蜂窝结构在PVC - U 型材中的应用

王武泽

(西安中财型材有限责任公司，陕西 西安 710075)

0 引言

蜜蜂的蜂窝构造非常精巧，蜂房由无数个大小相同的房孔组成，房孔都是正六角形，每个房孔都被其它房孔包围，两个房孔之间只隔着一堵蜡制的墙，非常节省材料。受此优点的启发，将蜂窝结构用于型材上［1］，开发了一种蜂窝型材，并对其强度进行了验证，符合一般的多层房屋抗风压要求，断面对比结构见图1、2。

图1 传统型材断面结构

图2 蜂窝型材断面结构

蜂窝型材与传统的塑钢异型材相比，且具有以下几个优点:①保温、隔热、隔音的效果要优于普通断面型材［2-4］;②能够通过自身结构传导分散;③焊角的强度相比传统型材有一定的提高［5-6］。

1 蜂窝型材的优点

1.1 优越的保温、隔热、隔音的效果

“蜂窝状”腔室的增加，在蜂窝型材内部形成无数个封闭的小室，其中充满空气，因此具有很好的隔音、隔热和保温性能，并且保温、隔热、隔音的效果要优于普通型材。

1.2 易传导分散外界压力

由于“蜂窝”结构的设计，型材每一个平面上的力学强度都会增高，在受到应力或者外界冲击力时，能够通过自身结构传导分散。蜂窝型材断面设计为型材本体的内腔中为蜂窝状结构，这样能有效的缓解外部压力，起到提高抗压和抗冲强度的作用，能缓减型材的偏脆。目前客户在验证型材是否“偏脆”都以脚踩是否破裂为表征对象，而“蜂窝”状型材的正六边形结构，能使型材在“脚踩”过程中不易被踩裂。

1.3 焊角的强度高

断面的有效焊接面积增加，焊角的强度有一定的提高，很大程度上减少焊角开裂发生的几率。

由于腔体蜂窝状的增加，使焊接接触面积增大，在焊角应力不变的前提下，有效地提高了焊角强度，解决型材焊角开裂的事故隐患。

能减少或避免型材的“焊角开裂”:根据型材在焊接时，焊接面积越大，则焊接强度越大的原理，“蜂窝”状型材的焊接面积要大于普通型材，因此“蜂窝”状型材的“焊接强度”要大于普通型材。而型材“焊角强度”低是“焊角开裂”的原因之一，再者门窗在安装、敲击压条时，“蜂窝”状型材的正六边形结构也能很好的遏制住型材的开裂。本身PVC-U 型材家装市场的制作不规范导致型材“焊角开裂”的几率大大增加，而“蜂窝”状型材的开发能解决这方面的后顾之忧。

2 蜂窝型材的性能指标

2.1 型材的低温落锤冲击

低温落锤冲击是指试样在-10 ℃±1 ℃条件下至少放置2 h，然后在23 ℃±2 ℃条件下进行试验，并且在10 s 内完成测试，结果判定采用通过法。低温落锤冲击和型材断面的内筋分布有很大关系，因为PVC 型材在低温下PVC 大分链的自由运动已束缚，低温落锤反应的是于局部点的受力情况，同时因为内筋多、卡料情况多有发生，卡料后导致传导力的能力不足，从而导致低温落锤差，因而蜂窝状结构的低温落锤冲击相对普通型材稍差。

2.2 窗户的抗风压性能

蜂窝型材的主要问题集中于此。传统的PVC-U 窗户计算抗风压时，由于PVC -U 的弹性模量较低，在计算时，通常会将PVC-U 型材的弹性模量忽略不计，而仅以增强型钢的弹性模量作为计算抗风压的主要依据。而蜂窝型材，没有增强型钢，若单以PVC-U 型材的弹性模量来计算，由于其惯性矩和普通的没有穿钢衬的型材的惯性矩接近，所以，在抗风压强度校核上，计算出的最终数据较低。也就是说，无法达到按照现在标准衡量所做成高层窗户的强度，因此其只能用于低层建筑即家装领域。

2.3 窗户的排水性

传统的型材由于腔体较大，而内筋较少，设计排水腔较为容易，而蜂窝型材内腔密布许多“蜂窝状”隔室，其排水腔的设计可能在蜂窝型材上会做一些调整，或是在做“蜂窝”排布上，就应该要提前考虑这样的问题，如图3 是80 推拉框的排水腔设计示意图。

图3 排水腔设计

2.4 型材的耐候性

蜂窝型材在设计时在外侧增加了共挤层，从而可生产高耐候蜂窝产品或彩色蜂窝产品，能够满足不同客户的需要。

3 蜂窝型材在生产中需注意的问题

3.1 型材成型困难

由于蜂窝型材内腔较多，真空不足时较难吸起，内壁成型较为困难。因此挤出时为了保证质量，其主机定型真空必须在0.08 MPa 以上，另外成型时为了达到各点处的塑化度，工艺温度基本保持在185 ℃左右，主机转速与给料转速比保持在1.25 ∶1左右。

3.2 型材内筋易卡料和糊料

由于内筋较多且较薄(厚度一般为0.6 mm)，原料中若存在较大的颗粒，则很容易在内筋处形成卡料;工艺温度设置若较高，模具流道不光滑，则易出现内筋糊料情况。为了解决这些问题，我们在下料口位置安装了细筛网，对熟料进行过筛，排除了粒径较大颗粒;对工艺温度严格控制，并对流道进行抛光，从而杜绝了卡料和糊料情况产生。

3.3 蜂窝型材塑化不足问题

蜂窝型材的特殊结构，很容易造成内筋和非可视面的塑化较差，塑化不足易造成型材内壁发麻、性能降低和光泽度较低等现象。为此，我们在生产蜂窝型材时专门设计并使用了专用配方，为保证较好的塑化，在配方中加入了ACR 等提高塑化的添加剂;为提高型材表面的光泽度，在配方中加入适量的润滑剂如纯PE 蜡等以提高表面光亮效果。

4 结语

蜂窝型材在保温、隔热、隔音的效果要优于普通断面型材;其结构的设计，每一个面上的力学强度增高，在受到应力或者外界冲击力时，能够通过自身结构传导分散;由于焊接面积增加，能减少焊角开裂发生的几率;不使用钢衬可大大节省成窗成本;蜂窝型材由于具有抗风压局限性，只能在六层以下建筑使用。

［1］ 贾丽娜. 浅析PVC 塑料型材内腔结构对传热系数的影响［J］. 门窗，2002(2):53 -55.

［2］ 张 珑，陈福庆，阎 晋. 建筑外窗传热系数(K 值)简化计算方法［J］. 中国建筑金属结构，2006(8):23 -24.

［3］ 郭家兴，郭 磊，张博伦，等. 硬质PVC-U 型材配方及制备工艺专利技术的工业化应用［J］. 现代塑料加工应用，2012，24(1):31 -34.

［4］ 范怀瑾，程先胜，杨 坤. 塑料门窗的节能技术［J］.门窗，2008(3):20 -23.

［5］ 李才峰，韩 风，姜铁竹. 塑化度与焊接条件对PVCU 型材焊角强度的影响［J］. 聚氯乙烯，2004(3):20 -22.

［6］ 李海洋. PVC-U 型材断面结构及壁厚对其焊接角最小破坏力的影响［J］. 聚氯乙烯，2007(5):12 -14.