合组成，所述塑料型材的内腔是一种蜂窝结构，该蜂窝与型材本体是一次挤压成型的整体结构，其优点在于塑料型材的蜂窝状多腔体结构，增加了塑料型材部分的强度和刚性，改善了型材的隔音、隔热节能效果，并能有效的提高产品的工艺性。申请号为200720305286 的中国实用新型专利说明书公开了一种具有蜂窝型腔室的塑料型材，在外壁中间的腔室内加入蜂窝形塑料的内层，每个蜂窝单元的对边距离为７－１８ｍｍ，蜂窝的壁厚为０．８－１．６ｍｍ，内层材料刚度较高，外壁材料抗老化性能较高，本发明具有结构简单，加工方便，重量轻，成本低的有益效果。

发明内容

本发明提供一种具有三角形腔室的塑料门窗开启扇型材，具体涉及到被动式建筑的超低能耗门窗，尤其涉及70系列以上塑料门窗型材的断面构造。

本发明的技术方案是：一种具有三角形腔室的塑料门窗开启扇型材，它包括型材外立面和型材内立面，在型材外立面内侧并列设置有外侧排水通道和外侧第一隔热腔室；在型材内部设置有至少12个网格化排列的三角形腔室组成的密闭三角形腔室群，每个三角形腔室的断面为三角形，1.6mm≤三角形腔室壁厚≤2mm；

在外侧排水通道和密闭三角形腔室群之间设置有外侧第二隔热腔室；在型材内立面上设置有内立面腹腔梁，在内立面腹腔梁和密闭三角形腔室群之间设置有内立面隔热腔室；在密闭三角形腔室群上方设置有双中空玻璃安装槽。

本方案的具体特点还有，开启扇型材的腔室总数大于24个腔室。

本发明提供一种塑料门窗材料，尤其涉及掺有经过表面物理改性的纳米石墨颗粒和改性膨胀玻化微珠的用于制作塑料门窗型材的复合材料。

本发明所采用的技术方案是：一种用于制作塑料门窗型材的复合材料，它包括按重量份计的如下组分：PVC树脂100份、硬脂酸钡3-4份、经过表面物理改性的纳米石墨颗粒1-3份、氯化聚乙烯6-10份；钛白粉5份、活性碳酸钙5份、硬脂酸单甘油酯1-3份、聚丙烯酸酯2-3份、用三甲基氯硅烷进行表面改性的膨胀玻化微珠0.5-1.6份。

膨胀玻化微珠是粒径<0.1mm，密度<80kg/m³，采用潍坊创智新材料有限公司生产的膨胀玻化微珠。

所述用三甲基氯硅烷进行表面改性的膨胀玻化微珠包括如下工艺步骤：先将以重量份计的1份三甲基氯硅烷和10份水混合搅拌均匀得到三甲基氯硅烷溶液；将膨胀玻化微珠从卧式滚筒回转型搅拌机喂料端喂入卧式滚筒回转型搅拌机，在卧式滚筒回转型搅拌机喂料端插入一根带有喷嘴的喷雾管，喷雾管插入卧式滚筒回转型搅拌机内的一端封闭，另一端连接三甲基氯硅烷溶液压力泵；喷雾管直径20毫米；喷雾管将三甲基氯硅烷溶液喷入膨胀玻化微珠，搅拌混合；三甲基氯硅烷溶液和膨胀玻化微珠的质量比为1:(3～6)；卧式滚筒回转型搅拌机沿着水平回转轴旋转搅拌，搅拌温度20±10℃，持续搅拌玻化微珠，搅拌时间不超过30分钟，直到无干料为止；搅拌均匀后，将玻化微珠在 100 ℃的烘干箱内烘干或自然晾干至恒重，烘干后得到表面改性膨胀玻化微珠成品。包装储存备用。注意防潮防水。

所述经过表面物理改性的纳米石墨颗粒是指由0.8um-38um连续颗粒级配的纳米石墨粉70份-80份与聚乙烯20份-30份复合混炼，通过单螺杆混炼机在150±5℃、4MPa压力条件下，挤出冷却制得的直径小于2mm圆形或圆柱形颗粒。

PVC树脂是指导热系数0.16-0.17 w /（m·K）的PVC或UPVC或PVC-U材料。

本发明的有益效果是：

（1）本发明在塑料门窗的断面中设计有三角形密闭空腔结构，空腔结构由三角形孔洞形成封闭腔室，三角形多密闭空腔结构有效延长了热量传递的路径，大幅度降低了门窗框的传热系数和门窗的传热系数，实现了门窗框的K值小于1.0，门窗的K值小于0.8；

（2）三角形的稳定性原理提高型材刚度，利用由三角形孔洞形成多腔室封闭空腔构造提高所制成的门窗型材的抗折强度，增加抵抗变形的能力，以消除目前塑钢型材中的复合U型、L型等各种形状的型钢板补强的缺点。

（3）由于本发明门窗框型材及断面构造有效阻碍了声波传递能力，增强了隔声能力、多腔室的密闭结构有效增加了消声以及吸声能力，因此本发明门窗框型材及断面构造所制成的门窗，具有较高的隔声能力，加权隔声量可达到35db以上。

（4）在窗扇与边框以及中挺之间设计三道密封，有效提高了门窗的气密性能，气密性可达到国家标准8级。性能优于同类产品，并且满足被动式建筑的要求。

（5）塑料门窗型材采用掺加经过表面物理改性膨胀玻化微珠，其门窗型材的导热系数可降到≤0.13 w /（m·K）。可实现塑料门窗型材（边框、中挺、开启扇）的传热系数K≤1.0 w /（m²·K），满足被动式建筑门窗的要求，同时改性膨胀玻化微珠有效提高了塑料门窗型材的抗冲击、抗折、抗拉强度。

（6）本发明方案包括型材外立面和型材内立面，在型材的内立面上设有内立面腹腔梁，型材的外立面设有排水通道，内立面腹腔梁与外立面排水通道分别通过内立面隔热腔室和第二隔热腔室与中间部位设置的三角形腔室群结构相连，断面构造从根本上提高了型材的结构刚度和抗弯能力。边框断面构造设置了外侧第一隔热腔室、外层第二隔热腔室、内立面隔热腔室以及三角形腔室群，本发明采用多密闭空腔结构与型材壳体一次性共同挤出工艺，显著提高了型材物理力学性能，无须任何钢衬就可以达到被动式建筑的超低能耗门窗的力学性能要求。同时三角形多密闭空腔结构有效延长了热量传递的路径，大幅度降低了门窗框的传热系数和门窗的传热系数，采用掺有改性膨胀玻化微珠的PVC或UPVC材料生产的门窗框的K值小于1.0 W/（m²·K），门窗的K值小于0.8 W/（m²·K）；同时提高了门窗的结构性能，提高了抗风荷载能力，在型材三角形多密闭空腔内不需要复合U型、口型或L型等各种形状的型钢衬板补强的前提下，就能够满足相关国家产品标准要求。在窗扇与边框以及中挺之间设计三道密封，有效提高了门窗的气密性能，可达到国家标准8级以上。在外侧第一隔热腔室内侧与第二隔热腔室顶部设置有自弹压紧腔室构造，以确保自弹压紧腔室构造安装的密封橡胶条2和13与双中空玻璃12紧密结合并固定，实现密封。自弹压紧腔室构造本身又作为外侧排水通道的一部分，随时将水分排出，实现底部排水，确保良好的防水性能，满足被动式房屋门窗要求。

附图说明

图1是边框-开启扇断面构造示意图。图2是中挺-开启扇断面构造图。

图中：1—密闭三角形腔室群；2—密封橡胶条；3—定位垫片；4—暖边；5—卡槽；6—第二标准五金件槽；7—三级橡胶条密封构造；8—内立面隔热腔室；9—内立面腹腔梁；10—开启扇；11—承重垫片；12—双中空玻璃；13—橡胶密封胶条；14—室内侧；15—L形双中空玻璃安装槽；16—自弹压紧腔室构造；17—外侧第一隔热腔室；18—三角形腔室；19—外侧第二隔热腔室；20—外侧排水通道。

具体实施方式

如图1所示：一种具有三角形腔室的塑料门窗开启扇型材，它包括型材外立面和型材内立面，在型材外立面内侧并列设置有外侧排水通道20和外侧第一隔热腔室17；在型材内部设置有至少12个网格化排列的三角形腔室18组成的密闭三角形腔室群1，每个三角形腔室18的断面为三角形，1.6mm≤三角形腔室壁厚≤2mm；

在外侧排水通道20和密闭三角形腔室群1之间设置有外侧第二隔热腔室19；在型材内立面上设置有内立面腹腔梁9，在内立面腹腔梁9和密闭三角形腔室群1之间设置有内立面隔热腔室8；在密闭三角形腔室群1上方设置有L形双中空玻璃安装槽15。在外侧第一隔热腔室17和L形双中空玻璃安装槽15之间设置有自弹压紧腔室构造16。开启扇型材的腔室总数大于24个腔室。

实施例1：

1、一种用于制作塑料门窗型材的复合材料，它包括按重量份计的如下组分：PVC树脂100份、硬脂酸钡4份、经过表面物理改性的纳米石墨颗粒2份、氯化聚乙烯6份；钛白粉5份、活性碳酸钙5份、硬脂酸单甘油酯1.5份、聚丙烯酸酯3份、用三甲基氯硅烷进行表面改性的膨胀玻化微珠0.5份。

2、采用潍坊创智新材料有限公司生产的膨胀玻化微珠，粒径<0.1mm，密度<80kg/m³。

3、表面物理改性的纳米石墨颗粒采用0.8um-38um连续颗粒级配的纳米石墨粉70份-80份与聚乙烯20份-30份复合混炼，通过单螺杆混炼机在150±5℃、4MPa压力条件下，挤出冷却制得的直径小于2mm圆形或圆柱形颗粒。

4、采用三甲基氯硅烷对膨胀玻化微珠进行改性。先将以重量份计的1份三甲基氯硅烷和10份水混合搅拌均匀得到三甲基氯硅烷溶液；温度控制在20±10℃。将膨胀玻化微珠从卧式滚筒回转型搅拌机喂料端喂入卧式滚筒回转型搅拌机，在卧式滚筒回转型搅拌机喂料端即回转轴的中心部位，插入一根带有喷嘴的喷雾管，喷雾管插入卧式滚筒回转型搅拌机内的一端封闭，另一端连接三甲基氯硅烷溶液压力泵；喷雾管直径20毫米。喷雾管直接对玻化微珠料喷三甲基氯硅烷溶液，三甲基氯硅烷溶液和膨胀玻化微珠的质量比按1:3进行混合；卧式滚筒回转型搅拌机沿着水平回转轴旋转搅拌，搅拌温度20±10℃，持续搅拌玻化微珠，搅拌时间不超过30分钟，直到无干料为止；搅拌均匀后，将玻化微珠在 100 ℃的烘干箱内烘干1小时以内或自然晾干至恒重，烘干后得到表面改性膨胀玻化微珠成品；包装储存备用。注意防潮防水。

5、生产门窗型材时按步骤1配比将混合料混合均匀，采用公知的门窗型材挤出设备和工艺挤出生产门窗型材。与目前未掺加膨胀玻化微珠的门窗型材方案比较，结果如表1。

实施例2：

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于，生产门窗型材时：按照如下重量份数组分：PVC树脂100份、硬脂酸钡4份、经过表面物理改性的纳米石墨颗粒2份、氯化聚乙烯6份；钛白粉5份、活性碳酸钙5份、硬脂酸单甘油酯1.5份、聚丙烯酸酯3份、用三甲基氯硅烷进行表面改性的膨胀玻化微珠0.8份,将以上混合料混合均匀，采用公知的门窗型材挤出设备和工艺挤出生产门窗型材。与目前未掺加膨胀玻化微珠的门窗型材方案比较，结果如表1。

实施例3：

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于，生产门窗型材时：按照如下重量份数组分：PVC树脂100份、硬脂酸钡4份、经过表面物理改性的纳米石墨颗粒2份、氯化聚乙烯6份；钛白粉5份、活性碳酸钙5份、硬脂酸单甘油酯1.5份、聚丙烯酸酯3份、用三甲基氯硅烷进行表面改性的膨胀玻化微珠1.6份,将以上混合料混合均匀，采用公知的门窗型材挤出设备和工艺挤出生产门窗型材。与目前未掺加膨胀玻化微珠的门窗型材方案比较，结果如表1。

实施例4

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于，生产门窗型材时：按照如下重量份数组分：PVC树脂100份、硬脂酸钡4份、经过表面物理改性的纳米石墨颗粒2份、氯化聚乙烯6份；钛白粉5份、活性碳酸钙5份、硬脂酸单甘油酯1.5份、聚丙烯酸酯3份、用三甲基氯硅烷进行表面改性的膨胀玻化微珠0份,将以上混合料混合均匀，采用公知的门窗型材挤出设备和工艺挤出生产门窗型材。与目前未掺加膨胀玻化微珠的门窗型材方案比较，结果如表1。

综合实施例1-实施例4实验结果详见表1。

表1：实施例1-实施例4结果一览表。

结果分析：表1中的数据可以看出,随着玻化微珠掺量(重量份)用量从0～1.60份时，拉伸强度和冲击强度增加，当玻化微珠用量为0.8份时，挤出拉伸、冲击强度和断裂伸长率以及屈服强度均达到最大值。与未加玻化微珠的PVC复合材料相比，该复合材料的拉伸性能最大提高了15%，而冲击最大强度提高了84%，屈服强度最大提高了18%。尤其复合材料的导热系数随着玻化微珠掺量(重量份)用量从0～1.60份时，导热系数从0.170～0.122,当玻化微珠用量为0.8份时, 复合材料的导热系数为0.130 w /（m·K）,这时材料的其他物理性能最好。完全满足本发明方案的目的。

实施例5：

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：

1、采用实施例1中的配方，其中玻化微珠用量为0.8份，生产82系列本发明方案的门窗型材。

2、采用本发明方案生产的82系列门窗型材，并采用传热系数为0.72的双中空(三层玻璃+两层中空),生产被动式建筑用门窗,然后按照国家和建工行业标准进行检测,结果如下。

3、中挺、边框、被动式建筑用门窗的传热系数为：

采用的本发明的复合材料导热系数为0.13 w /（m·K）

被动式建筑用门窗的气密性、抗风压值为：

采用本发明的导热系数为0.13 w /（m·K）的复合材料，生产的82系列门窗型材的传热系数都小于1.0 w /（m²·K）。其中，中挺-开启扇的传热系数为小于0.90 w /（m2·K），边框-开启扇的传热系数为小于0.74 w /（m²·K），采用双中空玻璃生产被动式建筑用门窗的传热系数为0.767 w /（m²·K），小于0.80 w /（m²·K）。其门窗的保温性能达到10级，抗风压值要求达到9级，气密性能达到8级。本发明生产的82系列一种无衬钢的高性能塑料门窗型材及其生产的门窗的保温性能、抗风压值、气密性结果都满足被动式建筑的要求，并且无明显缺陷，详见说明书附图1-中挺-开启扇的等温曲线图。

Claims

1.一种具有三角形腔室的塑料门窗开启扇型材，它包括型材外立面和型材内立面，其特征是在型材外立面内侧并列设置有外侧排水通道和外侧第一隔热腔室；在型材内部设置有至少12个网格化排列的三角形腔室组成的密闭三角形腔室群，每个三角形腔室的断面为三角形，1.6mm≤三角形腔室壁厚≤2mm；在外侧排水通道和三角形腔室群之间设置有外侧第二隔热腔室；在型材内立面上设置有内立面腹腔梁，在内立面腹腔梁和三角形腔室群之间设置有内立面隔热腔室；在三角形腔室群上方设置有双中空玻璃安装槽；用于制作所述具有三角形腔室的塑料门窗开启扇型材的复合材料包括按重量份计的如下组分：PVC树脂100份、硬脂酸钡3-4份、经过表面物理改性的纳米石墨颗粒1-3份、氯化聚乙烯6-10份；钛白粉5份、活性碳酸钙5份、硬脂酸单甘油酯1份-3份、聚丙烯酸酯2-3份、用三甲基氯硅烷进行表面改性的膨胀玻化微珠0.5-1.6份。

2.根据权利要求1所述的具有三角形腔室的塑料门窗开启扇型材，其特征是开启扇型材的腔室总数大于24个腔室。

3.一种用于制作具有三角形腔室的塑料门窗开启扇型材的复合材料，其特征是它包括按重量份计的如下组分：PVC树脂100份、硬脂酸钡3-4份、经过表面物理改性的纳米石墨颗粒1-3份、氯化聚乙烯6-10份；钛白粉5份、活性碳酸钙5份、硬脂酸单甘油酯1-3份、聚丙烯酸酯2-3份、用三甲基氯硅烷进行表面改性的膨胀玻化微珠0.5-1.6份。

4.根据权利要求3所述用于制作具有三角形腔室的塑料门窗开启扇型材的复合材料，其特征是膨胀玻化微珠是粒径<0.1mm，密度<80kg/m³。

5.根据权利要求3所述用于制作具有三角形腔室的塑料门窗开启扇型材的复合材料，其特征是所述用三甲基氯硅烷进行表面改性的膨胀玻化微珠包括如下工艺步骤：先将以重量份计的1份三甲基氯硅烷和10份水混合搅拌均匀得到三甲基氯硅烷溶液；将膨胀玻化微珠从卧式滚筒回转型搅拌机喂料端喂入卧式滚筒回转型搅拌机，在卧式滚筒回转型搅拌机喂料端插入一根带有喷嘴的喷雾管，喷雾管插入卧式滚筒回转型搅拌机内的一端封闭，另一端连接三甲基氯硅烷溶液压力泵；喷雾管直径20毫米；喷雾管将三甲基氯硅烷溶液喷入膨胀玻化微珠，搅拌混合；三甲基氯硅烷溶液和膨胀玻化微珠的质量比为1:(3～6)；卧式滚筒回转型搅拌机沿着水平回转轴旋转搅拌，搅拌温度20±10℃，持续搅拌玻化微珠，搅拌时间不超过30分钟，直到无干料为止；搅拌均匀后，将玻化微珠在 100 ℃的烘干箱内烘干或自然晾干至恒重，烘干后得到表面改性膨胀玻化微珠成品。

6.根据权利要求3所述用于制作具有三角形腔室的塑料门窗开启扇型材的复合材料，其特征是喷雾管插入卧式滚筒回转型搅拌机内的一端封闭，另一端连接三甲基氯硅烷溶液压力泵；喷雾管直径20毫米。

7.根据权利要求3所述用于制作具有三角形腔室的塑料门窗开启扇型材的复合材料，其特征是所述经过表面物理改性的纳米石墨颗粒是指由0.8um-38um连续颗粒级配的纳米石墨粉70份-80份与聚乙烯20份-30份复合混炼，通过单螺杆混炼机在150±5℃、4MPa压力条件下，挤出冷却制得的直径小于2mm圆形或圆柱形颗粒。

8.根据权利要求3所述用于制作具有三角形腔室的塑料门窗开启扇型材的复合材料，其特征是PVC树脂是指导热系数0.16-0.17 w /（m·K）的PVC或UPVC或PVC-U材料。