PVC-U异型材应用中几个值得关注的问题

范佳忠

塑料异型材是生产塑料门窗的主体构件，如果塑料异型材质量出现问题，必然导致塑料门窗质量出现问题，塑料门窗的一些优越性能就无法体现出来。因此，研究塑料异型材制造技术、控制塑料异型材制品质量、克服塑料异型材制品缺陷是至关重要的。

在GB/T8814-2004《门、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》标准规定的检测项目中，主型材的落锤冲击、主型材的可焊接性、型材老化等是最为敏感的项目，如果上述三个指标出现问题，就会造成塑料门窗窗框破裂、由焊角开裂导致的门窗密封不严、漏风、由型材老化变色影响整体美观、进而影响门窗使用寿命等问题，而且这些问题非常直观地呈现出来，不但给广大消费者带来损失，而且会给行业发展带来冲击，影响行业的健康发展。

本文就上述三个敏感项目逐一进行分析。

一、主型材的落锤冲击

在异型材的运输、组装过程及门窗使用过程中，需不断经受风载和物体的冲击作用。尤其在东北寒冷地区，PVC塑料异型材低温脆性表现更为明显，尽管按照规范要求，门窗安装要有环境温度保证，但由于建筑工程交叉作业的特点，又有其他诸多因素的干扰，冬季门窗施工不可避免，这对型材来讲是严峻的考验，这里面虽有焊接质量与安装质量的因素存在，但对型材的冲击强度与冲击韧性要求要高，因此控制异型材的抗冲击性能十分重要。测定异型材低温抗冲击性能，这个简单的实验，可以给出很多有用的数据。它可表征挤出异型材全面质量的若干影响因素。如异型材断面设计、模具设计合理性、壁厚及内筋和型材内壁间连接的好坏、挤出机各段工艺参数的选择和塑化质量的优劣、以及物料通过机头后的均匀程度等。异型材低温冲击强度是检验异型材生产质量最快捷的试验方法之一。

1.主型材低温落锤冲击强度与型材冷冻时间有关。在GB/T8814-2004标准 （以下简称2004版标准）中第6.7.4条 《试验条件》中规定：将试样在℃条件下放置1小时后，开始测试。一些人可能提出来，塑料是热的不良导体，再加上型材壁厚各不相同，型材冷冻1小时没有冻透，测试结果不能反映型材的真实质量，不如1998版标准中规定型材冷冻4小时再测试，结果会更加稳定。针对上述情况，笔者认为，2004版标准并无不妥，型材冷冻1小时主要是考虑与环境温度相对应，因为环境温度并不恒定，也是时刻在变化着，在外部使用环境中型材内外温度也有差别，在此环境下也要求冲击合格。

2.低温落锤冲击强度结果的判定标准。按标准中第5.7条规定： “在可视面上破裂的试样数≤1个。对于共挤的型材，共挤层不能出现分离”。冲击可视面破坏勿容置疑，破坏试样数超过1个，判定结果为不合格；但有时会出现冲击能沿型材进行传递造成支撑筋断裂、压条口等位置被冲坏，而冲击可视面并未破坏的局面，这种情况在判定标准中并未作出规定。笔者认为，上述情况也说明型材强度存在问题，断面结构也有不合理的地方，型材存在某种缺陷，也会影响门窗使用的质量，应该判定为不合格，增加型材生产商进行改进的动力。

2.低温落锤冲击强度是定性指标。单从标准内容看，依据破坏个数判定产品合格与否，看似是定量指标，实际并非如此。根据笔者多年的经验，即使是同一根型材分成两段，在同一条件下检测，其中一段破坏一个，而另一段就有可能出现不破坏或者破坏两个的情况，检验结果很难判定。所以，笔者认为，型材低温落锤冲击强度指标是一个趋势指标，只要有一个破裂，实际上是在警示生产者要进行调整，虽然暂时可以接受，但是处于边缘，只有达到一个也不破坏才可靠。另外，冲击时破坏的程度也不一样。

3.需要指出的是，型材低温落锤冲击强度好坏并不是评定产品质量好坏的唯一指标，只是众多物性指标其中之一。因为，型材低温落锤冲击强度检测设备投资小、容易操作、结果判定简单，绝大多数塑料门窗组装厂家均可操作，有些组装厂家就单凭此项指标好坏判定型材优劣，这实际上是不全面的。有些型材生产厂家抓住消费者的心理，尽量提高型材冲击强度，从而掩盖了型材的其他缺陷，有的甚至公开叫嚣，加40～50份碳酸钙能做国标产品，这实际上就是拿型材低温落锤冲击强度指标来判定的，蒙骗广大消费者。因为只让型材低温冲击指标合格很容易做到，但其它一些物性指标不合格也会造成门窗出现问题。

二、主型材的可焊接性

异型材的焊缝焊接强度，表明成品门、窗承载抗变形的能力，气候、环境、风载、热应力作用，以及使用过程中所受到的动静外力作用，都要由PVC-U窗框及焊角承载，特别是在较大外力作用下或非正常情况产生的大变形，其焊接质量的优劣，将直接影响PVC-U窗的使用寿命。因此焊角强度是异型材的一项十分重要的性能。

1.衡量焊角强度大小的标准问题

（1）在GB/T8814-2004标准第5.10条 《主型材的可焊接性》中规定： “焊角的平均应力≥35MPa，试样的最小应力≥30MPa”。并且在该标准第6.10.4条 《结果和表示》中要求：按下式计算受压弯曲应力，

式中：

σc—受压弯曲应力，5个试样的平均值即焊角的平均应力应≥35MPa；

Fc—为受压弯曲的最大力值，即我们通常在JG/T3018-1994PVC塑料窗标准中所说的焊角强度；

a—试样支撑面的中心长度；

e—临界线与中性轴的距离；

W—应力方向的倾倒矩Ι/e；

Ι—型材的惯性矩。

由上式我们可以看出，Fc、a是测量值，而型材的惯性矩Ι和临界线与中性轴的距离e是根据型材断面结构计算出来的。由于型材断面结构千差万别，型材惯性矩只有专业设计人员才能根据型材断面结构计算出来，一些检测机构及门窗组装厂家并不知道型材生产厂家型材的惯性矩数值；更有甚者，一些人根本不会计算型材惯性矩或根本不知道型材惯性矩是怎么一回事。所以，经国家标准化管理委员会批准，自2005年10月1日起实施的GB/T 8814-2004《门、窗用未增塑聚氯乙烯 （PVC-U）型材》第1号修改单中对8.1.2条进行了修改，修改后的型材标准中8.1.2条变为：“型材出厂应具有合格证。合格证上至少应包括每米质量、规格、Ι值、e值、生产日期”。也就是要求型材生产厂家提供各种型材断面的惯性矩Ι值和临界线与中性轴的距离e值。由于 “主型材的可焊接性”是GB/T8814-2004版标准新增内容，一些人对标准的理解还没有完全到位。基于上述原因，可能存在个别型材生产厂家为了使型材可焊性指标达到合格，以合格或更大的焊角应力值回推计算出来的型材惯性矩数值提供给检测机构和组装厂家，这样出来的焊角应力值肯定合格，但型材在使用时安全系数会下降，容易出现问题。当务之急是要提高使用者对型材可焊性标准的理解能力和对产品的识别能力，根据设计的窗型选择最为适合的型材断面，做出精品门窗，保证行业的健康发展。

（2）另外，有人认为GB/T8814-2004标准中第5.10条只是衡量型材的可焊性，并不能反映出门窗开关或推拉时型材焊角遭到破坏时的最小力值。由于型材断面结构的不同，一些断面型材的受压弯曲应力只要达到1000N或2000N时，焊角的平均应力就可达到35MPa，按标准要求型材可焊性指标合格。但这么大的受压弯曲应力值能否保证门窗开关或推拉时不被破坏、平开扇焊角由于没有支撑能否承受住玻璃的压力均值得商榷。

（3）相对于GB/T8814-2004标准来讲，JG/T3018-1994PVC塑料窗标准中测得的角强度表示的是异型材焊角破坏的最大压缩力，指标更为直观，也更为实用，测试方法也更为简便，理解起来也更为容易，这也就是一些门窗组装厂家依然采用其测量的焊角强度值作为衡量型材是否合格的依据的原因。当然我们这里暂且不论3000N是否合理 （由于两个标准测试方法的不同，焊角强度的数值可能会有差异）。

2.型材焊角破坏的形式

做角强度试验时：

（1）焊角完全断开，非常干脆，数据离散性较小，通常数值较高。

（2）焊角不完全开裂，但数值较低，给人一种软绵绵的感觉，基本上是材料本身强度差的原因。

（3）听到两次焊角开裂声，第一次开裂声时数值较低，通常在2000N以下；继续施加压力数值还能升高一点，但听到第二次开裂声后，数值不再升高，也在3000N以下；数据离散性较大，这基本上是型材可焊性差造成的。

3.影响焊角强度的因素

（1）型材断面结构。通常异型材断面积愈大，壁愈厚，焊角强度愈高。加强筋不规范，也会影响焊角强度。

（2）生产型材用原辅材料。

①PVC树脂。占型材配方中绝大多数比例的树脂的本身性能对型材的性能产生巨大影响。

②稳定剂。型材加工过程中的稳定剂对焊角强度影响很大，由于绝大多数型材生产厂家均使用复合稳定剂，各家稳定剂的成分又不尽相同，工艺各异，虽然在对稳定剂进行检验时各项指标均符合要求，加工型材时也能够满足工艺要求，成品型材的各项物性指标也能符合标准要求，但在对型材进行焊接时，焊角强度指标就有很大差异，甚至不合格。

③润滑剂。曾有人认为，过多的使用润滑剂会造成润滑剂析出到型材表面，影响焊接时两个界面的融合。笔者认为，基本上不存在所谓的“过多”现象，因为润滑剂等助剂的加入量是根据型材成型工艺需要而定的，过多的加入不仅物性不好，甚至对产品外观都有影响。本人曾做过这方面的试验，只要生产出合格型材产品，润滑剂的用量对焊角强度影响并不大。

（3）焊角强度与型材物性指标有关。焊角强度指标是一个综合指标，虽然到目前还没有发现焊角强度指标与型材物性指标存在线性关系，但如果型材整体物性指标较差，焊角强度指标也不会很好。

（4）焊接工艺。焊角强度很大程度上还依赖于焊接工艺参数的选择，如预热及焊接温度，预热及保压时间，夹紧压力以及焊板温度的精确度及分布的均匀程度。还有组装问题，有些人在焊接时由于不规范的操作导致胶条夹在焊角里测焊角强度等。

（5）塑料门窗安装玻璃时，按一个方向装压条，先装的一侧缝隙很大，后装的一侧没有缝隙甚至超过窗框边长，操作工硬砸造成焊角开裂。

三、型材老化变色

作为建筑物结构制件的塑料门窗，特别是外窗用材曝露在户外，常年经受风吹、雨淋、日晒、大气侵蚀和环境污染等的作用，因此其耐侯性能就成为人们关注的重要性能之一，是其使用寿命的表征。型材老化最明显的标志之一就是型材变色。

1.影响PVC异型材老化变色的因素

（1）光、热、氧及大气污染等的影响。我们注意到：阳光照射的阳面较阴面变色严重；靠近空调的塑窗变色严重；外部安有铁防护栅栏的变色严重；靠近马路及靠近工厂的塑窗变色严重。

（2）型材用原辅材料的影响。

①PVC树脂。在整个配方体系中占80%左右的PVC树脂的性能对型材的性能产生很大影响。我们在检验PVC树脂白度时，通常检验常温和160℃两种温度条件下的树脂白度，常温下白度相同的树脂，160℃时白度并不相同；另外，不同厂家的PVC树脂的分解温度也不相同。上述两种情况说明，PVC树脂的热稳定性存在差异，尽管稳定剂的加入可以满足加工需求，但在应用过程中老化变色也会存在差异。

②稳定剂。稳定剂的作用包括：型材成型过程中的稳定、贮存过程中的稳定和应用过程中的稳定。现在很多人过度关注加工过程中的稳定，而忽略贮存及应用过程中的稳定，认为只要能够生产出合格产品，稳定剂的加入量就足够了。事实上，尽管型材标准中对型材贮存有明确规定，但露天存贮现象屡屡出现，型材要受到热、光、雨、风的侵蚀，加速异型材表面老化变色；型材应用过程中稳定剂也要发挥作用。我们注意到，现在大多数型材生产厂家都采用铅盐稳定剂，而且铅含量越来越低，并声称低毒高效；低铅稳定剂在同样情况下稳定性显然不如含铅量高的稳定剂，只能满足加工工艺要求，但并不是所有低铅稳定剂都如此，有些稳定剂生产厂家在制复合稳定剂时，含铅部分满足加工时的稳定，贮存及应用时的稳定用其它材料代替，这样可以做到铅含量又低，稳定性又好；但有些稳定剂厂家由于技术水平有限做不到这一点，造成型材老化变色严重，使用寿命缩短。

③钛白粉。钛白粉的选用对型材老化性能起着至关重要的作用，最好选用已经实践证明的钛白粉牌号，不要过多考虑成本因素而使型材使用寿命缩短，这里不再赘述。

2.型材老化标准

在GB/T8814-2004型材标准中，按老化试验时间分类：4000小时为M类；6000小时为S类。令我们困惑的是，人工加速老化试验的4000小时和6000小时相当于自然老化多长时间，依然没有权威说法。可能有些人讲，由于环境不同、地理位置各异，很难建立人工加速老化与自然老化的对应关系。尽管如此，我们也应该呼吁有条件的单位或个人投入一定的精力做这方面的研究，随着工作的深入，应该会得出比较满意的结论的。

[1]GB/T8814-2004《门、窗用未增塑聚氯乙烯 （PVCU）型材》.

[2]GB/T8814-1998《门、窗框用硬聚氯乙烯 （PVC）型材》.

[3]韩宝仁，朱元吉，冯连勋编著.《塑料异型材制造原理与技术》.

[4]杨安昌等编著.《塑料异型材制品缺陷及其对策》.

[5]杨安昌等编著.《塑料门窗技术》.