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隔熱鋁門窗系統結構要素分析

來源:泰諾風 保泰(Technoform BAUTEC)  作者: 吳亞龍  日期:2008-1-11
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  2004年7月1日,北京市建委組織專家制定了首部針對百姓住宅工程的門窗技術標準——北京市工程建設技術標準《住宅建筑門窗應用技術規范》DBJ01-602-2004,該標準從材料、設計、安裝、檢查驗收全方位對建筑門窗的應用技術進行了規范。新規范的一個亮點是門窗保溫性能指標,《住宅門窗應用技術規范》DBJ01-602-2004將外窗的
  B-3):隔熱條基材的選擇

    做為隔熱條基材的選擇必須在以下五個方面做為衡量標準,才能夠保證隔熱條在隔熱鋁窗的使用狀況下承擔起相應的“重任”。


  •優良的抗老化性能
  •能經受化學洗滌劑的擦洗
  •優良的抗紫外線能力
  •熱變形溫度需高于240度
  •在燃燒狀態下不能形成對人體有害的氣體。


    歐洲的經驗和教訓已明確肯定隔熱條的基材應采用聚酰胺尼龍PA66),而且這種選擇已定型近20年,因其具備較高的機械強度及耐高溫性能,而且可以充分保證其尺寸精度的穩定性。鑒于此基礎,用聚酰胺尼龍(PA66)為基材的隔熱條在復合加工后可以充分承擔及勝任門窗的受力承載,裝配精度等綜合要求。但目前市場上存在用PVC、PE等其它材質替代PA66的現象,在降低成本的同時卻犧牲了強度和耐熱性,這樣很容易造成隔熱鋁門窗的抗風壓性、氣密性、水密性等基本性能的喪失。


  基材的材質選擇重要以外,還必須對材質的等級進行區分和認識,金屬和許多化工材料都具有可回收的特征,但回收料又往往因為使用過而產生系列的問題:一是成份不純會導致材質性能不穩定;二是會有雜質,而雜質與主材的混合性、聯結性很差,所以雜質所在部位往往就是回收材料制品的性能薄弱部位;三是回收料內部的結晶體聯結鍵無法保證完全斷開而重新聯結,所以結構穩定性、強度等自身化學及物理性能就會大大降低。所以同是聚酰胺尼龍(PA66),回收料與一級純原料的質量差異是很大的,當然價格差異也是很大,這種差異要遠大于鋁錠廢鋁之間的差異!所以隔熱條基材的選擇應該選擇一級純聚酰胺尼龍(PA66)原料。見圖(3)

        

  B-4):隔熱條強化劑的選擇

    隔熱條由于在隔熱鋁窗的實際狀態下被要求需具備很高的橫向抗拉強度,這樣才能保證整窗的結構穩定性。所以除隔熱條的基材選擇非常重要外,其強化劑的選擇也非常重要,因為強化劑的作用就是要提高隔熱條的橫向抗拉強度。


  歐洲在隔熱條的強化劑選擇上,30年來一直采用玻璃纖維,因為它可以提高隔熱條的強度達到使用性能的要求。但玻璃纖維自身的難加工特性易導致混合難、粗糙度高等問題,所以目前一些隔熱條為此退而采用滑石粉、云母、碳酸鈣等普通填充材料進行強化(見圖4),這樣就大大降低了隔熱條的強度及熱變形溫度極限,也就大大增加了隔熱鋁門窗的質量隱患。


  做為隔熱條強化物的選擇,可以定性總結為以下兩點:


  (1)整個隔熱條的使用壽命(即隔熱鋁門窗的使用壽命)過程中,必須長期有效,不能發生性能及質量衰減!


  (2)為保證整個使用周期的質量穩定性,應選擇成份單純的一級細短玻璃纖維(見圖5)。

  B-5):隔熱條基質與強化物的混合性能:


  歐洲定型于玻璃纖維強化尼龍來制造隔熱條主要是是基于以下四個主體原因:


  ①復合強度(120N/mm)足夠保證隔熱條在整窗中的承載受力要求;

    ②外形尺寸精度(0.1mm)保證整窗的裝配精度(0.2~0.3mm);

  ③熱膨脹系數與鋁型材相近(2.35×10-5K-1);

  ④耐侯性好,充分保障正常極限溫度范圍內(–30℃~80℃)的使用要求。


    如果這兩種主材料出現替換或配比偏差(另有一些關鍵輔料不做敘述),那么,以上四個基本條件就必然無法保證,換而言之,那么整窗的壽命與性能也就無法保證了。對于科技發達的歐洲工藝而言,這一點無需懷疑其科學性;對于市場競爭的充分程度而言,歐洲也領先于我國,所以隔熱條的原材料選擇也應是市場選擇的結果。即使原材料的選擇及配比完全滿足歐洲的30年行業選擇的結果,兩種原材料的混合生產工藝也是決定隔熱條綜合性能的另一重要方面。在此僅述一點:玻璃纖維的排布方向決定了隔熱條的受力方向強度,隔熱條在整窗中橫向承載受力的使用性質,要求隔熱條在橫向強度上必須充分保證,而隔熱條是縱向擠壓成型的,其中的玻璃纖維很容易沿縱向排布,糾正玻璃纖維的排布方向(從縱向改為橫向)就成為隔熱條受力強度的根本性保證,而這一點是隔熱條生產工藝中的核心技術!

         

  B-6):隔熱條尺寸的穩定性

  隔熱鋁門窗的加工、安裝精度是隔熱鋁窗基本性能的基礎,而隔熱型材精度又是加工、安裝精度的基礎,所以隔熱型材精度是基礎之基礎,而隔熱型材的精度又是由隔熱條精度及里、外兩腔鋁材的精度來共同控制及保證的,當然加工復合精度也很重要!而隔熱型材斷面系列的加大(尺寸偏差的放大效應)會加倍放大隔熱條尺寸偏差對隔熱型材精度的影響,所以需要給予足夠的關注。


  GB5237.6中要求:隔熱型材的外形尺寸偏差檢測要求需符合GB5237-1中對基材相關尺寸要求的相關指標。這對隔熱型材里、外兩腔型材的尺寸精度,隔熱條自身的尺寸精度,以及隔熱型材的加工復合工藝提出了非常高的要求。這種要求具體而言就是把原來的單位度量范圍內的允許誤差被三部分組合體(里腔鋁型材、隔熱條、外腔鋁型材)及復合工藝的加工誤差所共同承擔,那么對隔熱條的尺寸精度就提出了比鋁型材表面尺寸精度還要高的要求。就通常所見到的隔熱型材斷面而言,隔熱條的外形尺寸偏差≥0.1mm即很難達到整體隔熱型材的外形尺寸精度的要求了。所以隔熱條作為隔熱型材的重要結構部件,其尺寸精度成為隔熱型材生產供應商不得不關注的焦點。


  隔熱型材的精度是由隔熱條精度及里、外兩腔鋁材的精度來共同控制及保證的,當然加工復合精度也很重要。而隔熱型材斷面系列的加大(尺寸偏差的放大效應)會加倍放大隔熱條尺寸偏差對隔熱型材精度的影響。隔熱型材的精度差則導致隔熱鋁門窗的窗體精度差,從而對其“基本三性”(氣密性、水密性、抗風壓性)產生本質性影響。而隔熱條的尺寸穩定性除具備自身的尺寸精度(同一支條的不同部位以及不同支條之間的差異)外還必須要求隔熱條在不同的氣候及自然環境狀況下,其尺寸精度不允許存在較大的變化,特別是吸水后的尺寸穩定性是非常關鍵的。


  綜上所述,隔熱鋁門窗的結構體——隔熱條在隔熱鋁門窗的實際使用狀況中要求其具備一系列化學及物理性能,而這些性能的保證來自于材質的選擇、材質的等級分類以及生產工藝的控制,如果從材質基礎上即開始出現質量隱患,那么制成隔熱條、復合成隔熱鋁材,加工制成隔熱鋁門窗這一系列的后續工藝將逐級放大這種質量隱患,最終體現在整窗上的問題就是穩定性、強度、尺寸精度都不理想,那么隔熱鋁門窗的“基本三性”就無法保證,嚴重的狀況下就是窗體分離、墜落。

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