塑料异型材各项力学性能在门窗中的作用及影响因素

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1、圃硼塑料异型材各项力学性能在门窗中的作用及影响因素杨忠久李生德山东金达双鹏集团国家化学建材测试中心摘要：本文论述了塑料异型材各项力学性能在门窗中的作用。以及各项力学性能的影响因素。关键词：塑料异型材；力学性能；作用；影响因素1绪言塑料门窗自上世纪八十年代进入中国，在国家节能政策的推动下，迄今已经形成一个规模宏大，技术先进的化学建材行业。塑料门窗在我国之所以得到快速发展，主要得益于塑料异型材作为门窗用材料，具有优异的隔热保温性能，其隔热系数仅仅是钢的1／357，铝的1／1250，具有耐盐、酸、碱腐蚀，加工方便、可按需要挤

2、出加工成多腔、多层密封的门窗用材，还具有可循环、再生使用等性能等优势。门窗在建筑物上主要承受外界风压和雨雪侵袭以及使用中开关力和自身的重力。门窗在使用过程中是否安全，主要看它承受风压的能力。同时其水、气密封性能除了和材料结构、密封材料有关外，也和承力杆件的力学性能有一定关系。如果杆件的力学性能太差，在外力作用下框扇结合部变形，其隔热、密封性能也难以实现。硬质PVC塑料的力学性能远比钢、铝、木差，尤其是硬质PVC塑料的弯曲强度只是木材的1／4、铝材的1／28、钢材的1184。为了克服塑料缺陷，一般用于门窗的塑料异型材设计

3、的比钢、铝异型材断面大，其断面形状的力学性能尽量合理，并在型材超过一定长度时，在其空腔内加装增强型钢。无可讳言，塑料异型材作为门窗用材，还需要经过复混、改性、增强，本身应具备相应的力学性能。GB／T8814--2004《门、窗用未增塑聚氯乙稀(Pvc—U)型材》国家标准的实施，对塑料异型材各项质量、性能提出了更高指标要求，其中有lO项指标涉及到型材力学性能。这些指标在门窗中有哪些具体作用以及影响因素，至今行业内有不少人还不甚清楚，行业文献中也很少见这方面的论述。笔者根据多年实践，就此问题谈一点看法。不当之处，敬请行业专

4、家、同仁批评、指正。2塑料异型材各项力学性能在门窗中的作用门窗在使用过程中主要承受外部的冲击力、风荷载或温差作用力。其中风压是使门窗杆件，如框、扇、梃等产生弯曲变形的主要原因。其发生破坏主要有刚性破坏和韧性破坏两种形式，具体表现在杆件变形、受力点破碎或焊缝开裂、密封失效等几方面。其中杆件变形，密封失效属于刚性破坏，除杆件本身特性外，主要由钢衬特性承担。杆件受力点破碎或焊缝开裂属于韧性破坏，由材料本身性能所决定。国家现行《型材标准》中10项理化性能指标，按功能划分除老化性能、150℃加热后状态外，亦可对应划分为刚性指标与

5、韧性指标两大类。其中弯曲弹性模量、维卡软化点、可视面加热后尺寸变化率、两可视面加热后尺寸变化率之差属于刚性指标范畴；低温落锤冲击、简支梁冲击强度、拉伸冲击强度基本属于韧性指标范畴。可焊性是既与韧性指标相关，又受刚性指标影响的一项复合性指标11l。弹性模量是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力，是反映材料抵抗弹性变形能力的指标。其与材料的化学成分有关，与其组织变322010．02塑盟璺宣叁丝化无关，与热处理状态无关，相当于普通弹簧中的刚度。不同材质的材料弯曲弹性模量也不同。同样长度、同样截面形状的材料，在受到同

6、样大小的作用力时，模量越大的材料其变形越小。其值越大，表明材料刚度越大，抵抗发生弹性变形的能力也越大。弹性模量和型材惯性矩的积表征材料的抗弯曲刚度，是风压计算和承载计算、焊接性能计算的一组重要参数，随弹性模量增加，杆件承受风载荷、承重性能和焊接性能均会相应递增。维卡软化点是塑料材料热性能的表征。维卡软化点温度高的材料表明其在温度升高时，热变形和强度下降要比维卡软化温度低的材料小。之所以规定这个指标，其目的是保证在规定的使用范围内，材料不会因变形和强度下降而失去应用价值。可视面加热后尺寸变化率是衡量材料内部残余内应力的指

7、标。由于塑料异型材在挤出加工过程中，受到外热、摩擦、挤压、剪切、冷却、真空吸引、牵引、拉伸等各种作用，如果工艺制定的不合理，就会致使内部存在相当大的残余内应力，在再次受热后会产生收缩现象。内应力的存在不仅影响型材的各项力学性能，且在高温条件下使用时，易产生内应力松弛，使门窗框扇尺寸不稳定，产生较大变形。两可视面加热后尺寸变化率之差表征两个可视面之间残余内应力的差值。如果差值过大，表明型材扭曲变形的程度相应也大，直接导致门窗不规则变形，影响水汽密封性能。低温冲击强度关系到杆件在低温条件下抵抗外力的性能。拉伸冲击强度关系到

8、杆件在负荷下抵抗外力的性能。简支梁冲击强度关系到杆件对缺口的敏感程度。焊角性能关系到杆件焊接部分Y轴方向(在没有钢衬受力状态)承受外力大小的特性，主要指承受玻璃与自身重量及反复推拉力的特性。老化性能是关系到材料在一定温度、雨水和紫外线辐射下，材料使用寿命长短的性能指标。由以上论述可知：塑料异型材的各项理化性能指标是紧密围绕提高门窗