CN113526902B - 一种添加粉煤灰的节能环保门窗附框型材及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种添加粉煤灰的节能环保门窗附框型材及其生产方法，通过将粉煤灰进行预处理，再按照比例进行混料，经过一次挤出造粒后，再将造好粒的原料进行挤出成型加工，最终制得节能环保门窗附框型材。本发明具有节能环保、产品性能稳定、组装加工性能、材料力学性能优异、外形尺寸稳定、使用中节能保温、成本优势等优点。

Description

一种添加粉煤灰的节能环保门窗附框型材及其生产方法
技术领域
本发明涉及建筑门窗用附框型材技术领域，具体而言，尤其涉及一种添加粉煤灰的节能环保门窗附框型材及其生产方法。
背景技术
节能型附框是指截面宽度方向热阻不小于0.28(m2·K/W)的材料制成的预先安装在门窗洞口中用于固定门窗的杆件系统，这种材料就叫做节能型附框型材。随着国内建筑外窗系统标准化水平和对节能要求的不断提高，节能型附框及其节能型附框型材在建筑外窗系统中的应用呈现逐年上升的趋势。
粉煤灰是一种从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排放的主要固体废弃物。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，已经成为我国当前排放量最大的工业固体废弃物之一。我国是一个人均资源占有量十分有限的国家，粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段。
粉煤灰作为无机填料在塑料挤出加工应用中存在以下不足之处：
(1)粉煤灰受微观颗粒形态影响，存在极易吸潮的问题，影响塑料制品性能。
(2)粉煤灰颗粒大小不均匀，而且含有固体颗粒杂质，影响挤出工艺稳定性和制品性能。
(3)粉煤灰作为一种无机物，其颗粒表面与有机物大分子的表面结合力比较弱，会影响制品性能。
(4)在塑料挤出加工中大量添加粉煤灰，会造成挤出机扭矩波动大的问题，会严重影响挤出过程的工艺稳定性。
发明内容
根据上述提出的粉煤灰作为无机填料在塑料挤出加工应用中的不足之处的技术问题，而提供一种添加粉煤灰的节能环保门窗附框型材及其生产方法。本发明主要利用将粉煤灰添加于节能环保门窗附框中，极大提高建筑门窗用附框的节能环保性能。
本发明采用的技术手段如下：
一种添加粉煤灰的节能环保门窗附框型材，所述节能环保门窗附框型材由添加粉煤灰的基材树脂与改性ASA塑料母粒或中间增强聚酯通过共挤制成，其基材树脂的组成为：
Figure GDA0003800545630000021
其中，稳定剂使用钙锌稳定剂；抗冲改性剂使用CPE类；加工助剂使用丙烯酸脂类助剂；外用滑剂使用硬脂酸或聚乙烯蜡，内用滑剂使用硬脂酸或聚乙烯蜡；改性ASA塑料母粒的质量比例为100％。
本发明还提供了一种添加粉煤灰的节能环保门窗附框型材的生产方法，所述节能环保门窗附框型材通过将粉煤灰进行预处理，再按照比例进行混料，经过一次挤出造粒后，再将造好粒的原料进行挤出成型加工制备得到；
具体包括如下步骤：
步骤一、粉煤灰先经过过筛处理，再进行烘干处理，去除多余水分，最后进行表面处理；
步骤二、将经过步骤一处理后的粉煤灰作为无机填料添加到节能环保门窗附框型材配方中；
步骤三、利用双螺杆挤出机、塑料造粒机和冷却收集装置等设备对步骤二中得到的配方进行造粒环节；
步骤四、将步骤三中得到的造好粒的原料进行挤出成型加工环节，获得节能环保门窗附框型材。
进一步地，所述步骤一中，过筛处理使用的设备为气流筛分机，筛网要求为300目；烘干处理使用的设备为流化床干燥机，烘干后粉煤灰的水分含量为0.5％以内；表面处理使用的设备为高速混料机，先投入烘干后的粉煤灰、分散剂，通过高速混料机桨叶的高速旋转，快速使物料温度达到60-100摄氏度，后将表面处理剂投入高速混料机内高速搅拌，搅拌时间达到设定值后即可放料；步骤一的整个处理过程中，粉煤灰的上料、输送、处理、放料、储存等均需在密闭的管道和密闭空间中进行，防止粉煤灰泄漏于裸露空间中。
进一步地，所述步骤一中，表面处理配比组成为：
Figure GDA0003800545630000031
进一步地，所述步骤二中得到的配方组成为：
Figure GDA0003800545630000032
Figure GDA0003800545630000041
进一步地，所述步骤三中，造粒环节中使用的双螺杆挤出机具有六个加热区：每个加热区的加热温度分别为：
一区：170-180℃，二区：170-180℃，三区：172-182℃，四区：175-185℃，五区：180-190℃，六区：175-185℃；
适配器中的温度为：190-200℃；
双螺杆挤出机的挤出螺杆转速：8-15rpm，加料螺杆转速：35-55rpm，扭矩：47-65％，融压：320-380bar。
进一步地，所述步骤四中，挤出成型加工环节分为双螺杆挤出机独立挤出加工和双螺杆挤出机与单螺杆挤出机共同挤出加工两种方式；
双螺杆挤出机与单螺杆挤出机共同挤出加工方式中，双螺杆挤出机为主机，单螺杆挤出机为辅机，主机与辅机垂直设置，主机进行附框型材基材的加工；辅机进行附框型材表面共挤或内部增韧的加工，主机和辅机同时挤出，初成型后进行冷切定型。
进一步地，所述双螺杆挤出机内设有六个独立控温的加热区：每个加热区的温度设定分别为：
一区：170-175℃，二区：172-178℃，三区：175-185℃，四区：180-185℃，五区：185-190℃，六区：175-180℃；
法兰连接部位适配器的温度为：185-195℃；
双螺杆挤出机的挤出螺杆转速：8-15rpm，加料螺杆转速：25-40rpm，扭矩：45-65％，融压：305-360bar；
模具机头共有4个独立控温的加热区，其温度设定参数分别为：一区：190-200℃，二区：190-200℃，三区：190-200℃，四区：190-200℃。
进一步地，所述辅机为单螺杆塑料挤出机，该辅机共有三个加热区，每个加热区的加热温度分别为：一区：200-240℃，二区：200-240℃，三区：200-240℃；
适配器的温度为：200-240℃。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、产品生产环节：节能环保
节能型附框在生产能耗上远低于钢、铝产品,生产环节节能30％～50％，而且在生产过程中无废水、废气、废渣排放，不会造成环境污染。
2、产品性能稳定
比钢、铝、木产品化学稳定性、耐腐蚀性强，不易生锈、不腐烂发霉，不易燃，离火后自行熄灭。
3、组装加工性能
切割、打孔、镙接较金属容易，仅次于木材，同时具有木材不具备的可焊接性能。
4、材料力学性能优异
产品的力学性能有着仅次于如钢、铝产品的高强度，高刚度以及高硬度的性能。
5、外形尺寸稳定
在正常的环境温度、湿度变化的情况下，尺寸变形较小，接近建筑主体尺寸变化，几乎不产生应力，结合部位裂缝隐患小。
6、使用中节能保温
产品导热系数小，应用后可以提高整体建筑的节能保温性能。
7、成本优势
较其他类型的附框产品，节能型附框具有较大的价格优势。
综上，应用本发明的技术方案能够解决现有技术中的粉煤灰作为无机填料在塑料挤出加工应用中的不足之处的问题。
基于上述理由本发明可在建筑门窗等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明添加粉煤灰的节能环保门窗附框型材的结构示意图。
图2为本发明添加粉煤灰的节能环保门窗附框型材的侧视图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了克服粉煤灰作为无机填料在塑料挤出加工应用中的不足之处，并且极大提高建筑门窗用附框的节能环保性能，本发明提供了一种将粉煤灰添加于节能环保门窗附框的解决方案。
本发明提供的添加粉煤灰的节能环保门窗附框型材的生产方法为：将粉煤灰进行预处理，再按照比例进行混料，经过一次挤出造粒后，再将造好粒的原料进行挤出成型加工，最终制得节能环保门窗附框型材。
一、粉煤灰要先经过过筛处理，再经过烘干，去除多余水分，最后进行表面处理。其表面处理配比组成为：
Figure GDA0003800545630000071
二、经过处理后的粉煤灰可作为无机填料添加到节能环保门窗附框型材配方中，其组成为：
Figure GDA0003800545630000072
Figure GDA0003800545630000081
其中粉煤灰的处理工序为：1、过筛，2、烘干，3、表面处理。过筛处理使用的设备为气流筛分机，筛网要求为300目，烘干处理使用的设备为流化床干燥机，烘干后粉煤灰的水分含量为0.5％以内，表面处理使用的设备为高速混料机，先投入烘干后的粉煤灰、分散剂，通过高速混料机桨叶的高速旋转，快速使物料温度达到60-100摄氏度，后将表面处理剂投入高速混料机内高速搅拌，搅拌时间达到设定值后即可放料。整个处理过程，粉煤灰的上料、输送、处理、放料、储存等均需在密闭的管道和密闭空间中进行，防止粉煤灰泄漏于裸露空间中。
三、造粒环节使用的设备由双螺杆挤出机、塑料造粒机、冷却收集装置等组成。其中双螺杆挤出机有六个加热区：每个加热区的加热温度分别为：
一区：170-180℃，二区：170-180℃，三区：172-182℃，四区：175-185℃，五区：180-190℃，六区：175-185℃。
适配器中的温度为：190-200℃。
造粒环节中双螺杆挤出机的挤出螺杆转速：8-15rpm，加料螺杆转速：35-55rpm，扭矩：47-65％，融压：320-380bar。
四、门窗附框型材挤出成型加工环节分为双螺杆挤出机独立挤出加工和双螺杆挤出机与单螺杆挤出机共同挤出加工两种方式。
双螺杆挤出机与单螺杆挤出机共同挤出加工方式中，双螺杆挤出机为主机，单螺杆挤出机为辅机，主机与辅机垂直设置，主机进行附框型材基材的加工；辅机进行附框型材表面共挤或内部增韧的加工，主机和辅机同时挤出，初成型后进行冷切定型。主机为双螺杆挤出机，该挤出机内设有六个独立控温的加热区：每个加热区的温度设定分别为：
一区：170-175℃，二区：172-178℃，三区：175-185℃，四区：180-185℃，五区：185-190℃，六区：175-180℃。
法兰连接部位适配器的温度为：185-195℃。
双螺杆挤出机的挤出螺杆转速：8-15rpm，加料螺杆转速：25-40rpm，扭矩：45-65％，融压：305-360bar。
模具机头共有4个独立控温的加热区，其温度设定参数分别为：一区：190-200℃，二区：190-200℃，三区：190-200℃，四区：190-200℃。
辅机为单螺杆塑料挤出机。该辅机共有三个加热区，每个加热区的加热温度分别为：一区：200-240℃，二区：200-240℃，三区：200-240℃。适配器的温度为：200-240℃。
制备得到的添加粉煤灰的节能环保门窗附框型材如图1和图2所示。
经过综合开发利用，本发明已经成功将粉煤灰应用于节能环保门窗用附框型材中，在积极响应国家政策号召拓宽粉煤灰综合利用渠道的同时，又极大地推动了节能环保门窗用附框在建筑中的应用。
本发明的烘干环节解决了粉煤灰极易吸潮对节能附框型材制品性能造成的负面影响。过筛环节不但除去了固体颗粒杂质，而且同样除去了那些颗粒过大的组分，在保证了工艺稳定性的同时，也保证了最终制品的物理性能。粉煤灰的表面处理环节改善了粉煤灰颗粒表面与有机物分子间的界面结合力，从而提高了最终制品的性能。造粒环节有效缓解了粉煤灰的高填充造成的挤出加工环节工艺波动大的问题，保证了产品质量的稳定性。过筛环节、烘干环节、表面处理环节都在密闭空间中进行，避免了二次污染情况的发生。
实施例1
ASA/PVC共挤节能环保门窗附框型材：
配方：表面共挤层与基材使用不同的配方，其中共挤层的主要原料及配比如下：
Figure GDA0003800545630000091
以PVC为主体的基材原料及配比如下：
Figure GDA0003800545630000092
Figure GDA0003800545630000101
其中：稳定剂使用钙锌稳定剂；抗冲改性剂使用CPE类；加工助剂使用丙烯酸脂类助剂；滑剂(外)使用硬脂酸或聚乙烯蜡，滑剂(内)使用硬脂酸或聚乙烯蜡。
实施例2
PVC节能环保门窗附框型材：
配方：主要原料及配比如下：
Figure GDA0003800545630000102
其中：稳定剂使用钙锌稳定剂；抗冲改性剂使用CPE类；加工助剂使用丙烯酸脂类助剂；滑剂(外)使用硬脂酸或聚乙烯蜡，滑剂(内)使用硬脂酸或聚乙烯蜡。
实施例3
中间聚酯增强PVC节能环保门窗附框型材：
配方：基材与中间增强聚酯使用不用的原料，其基材主要原料及配比如下：
Figure GDA0003800545630000111
其中：稳定剂使用钙锌稳定剂；抗冲改性剂使用CPE类；加工助剂使用丙烯酸脂类助剂；滑剂(外)使用硬脂酸或聚乙烯蜡，滑剂(内)使用硬脂酸和聚乙烯蜡。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种添加粉煤灰的节能环保门窗附框型材的生产方法，其特征在于，所述节能环保门窗附框型材由添加粉煤灰的基材树脂与改性ASA塑料母粒通过共挤制成，其基材树脂的组成为：
原料名称 质量比例份数
PVC 100
稳定剂 4.0-8.0
抗冲改性剂 8.0-16
加工助剂 1.0-4.0
粉煤灰 100-300
外用滑剂 1.0-4.0
内用滑剂 0.8-3.0
其中，稳定剂使用钙锌稳定剂；抗冲改性剂使用CPE；加工助剂使用丙烯酸酯助剂；外用滑剂使用硬脂酸或聚乙烯蜡，内用滑剂使用硬脂酸或聚乙烯蜡；改性ASA塑料母粒的质量比例为100%；
所述添加粉煤灰的节能环保门窗附框型材的生产方法，所述节能环保门窗附框型材通过将粉煤灰进行预处理，再按照比例进行混料，经过一次挤出造粒后，再将造好粒的原料进行挤出成型加工制备得到；
具体包括如下步骤：
步骤一、粉煤灰先经过过筛处理，再进行烘干处理，去除多余水分，最后进行表面处理；
步骤二、将经过步骤一处理后的粉煤灰作为无机填料添加到节能环保门窗附框型材配方中；
步骤三、利用双螺杆挤出机、塑料造粒机和冷却收集装置对步骤二中得到的配方进行造粒环节；
步骤四、将步骤三中得到的造好粒的原料进行挤出成型加工环节，获得节能环保门窗附框型材；
所述步骤一中，过筛处理使用的设备为气流筛分机，筛网要求为300目；烘干处理使用的设备为流化床干燥机，烘干后粉煤灰的水分含量为0.5%以内；表面处理使用的设备为高速混料机，先投入烘干后的粉煤灰、分散剂，通过高速混料机桨叶的高速旋转，快速使物料温度达到60-100摄氏度，后将表面处理剂投入高速混料机内高速搅拌，搅拌时间达到设定值后即可放料；步骤一的整个处理过程中，粉煤灰的上料、输送、处理、放料、储存均需在密闭的管道和密闭空间中进行，防止粉煤灰泄漏于裸露空间中；
所述步骤一中，表面处理配比组成为：
原料名称 质量百分比
粉煤灰 97-99
分散剂 0-1
表面处理剂 1-2
所述步骤三中，造粒环节中使用的双螺杆挤出机具有六个加热区：每个加热区的加热温度分别为：
一区：170-180℃，二区：170-180℃，三区：172-182℃，四区：175-185℃，五区：180-190℃，六区：175-185℃；
适配器中的温度为：190-200℃；
双螺杆挤出机的挤出螺杆转速：8-15rpm，加料螺杆转速：35-55rpm，扭矩：47-65%，融压：320-380bar；
所述步骤四中，挤出成型加工环节分为双螺杆挤出机独立挤出加工和双螺杆挤出机与单螺杆挤出机共同挤出加工两种方式；
双螺杆挤出机与单螺杆挤出机共同挤出加工方式中，双螺杆挤出机为主机，单螺杆挤出机为辅机，主机与辅机垂直设置，主机进行附框型材基材的加工；辅机进行附框型材表面共挤或内部增韧的加工，主机和辅机同时挤出，初成型后进行冷切定型；
所述双螺杆挤出机内设有六个独立控温的加热区：每个加热区的温度设定分别为：
一区：170-175℃，二区：172-178℃，三区：175-185℃，四区：180-185℃，五区：185-190℃，六区：175-180℃；
法兰连接部位适配器的温度为：185-195℃；
双螺杆挤出机的挤出螺杆转速：8-15rpm，加料螺杆转速：25-40rpm，扭矩：45-65%，融压：305-360bar；
模具机头共有4个独立控温的加热区，其温度设定参数分别为：一区：190-200℃，二区：190-200℃，三区：190-200℃，四区：190-200℃；
所述辅机为单螺杆塑料挤出机，该辅机共有三个加热区，每个加热区的加热温度分别为：一区：200-240℃，二区：200-240℃，三区：200-240℃；
适配器的温度为：200-240℃。
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