PVC異型材塑料門窗的耐寒性研究

摘 要 長期以來，我國始終堅持走可持續(xù)發(fā)展的道路，從國情和實際出發(fā)，積極推進經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，實施鼓勵節(jié)能、提高能效等政策措施。隨著社會的發(fā)展，對住房的需求迅速增加，建筑能耗持續(xù)增長，實施建筑節(jié)能措施有很大的意義和緊迫性。PVC異型材塑料門窗因其優(yōu)良的節(jié)能性能日益為廣大群眾所接受，并被廣泛應用于各種節(jié)能建筑之中。但是PVC塑料型材的低溫脆性限制了其在北方寒冷地區(qū)的應用，制約了PVC塑料門窗的發(fā)展。本文將從PVC異型材的配方和門窗制作安裝兩個方面，對這一問題進行研究。

關鍵詞 PVC異型材；塑料門窗；耐寒性；節(jié)能

中圖分類號TU5 文獻標識碼A 文章編號1673—9671—(2009)122—0025—01

1 PVC異型材門窗的發(fā)展現(xiàn)狀

我國既是一個發(fā)展中大國，也是一個建筑大國，每年新建房屋面積高達17-18億平方米，超過所有發(fā)達國家每年建成建筑面積的總和，這也就帶來了建筑能耗急劇增加的問題。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國現(xiàn)有的近400億平方米建筑，僅有l(wèi)％左右為節(jié)能建筑，僅單位面積采暖所耗能源就相當同緯度發(fā)達國家的2_3倍，建筑能耗已占全國能源消耗將近30％，因此建筑節(jié)能對于促進能源資源節(jié)約和合理利用、加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟有著舉足輕重的作用。

為了完成“十一五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20％左右的目標，我國各地陸續(xù)推出了節(jié)能降耗標準措施來降低建筑能耗。結(jié)合節(jié)能標準和各類建筑門窗節(jié)能效果(表1)，在我國當前消費水平下應大力推廣PVC塑料門窗。PVC材料強度高、造價低、可回收利用，而且擁有抗紫外線、抗酸堿腐蝕、防霉防蛀、阻燃防火、防靜電等特質(zhì)。據(jù)了解，PVC塑料制品僅為鋼材和鋁材單位生產(chǎn)能耗的25％和12.5％，硬質(zhì)PVC塑料生產(chǎn)能耗則為30％和50％。

國家的提倡、市場的需要，使塑料異型材和門窗行業(yè)迅猛發(fā)展，目前我國塑料門窗的市場占有率已經(jīng)從1994年的3％上升到2007年的35％以上，成為我國建材市場的熱點。塑料門窗行業(yè)也已經(jīng)成為一個年消耗pvc樹脂200×104t以上，年產(chǎn)值總和上千億元人民幣的熱門產(chǎn)業(yè)。

2 PVC異型材門窗的耐寒性研究

PVC材料的使用溫度下限一般為-40℃，在冬季，由于溫度低，溫差大，PVC塑料往往出現(xiàn)低溫脆性的問題。一般PVC型材廠和門窗組裝廠對產(chǎn)品都要檢測pvc塑料異型材的低溫落錘沖擊性能指標。根據(jù)我國塑料異型材標準GBff8814-2004，主型材在-10cm落錘沖擊分類：(1)落錘重量I類1kg，II類1kg(2)落錘高度I類1m，II類1.5m，原標準A類為1m，B類為0.5m。

本文通過調(diào)整PVC異型材的配方和完善塑料門窗的加工工藝兩個方面，有效地提高PVC塑料的耐寒性，滿足PVC異型材門窗在低溫條件下的應用需求。

2.1 PVC異型材配方的調(diào)整

1)PVC樹脂的選擇。PVC樹脂是一種非結(jié)晶、極性的高分子聚合物，其耐低溫性隨相對分子質(zhì)量的增大而增強。PVC大分子鏈間范德華引力較大，分子內(nèi)化學鍵合力增加，因此粘度會相應的增加，耐寒性較好。但是由于高分子量的樹脂加工比較困難，所以實際應用中，更多的注重樹脂的分子量分布。分子量分布窄的PVC材料，加工性能和制品性能都較均一，材料的力學性能較高，耐寒性也較好。因此在PVC異型材配方中，為應付北方冬季寒冷氣候，需要選取粘數(shù)稍高(平均分子量稍大)，分子量分布窄的PVC樹脂。

2)抗沖改性劑。單純的PVC樹脂低溫抗沖擊強度差，無法滿足使用要求，在加工門窗用PVC異型材時，必須加入高聚物抗沖改性劑。改性劑與PVC樹脂有相近的溶解度參數(shù)，能夠在一定程度上互溶，能夠形成兩項結(jié)構(gòu)的共混物，從而改善制品的低溫沖擊強度。在這一方面，主要的研究方向可以問為三類：彈性體增韌理論、剛性粒子增韌理論和彈性體一剛性粒子復合增韌理論。PVC與彈性體的共混增韌是目前研究的最多的改性方法之一，其理論也較為成熟?；谶@一理論的改性劑主要有ABS、MBS、CPE、EVA、ACR、NBR等，國外一般采用丙烯酸酯類改性劑(ACR)，但是由于ACR價格較貴，所以我國一般采用氯化聚乙烯(CPE)來代替一部分或全部ACR的做法。CPE是由高密度聚乙烯(HDPE)在鹽酸水溶液中懸浮氯化而得，CPE的分子結(jié)構(gòu)中不含雙鍵，可以顯著增加PVC異型材的耐寒性，適合做戶外建筑材料，應用于PVC異型材的CPE，一般為含氯量36％～38％的橡膠類彈性體。 3)填充劑。填充劑在PVC異型材中能夠起到增容、降低成本的作用，但多數(shù)填充劑對聚合物的物理機械性造成損害，尤其是低溫脆性會隨填充劑用量的增加而增大。當添加到PVC中的填充劑較少時，填充劑作為無機粒子會填入分子鏈間起補強作用，使體系韌性增加。但當其用量增加時，隨著分子間距離的增加，分子間的作用力被破壞，會使PVC的耐寒性急劇降低。因此在門窗用PVC異型材中盡量用小尺寸的納米碳酸鈣或超細碳酸鈣。盡可能的改善Pvc材料的低溫性能。

2.2 低溫條件下的門窗制作與安裝

由于PVC異型材的低溫脆性，僅僅通過調(diào)整PVC的配方，無法保證門窗的耐寒性能，必須在門窗加工制作過程中，采取相應的措施來保證塑料門窗的各項性能達到行標規(guī)定要求，主要包括以下幾個方面。

1)門窗加工時的環(huán)境溫度。PVC異型材加工前應提前進人車間，放置在室溫18℃以上房間內(nèi)進行24／小時以上的狀態(tài)調(diào)節(jié)，以使型材與加熱溫度之間的溫度梯度降低，提高焊角強度。除此之外，由于焊機焊板及壓鉗之間溫度差異較大，在外界環(huán)境溫度較低的情況下，焊接熱量全部集中在焊口兩側(cè)，熱量產(chǎn)生的內(nèi)應力擴散較慢，且熱影響區(qū)內(nèi)材性顯脆性，易產(chǎn)生焊角開裂。因此焊接設備應盡量配置預熱裝置，保證型材在焊接時不會因焊接區(qū)域的溫度梯度大而造成型材內(nèi)殘余應力集中，形成焊接區(qū)域附近開裂隱患。

2)門窗安裝時的保溫措施。塑料門窗的安裝溫度一般應在5℃以上，但在冬季寒冷地區(qū)，白天溫度都在0℃以下，很難滿足這一條件。如果忽視安裝溫度，一味要求施工進度，則會造成門窗開裂、玻璃破碎、透氣漏風甚至墻體結(jié)露結(jié)霜等問題。因此在進行塑料門窗安裝時必須采取必要的保溫措施。正確的安裝方法為，首先在將要安裝的房間封閉，利用電暖氣或遠紅外散熱器等取暖設施進行預熱，創(chuàng)造暖環(huán)境，將所要安裝的玻璃壓條、膠條等材料放置在室內(nèi)減小溫差，然后再進行門窗以及玻璃等設施的安裝。

3 結(jié)論

PVC異型材是熱塑冷脆性材料，抗低溫沖擊性能較差，因此在加工和安裝PVC門窗時，要從各個方面采取措施提高門窗的抗寒性。在選用PVC異型材配方時，要充分考慮冬季溫度條件來調(diào)整配方，提高門窗整體抗沖擊能力；在生產(chǎn)和安裝門窗時，要注意保持施工溫度，嚴格按照國家規(guī)定進行施工，避免對門窗造成損傷，留下質(zhì)量隱患。