金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材及其生产方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN200710200609.3	申请日：	2007.05.14
公开号：	CN101050684A	公开日：	2007.10.10
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	未缴年费专利权终止IPC(主分类):E06B 3/20申请日:20070514授权公告日:20100602终止日期:20110514\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效\|\|\|公开
IPC分类号：	E06B3/20(2006.01); B29C70/52(2006.01); B29C70/54(2006.01)	主分类号：	E06B3/20
申请人：	北京房云盛玻璃钢有限公司;
发明人：	鲁杰; 周明云; 史超
地址：	102407北京市北京市房山区长沟镇新世纪产业基地
优先权：
专利代理机构：	北京中建联合知识产权代理事务所	代理人：	朱丽岩;李聚
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内容摘要

一种金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材及其生产方法，由至少两个纵向的薄壁、至少两个横向的薄壁围合成具有空腔的细长杆件形状，在上述至少一个薄壁内部有一层金属带，上述薄壁的横断面自外至内依次有纤维毡、纤维布、纤维束、金属带、纤维布，上述各层由树脂混合物浸渍、固化为一体。解决了玻璃钢型材横向强度薄弱和对螺钉紧固件的握定力不足的问题；同时解决了金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材加工生产以及成本偏高的问题。

权利要求书

1.  一种金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材，由至少两个纵向的薄壁、至少两个横向的薄壁围合成具有空腔(108)的细长空心杆件形状，其特征在于：在上述至少一个薄壁内部有一层金属带(105)，上述薄壁的横断面自外至内依次有纤维毡(102)、纤维布(103)、纤维束(104)、金属带(105)、纤维布(103)，上述各层由树脂混合物浸渍、固化为一体。

2.  根据权利要求1所述的金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材，其特征在于：上述薄壁围合成的空腔内有内隔断(106)。

3.  根据权利要求1或2所述的金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材，其特征在于：上述薄壁的外表面有凹槽(107)。

4.  根据权利要求3所述的金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材，其特征在于：上述金属带(105)的厚度为0.5～1.0mm。

5.  一种权利要求4所述的金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材的生产方法，其特征在于：将制作金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材的纤维增强材料和金属带在牵引车的带动下，依次完成以下步骤：
步骤1，用牵引机(15)将纤维毡、纤维布、纤维束和金属带从纱架(3)上和纱桶(4)中同向牵引；
步骤2，将牵引出的纤维束在树脂槽(9)内浸渗树脂混合物(10)，俗称浸胶；
步骤3，继续牵引上述纤维毡、纤维布、浸胶的纤维束和金属带使它们分别先从分纱器(11)中预定的空隙中穿过，再穿过预成型调整模(12)；
步骤4，上述纤维毡、纤维布、浸胶的纤维束和金属带在穿过预成型调整模具后，被牵引进入加热成型模具(14)进行成型固化；
步骤5，从加热成型模具(14)中出来的已成型型材(17)牵引至切割锯(16)进行切断。

6.  根据权利要求5所述的金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材的生产方法，其特征在于：上述步骤1中，纱架的两侧连接放置金属带托盘(6)的第一支架(5)和放置纤维毡托盘(8)的第二支架(7)。

7.  根据权利要求5所述的金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材的生产方法，其特征在于：上述步骤3中，分纱器(11)为格栅状，格栅的上下左右边缘均开有纤维毡扁孔和纤维布扁孔，分纱器的内孔两侧边缘开有金属带扁孔，分纱器的芯部有一个方孔。

8.  根据权利要求5所述的金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材的生产方法，其特征在于：上述步骤4中，加热成型模具(14)至树脂槽(9)连接一倾斜的树脂回流槽(13)。

9.  一种权利要求1或2或4所述的金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材的生产装置，其特征在于：顺序由纱架(3)、树脂槽(9)、分纱器(11)、预成型调整模(12)、加热成型模具(14)、牵引机(15)、切割锯(16)一字形排列而成，纱架(3)上放置至少一层纱桶(4)、两边侧固定放置金属带托盘(6)的第一支架(5)和放置纤维毡托盘(8)的第二支架(7)，加热成型模具(14)至树脂槽(9)连接一倾斜的树脂回流槽(13)。

说明书

金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材及其生产方法
(一)技术领域
本发明涉及一种门窗型材及其生产方法，特别是一种玻璃钢门窗型材及其生产方法。
(二)背景技术
节约资源、节省能源、建设节约型社会是近年来世界范围内的重要话题，而我国一直是一个耗能大国，根据测算我国建筑能耗约占总能耗的1/3以上；建筑使用能耗又占建筑能耗的1/2以上；室内采暖、空调能耗是建筑使用能耗的1/5以上；从整个建筑的能源流失来看，能源损失中70％是通过门窗流失的。据有关专家估算，如果把我国非节能窗的40％改造成节能窗，全国每年可节省煤炭1.56亿吨(折合人民币249.6亿元)，由此可见门窗节能的重要性。从上世纪90年代开始，随着国际能源的日趋紧张，国家就已经开始对建筑节能有越来越高的要求。各级政府对建筑节能的要求也越来越明确。1996年国家颁布了《民用建筑节能设计标准》；2001年国家颁布了《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》；2004年北京市颁布北京市工程建设技术标准《住宅建筑门窗应用技术规范》明确要求将外窗的传热系数控制在2.8W/(m^2.K)以内；2005年7月1日国家又颁布实施了我国第一部有关公共建筑节能的国家标准《公共建筑节能设计标准》，其中对公共建筑门窗的传热系数(K值)有了明确的规定，并对夏热冬暖地区的节能也提出了要求。所有这些标准、规范的出台都预示着环保节能的玻璃钢门窗将迎来更广阔的发展空间。随着国民经济的发展，能耗的增量和增速愈来愈快。对建筑门窗的质量、使用功能要求会更高，研究开发新型节能门窗是今后的主攻方向，玻璃钢门窗尤其适合这种发展趋势，也逐渐为人们所认知。
由于玻璃钢材料对于螺钉连接件的握定力差，在玻璃钢门窗的组装过程中需要预先在玻璃钢型材空腔内加入若干衬件，参见图1。这样对于不同的型材就需要设计制作不同形状的衬件与之相配合，并且要在门窗组装前将衬件伸入型材指定位置并进行固定，这就大大增加了加工与安装的复杂程度，同时也提高了门窗的材料成本及人工成本。
由于加工工艺、安装工艺的复杂性以及成本的制约，使玻璃钢门窗很难像其他材料的门窗一样拥有众多的下游加工工厂，大部分的玻璃钢门窗都只能由玻璃钢门窗型材生产厂家加工生产，社会上现有的门窗加工厂虽然认识到玻璃钢门窗未来发展的必要性，但是却对此望而却步，非常害怕玻璃钢门窗这么复杂的生产过程，因此大大制约了玻璃钢门窗的发展。
在玻璃钢门窗的型材生产上，目前国内外都只能以柔软的玻璃纤维材料作为增强材料。玻璃纤维材料包括长束纤维丝，编织而成的纤维布，短束纤维杂序铺列而成的纤维毡等，它们浸渍树脂混合物后通过模具加热形成型材。这些材料在牵引过程中比较容易产生拉伸变形，从而导致型材产生各种变形，致使产品的合格率下降。另外纤维材料只有在纵向有比较高的强度，横向的强度相对比较薄弱。上述增强材料中的纤维束是增强材料的主体，纤维布、纤维毡只应用于型材的内外表面。纤维束只在型材的纵向有良好的抗拉作用，纤维布、纤维毡对于型材横向的强度起到的作用很有限，那么型材纵向的抗压强度、横向的拉压强度就是型材强度的薄弱环节，这个问题也一直没有得到很好的解决，因此限制了玻璃钢拉挤型材的应用范围。
传统的玻璃钢是以玻璃纤维及其制品为增强材料，以热固性或热塑性树脂为基体，通过一定的成型工艺而制成的一种结构物，其学名是“玻璃纤维增强塑料”。传统玻璃钢门窗型材生产工艺生产出来的玻璃钢型材是单纯的玻璃纤维与树脂固化后的结构物。传统的玻璃钢型材有横向强度薄弱和与螺钉连接件的握定力差的缺陷。
(三)发明内容
本发明的目的是提供一种金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材及其生产方法，要解决玻璃钢型材横向强度薄弱和对螺钉紧固件的握定力不足的问题；同时还要解决金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材加工生产以及成本偏高的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材，由至少两个纵向的薄壁、至少两个横向的薄壁围合成具有空腔的细长空心杆件形状，其特征在于：在上述至少一个薄壁内部有一层金属带，上述薄壁的横断面自外至内依次有纤维毡、纤维布、纤维束、金属带、纤维布，上述各层由树脂混合物浸渍、固化为一体。
上述薄壁围合成的空腔内可有内隔断。
上述薄壁的外表面可有凹槽。
上述金属带的厚度可为0.5～1.0mm。
上述金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材的生产方法，其特征在于：将制作金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材的纤维增强材料和金属带在牵引车的带动下，依次完成以下步骤：
步骤1，用牵引机将纤维毡、纤维布、纤维束和金属带从纱架上和纱桶中同向牵引；
步骤2，将牵引出的纤维束在树脂槽内浸渗树脂混合物，俗称浸胶；
步骤3，继续牵引上述纤维毡、纤维布、浸胶的纤维束和金属带使它们分别先从分纱器中预定的空隙中穿过，再穿过预成型调整模；
步骤4，上述纤维毡、纤维布、浸胶的纤维束和金属带在穿过预成型调整模具后，被牵引进入加热成型模具进行成型固化；
步骤5，从加热成型模具中出来的已成型型材牵引至切割锯进行切断。
上述步骤1中，纱架的两侧可连接放置金属带托盘的第一支架(5)和放置纤维毡托盘的第二支架。
上述步骤3中，分纱器可为格栅状，格栅的上下左右边缘均开有纤维毡扁孔和纤维布扁孔，分纱器的内孔两侧边缘开有金属带扁孔，分纱器的芯部有一个方孔。
上述步骤4中，加热成型模具至树脂槽可连接一倾斜的树脂回流槽。
上述金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材的生产装置，其特征在于：顺序由纱架、树脂槽、分纱器、预成型调整模、加热成型模具、牵引机、切割锯一字形排列而成，纱架上放置至少一层纱桶、两边侧固定放置金属带托盘的第一支架和放置纤维毡托盘的第二支架，加热成型模具至树脂槽连接一倾斜的树脂回流槽。
与现有技术相比具有以下特点和有益效果：本发明通过在玻璃钢材料中增加玻璃纤维材料的同时增加金属增强材料，增强了玻璃钢型材纵向的抗压强度、横向的拉压强度和对于螺钉连接件的握定力，由此方法生产出来的玻璃钢型材在组装成门窗的生产过程以及门窗的安装过程中可以完全取消用于连接的衬件，简化了组装及安装工艺，使门窗的组装过程更简单，降低了加工难度，并大大节约了成本，使社会上众多的下游门窗加工单位依靠自身的技术水平也能进行玻璃钢门窗的型材的生产。
本发明与目前国内外普遍使用的拉挤成型工艺的突出区别在于：这种成型方法是在型材成型过程中复合了金属材料，通过该金属材料改善产品力学性能以及更进一步提高型材质量，尤其是改善型材的横向力学性能和对螺钉连接件的握定力。由该方法生产的型材确切的说应该是一种复合型的玻璃钢材料，它将玻璃钢本身与其他一些材料结合到一起，弥补了玻璃钢拉挤型材的一些缺憾，使玻璃钢拉挤型材的性能得以完善，解决了长期以来一直困扰人们的一大难题。
下表为几种常用材质门窗的传热系数检测结果比较：

几种常用材质门窗的传热系数比较(K值W/(m^2.K)) 普通铝合金窗断桥铝合金窗 PVC窗本发明双层中空玻璃 (5+9A+5) 4.14 3.4 2.78 2.4 双层中空玻璃 (5+12A+5) 4.04 3.3 2.70 2.2 Low朎中空玻璃 (5+12A+5) 3.06 2.32 1.78 1.6

由上面数据可以看出普通的铝合金门窗在一些节能要求严格的地区将被彻底淘汰。但是我国门窗保温性能总体水平与国外还是有较大差距，北欧和北美国家门窗的传热系数一般都小于2.0W/(m^2.K)，有的达到1.1～1.2W/(m^2.K)，要达到国外的这种要求，积极发展玻璃钢门窗是我国切实可行的建筑节能手段。
实验证明：应用本发明组合成的玻璃钢门窗在冬天没有采取任何取暖设施的情况下，室内温度可始终保持在15℃-16℃；夏天在没有安装空调制冷的情况下，室内温度可长期保持在22℃-25℃。此实验结果表明：通过玻璃钢门窗节能与墙体保温互相配合，完全可以实现建筑低能耗，甚至零能耗，它对于资源的耗损、环境的污染都好于其他几类门窗。另外还具有耐腐蚀、强度高、绿色环保、使用寿命长、成本低廉等特点。
本发明使门窗的组装过程更简单，加工难度更低，使社会上众多的下游门窗加工单位依靠自身的技术水平也能进行玻璃钢窗的生产，有利于推动玻璃钢门窗的发展。
由于加入的金属带是一个统一整体，它可以在一定程度上保证型材不发生扭曲和弯曲，对于改善型材的平整度、横向强度都有积极意义。参见图2，用于连接时，螺钉对型材的作用力实际直接作用到金属带上，再由金属带分散到型材内部的各个位置，大大改善了型材的受力状态，提高了型材对螺钉等连接件的握定力，因此可以完全取消型材组装成门窗时用于加强连接的衬件，这样也就减少了衬件的设计、制造、安装成本，使门窗生产过程大大简化，门窗组装效率得到了很大的提高。
(四)附图说明
图1是传统型材与墙体的连接示意图。
图2是本发明型材与墙体的连接示意图。
图3是本发明的生产流程和生产装置分布示意图。
图4是纱架的示意图。
图5是分纱器的示意图。
图6是本发明实施例一带内隔断的拉挤型材；
图7是图6中A处的放大结构示意图；
图8是图6中B处的放大结构示意图。
图9是本发明实施例二不带内隔断的拉挤型材；
图10是图9中C处的放大结构示意图。
图中：1-带内隔断的拉挤型材、2-不带内隔断的拉挤型材、3-纱架、4-纱桶、5-第一支架、6-金属带托盘、7-第二支架、8-纤维毡托盘、9-树脂槽、10-树脂混合物、11-分纱器、12-预成型调整模、13-树脂回流槽、14-加热成型模具、15-牵引机、16-切割锯、17-已成型型材、18-用于加强连接的衬件、19-传统型材、20-螺钉、21-墙体、101-网格毡、102-纤维毡、103-纤维布、104-纤维束、105-金属带、106-内隔断、107-凹槽、108-空腔。
(五)具体实施方式
实施例一参见图6、8所示，这种带内隔断的拉挤型材1由三个纵向的薄壁、两个横向的薄壁围合成带内隔断106、具有两个空腔108的细长空心杆件形状，上述薄壁的外表面有凹槽107，其特征在于：在两个横向的薄壁内部各有一层金属带105，上述薄壁的横断面自外至内依次有纤维毡102、纤维布103、纤维束104、金属带105、纤维布103，上述各层由树脂混合物浸渍、固化为一体。
参见图7，内隔断106依次由网格毡101、纤维束104、网格毡101以树脂混合物浸渍、固化为一体。
实施例二参见图9-10所示，这种不带内隔断的拉挤型材2由两个纵向的薄壁、两个横向的薄壁围合成具有空腔108的细长空心杆件形状，上述薄壁的外表面有凹槽107，其特征在于：在两个横向的薄壁的内部各有一层金属带105，上述薄壁的横断面自外至内依次有纤维毡102、纤维布103、沿长向均匀排列的纤维束104、金属带105、纤维布103，上述各层由树脂混合物浸渍、固化为一体。
本发明的金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材的形状和组成并不限于上述实施例，型材的形状和组成可以根据需要变化。
参见图3-5，一种生产上述金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材的生产方法，其特征在于：将制作金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材的纤维增强材料和金属带在牵引车的带动下，依次完成以下步骤：
步骤1，用牵引机15将纤维毡、纤维布、纤维束和金属带从纱架3上和纱桶4中同向牵引。在步骤1中，纱架的两侧连接放置金属带托盘6的第一支架5和放置纤维毡托盘8的第二支架7。该步骤主要在纱架区完成。纱架主要用于摆放束状玻璃纤维纱，玻璃纤维纱从桶中引出，并经过纱架顶的穿纱孔进入浸胶区。在该部分还有纤维布、纤维毡、网格毡等带状的纤维材料，这些带状材料通过托盘安装在纱架上。这些增强材料的作用是：纤维束104是玻璃钢拉挤型材的主要增强材料，它是承担型材纵向作用力的主要部分。纤维毡102是由短玻璃纤维丝杂乱铺列的毡状物，它可以承受各个方向的作用力，它用于型材外表面，使型材表面更平整光洁。纤维布103是由玻璃纤维编制成的布，它用于型材壁的表层，对于型材的横向、纵向强度均有加强作用。上述网格毡可以替换纤维布或纤维毡。
步骤2，将牵引出的纤维束在树脂槽9内浸渗树脂混合物10，俗称浸胶。浸胶区主要用于对玻璃纤维增强材料进行浸胶。树脂槽内盛放树脂以及其他一些填料，当纤维增强材料从树脂槽内通过时，树脂混合物浸渍到纤维增强材料上，并随纤维增强材料最终进入模具。树脂是玻璃钢的基体材料，主要作用是：维持纤维增强材料的成型形状；在增强材料之间传递作用力；包裹于纤维材料表面保护其不受外界物理、化学因素的破坏。
步骤3，继续牵引上述纤维毡、纤维布、浸胶的纤维束和金属带使它们分别先从分纱器11中预定的空隙中穿过，再穿过预成型调整模12。在步骤3中，分纱器11为格栅状，格栅的上下左右边缘均开有纤维毡扁孔和纤维布扁孔，分纱器的内孔两侧边缘开有金属带扁孔，分纱器的芯部有一个方孔。预成型区与型材固化的模具段是最关键的工艺部分。预成型是浸胶玻璃纤维进入模具前的必要步骤。它包括分纱器与预成型调整模两个重要部件。浸胶后的玻璃纤维从树脂槽出来以后首先进入分纱器，玻璃纤维纱通过分纱器上的孔调整成上下左右几个部分，这是浸胶玻璃纤维进入模具前的第一步调整，通过该步骤玻璃纤维纱首先被分布成型材断面的大致形状。
经过分纱器的初步调整后，浸胶玻璃纤维进入预成型调整模。预成型调整模用于给各增强材料定位，它促使各增强材料按设定的排列方式进入模具，保证各增强材料在进入模具后不会产生纠缠错乱，同时将玻璃纤维上多余的树脂以及树脂内包含的气泡挤出，确保型材质量。
步骤4，上述纤维毡、纤维布、浸胶的纤维束和金属带在穿过预成型调整模具后，被牵引进入加热成型模具14进行成型固化。步骤4中，加热成型模具14至树脂槽9连接一倾斜的树脂回流槽13。成型固化在型材模具内完成，是型材成型的最终步骤。模具一般有顶模、底模、左模、右模、芯铁组成，顶、底、左、右侧模围绕芯铁形成一定形状的空腔，该空腔即为型材的成型腔。浸胶玻璃纤维从预成型调整模出来以后直接进入模具，进入模具后浸胶玻璃纤维由于互相挤压而填充满整个成型腔，同时模具被加热板加热，树脂混合物也在模具加热作用下反应固化，并在牵引机的带动下穿过模具，固化过程在型材还没有出模具之前就已经完成。
步骤5，从加热成型模具14中出来的已成型型材17牵引至切割锯16进行切断。在拉挤生产线的末段，自动切割锯根据设定长度自动检测并切割型材至所需要的尺寸。
参见图3-5，金属增强型玻璃钢门窗拉挤型材的生产装置，其特征在于：顺序由纱架3、树脂槽9、分纱器11、预成型调整模12、加热成型模具14、牵引机15、切割锯16一字形排列而成，纱架3上放置两层或多层纱桶4、两边侧固定放置金属带托盘6的第一支架5和放置纤维毡托盘8的第二支架7，加热成型模具14至树脂槽9连接一倾斜的树脂回流槽13。
本发明不需要增加额外的设备，把金属带缠绕成卷并利用上面提到的托盘在纱架上固定，工作时金属带在牵引机带动下随玻璃纤维增强材料一起进入模具并与型材固化为一体。