蜂窩結(jié)構(gòu)在PVC - U 型材中的應(yīng)用

王武澤

(西安中財型材有限責(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，并對其強度進行了驗證，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: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

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，型材每一個平面上的力學(xué)強度都會增高，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度的作用，能緩減型材的偏脆。目前客戶在驗證型材是否“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 焊角的強度高

斷面的有效焊接面積增加，焊角的強度有一定的提高，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“焊接強度”要大于普通型材。而型材“焊角強度”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 ℃條件下進行試驗，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，因為PVC 型材在低溫下PVC 大分鏈的自由運動已束縛，低溫落錘反應(yīng)的是于局部點的受力情況，同時因為內(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 窗戶計算抗風(fēng)壓時，由于PVC -U 的彈性模量較低，在計算時，通常會將PVC-U 型材的彈性模量忽略不計，而僅以增強型鋼的彈性模量作為計算抗風(fēng)壓的主要依據(jù)。而蜂窩型材，沒有增強型鋼，若單以PVC-U 型材的彈性模量來計算，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)壓強度校核上，計算出的最終數(shù)據(jù)較低。也就是說，無法達到按照現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)衡量所做成高層窗戶的強度，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)計示意圖。

圖3 排水腔設(shè)計

2.4 型材的耐候性

蜂窩型材在設(shè)計時在外側(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，其主機定型真空必須在0.08 MPa 以上，另外成型時為了達到各點處的塑化度，工藝溫度基本保持在185 ℃左右，主機轉(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，每一個面上的力學(xué)強度增高，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。

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