门窗用VCU型材与控制

门窗用PVC-U型材分析与控制陈国栋PVC-U型材的主要成份及工艺选择好的PVC-U型材是做好塑料门窗的关键，了解PVC-U型材的相关知识对制作塑料门窗有很大的帮助。PVC-U型材Unplasticizedpolyvinylchloride（PVC-U）profiles：是以聚氯乙烯树脂为主要原料，经挤出成型的一种产品。塑料门窗用PVC-U型材全称叫门、窗用未增聚氯乙烯（PVC-U）型材【英文：Unplasticizedpolyvinylchloride（PVC-U）profilesforthedoorsandwindwos】。（一）PVC-U型材原材料介绍：聚氯乙烯聚氯乙烯树脂是塑料型材的主要原料，其用量约占原料的80%，是白色粉末，它为氯乙烯单体的均聚物，也是聚氯乙烯塑料的基体。聚氯乙烯的热稳定性和加工性能均较差，必须在聚氯乙烯树脂中添加多种助剂，才能使其具有实际使用价值。这种多组合性则大大丰富了它的加工方法、产品性能和用途。聚氯乙烯是较早实现工业化的聚合物。从20世纪30年代起，聚氯乙烯一直居于世界塑料产量首位。早期，聚合单体氯乙烯基本上以电石乙炔为主，而电石生产需耗用大量的焦碳和电能，成本较高。自20世纪60年代初，乙炔的氧氯化生产以后，各国转向了以更廉价的石油为原料的生产路线。此外，制造单体原料之一的氯气是制碱工业必然伴生的幅产物，来源丰富。聚氯乙烯是线型的热塑性聚合物，聚氯乙烯的化学结构式为：—[CHCHCI]n—，其中n表示平均聚合度，一般为500～2000。异型材适用之聚氯乙烯树脂的技术指标SG5粘度：118～107（ml/g）或（68～66）或平均聚合物（1100～1000）稳定剂稳定剂在适用中一般有铅盐体系、稀土体系、有机锡体系。最重要的铅盐化合物有三盐基硫酸铅（3PbO·PbSO4·H2O）、二盐基硬脂酸铅、二盐基苯二甲酸铅和硬脂酸铅以及复合铅稳定剂，铅盐稳定剂向无毒（或低毒）、复合方向发展。润滑剂通常热塑性塑料都是熔融状态和剪切作用下成型，而高聚物的熔体具有较高的粘性，那么在加工过程中树脂大分子之间的相对运动而产生的摩擦，这种摩擦会导致生热效应。第一种摩擦为外摩擦，第二种摩擦为内摩擦。熔体对表面的粘附对于生产加工是有害的，而大分子链内摩擦生热过于剧烈，会导致熔体迅速升温，而使高聚物高温降解，尤其是对于像PVC这样的热敏性聚合物。与摩擦相对应的概念即为润滑。能降低熔体对金属表面的粘附，提高熔体的流动性，即降低内摩擦和外摩擦的助剂，称为润滑剂。润滑的种类和品种较多，但并非每种润滑剂的作用都相同，润滑剂按照功能可以分为内润滑剂和外润滑剂，还有兼具内外润滑功能的润滑剂。其实某些润滑剂除了能降低内外摩擦外，还可以起到熔融促进剂、脱膜剂、抗粘连剂（爽滑剂）、抗静电剂的作用，以及改进色泽和抗冲击性。对于PVC而言，尤其是硬脂PVC-U型材，润滑剂是必不可少的。由于PVC大分子刚性较大，熔体粘度较高，内、外摩擦作用较强，极易加剧PVC的热降解。因此合理地使用润滑剂是PVC-U加工的关键之一。改性剂为了改善PVC树脂的加工性韧性，通常在PVC-U中添加一些可以改进加工性和韧性的助剂，这些助剂一般称为改性剂，虽这些常用的多是一些结构特殊的聚合物，但由于他们的组成和结构不同，所起的改性作用也不相同。所以改性剂分为两种，一种是可以加工性能的，称为加工改进剂，另一种可以改进冲击性能，称为抗冲击改性剂。加工改进剂也称为加工助剂，多是聚合物，分子量较高，一般可以120000以上。用量较少即可显著改进PVC树脂的加工性能，而对其他性能无显著影响。有机种类型的聚合物可以起到加工助剂的作用。其中较为重要的聚合物有丙烯酸和甲基丙酸肢类、苯乙烯和丙烯清的共聚物，以及苯乙烯和甲基丙烯酸脂的共聚物等。而在更质PVC中则主要以使用丙烯酸脂类为主。氯化聚乙烯（CPE）氯化聚乙烯，简称CPE，是由氯化高密度聚乙烯制成，其改性用取决于分子量、结晶度、氯含量。CPE和PVC的相容性主要依赖于其的氯含量。氯含量在25～40%的CPE适于作PVC的抗冲改型剂，以氯含量为36%的CPE为最佳。当氯含量低于25%时则与PVC不相容，没有抗冲作用，而当氯含量高于40%的CPE和PVC的相容性增加，只能起到增塑作用。丙烯酸系共聚物丙烯酸系共聚物是以丙烯酸衍生物为基础的多元共聚物，统称ACR。一般都具有壳——芯结构，即以一定交联度的弹性胶微料做芯，表面用于PVC有良好相容性的聚合链段接枝。例子如甲基丙烯酸甲酸（MMA），形成“软芯硬壳”状聚合物。ACR以高剪切速率和温度具有结构稳定性，使之在加工过程中十分可靠，可以改善PVC的流动性，离模膨胀小，显著提高硬质PVC-U的抗冲强度，耐假性好，抗张强度和伸长率也较高。光稳定剂到达地球表面的阳光中波长2900～4000埃的为紫外线，虽然紫外光仅占5%左右，但由于波长越短能量越高，危险越就大。例如，3000埃波长的光子能量约为95kcal/mol,而多数聚合物的自氧化反应的活化能约为10～40kcal/mol。各种化学键的离解能为40～100cal/mol，因此紫外线辐射的能量足以对各种聚合物产生破坏作用。PVC于其他聚合物一样，也会受到紫外线的侵袭，尤其对波长约为3100埃的紫外光最敏感。为了提高型材光稳定性也可以采取一定的光稳定措施。例如对硬质的PVC-U异型材可利用白色颜料进行光屏蔽等，但PVC的光稳定性首先取决于其所采用的热稳定剂，并不一定非要进行特殊的紫外线稳定处理，在热稳定剂中，二盐基铅盐，钡—镉盐类和有机锡等均可赋予PVC较好的光稳定性。当需要较高的紫外线稳定性时，仅采用热稳定剂使不够的，必须额外添加光稳定剂。所谓光稳定剂，是指能够抑制或减弱光降解作用，提高聚合物的耐光性的化合物。根据光降解和稳定的机理，还可将光稳定剂分为光屏蔽、紫外光吸收剂，猝灭剂和自由基捕获剂。而使用最多的是紫外光吸收剂，在世纪应用中，一些紫外光吸收剂就可以达到较好的稳定效果。填充剂填充剂也称填料，在聚合物主要起增容作用，降低成本，但多数填料对聚合物的物理机械性能具有一定的损害作用，这种损害作用一般是随着填充量的增加而加剧。在硬质PVC-U异型材中添加适量的填料，目的并不是全为增容，降低成本，而是为提高软化温度和硬度，提高型材挤出稳定性和尺寸稳定性，减少收缩，避免型材翘曲。在硬质PVC-U异型材使用最多的填充剂是碳酸钙。为保证型材的加工性能和物理机械性，主要是型材熔体流动性和低温落锤冲击性能，不宜使用可以增熔体粘度和挤出取向片状或针状填料，为保证产品性能，一般在硬质PVC-U异型材中碳酸钙的用量不超过8.0phr。碳酸钙分为重质碳酸钙和轻质碳酸钙。通常轻质碳酸钙的粒子比重质碳酸钙细，纯度高，杂质少，在同样用量下，填充轻质碳酸钙的制品表面的耐刻化性和应力发白等比重质碳酸钙好。此外，与重质碳酸钙相比，轻质碳酸钙具有一定的补强作用，在硬质PVC使用超细碳酸钙可以改善冲击强度。经过采用脂肪酸和各种偶联剂等表面活性剂处理碳酸钙粒子（这种碳酸钙称为活性碳酸钙）可以进一步提高碳酸钙在PVC-U以及其他塑料中的分散性，补强性，降低对机械的磨损及其他性能，可以大大提高与聚合物之间的亲和性，提高聚合物对其的“润湿”能力，提高熔体的流动性。颜料（色母料）硬质PVC-U异型材的外观颜色大多为白色，究其原因，是由于白色具有整洁明亮的效果。但最重要的一点应是，PVC-U塑料窗主要用于户外，而白色本身就可以起到光屏蔽作用，提高耐侯性。PVC塑料型材在使用过程中，随着时间的推移，在气候老化的作用下，塑料表面的分子发生降解，但是如果使用了有遮光作用的颜料则可以在某种程度上延迟老化过程。在白色颜料中，二氯化钛（亦称钛白粉）的着色力和遮盖力最高，着色力是指颜料以其本身的色彩来影响整个聚合物颜色的能力，着色力越大，颜料用量越小。遮盖力是指颜料阻止光线穿透制品的能力，遮盖力越大，透明性越差。钛白粉通常使用两种晶型作为颜料：金红石型和锐钛型。但只有金红石型钛白粉对PVC-U塑料窗具有意义，而锐钛型钛白粉的氧化活化作用远大于金红石型。在使用金红石型钛白粉时，对其表面进行选择性处理可降低活性，并起到光屏蔽剂的作用，提高PVC-U的耐侯性。（二）生产工艺介绍产工艺流程配料配料→捏和→挤出（冷却、抽真空）→定型→牵引→包装→切割→入库（1）捏合配料时要求各组分称量准确，投料时按次序加料：PVC→稳定剂→润滑剂→改性剂→颜料、填料→加工助剂→下料捏和分热拌和冷拌量个过程。热拌过程是：首先将加入的料拌匀：开始转速较快，后转为高速搅拦料与筒壁筒底摩擦升温至设定温度，然后料转为冷却搅拦至设定温度，下料即成。（2）塑化挤出PVC混合料在挤出机中，在一定的温度、压力、剪切力的作用下逐步塑化，其过程如下：配混粉料配混粉料→玻璃态→高弹态→粘流态→塑化熔体在挤出过程中，要控制一下参数：A、VC加工过程中，温度控制最为重要，一般加工温度控制在180℃左右，过高会产生分解，过底使塑化不均，产品外观和性能都受到影响。B、压力：压力的因素也影响PVC塑化，料筒和机头的压力适当，塑化效果较好，压力大小，除设备和机头模具有关外，与配方密切相关。C、剪切力：挤出中螺杆对PVC混料及熔体剪切作用，直接影响加工效果。D、剪切速度：控制PVC熔体在料筒停留时间也影响加工效果，剪切力和剪速度与设备性能尤其与螺杆的设计有关与配方的设计也密不可分。技术要求目前的PVC-U型材所执行的为2004年版的《门、窗用未增聚氯乙烯（PVC-U）型材》GB/T8814—2004，代替了98年版的《门、窗框用硬聚氯乙烯（PVC）型材》GB/T8814—98，标准规定了门、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材的分类、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存，该标准适用于颜色范围在L*≥82，－2.5≤a*≤5,－5≤b*≤15内的未增塑氯乙烯型材。未增塑聚氯乙烯（PVC-U）新旧料共挤型材、未增塑聚氯乙烯（PVC-U）与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）共挤型材、表面涂层型材、覆膜型材的要求作为JG/T140—2005《未增聚氯乙烯（PVC-U）塑料窗》和JG/T180—2005《未增聚氯乙烯（PVC-U）塑料门》规范性附录。通体着色型材的颜色也不在GB/T8814所适用的范围之内。1、GB/T8814—2004对PVC-U型材（如图1）做如下分类D——厚度W——宽度。图1型材断面图型材按老化时间、落锤冲击、壁厚分类。表1～3。型材按老化时间分类表1项目M类S类老化试验时间/hh40006000主型材在-10℃时落锤冲击分类表2项目I类II类落锤质量/g10001000落锤高度/mm10001500主型材壁厚分类单位为毫米表3项目A类B类C类可视面≥2.8≥2.5不规定非可视面≥2.5≥2.0不规定GB/T8814-1998中只按型材是否使用在室内外进行了分类，见表4，供对比。型材分类表表4类别代号用途外门、外窗框A暴露于建筑物外侧侧的门框、窗窗框内门、内窗框B不暴露于建筑物外外侧的门框、窗窗框2、外观颜色与着色型材可视面的颜色应均匀，表面应光滑、平整，无明显凹凸，无杂质。型材端部应清洁、无毛刺。型材允许有由工艺引起不明显的收缩痕。型材着色一般为白色，目前市场有应用彩色型材、喷涂或覆膜材料，应用较少，根据型材自身的性质，用做外窗的型材室外面应采用白色，其材料的验收应按GB/T8814、JG/T140（JG/T180）的规范性附录未增塑聚氯乙烯（PVC-U）新旧料共挤型材、未增塑聚氯乙烯（PVC-U）与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）共挤型材、表面涂层型材、覆膜型材的补充要求及合同约定共同确定。3、尺寸偏差外形尺寸和极限偏差，型材外形尺寸见图1，极限偏差应符合表5的规定。外形尺寸和极限偏差表5单位为毫米外形尺寸极限偏差厚度（D）≤800＞80±0.3±0.5宽度（W）±0.5主型材的壁厚应符合表6规定(见图1)。主型材的壁厚表6单位为毫米类型名称A类B类C类可视面≥2.8≥2.5不规定非可视面≥2.5≥2.0不规定型材的直线偏差，长度为1m的主型材直线偏差应≤1mm。长度为1m的纱扇直线偏差应≤2mm。4、质量主型材每米长度的质量应不小于每米长度标称质量的95%。5、物理机械性能加热后尺寸变化率，主型材两个相对最大可视面的加热后尺寸变化率为±2.0%；每个试样两可视面的加热后尺寸变化率之差应≤0.4%。辅型材的加热后尺寸变化率为±3.0%。主型材的落锤冲击，在可视面上破裂的试样数≤1个。对于共挤的型材，共挤层不能出现分离。150℃加热后状态，试样应无气泡、裂痕、麻点。对于共挤型材，共挤层不能出现分离。老化后冲击强度保留率，老化后冲击强度保留率≥60%。颜色变化，老化前后试样的颜色变化用△E*、△b*表示，△E*≤5，△b*≤3。主型材的可焊接性，焊角的平均应力≥35MPa，试样的最小应力≥30MPa。6、未增塑聚氯乙烯（PVC-U）新旧料共挤型材、未增塑料聚氯乙烯（PVC-U）与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）共挤型材、表面涂层型材、覆膜型材的补充要求（1）PVC-U新旧料共挤型材1）新料应覆盖全部旧料，且厚度不应小于0.5mm。型材表面不得有杂质、裂纹、气泡或其他缺陷。2）旧料不应含有增塑剂和其他杂质。维卡软化点不小于71℃；弹性模量不小于2000N/mm2。3）按GB/T8814—2004规定的试验方法对型材进行老化试验，老化后的冲击强度保留率就符合GB/T8814—2004的要求。4）老化前后试样的颜色变化，△E*不大于5、△b*不大于3。5）老化后型材外层与芯部旧料之间不得出现分离。（2）PVC-U与PMMA共挤型材1）PMMA共挤层厚度不应小于0.3mm，共挤层就覆盖全部外可视面，颜色均匀一致。2）PMMA共挤层的维卡软化点不小于90℃，粘数为68cm3/g～78cm3/g。3）按GB/T8814—2004规定的试验方法向不带共挤层的主型材可视面做落锤冲击试验，型材可视面破裂的试样数应符合GB/T8814—2004的要求。4）按GB/T8814—2004规定的试验方法向聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）层主型材可视面做落锤冲击试验，即使发生破碎，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）层也不应与型材分离。5）按GB/T8814—2004规定的150℃加热后状态试验方法进行试验，试样不应出现气泡、裂纹和分层，共挤层不能应出现分离。6）按GB/T8814—2004规定的试验方法对型材共挤层外可可视面做6000h老化试验，老化后冲击强度保留率应符合GB/T8814—2004的要求。7）老化前后试样共挤层可视面颜色变化，△E*不大于5。8）老化后试样共挤层可视面不得出现斑点、条纹、气泡、裂纹、分离等明显缺陷。（3）表面涂层型材1）涂层应覆盖型材全部外可视面，厚度不应小于10μm。涂层表面不得有杂质、裂纹、气泡或其他缺陷。2）按GB/T8814—2004规定的150℃加热后状态试验方法进行试验，试样不得出现气泡、斑点、裂纹、分层和脱落现象。3）按GB/T8814—2004规定的试验方法向不带涂层的主型材可视面做落锤冲击试验，型材可视面破裂的试样数应符合GB/T8814—2004的要求。4）按GB/T8814—2004规定的试验方法向带涂层的主型材可视面做落锤冲击试验，即使发生破碎，涂层也不应与型材分离。5）按GB/T9286规定的方法做涂层附着力的试验，试验结果分级不就大于1级。6）按GB/T8814—2004规定的试验方法对型材涂层外可视面做6000h、涂层内可视面做4000h老化试验，老化后冲击强度保留率就符合GB/T8814—2004的要求。7）老化前后试样带涂层可视面颜色变化，△E*不大于5。8）老化后度样带涂层可视面不得出现斑点、条纹、气泡、裂纹、溶化、分离等明显缺陷。试样应在涂装48h后从型材上截取。（4）覆膜型材1）基膜上层应有厚度不小于50μm聚丙烯酸酯保护层。膜不应有杂质、裂纹、气泡或其他缺陷。膜应覆盖主型全部外可视面。2）按GB/T8814—2004规定的150℃加热后状态试验方法进行试验，试样覆膜层不得有分层、气泡、裂纹、脱落现象。3）按GB/T8814—2004规定的试验方法向未覆盖膜的主型材可视面做落锤冲击试验，型材可视面破裂的试样数应符合GB/T8814—2004的要求。4）按GB/T8814—2004规定的试验方法向的主型材覆膜的可视面做落锤冲击试验，即使发生破碎，膜与型材、基膜与丙烯酸酯层也不应出现肉眼可见的分离。5）覆膜层的附着力试验应覆膜72h后进行。取宽度为（±201）mm、长度为100mm的四个试样，采用剥落试验法进行测试，以10mm/min的剥落速度到20min时中止，同时记录剥落的力和行程，每个试件的不应小于2.5N/mm（相当于20mm试验宽度时剥落力为50N）。6）按GB/T8814—2004规定的试验方法对型材外可视面覆膜做600h、内可视面4000h老化试验，老化后冲击强度保留率就符合GB/T8814—2004的要求。7）老化前后试样膜色变化，△E*不大于5。8）老化后度样覆样层的附着力，第个试样均不应小于2.0N/mm。9）老化后试样覆膜可视面不得出现斑点、条纹、气泡、裂纹、分离、脱落等明显缺陷。功能结构尺寸《塑料门窗及型材功能结构尺寸》JGT176-2005对型材的功能尺寸要求作了详细规定，本节内容主要是从结构上了解一些型材功能有基本尺寸，便于设计、加工人员在选择相关产品获得更多的帮助。功能结构尺寸是PVC-U型材用于实现五金件安装，辅件安装、玻璃压条安装、型材相互位置及型材拼接的结构尺寸，主要功能结构部位包括：传动锁闭器槽：型材上用于安装传动锁闭器的部位，见图2，3，4，5，6，7。单位：mm,未注尺寸公差±0.3mm（a）(b)传动锁闭器及滑轮槽(a)推拉门扇传动锁闭器槽及推拉门滑轮槽(b)推拉窗扇传动锁闭器槽及推拉窗Ⅰ型滑轮槽图2推拉门（窗）扇型材局部断面图单位：mm图3平开门（窗）扇传动锁闭器槽图4内平开门传动锁闭器槽型材配合位置图5外平开门传动锁闭器槽型材配合位置图6内平开窗传动锁闭器槽型材配合位置图7外平开窗传动锁闭器槽型材配合位置滑轮槽：型材上用于安装滑轮的部位，如图2，8。图8Ⅱ型滑轮槽密封毛条槽与密封胶条槽：型材上用于安装密封毛条和密封胶条的部位，见图9，10。（a）Ⅰ型密封毛条槽（b）Ⅱ型材密封毛条槽图9密封毛条槽（a）Ⅰ型密封胶条槽（b）Ⅱ型材密封胶条槽图10密封胶条槽玻璃压条脚及玻璃压条槽：玻璃压条型材上与框、扇、梃型材装配的部位，见图11；玻璃压条槽是框、扇、梃型材上与玻璃压条装配的部位，见图12。（a）Ⅰ型玻璃压条脚（b）Ⅱ玻璃压条脚图11玻璃压条脚（a）Ⅰ型玻璃压条槽（锁块定位槽）（b）Ⅱ玻璃压条槽（锁块定位槽）图12玻璃压条槽（锁块定位槽）锁块定位槽：推拉拉门窗框和平平开门窗框、梃梃型材上定位位及装配锁块块的部位，见见图12。导轨槽：推拉门窗窗框型材上安安装辅助导轨轨及定位锁块块的部位，见见图13。但也有的的型材不需单单独安装导轨轨，他直接采采用PVC-U型材挤成导导轨形状，见见图14。（a）Ⅰ型导轨槽（b）Ⅱ型导轨槽图13导轨槽导轨导轨图14含有导轨的的PVC-U推拉框螺钉定位槽：推拉拉门窗框和平平开门窗框、梃梃型材上定位位螺钉的部位位，见图15。（a）Ⅰ型螺钉定位槽（b）Ⅱ型螺