CN109735020A - 一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材及其制备方法，属于门窗技术领域。该塑钢门窗型材的原料包括以下按照重量份计的组分：聚氯乙烯30‑50份、丙烯腈‑苯乙烯共聚物20‑40份、聚苯并咪唑10‑20份、微晶石蜡2‑8份、改性无碱玻璃纤维8‑15份、改性莱卡纤维5‑12份。将上述原料经熔融挤出后，并经模具定型，即可得到所述的塑钢门窗型材。本发明以聚氯乙烯为基体，通过加入改性无碱玻璃纤维和改性莱卡纤维等组分可以制得高强度、高韧性的塑钢门窗型材，从而可以解决现有塑钢门窗型材综合力学性能较差等问题。
Description
技术领域
本发明涉及门窗技术，具体是一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材及其制备方法。
背景技术
塑钢门窗型材，是指以PVC(聚氯乙烯)为基体的一种型材。相比于传统的铝合金门窗型材，塑钢门窗型材具有保温性好、隔音性好、气密性好等优点，但是也存在刚性差等 缺点，所以塑钢门窗型材目前还无法完全代替铝合金门窗型材。
虽然，现有技术中通过在PVC体系中填充一些无机填料，可以改善塑钢门窗型材的刚 性，但是由于无机填料与PVC体系的相容性不好，故随着无机填料的添加，会导致其制得的塑钢门窗型材的韧性变差以及冲击强度大大下降。所以，还需要对塑钢门窗型材的填充物作进一步的筛选，以改善塑钢门窗型材的综合力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材及其制备方法，以解决 上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材，以聚氯乙烯为基体，其原料包括以下按照重 量份计的组分：聚氯乙烯30-50份、丙烯腈-苯乙烯共聚物20-40份、聚苯并咪唑10-20份、 微晶石蜡2-8份、改性无碱玻璃纤维8-15份、改性莱卡纤维5-12份；所述的改性无碱玻璃纤维为纳米二氧化钛和高锰酸钾双重改性的无碱玻璃纤维。
作为本发明进一步的方案，所述塑钢门窗型材的原料包括以下按照重量份计的组分： 聚氯乙烯35-45份、丙烯腈-苯乙烯共聚物25-30份、聚苯并咪唑15-18份、微晶石蜡3-5份、改性无碱玻璃纤维8-10份、改性莱卡纤维9-11份。
作为本发明再进一步的方案，所述塑钢门窗型材的原料包括以下按照重量份计的组 分：聚氯乙烯40份、丙烯腈-苯乙烯共聚物28份、聚苯并咪唑16份、微晶石蜡4份、改 性无碱玻璃纤维9份、改性莱卡纤维10份。
作为本发明再进一步的方案，所述的改性莱卡纤维为草酸铈和钛酸酯偶联剂改性的莱 卡纤维，其具体改性方法为：先将莱卡纤维用乙醇分散，然后添加钛酸酯偶联剂进行搅拌， 再接着加入草酸铈，并用超声波进行分散后，过滤、烘干，即可得到所述的改性莱卡纤维。
作为本发明再进一步的方案，所述改性无碱玻璃纤维的具体改性方法为：先将无碱玻 璃纤维浸泡在高锰酸钾溶液中，然后将浸泡后的无碱玻璃纤维烘干，并通过静电吸附技术 将纳米二氧化钛吸附在其表面上，即可得到所述的改性无碱玻璃纤维。
本发明还提供一种上述具有优良力学性能的塑钢门窗型材的制备方法，具体的，包括 以下步骤：
(1)先按上述的重量份进行聚氯乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚苯并咪唑、微晶石蜡、改性无碱玻璃纤维和改性莱卡纤维组分的配料，备用；
(2)将上述配好各组分通过密炼机熔融共混，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到粒子；
(3)将上述得到的粒子经模具定型，即可得到所述的塑钢门窗型材。
作为本发明再进一步的方案，所述步骤(2)中密炼机密炼温度为120-140℃，密炼时 间为20-40min。
作为本发明再进一步的方案，所述步骤(2)中双螺杆挤出机的转速为100-140r/min， 挤出温度为150-180℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明以聚氯乙烯为基体，通过加入丙烯腈-苯乙烯共聚物和聚苯并咪唑可以提 高体系的刚性，以及可以降低聚氯乙烯的使用量，从而降低聚氯乙烯带来的污染。另外，本发明制得的塑钢门窗型材具有高抗压强度、高抗折强度、高弯曲强度、高冲击强度、低 导热系数以及低透湿系数等特点，其综合力学性能优良、耐热性优异。
(2)本发明通过将无碱玻璃纤维的表面先经高锰酸钾氧化处理，然后在将纳米二氧 化钛吸附在无碱玻璃纤维经氧化处理后的的表面上，可以提升无碱玻璃纤维在聚氯乙烯中 的分散性以及相容性，从而可以显著提高塑钢门窗型材的刚性和强度，以及可以降低其导 热系数和透湿系数。
(3)本发明还通过加入经草酸铈和钛酸酯偶联剂改性的改性莱卡纤维，可以提升莱 卡纤维与聚氯乙烯的界面作用力，可以显著提高塑钢门窗型材的强度和韧性。另外，通过 加入适量的微晶石蜡可以提高无碱玻璃纤维和改性莱卡纤维在聚氯乙烯中的分散性，从而 可以改善塑钢门窗型材的力学性能。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅 仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技 术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范 围。
实施例1
该实施例提供的一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材，以聚氯乙烯为基体，其原料 包括以下按照重量计的组分：聚氯乙烯25kg、丙烯腈-苯乙烯共聚物10kg、聚苯并咪唑5kg、 微晶石蜡1kg、改性无碱玻璃纤维4kg、改性莱卡纤维2.5kg。
其中，所述的改性无碱玻璃纤维为纳米二氧化钛和高锰酸钾双重改性的无碱玻璃纤 维，其具体改性方法为：先将无碱玻璃纤维浸泡在质量浓度5％的高锰酸钾溶液中，其中浸泡的无碱玻璃纤维的质量为高锰酸钾溶液质量的10％，然后将浸泡后的无碱玻璃纤维烘干，并通过静电吸附技术将纳米二氧化钛吸附在其表面上，其中纳米二氧化钛的吸附质量为烘干后无碱玻璃纤维质量的0.5％，即可得到所述的改性无碱玻璃纤维。
所述的改性莱卡纤维为草酸铈和钛酸酯偶联剂改性的莱卡纤维，其具体改性方法为： 先将莱卡纤维用无水乙醇分散，其中无水乙醇的添加质量为莱卡纤维质量的100倍；然后 添加钛酸酯偶联剂进行搅拌，其中钛酸酯偶联剂的添加质量为莱卡纤维质量的0.5％；再接 着加入草酸铈，其中，草酸铈的添加质量为莱卡纤维质量的1％，并用超声波进行分散后， 过滤、烘干，即可得到所述的改性莱卡纤维。
另外，上述一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)先按上述的重量份进行聚氯乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚苯并咪唑、微晶石蜡、改性无碱玻璃纤维和改性莱卡纤维组分的配料，备用；
(2)将上述配好各组分通过密炼机熔融共混，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到粒子；其中，密炼机密炼温度为120℃，密炼时间为20min；双螺杆挤出机的转速为 100r/min，挤出温度为150℃；
(3)将上述得到的粒子经模具定型，即可得到所述的塑钢门窗型材。
实施例2
该实施例提供的一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材，以聚氯乙烯为基体，其原料 包括以下按照重量计的组分：聚氯乙烯15kg、丙烯腈-苯乙烯共聚物20kg、聚苯并咪唑10kg、 微晶石蜡4kg、改性无碱玻璃纤维7.5kg、改性莱卡纤维6kg。
其中，所述的改性无碱玻璃纤维为纳米二氧化钛和高锰酸钾双重改性的无碱玻璃纤 维，其具体改性方法为：先将无碱玻璃纤维浸泡在质量浓度5％的高锰酸钾溶液中，其中浸泡的无碱玻璃纤维的质量为高锰酸钾溶液质量的10％，然后将浸泡后的无碱玻璃纤维烘干，并通过静电吸附技术将纳米二氧化钛吸附在其表面上，其中纳米二氧化钛的吸附质量为烘干后无碱玻璃纤维质量的0.5％，即可得到所述的改性无碱玻璃纤维。
所述的改性莱卡纤维为草酸铈和钛酸酯偶联剂改性的莱卡纤维，其具体改性方法为： 先将莱卡纤维用无水乙醇分散，其中无水乙醇的添加质量为莱卡纤维质量的100倍；然后 添加钛酸酯偶联剂进行搅拌，其中钛酸酯偶联剂的添加质量为莱卡纤维质量的0.5％；再接 着加入草酸铈，其中，草酸铈的添加质量为莱卡纤维质量的1％，并用超声波进行分散后， 过滤、烘干，即可得到所述的改性莱卡纤维。
另外，上述一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)先按上述的重量份进行聚氯乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚苯并咪唑、微晶石蜡、改性无碱玻璃纤维和改性莱卡纤维组分的配料，备用；
(2)将上述配好各组分通过密炼机熔融共混，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到粒子；其中，密炼机密炼温度为140℃，密炼时间为40min；双螺杆挤出机的转速为140r/min，挤出温度为180℃；
(3)将上述得到的粒子经模具定型，即可得到所述的塑钢门窗型材。
实施例3
该实施例提供的一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材，以聚氯乙烯为基体，其原料 包括以下按照重量份计的组分：聚氯乙烯22.5kg、丙烯腈-苯乙烯共聚物12.5kg、聚苯并咪 唑7.5kg、微晶石蜡1.5kg、改性无碱玻璃纤维4kg、改性莱卡纤维4.5kg。
其中，所述的改性无碱玻璃纤维为纳米二氧化钛和高锰酸钾双重改性的无碱玻璃纤 维，其具体改性方法为：先将无碱玻璃纤维浸泡在质量浓度5％的高锰酸钾溶液中，其中浸泡的无碱玻璃纤维的质量为高锰酸钾溶液质量的10％，然后将浸泡后的无碱玻璃纤维烘干，并通过静电吸附技术将纳米二氧化钛吸附在其表面上，其中纳米二氧化钛的吸附质量为烘干后无碱玻璃纤维质量的0.5％，即可得到所述的改性无碱玻璃纤维。
所述的改性莱卡纤维为草酸铈和钛酸酯偶联剂改性的莱卡纤维，其具体改性方法为： 先将莱卡纤维用无水乙醇分散，其中无水乙醇的添加质量为莱卡纤维质量的100倍；然后 添加钛酸酯偶联剂进行搅拌，其中钛酸酯偶联剂的添加质量为莱卡纤维质量的0.5％；再接 着加入草酸铈，其中，草酸铈的添加质量为莱卡纤维质量的1％，并用超声波进行分散后， 过滤、烘干，即可得到所述的改性莱卡纤维。
另外，上述一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)先按上述的重量份进行聚氯乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚苯并咪唑、微晶石蜡、改性无碱玻璃纤维和改性莱卡纤维组分的配料，备用；
(2)将上述配好各组分通过密炼机熔融共混，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到粒子；其中，密炼机密炼温度为130℃，密炼时间为30min；双螺杆挤出机的转速为 120r/min，挤出温度为170℃；
(3)将上述得到的粒子经模具定型，即可得到所述的塑钢门窗型材。
实施例4
该实施例提供的一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材，以聚氯乙烯为基体，其原料 包括以下按照重量计的组分：聚氯乙烯17.5kg、丙烯腈-苯乙烯共聚物15kg、聚苯并咪唑 9kg、微晶石蜡2.5kg、改性无碱玻璃纤维5kg、改性莱卡纤维5.5kg。
其中，所述的改性无碱玻璃纤维为纳米二氧化钛和高锰酸钾双重改性的无碱玻璃纤 维，其具体改性方法为：先将无碱玻璃纤维浸泡在质量浓度5％的高锰酸钾溶液中，其中浸泡的无碱玻璃纤维的质量为高锰酸钾溶液质量的10％，然后将浸泡后的无碱玻璃纤维烘干，并通过静电吸附技术将纳米二氧化钛吸附在其表面上，其中纳米二氧化钛的吸附质量为烘干后无碱玻璃纤维质量的0.5％，即可得到所述的改性无碱玻璃纤维。
所述的改性莱卡纤维为草酸铈和钛酸酯偶联剂改性的莱卡纤维，其具体改性方法为： 先将莱卡纤维用无水乙醇分散，其中无水乙醇的添加质量为莱卡纤维质量的100倍；然后 添加钛酸酯偶联剂进行搅拌，其中钛酸酯偶联剂的添加质量为莱卡纤维质量的0.5％；再接 着加入草酸铈，其中，草酸铈的添加质量为莱卡纤维质量的1％，并用超声波进行分散后， 过滤、烘干，即可得到所述的改性莱卡纤维。
另外，上述一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)先按上述的重量份进行聚氯乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚苯并咪唑、微晶石蜡、改性无碱玻璃纤维和改性莱卡纤维组分的配料，备用；
(2)将上述配好各组分通过密炼机熔融共混，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到粒子；其中，密炼机密炼温度为130℃，密炼时间为30min；双螺杆挤出机的转速为 120r/min，挤出温度为170℃；
(3)将上述得到的粒子经模具定型，即可得到所述的塑钢门窗型材。
实施例5
该实施例提供的一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材，以聚氯乙烯为基体，其原料 包括以下按照重量计的组分：聚氯乙烯20kg、丙烯腈-苯乙烯共聚物14kg、聚苯并咪唑8kg、 微晶石蜡2kg、改性无碱玻璃纤维4.5kg、改性莱卡纤维5kg。
其中，所述的改性无碱玻璃纤维为纳米二氧化钛和高锰酸钾双重改性的无碱玻璃纤 维，其具体改性方法为：先将无碱玻璃纤维浸泡在质量浓度5％的高锰酸钾溶液中，其中浸泡的无碱玻璃纤维的质量为高锰酸钾溶液质量的10％，然后将浸泡后的无碱玻璃纤维烘干，并通过静电吸附技术将纳米二氧化钛吸附在其表面上，其中纳米二氧化钛的吸附质量为烘干后无碱玻璃纤维质量的0.5％，即可得到所述的改性无碱玻璃纤维。
所述的改性莱卡纤维为草酸铈和钛酸酯偶联剂改性的莱卡纤维，其具体改性方法为： 先将莱卡纤维用无水乙醇分散，其中无水乙醇的添加质量为莱卡纤维质量的100倍；然后 添加钛酸酯偶联剂进行搅拌，其中钛酸酯偶联剂的添加质量为莱卡纤维质量的0.5％；再接 着加入草酸铈，其中，草酸铈的添加质量为莱卡纤维质量的1％，并用超声波进行分散后， 过滤、烘干，即可得到所述的改性莱卡纤维。
另外，上述一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)先按上述的重量份进行聚氯乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚苯并咪唑、微晶石蜡、改性无碱玻璃纤维和改性莱卡纤维组分的配料，备用；
(2)将上述配好各组分通过密炼机熔融共混，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到粒子；其中，密炼机密炼温度为130℃，密炼时间为30min；双螺杆挤出机的转速为 120r/min，挤出温度为170℃；
(3)将上述得到的粒子经模具定型，即可得到所述的塑钢门窗型材。
对比例1
除不含有改性无碱玻璃纤维，其他组分及其含量和制备方法与实施例5相同。
对比例2
除不含有改性莱卡纤维，其他组分及其含量和制备方法与实施例5相同。
对比例3
除将改性无碱玻璃纤维替换成未经改性的无碱玻璃纤维，其他组分及其含量和制备方 法与实施例5相同。
对比例4
除将改性无碱玻璃纤维替换成只经纳米二氧化钛改性的无碱玻璃纤维，其他组分及其 含量和制备方法与实施例5相同。
对比例5
除将改性莱卡纤维替换成未经改性的莱卡纤维，其他组分及其含量和制备方法与实施 例5相同。
对比例6
除将改性莱卡纤维替换成只经钛酸酯偶联剂改性的莱卡纤维，其他组分及其含量和制 备方法与实施例5相同。
将上述实施例1-5和对比例1-5制得的塑钢门窗型材与市售产品(市售采用PVC的塑 钢门窗型材)进行抗压强度、抗折强度、弯曲强度、冲击强度、导热系数、透湿系数等性能的对比。其中，检测对比结果如下表1：
表1
由上表1的检测结果可以看出，按照本发明提供的实施例1-5的技术方案制得的塑钢 门窗型材具有高抗压强度、高抗折强度、高弯曲强度、高冲击强度、低导热系数以及低透湿系数等特点，综合力学性能优良。相比于现有市售采用PVC的塑钢门窗型材，本发明制 得的塑钢门窗型材的综合力学性能较为优良，且导热系数和透湿系数较低。
从对比例1-2和实施例5的检测结果可以看出，本发明通过加入改性无碱玻璃纤维， 并与改性莱卡纤维等组分进行复配作用下，可以显著提高塑钢门窗型材的力学性能以及可 以降低其导热系数和透湿系数。
另外，从对比例3-4和实施例5的测试结果可以看出，本发明通过加入经纳米二氧化 钛和高锰酸钾双重改性的无碱玻璃纤维，可以显著提高塑钢门窗型材的强度，从而可以改 善塑钢门窗型材的力学性能，以及可以降低其导热系数和透湿系数，其效果要比未经改性 的无碱玻璃纤维和只经纳米二氧化钛改性的无碱玻璃纤维更加明显。
另外，从对比例5-6和实施例5的测试结果可以看出，本发明通过加入经草酸铈和钛 酸酯偶联剂改性的莱卡纤维，可以显著提高塑钢门窗型材的强度，从而可以改善塑钢门窗 型材的力学性能，以及可以降低其导热系数，其效果要比未经改性的莱卡纤维和只经钛酸 酯偶联剂改性的莱卡纤维更加明显。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背 离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从 哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含 一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将 说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可 以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材，以聚氯乙烯为基体，其特征在于，所述塑钢门窗型材的原料包括以下按照重量份计的组分：聚氯乙烯30-50份、丙烯腈-苯乙烯共聚物20-40份、聚苯并咪唑10-20份、微晶石蜡2-8份、改性无碱玻璃纤维8-15份、改性莱卡纤维5-12份；所述的改性无碱玻璃纤维为纳米二氧化钛和高锰酸钾双重改性的无碱玻璃纤维。
2.根据权利要求1所述的一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材，其特征在于，所述塑钢门窗型材的原料包括以下按照重量份计的组分：聚氯乙烯35-45份、丙烯腈-苯乙烯共聚物25-30份、聚苯并咪唑15-18份、微晶石蜡3-5份、改性无碱玻璃纤维8-10份、改性莱卡纤维9-11份。
3.根据权利要求2所述的一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材，其特征在于，所述塑钢门窗型材的原料包括以下按照重量份计的组分：聚氯乙烯40份、丙烯腈-苯乙烯共聚物28份、聚苯并咪唑16份、微晶石蜡4份、改性无碱玻璃纤维9份、改性莱卡纤维10份。
4.根据权利要求1所述的一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材，其特征在于，所述的改性莱卡纤维为草酸铈和钛酸酯偶联剂改性的莱卡纤维，其具体改性方法为：先将莱卡纤维用乙醇分散，然后添加钛酸酯偶联剂进行搅拌，再接着加入草酸铈，并用超声波进行分散后，过滤、烘干，即可得到所述的改性莱卡纤维。
5.根据权利要求1所述的一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材，其特征在于，所述改性无碱玻璃纤维的具体改性方法为：先将无碱玻璃纤维浸泡在高锰酸钾溶液中，然后将浸泡后的无碱玻璃纤维烘干，并通过静电吸附技术将纳米二氧化钛吸附在其表面上，即可得到所述的改性无碱玻璃纤维。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
先按上述的重量份进行聚氯乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚苯并咪唑、微晶石蜡、改性无碱玻璃纤维和改性莱卡纤维组分的配料，备用；
将上述配好各组分通过密炼机熔融共混，然后通过双螺杆挤出机挤出造粒，得到粒子；
将上述得到的粒子经模具定型，即可得到所述的塑钢门窗型材。
7.根据权利要求6所述的一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中密炼机密炼温度为120-140℃，密炼时间为20-40min。
8.根据权利要求6所述的一种具有优良力学性能的塑钢门窗型材的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中双螺杆挤出机的转速为100-140r/min，挤出温度为150-180℃。
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