竹窗框及其制造工艺 本发明涉及一种由竹子和塑料制成的窗框，和一种制造该窗框的工艺。该窗框可以在建造房屋时作窗框等使用。这种有特殊意义的窗框具有塑料和竹材的特殊结构，并且只能利用包括特殊处理的特殊工艺制造。
一种通常使用的树脂制的窗框，由于与铝或铁的窗框比较，其隔热和隔音性能好而受到人们的注意，因此，近年来广泛被用于建造生态房屋，以节约能源。
与先前技术的铝窗框比较，树脂窗框具有较大的空心形状的截面。因此，它需要较大的空间来保存，贮存的成本较高，运输成本也较高。因为它运输时需要较大的轨道或货运空间，另外，它的截面积大，以致当需要小截面的窗框时，其设计的自由度可能受到限制。
曾经提出过一种树脂窗框的结构，它用加入其中的一个金属加强件来进行加强。然而，金属件的加入将影响该窗框的隔热性能，并且由于窗框重量增加，该窗框地操作性能和装配性能降低。另外，该金属件的缺点是，有水进入时容易腐蚀。
日本实用新型公开(未经审查的)申请59-32090/1984公布了一种用一个木制的芯子件加强的树脂窗框，但该窗框有下述缺点。
虽然该窗框在一定程度上克服了上述加入金属的树脂窗框的缺点，但该用一个木制芯子件加强的树脂窗框强度不够。另外，该树脂和该木制芯子件之间的热膨胀的不同，会使树脂层在由于大气温度的变化引起的重复膨胀和收缩过程中，产生局部隆起和细小的裂纹，这样会影响窗框的外观。再者，由于有局部隆起和细小裂纹，水会进入并浸没树脂层和木制芯子件，腐蚀芯子，从而影响窗框的强度。
美国专利4499810公布了一种绝缘的、不受气候影响的、由合成树脂材料制成的窗框。该窗框由内部和外部的单件式模制的周边框架件组成，二个框架件由与外框架的外表面隔音的紧固件固定在一起。
经过慎重考虑和认真研究后，本发明的发明者发现，如果使用竹芯子，并涂上一层树脂材料，则可以在需要较小空间的情况下得到良好的隔热性和隔音性。
本发明的一个目的是要提供一种可用于窗户和门洞的窗框，它的存贮和运输所需的空间较小，成本低，并且改善设计的自由度。
本发明的另一个目的是要提供一种竹制的窗框，它在老化过程中较少隆起和较少产生裂纹，并且由于水的进入和浸没引起的、能使窗框强度降低的腐蚀较小。
本发明还有一个目的是要提供一种空间较小的窗框，该窗框中可以具有双层玻璃板或单层玻璃板，以增强该窗框的结构。
本发明的再一个目的可从下面的说明了解。
下面参照附图来对本发明进行更详细的说明。这些附图构成说明书的一部分，附图中：
图1为根据本发明的一个窗框的部分截面图的局部视图；
图2示意性地表示，在将竹制的芯子插入树脂框架件中的工序中，本发明的窗框的制造工艺；
图3为根据本发明的插入了双层玻璃板的窗框的部分横截面图；
图4为根据本发明的试验用的窗框的部分放大的横截面图；
图5为作为一个参考样品使用的试验用窗框的部分的放大的横截面图。
根据本发明，在使用木制芯子的窗框时碰到的问题如下：
当使用木制芯子时，该芯子件只是一个木制件。
另外，当在空心部分的内表面和芯子件的表面之间产生余隙或间隙时，在将芯子件插入树脂外框架的空心部分的工序中，所得到的增强程度降低。因此，需要精确地加工芯子件的表面。当该芯子件是由具有一些木节的木材制成时，由于木节部分特别硬，因此，加工精度降低。这样，在将该芯子件插入该外树脂框架的空心部分中之前，要利用手工操作，将该木节和坚硬部分从该木制芯子件上去除。然后，除去木节所产生的空位由合成树脂充满，形成一种锚固作用，以限制该芯子件相对于该树脂层的相对运动。这样，该树脂层和该木制芯子件的热膨胀的不同将在该树脂层上产生重复的拉伸和收缩力负载作用，使该树脂层产生局部隆起和细小裂纹。另外，存在于由去除该木节产生的空位中的被封闭的空气，将随着大气温度的升高而膨胀，加速该树脂的局部隆起。发明者已经发现了上述现象。
本发明中极其重要的一点是利用没有任何节疤或木瘤的分层竹材或复合竹材来代替可能具有这种节疤或木瘤的木材。
利用复合竹材作为该芯子件，在该复合竹材的表面上涂敷一层合成树脂层，作为该窗框的涂层。同时，一个矩形梁的窗框则由该合成树脂的外结构和该竹制芯子制成。
用作芯子件的复合竹材是由竹材的中间层制成的，该中间层是通过除去竹材的外皮层、中间层和内皮层的三层中的一个外皮层和一个内皮层而得出的。
在本发明的窗框中，该外框架树脂层中的每一层具有从该芯子件的相应末端突出或伸出的二个末端，可以分别与其他的外框架树脂层的相邻的突出或伸出端焊接，因此，可装配成一个矩形形状的窗框。
根据本发明，使用一个竹材芯子件的该窗框可以通过下列步骤制造出来：在挤压机中加热由氯乙烯树脂制成的一个外框架的树脂，使其大大的软化；挤压该树脂，使该树脂框架的直径逐渐收缩，成为需要的具有相同截面并包括一个该窗框空心部分的框架梁的直径，以形成该外树脂框架；在该空心部分内表面温度为175℃～195℃的范围内加热，将由复合竹材制成的芯子件插入该树脂框架的空心部分中；因而在该芯子件的表面上涂上一层该窗框的树脂层。
根据本发明的一个方面，将一个双层玻璃板结构或一个单层玻璃板结构，利用粘接剂装配在与该框架彼此相对的内周边上，并部分地装配在该外框架体上。
在本说明书中所用的术语“窗框”可以包括一个窗框和窗户骨架，以及一个门框的洞。
现参考附图来说明本发明的一个优选实施例。
图1为本发明的一个窗框的部分截面的局部视图。本发明的窗框具有一个外部树脂框架1，在其空心部分中插入和固定着一个由复合竹材制成的芯子件2。一个合成树脂层3构成该框架的一个外壁，从而构成了一个窗框梁4。另外，利用一根双面涂层的粘接带9，通过一个玻璃板座10，将一个双层玻璃板结构8固定在该窗框梁4的内壁上。利用一个压紧边缘11的压紧作用，可以固定该双层玻璃板结构8(见图3)。
用于本发明的窗框的复合竹材可以按下述方法制造出来。
开始，从一根大竹子的切割截面上垂直地破开该竹料；如果需要，可将该竹料加热几十分钟进行软化。然后，切去该竹料的内部节疤和外部节疤；再剥去一定厚度的内皮层和外皮层，并除去该竹料表面的突出部分，从而得到该竹料的均匀的强度和厚度。
当将一根竹子破开成多个垂直部分例如八部分时，要将每一个垂直部分进行干燥，然后利用相应的粘接剂粘接，层叠成复合材料，这样就可生产出复合竹材。
另一方面，当将该竹子垂直切割成较少的几个部分例如二部分时，可以利用高频辐射的方法将各个竹子部分加热，并将其压紧在二个辊子之间。通过连续加热，使该竹子部分延伸或扩展成为一块平板，并用水迅速冷却，以防止刚刚在延伸或扩展之后，各个竹子部分恢复至其原来形状。通过使用相应的粘接剂，可把得到的各个平板构成一块复合竹材。
为使竹材大大变软所需的对竹材或其各个部分进行蒸煮处理决定于竹子的种类、树龄和厚度。一般说来，竹龄为3～5年的竹子需要15～30分钟的蒸煮时间，以便将竹子软化，便于切割和变形成所希望的形状。
由于在150℃的温度附近，碳化作用会使竹材变成棕黄色。因此利用高频电磁辐射加热的温度最好为130℃～145℃，更理想是140℃左右。
根据本发明的竹制芯子2的截面应与所希望的外框架的截面类似，但比该所希望的框架的截面小一个覆盖该芯子表面的树脂框架层3的厚度。
图2示意性地表示本发明的窗框在将竹材芯子2插入树脂框架件3的空心部分中的工序中的制造过程。该插入过程是利用具有一个模具5的挤压机中精压机6进行的，该树脂框架在该精压机中被加热，并且在两个辊子7之间被挤压。
该合成树脂层3在具有精压机6的挤压机中被加热，使它大大的软化，然后通过一个模具5进行收缩处理，形成具有一个空心部分的框架的所希望的截面。再在该模具5的出口附近，将芯子件2插入软化的树脂框架的空心部分中，使该芯子件2的表面涂上一层树脂层。然后，将该包括了芯子和框架的复合物从该挤压机的模具5的出口挤压出去。
在使用氯乙烯树脂作为合成树脂的情况下，当将该芯子件2插入该树脂框架的空心部分中时，该树脂框架空心部分的内表面的温度最好为175℃～195℃。然后，精压机6将涂有该合成树脂层3的该芯子件2结构冷却，保持所希望的形状，并通过二个辊子7之间的开口挤压，形成一个连续长度的树脂框架。
将最终得到的连续长度切割成适宜的长度，用作该树脂框架的每一个梁，然后将四个长度的梁装配起来，形成根据本发明的矩形梁的窗框。在装配该矩形梁的窗框时，利用从该芯子的末端突出来的树脂末端部分，使它们熔融粘接在一起，这样可以将该窗框的梁的末端与相邻的梁的末端粘接在一起，形成该四根梁的窗框的矩形形状。
具体地说，在窗框梁所希望的长度的基础上将最终得到的连续长度的树脂框架切成一定角度，以便在该窗框的各个切割端部形成45°角。
然后，在长度方向上敲打或和相应的工具挤压该芯子件2的一端，使它移动或前进顶着该树脂层3，从而使该芯子件2的相对一端从该树脂框架层3的相对一端突出出来。该芯子件2的突出来一端也是切成45°角的。再在相反方向敲打或挤压该芯子件的突出端，使该树脂框架层3的这个末端从该芯子件2的这个末端突出出来，从而形成了该树脂框架层3从该芯子件2的切割末端突出出来的一个末端。
然后，将该树脂框架层3的该突出端切成45°角，与另一个树脂框架层的切成一角度的末端热粘接在一起，形成了根据本发明的一个矩形梁窗框。
在表示本发明的一个例子中，该复合竹材芯子的表面全部涂上或覆盖一层树脂框架层。然而，如果需要，特别是在日本式的榻榻米房间的窗框的情况下，该竹材芯子面向房间的内表面的一部分可以露出即部分地不涂树脂框架层，以便欣赏该复合竹材表皮的美丽外观。
用于根据本发明的窗框树脂层的合成树脂可根据加工的方便性，耐气候变化的能力和树脂性质的一般标准来选择。对于外部框架的树脂层，可以采用热硬化的树脂，最好为氯乙烯树脂、聚丙烯树脂、AB5树脂和其他纤维增强的树脂。
由于根据本发明应该使用厚度较小或较薄的竹材芯子，因此，该树脂框架应当用下述方法加强，或建议用下述方法加强。
因为本发明的窗框的良好隔热性和隔音性不受影响，并可以加强本发明的窗框，因此应该使用双层玻璃板，或将双层玻璃板插入该窗框内。图3为根据本发明的双层玻璃板8插入该树脂框架层3内部的窗框1的部分横截面图。芯子件2插入该树脂框架层3内。如图所示，双层玻璃板8固定在玻璃板减振座10上，而玻璃板的周边粘接在该树脂框架1的相应部分上。粘接装置最好为双面涂层的粘接带9，因为它容易使用。也可以适当地选择其他的粘接装置例如粘接剂，用于将该玻璃板粘紧在窗框上。
通过将该窗框一部分与该双层玻璃板结构8的侧表面的周边部分粘紧，则该双层玻璃板结构8的刚度和强度可以增强该窗框1的强度。
另一方面，在该矩形形状的拐角处即该窗框梁的末端彼此粘接的点处，可能是该矩形梁窗框的较弱部分。该矩形窗框的拐角四周应增强。
该双层玻璃板8的相对周边靠紧在压缩边缘11上，但该玻璃板8的所述周边与该边缘11之间的粘接不会影响本发明的窗框的增强。
本发明还可用下述的例子和对比例来说明，以显示本发明的窗框的意义，但这不应被看作是对本发明的限制。
图4表示具有这种尺寸、结构和截面形状的几个模型试件，其长度为10cm，供实验测试用。覆盖该竹材芯子件2的全部表面的树脂制的该外框架件3为用厚度为1.2mm的氯乙烯树脂制成。
(1)根据本发明的试件的制造
(1)(a)芯子件的制造
将厚度约为14mm，垂直地切成半圆形的竹子(Mousou-tiku)移入沸水中，保持20分钟，使竹子材料大大软化和更富于挠性。然后，从该竹子上除去外接头和节疤部分及内接头，还要除去竹子的外表皮和内表皮，将竹子作成圆形，形成没有任何隆起或结疤的、厚度为10mm的竹材。
当利用高额电磁波辐射，在140℃温度下加热该最终得出的竹材时，将该竹材在二个用于压制平板的辊子之间进行压制，延展成一块平板。在延展过程中，要从竹材的二个侧表面进行压缩，以防止竹材产生裂纹和变形。
在延展之后，立即快速地在水中进行冷却，以便保持竹材的平板形状。
利用该最终得到的压缩平板制造宽度为50mm的竹板，然后利用粘接剂，将五块长竹板层叠粘接起来，形成截面积为50平方毫米(mm2)的多个连续长度的竹材。这样，就可制造出截面如图4所示的复合竹材的芯子2。
(1)(b)根据本发明的试件的制造
加热氯乙烯树脂，使它大大软化，并利用挤压模制，通过一个模具使其直径逐渐缩小，形成图4所示的厚度为1.2mm的空心的外框架结构。将如上述那样制出的竹材芯子件插入所形成的外框架空心部分中，以便在该芯子表面上形成树脂涂层。再通过一个模具挤压该复合物的长度，用精压机冷却它，并切成长度等于110cm，作出29个试件(称为试件“A”和例1，2，3)。
芯子件插入在氯乙烯树脂框架的空心部分中，并与之成为一体，该树脂框架内表面的温度最好为190℃左右。
(2)具有木制芯子件的试件的制造
每个芯子件可以分别用市场上现有的苹果木料和云杉木料制成，以生产出具有上述同样尺寸和同样截面形状的芯子件。在制造芯子之前，应事先除去木料上的节疤和木瘤。
利用这些参考木料来生产分别具有苹果木芯子件和云杉木芯子件的试件。对于结构与试件“A”的结构相同的带有苹果木芯子件的试件称为“试件B”(对比例1)，而对于具有云杉木芯子件的试件则称为“试件C”(对比例2)。试件数目各为10个。
(3)没有芯子件的试件的制造
准备了19个市场上现有的具有氯乙烯树脂制的外树脂框架，而没有芯子件的试件(称为试件“D”)，其平均厚度为2.5mm，截面积为大约29.3cm2，长度为110mm。例子1～3和对比例1～4
将每一个样品组A、B、C的十个试件暴露在温度为65℃～70℃，相对湿度为80％～100％的可调节的气候环境中，大约1000小时，然后测量树脂层的局部隆起(结疤)和所出现的细小裂纹以及强度。
1)外树脂框架件中的局部隆起和细小裂纹的评价
经过1000小时的暴露后进行试件A～C的评价。评价按表1所示的标准进行，其结果表示在表2中。
表1 评价标准 出现隆起 出现裂纹 评价值 0 1至2 多于3 1至2 多于3 0 0 0 可看见 可看见 0 -1 -2 -3 -4
表2 试件 在树脂层中出现局部隆起和细小裂纹 每一试件 总评价值 例1 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 比较例1 B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -1 -1 0 -1 -2 -1 0 0 -1 0 -7 比较例2 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -1 -2 -2 0 -3 -1 -2 0 -1 -2 -14
表2显示在试件“A”的外树脂框架中，没有发现任何隆起或细小裂纹；而在试件“B”和“C”中，却发现隆起和裂纹相当多。2)强度测量
弯曲刚度的试验是对不暴露在气候可调节环境中的试件组“A”和“D”中的每一组的10个试件，通过在用二个彼此隔开100cm距离的端部支承点支承的试件的中心点上，加上1kgf的负载进行的。结果表示在表3中。
表3 试件 弯曲刚度 (kgf·cm3) 平均值 (kgf·cm3) 例2 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1773000 1866300 1755500 1721400 1738300 1970000 1790900 1948400 1809200 1704800 1807800 比较例3 B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2362500 2203200 2408300 2186400 2280100 2458300 2218600 2432400 2198600 2236800 2298500
表3显示，试件“A”相对于试件“D”具有更大的强度，而试件“A”的截面积只为试件“D”的截面积的一半。
利用试件组“A”和“D”中每一组的长度为110cm的9个试件来生产每一个试件组“A”和“D”的50cm×110cm的三个窗框。即：通过将三个试件中的一个长度为110cm的试件切割成二个长度约为50cm的梁，并利用其他二个试件作较长的梁，以形成50cm×110cm的矩形框架，可以使用每一种框架的三个试件装配成该矩形形状的窗框。另外，利用宽度为15mm的双面涂层粘接带9，粘住双层玻璃板结构的边缘，可以将具有20mm厚的空气向隔层的该双层玻璃板结构和3mm厚的二块玻璃板固定在该最终得出的窗框的内侧，如图1所示。
然而，在支承在距离100cm的二个端部支承点之间的梁的中点上，施加2kgf的负载，试验每一个试件组“A”和“D”的三个窗框的弯曲刚度。结果表示在表4中。
表4 试件 弯曲刚度 (kgf*cm3) 平均值 (kgf*cm3) 例3 A 1 2 3 2384600 2468200 2414600 2422500 比较例4 D 1 2 3 2308700 2456800 2298900 2354800
表4显示，用试件“A”装配而成、并用双层玻璃板增强的该窗框(例3)的强度比用试件“D”装配而成、并用普通的双层玻璃板增强的先前技术的窗框(对比例4)的强度高。例4和对比例5和6
当将芯子插入该外框架的空心部分中，将它们模压在一起时，除了用于制造试件“A”“B”和“C”的其他条件以外，改变该外框架的氯乙烯树脂的温度，以生产试件“A”(例4)，“B”(比较例5)和“C”(比较例6)。
可以通过下述试验来评估在装配成窗框时，该芯子件在该树脂框架表面上滑动的可能性。在将由该芯子件和该树脂框架层制成的综合框架装配成矩形的窗框时，必需使该树脂框架层在该芯子件的表面上滑动，即：应有一个回调动作，使每一个框架梁的末端与另一个框架梁的末端粘接，以形成根据本发明的该窗框的每一个矩形拐角。试验按下述方法进行。当仅固定该树脂框架层时，在长度方向上压紧该芯子件。然后，当该芯子件开始在该氯乙烯树脂框架表面上相对滑动时，测量加载的重量。对于在同样条件下制造的每一组试件，准备五个试件。将在5个试件上的测量值平均，来估计试验的结果。结果表示在表5中。
表5 试件 树脂表面的温度 滑动开始时的 加载重量(kgf) 例4 1 2 3 4 5 210℃ 195℃ 190℃ 175℃ 170℃ 21.3 18.6 17.5 19.0 不稳定 比较例5 1 2 3 4 5 210℃ 195℃ 190℃ 175℃ 170℃ 29.6 28.4 25.0 24.8 不稳定 比较例6 1 2 3 4 5 210℃ 195℃ 190℃ 175℃ 170℃ 28.6 27.4 27.8 24.0 不稳定
表5显示，由竹材芯子件制成的试件“A”(例4)的回调动作容易进行，因为该测量值即滑动开始时的加载重量低。另外，还证明了，只有当装配时，该树脂表面的温度为175℃～195℃，所测量的加载值才在大约20kgf以下，并且还证明了，在这个温度范围内，没有发现温度变化的影响。
在试件“B”(比较例5)和“C”(比较例6)中，当该芯子件开始在该外框架件表面上滑动时，负载重量的极小值约为24.0kgf，而在大多数情况下，约为30kgf，这说明，在这些试件中，实际的回调动作是困难的。
这种不同是由下面的原因造成的：在根据本发明制造的试件“A”(例4)中，没有发现错定作用；而在试件“B”(对比例5)和“C”(对比例6)中，具有这种错定作用，这是因为该树脂框架层会进入除去木节后形成的空位中，使开始滑动时的加载重量增加。
根据本发明的竹材窗框的隔热性和隔音性很好，因为该窗框没有金属。
锚定作用较小，因此容易在芯子件和外框架树脂层的表面之间形成滑动或移动，因而，在大气温度变化时，作用在该外树脂部分上的拉伸力和变形较小。
芯子件中的空位较少，因此，被封闭在芯子件和外树脂框架层之中的空气空间较小。因此，由于所封闭的空气膨胀较少，加在该树脂层部分上的变形较小。
所以，没有发现如在木制的芯子的窗框中所发现的那种由于树脂层部分中的局部膨胀或裂纹造成的问题。另外，该窗框的强度也不会因为有水侵入该外框架部分不希望有的膨胀和裂纹而降低。
由于该芯子件很容易沿着该外树脂框架部分的表面而在该表面上滑动，因此，根据本发明的框架梁很容易装配成一个矩形的窗框。摩擦系数足够低，因此只需用一个锤子敲击该窗框的末端，或者沿着长度方向将某种压紧装置加在该窗框的末端，即可平稳地使该芯子件在该外树脂框架中间滑动。
用于芯子件的该复合竹材具有足够的强度，因此可使该窗框做得更精巧。这样，可以减少贮存和运输所必需的空间，降低该窗框的造价。另外，本发明使设计的自由度更大。
树木大约需要生长20～30年才能用来制造木制产品，而竹子只需生长3～5年，即可用来制造该芯子件。
从这些试验结果可看出，与昂贵得多的先前技术的结构比较，本发明的窗框，即使暴露在上述的供试验用的可变气候条件下，在刚度和强度方面是具有相当大的竞争力的。