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        蜂窩結(jié)構(gòu)在PVC - U 型材中的應(yīng)用

        2013-12-02 05:42:00王武澤
        河南化工 2013年1期
        關(guān)鍵詞:塑化落錘型材

        王武澤

        (西安中財(cái)型材有限責(zé)任公司,陜西 西安 710075)

        0 引言

        蜜蜂的蜂窩構(gòu)造非常精巧,蜂房由無數(shù)個大小相同的房孔組成,房孔都是正六角形,每個房孔都被其它房孔包圍,兩個房孔之間只隔著一堵蠟制的墻,非常節(jié)省材料。受此優(yōu)點(diǎn)的啟發(fā),將蜂窩結(jié)構(gòu)用于型材上[1],開發(fā)了一種蜂窩型材,并對其強(qiáng)度進(jìn)行了驗(yàn)證,符合一般的多層房屋抗風(fēng)壓要求,斷面對比結(jié)構(gòu)見圖1、2。

        圖1 傳統(tǒng)型材斷面結(jié)構(gòu)

        圖2 蜂窩型材斷面結(jié)構(gòu)

        蜂窩型材與傳統(tǒng)的塑鋼異型材相比,且具有以下幾個優(yōu)點(diǎn):①保溫、隔熱、隔音的效果要優(yōu)于普通斷面型材[2-4];②能夠通過自身結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)分散;③焊角的強(qiáng)度相比傳統(tǒng)型材有一定的提高[5-6]。

        1 蜂窩型材的優(yōu)點(diǎn)

        1.1 優(yōu)越的保溫、隔熱、隔音的效果

        “蜂窩狀”腔室的增加,在蜂窩型材內(nèi)部形成無數(shù)個封閉的小室,其中充滿空氣,因此具有很好的隔音、隔熱和保溫性能,并且保溫、隔熱、隔音的效果要優(yōu)于普通型材。

        1.2 易傳導(dǎo)分散外界壓力

        由于“蜂窩”結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),型材每一個平面上的力學(xué)強(qiáng)度都會增高,在受到應(yīng)力或者外界沖擊力時,能夠通過自身結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)分散。蜂窩型材斷面設(shè)計(jì)為型材本體的內(nèi)腔中為蜂窩狀結(jié)構(gòu),這樣能有效的緩解外部壓力,起到提高抗壓和抗沖強(qiáng)度的作用,能緩減型材的偏脆。目前客戶在驗(yàn)證型材是否“偏脆”都以腳踩是否破裂為表征對象,而“蜂窩”狀型材的正六邊形結(jié)構(gòu),能使型材在“腳踩”過程中不易被踩裂。

        1.3 焊角的強(qiáng)度高

        斷面的有效焊接面積增加,焊角的強(qiáng)度有一定的提高,很大程度上減少焊角開裂發(fā)生的幾率。

        由于腔體蜂窩狀的增加,使焊接接觸面積增大,在焊角應(yīng)力不變的前提下,有效地提高了焊角強(qiáng)度,解決型材焊角開裂的事故隱患。

        能減少或避免型材的“焊角開裂”:根據(jù)型材在焊接時,焊接面積越大,則焊接強(qiáng)度越大的原理,“蜂窩”狀型材的焊接面積要大于普通型材,因此“蜂窩”狀型材的“焊接強(qiáng)度”要大于普通型材。而型材“焊角強(qiáng)度”低是“焊角開裂”的原因之一,再者門窗在安裝、敲擊壓條時,“蜂窩”狀型材的正六邊形結(jié)構(gòu)也能很好的遏制住型材的開裂。本身PVC-U 型材家裝市場的制作不規(guī)范導(dǎo)致型材“焊角開裂”的幾率大大增加,而“蜂窩”狀型材的開發(fā)能解決這方面的后顧之憂。

        2 蜂窩型材的性能指標(biāo)

        2.1 型材的低溫落錘沖擊

        低溫落錘沖擊是指試樣在-10 ℃±1 ℃條件下至少放置2 h,然后在23 ℃±2 ℃條件下進(jìn)行試驗(yàn),并且在10 s 內(nèi)完成測試,結(jié)果判定采用通過法。低溫落錘沖擊和型材斷面的內(nèi)筋分布有很大關(guān)系,因?yàn)镻VC 型材在低溫下PVC 大分鏈的自由運(yùn)動已束縛,低溫落錘反應(yīng)的是于局部點(diǎn)的受力情況,同時因?yàn)閮?nèi)筋多、卡料情況多有發(fā)生,卡料后導(dǎo)致傳導(dǎo)力的能力不足,從而導(dǎo)致低溫落錘差,因而蜂窩狀結(jié)構(gòu)的低溫落錘沖擊相對普通型材稍差。

        2.2 窗戶的抗風(fēng)壓性能

        蜂窩型材的主要問題集中于此。傳統(tǒng)的PVC-U 窗戶計(jì)算抗風(fēng)壓時,由于PVC -U 的彈性模量較低,在計(jì)算時,通常會將PVC-U 型材的彈性模量忽略不計(jì),而僅以增強(qiáng)型鋼的彈性模量作為計(jì)算抗風(fēng)壓的主要依據(jù)。而蜂窩型材,沒有增強(qiáng)型鋼,若單以PVC-U 型材的彈性模量來計(jì)算,由于其慣性矩和普通的沒有穿鋼襯的型材的慣性矩接近,所以,在抗風(fēng)壓強(qiáng)度校核上,計(jì)算出的最終數(shù)據(jù)較低。也就是說,無法達(dá)到按照現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)衡量所做成高層窗戶的強(qiáng)度,因此其只能用于低層建筑即家裝領(lǐng)域。

        2.3 窗戶的排水性

        傳統(tǒng)的型材由于腔體較大,而內(nèi)筋較少,設(shè)計(jì)排水腔較為容易,而蜂窩型材內(nèi)腔密布許多“蜂窩狀”隔室,其排水腔的設(shè)計(jì)可能在蜂窩型材上會做一些調(diào)整,或是在做“蜂窩”排布上,就應(yīng)該要提前考慮這樣的問題,如圖3 是80 推拉框的排水腔設(shè)計(jì)示意圖。

        圖3 排水腔設(shè)計(jì)

        2.4 型材的耐候性

        蜂窩型材在設(shè)計(jì)時在外側(cè)增加了共擠層,從而可生產(chǎn)高耐候蜂窩產(chǎn)品或彩色蜂窩產(chǎn)品,能夠滿足不同客戶的需要。

        3 蜂窩型材在生產(chǎn)中需注意的問題

        3.1 型材成型困難

        由于蜂窩型材內(nèi)腔較多,真空不足時較難吸起,內(nèi)壁成型較為困難。因此擠出時為了保證質(zhì)量,其主機(jī)定型真空必須在0.08 MPa 以上,另外成型時為了達(dá)到各點(diǎn)處的塑化度,工藝溫度基本保持在185 ℃左右,主機(jī)轉(zhuǎn)速與給料轉(zhuǎn)速比保持在1.25 ∶1左右。

        3.2 型材內(nèi)筋易卡料和糊料

        由于內(nèi)筋較多且較薄(厚度一般為0.6 mm),原料中若存在較大的顆粒,則很容易在內(nèi)筋處形成卡料;工藝溫度設(shè)置若較高,模具流道不光滑,則易出現(xiàn)內(nèi)筋糊料情況。為了解決這些問題,我們在下料口位置安裝了細(xì)篩網(wǎng),對熟料進(jìn)行過篩,排除了粒徑較大顆粒;對工藝溫度嚴(yán)格控制,并對流道進(jìn)行拋光,從而杜絕了卡料和糊料情況產(chǎn)生。

        3.3 蜂窩型材塑化不足問題

        蜂窩型材的特殊結(jié)構(gòu),很容易造成內(nèi)筋和非可視面的塑化較差,塑化不足易造成型材內(nèi)壁發(fā)麻、性能降低和光澤度較低等現(xiàn)象。為此,我們在生產(chǎn)蜂窩型材時專門設(shè)計(jì)并使用了專用配方,為保證較好的塑化,在配方中加入了ACR 等提高塑化的添加劑;為提高型材表面的光澤度,在配方中加入適量的潤滑劑如純PE 蠟等以提高表面光亮效果。

        4 結(jié)語

        蜂窩型材在保溫、隔熱、隔音的效果要優(yōu)于普通斷面型材;其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),每一個面上的力學(xué)強(qiáng)度增高,在受到應(yīng)力或者外界沖擊力時,能夠通過自身結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)分散;由于焊接面積增加,能減少焊角開裂發(fā)生的幾率;不使用鋼襯可大大節(jié)省成窗成本;蜂窩型材由于具有抗風(fēng)壓局限性,只能在六層以下建筑使用。

        [1] 賈麗娜. 淺析PVC 塑料型材內(nèi)腔結(jié)構(gòu)對傳熱系數(shù)的影響[J]. 門窗,2002(2):53 -55.

        [2] 張 瓏,陳福慶,閻 晉. 建筑外窗傳熱系數(shù)(K 值)簡化計(jì)算方法[J]. 中國建筑金屬結(jié)構(gòu),2006(8):23 -24.

        [3] 郭家興,郭 磊,張博倫,等. 硬質(zhì)PVC-U 型材配方及制備工藝專利技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用,2012,24(1):31 -34.

        [4] 范懷瑾,程先勝,楊 坤. 塑料門窗的節(jié)能技術(shù)[J].門窗,2008(3):20 -23.

        [5] 李才峰,韓 風(fēng),姜鐵竹. 塑化度與焊接條件對PVCU 型材焊角強(qiáng)度的影響[J]. 聚氯乙烯,2004(3):20 -22.

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