范佳忠

塑料異型材是生產(chǎn)塑料門窗的主體構(gòu)件，如果塑料異型材質(zhì)量出現(xiàn)問題，必然導(dǎo)致塑料門窗質(zhì)量出現(xiàn)問題，塑料門窗的一些優(yōu)越性能就無法體現(xiàn)出來。因此，研究塑料異型材制造技術(shù)、控制塑料異型材制品質(zhì)量、克服塑料異型材制品缺陷是至關(guān)重要的。

在GB/T8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測項(xiàng)目中，主型材的落錘沖擊、主型材的可焊接性、型材老化等是最為敏感的項(xiàng)目，如果上述三個指標(biāo)出現(xiàn)問題，就會造成塑料門窗窗框破裂、由焊角開裂導(dǎo)致的門窗密封不嚴(yán)、漏風(fēng)、由型材老化變色影響整體美觀、進(jìn)而影響門窗使用壽命等問題，而且這些問題非常直觀地呈現(xiàn)出來，不但給廣大消費(fèi)者帶來損失，而且會給行業(yè)發(fā)展帶來沖擊，影響行業(yè)的健康發(fā)展。

本文就上述三個敏感項(xiàng)目逐一進(jìn)行分析。

一、主型材的落錘沖擊

在異型材的運(yùn)輸、組裝過程及門窗使用過程中，需不斷經(jīng)受風(fēng)載和物體的沖擊作用。尤其在東北寒冷地區(qū)，PVC塑料異型材低溫脆性表現(xiàn)更為明顯，盡管按照規(guī)范要求，門窗安裝要有環(huán)境溫度保證，但由于建筑工程交叉作業(yè)的特點(diǎn)，又有其他諸多因素的干擾，冬季門窗施工不可避免，這對型材來講是嚴(yán)峻的考驗(yàn)，這里面雖有焊接質(zhì)量與安裝質(zhì)量的因素存在，但對型材的沖擊強(qiáng)度與沖擊韌性要求要高，因此控制異型材的抗沖擊性能十分重要。測定異型材低溫抗沖擊性能，這個簡單的實(shí)驗(yàn)，可以給出很多有用的數(shù)據(jù)。它可表征擠出異型材全面質(zhì)量的若干影響因素。如異型材斷面設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)合理性、壁厚及內(nèi)筋和型材內(nèi)壁間連接的好壞、擠出機(jī)各段工藝參數(shù)的選擇和塑化質(zhì)量的優(yōu)劣、以及物料通過機(jī)頭后的均勻程度等。異型材低溫沖擊強(qiáng)度是檢驗(yàn)異型材生產(chǎn)質(zhì)量最快捷的試驗(yàn)方法之一。

1.主型材低溫落錘沖擊強(qiáng)度與型材冷凍時間有關(guān)。在GB/T8814-2004標(biāo)準(zhǔn) （以下簡稱2004版標(biāo)準(zhǔn)）中第6.7.4條 《試驗(yàn)條件》中規(guī)定：將試樣在℃條件下放置1小時后，開始測試。一些人可能提出來，塑料是熱的不良導(dǎo)體，再加上型材壁厚各不相同，型材冷凍1小時沒有凍透，測試結(jié)果不能反映型材的真實(shí)質(zhì)量，不如1998版標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定型材冷凍4小時再測試，結(jié)果會更加穩(wěn)定。針對上述情況，筆者認(rèn)為，2004版標(biāo)準(zhǔn)并無不妥，型材冷凍1小時主要是考慮與環(huán)境溫度相對應(yīng)，因?yàn)榄h(huán)境溫度并不恒定，也是時刻在變化著，在外部使用環(huán)境中型材內(nèi)外溫度也有差別，在此環(huán)境下也要求沖擊合格。

2.低溫落錘沖擊強(qiáng)度結(jié)果的判定標(biāo)準(zhǔn)。按標(biāo)準(zhǔn)中第5.7條規(guī)定： “在可視面上破裂的試樣數(shù)≤1個。對于共擠的型材，共擠層不能出現(xiàn)分離”。沖擊可視面破壞勿容置疑，破壞試樣數(shù)超過1個，判定結(jié)果為不合格；但有時會出現(xiàn)沖擊能沿型材進(jìn)行傳遞造成支撐筋斷裂、壓條口等位置被沖壞，而沖擊可視面并未破壞的局面，這種情況在判定標(biāo)準(zhǔn)中并未作出規(guī)定。筆者認(rèn)為，上述情況也說明型材強(qiáng)度存在問題，斷面結(jié)構(gòu)也有不合理的地方，型材存在某種缺陷，也會影響門窗使用的質(zhì)量，應(yīng)該判定為不合格，增加型材生產(chǎn)商進(jìn)行改進(jìn)的動力。

2.低溫落錘沖擊強(qiáng)度是定性指標(biāo)。單從標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容看，依據(jù)破壞個數(shù)判定產(chǎn)品合格與否，看似是定量指標(biāo)，實(shí)際并非如此。根據(jù)筆者多年的經(jīng)驗(yàn)，即使是同一根型材分成兩段，在同一條件下檢測，其中一段破壞一個，而另一段就有可能出現(xiàn)不破壞或者破壞兩個的情況，檢驗(yàn)結(jié)果很難判定。所以，筆者認(rèn)為，型材低溫落錘沖擊強(qiáng)度指標(biāo)是一個趨勢指標(biāo)，只要有一個破裂，實(shí)際上是在警示生產(chǎn)者要進(jìn)行調(diào)整，雖然暫時可以接受，但是處于邊緣，只有達(dá)到一個也不破壞才可靠。另外，沖擊時破壞的程度也不一樣。

3.需要指出的是，型材低溫落錘沖擊強(qiáng)度好壞并不是評定產(chǎn)品質(zhì)量好壞的唯一指標(biāo)，只是眾多物性指標(biāo)其中之一。因?yàn)?，型材低溫落錘沖擊強(qiáng)度檢測設(shè)備投資小、容易操作、結(jié)果判定簡單，絕大多數(shù)塑料門窗組裝廠家均可操作，有些組裝廠家就單憑此項(xiàng)指標(biāo)好壞判定型材優(yōu)劣，這實(shí)際上是不全面的。有些型材生產(chǎn)廠家抓住消費(fèi)者的心理，盡量提高型材沖擊強(qiáng)度，從而掩蓋了型材的其他缺陷，有的甚至公開叫囂，加40～50份碳酸鈣能做國標(biāo)產(chǎn)品，這實(shí)際上就是拿型材低溫落錘沖擊強(qiáng)度指標(biāo)來判定的，蒙騙廣大消費(fèi)者。因?yàn)橹蛔屝筒牡蜏貨_擊指標(biāo)合格很容易做到，但其它一些物性指標(biāo)不合格也會造成門窗出現(xiàn)問題。

二、主型材的可焊接性

異型材的焊縫焊接強(qiáng)度，表明成品門、窗承載抗變形的能力，氣候、環(huán)境、風(fēng)載、熱應(yīng)力作用，以及使用過程中所受到的動靜外力作用，都要由PVC-U窗框及焊角承載，特別是在較大外力作用下或非正常情況產(chǎn)生的大變形，其焊接質(zhì)量的優(yōu)劣，將直接影響PVC-U窗的使用壽命。因此焊角強(qiáng)度是異型材的一項(xiàng)十分重要的性能。

1.衡量焊角強(qiáng)度大小的標(biāo)準(zhǔn)問題

（1）在GB/T8814-2004標(biāo)準(zhǔn)第5.10條 《主型材的可焊接性》中規(guī)定： “焊角的平均應(yīng)力≥35MPa，試樣的最小應(yīng)力≥30MPa”。并且在該標(biāo)準(zhǔn)第6.10.4條 《結(jié)果和表示》中要求：按下式計(jì)算受壓彎曲應(yīng)力，

式中：

σc—受壓彎曲應(yīng)力，5個試樣的平均值即焊角的平均應(yīng)力應(yīng)≥35MPa；

Fc—為受壓彎曲的最大力值，即我們通常在JG/T3018-1994PVC塑料窗標(biāo)準(zhǔn)中所說的焊角強(qiáng)度；

a—試樣支撐面的中心長度；

e—臨界線與中性軸的距離；

W—應(yīng)力方向的傾倒矩Ι/e；

Ι—型材的慣性矩。

由上式我們可以看出，F(xiàn)c、a是測量值，而型材的慣性矩Ι和臨界線與中性軸的距離e是根據(jù)型材斷面結(jié)構(gòu)計(jì)算出來的。由于型材斷面結(jié)構(gòu)千差萬別，型材慣性矩只有專業(yè)設(shè)計(jì)人員才能根據(jù)型材斷面結(jié)構(gòu)計(jì)算出來，一些檢測機(jī)構(gòu)及門窗組裝廠家并不知道型材生產(chǎn)廠家型材的慣性矩?cái)?shù)值；更有甚者，一些人根本不會計(jì)算型材慣性矩或根本不知道型材慣性矩是怎么一回事。所以，經(jīng)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)，自2005年10月1日起實(shí)施的GB/T 8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯 （PVC-U）型材》第1號修改單中對8.1.2條進(jìn)行了修改，修改后的型材標(biāo)準(zhǔn)中8.1.2條變?yōu)椋骸靶筒某鰪S應(yīng)具有合格證。合格證上至少應(yīng)包括每米質(zhì)量、規(guī)格、Ι值、e值、生產(chǎn)日期”。也就是要求型材生產(chǎn)廠家提供各種型材斷面的慣性矩Ι值和臨界線與中性軸的距離e值。由于 “主型材的可焊接性”是GB/T8814-2004版標(biāo)準(zhǔn)新增內(nèi)容，一些人對標(biāo)準(zhǔn)的理解還沒有完全到位?；谏鲜鲈颍赡艽嬖趥€別型材生產(chǎn)廠家為了使型材可焊性指標(biāo)達(dá)到合格，以合格或更大的焊角應(yīng)力值回推計(jì)算出來的型材慣性矩?cái)?shù)值提供給檢測機(jī)構(gòu)和組裝廠家，這樣出來的焊角應(yīng)力值肯定合格，但型材在使用時安全系數(shù)會下降，容易出現(xiàn)問題。當(dāng)務(wù)之急是要提高使用者對型材可焊性標(biāo)準(zhǔn)的理解能力和對產(chǎn)品的識別能力，根據(jù)設(shè)計(jì)的窗型選擇最為適合的型材斷面，做出精品門窗，保證行業(yè)的健康發(fā)展。

（2）另外，有人認(rèn)為GB/T8814-2004標(biāo)準(zhǔn)中第5.10條只是衡量型材的可焊性，并不能反映出門窗開關(guān)或推拉時型材焊角遭到破壞時的最小力值。由于型材斷面結(jié)構(gòu)的不同，一些斷面型材的受壓彎曲應(yīng)力只要達(dá)到1000N或2000N時，焊角的平均應(yīng)力就可達(dá)到35MPa，按標(biāo)準(zhǔn)要求型材可焊性指標(biāo)合格。但這么大的受壓彎曲應(yīng)力值能否保證門窗開關(guān)或推拉時不被破壞、平開扇焊角由于沒有支撐能否承受住玻璃的壓力均值得商榷。

（3）相對于GB/T8814-2004標(biāo)準(zhǔn)來講，JG/T3018-1994PVC塑料窗標(biāo)準(zhǔn)中測得的角強(qiáng)度表示的是異型材焊角破壞的最大壓縮力，指標(biāo)更為直觀，也更為實(shí)用，測試方法也更為簡便，理解起來也更為容易，這也就是一些門窗組裝廠家依然采用其測量的焊角強(qiáng)度值作為衡量型材是否合格的依據(jù)的原因。當(dāng)然我們這里暫且不論3000N是否合理 （由于兩個標(biāo)準(zhǔn)測試方法的不同，焊角強(qiáng)度的數(shù)值可能會有差異）。

2.型材焊角破壞的形式

做角強(qiáng)度試驗(yàn)時：

（1）焊角完全斷開，非常干脆，數(shù)據(jù)離散性較小，通常數(shù)值較高。

（2）焊角不完全開裂，但數(shù)值較低，給人一種軟綿綿的感覺，基本上是材料本身強(qiáng)度差的原因。

（3）聽到兩次焊角開裂聲，第一次開裂聲時數(shù)值較低，通常在2000N以下；繼續(xù)施加壓力數(shù)值還能升高一點(diǎn)，但聽到第二次開裂聲后，數(shù)值不再升高，也在3000N以下；數(shù)據(jù)離散性較大，這基本上是型材可焊性差造成的。

3.影響焊角強(qiáng)度的因素

（1）型材斷面結(jié)構(gòu)。通常異型材斷面積愈大，壁愈厚，焊角強(qiáng)度愈高。加強(qiáng)筋不規(guī)范，也會影響焊角強(qiáng)度。

（2）生產(chǎn)型材用原輔材料。

①PVC樹脂。占型材配方中絕大多數(shù)比例的樹脂的本身性能對型材的性能產(chǎn)生巨大影響。

②穩(wěn)定劑。型材加工過程中的穩(wěn)定劑對焊角強(qiáng)度影響很大，由于絕大多數(shù)型材生產(chǎn)廠家均使用復(fù)合穩(wěn)定劑，各家穩(wěn)定劑的成分又不盡相同，工藝各異，雖然在對穩(wěn)定劑進(jìn)行檢驗(yàn)時各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求，加工型材時也能夠滿足工藝要求，成品型材的各項(xiàng)物性指標(biāo)也能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但在對型材進(jìn)行焊接時，焊角強(qiáng)度指標(biāo)就有很大差異，甚至不合格。

③潤滑劑。曾有人認(rèn)為，過多的使用潤滑劑會造成潤滑劑析出到型材表面，影響焊接時兩個界面的融合。筆者認(rèn)為，基本上不存在所謂的“過多”現(xiàn)象，因?yàn)闈櫥瑒┑戎鷦┑募尤肓渴歉鶕?jù)型材成型工藝需要而定的，過多的加入不僅物性不好，甚至對產(chǎn)品外觀都有影響。本人曾做過這方面的試驗(yàn)，只要生產(chǎn)出合格型材產(chǎn)品，潤滑劑的用量對焊角強(qiáng)度影響并不大。

（3）焊角強(qiáng)度與型材物性指標(biāo)有關(guān)。焊角強(qiáng)度指標(biāo)是一個綜合指標(biāo)，雖然到目前還沒有發(fā)現(xiàn)焊角強(qiáng)度指標(biāo)與型材物性指標(biāo)存在線性關(guān)系，但如果型材整體物性指標(biāo)較差，焊角強(qiáng)度指標(biāo)也不會很好。

（4）焊接工藝。焊角強(qiáng)度很大程度上還依賴于焊接工藝參數(shù)的選擇，如預(yù)熱及焊接溫度，預(yù)熱及保壓時間，夾緊壓力以及焊板溫度的精確度及分布的均勻程度。還有組裝問題，有些人在焊接時由于不規(guī)范的操作導(dǎo)致膠條夾在焊角里測焊角強(qiáng)度等。

（5）塑料門窗安裝玻璃時，按一個方向裝壓條，先裝的一側(cè)縫隙很大，后裝的一側(cè)沒有縫隙甚至超過窗框邊長，操作工硬砸造成焊角開裂。

三、型材老化變色

作為建筑物結(jié)構(gòu)制件的塑料門窗，特別是外窗用材曝露在戶外，常年經(jīng)受風(fēng)吹、雨淋、日曬、大氣侵蝕和環(huán)境污染等的作用，因此其耐侯性能就成為人們關(guān)注的重要性能之一，是其使用壽命的表征。型材老化最明顯的標(biāo)志之一就是型材變色。

1.影響PVC異型材老化變色的因素

（1）光、熱、氧及大氣污染等的影響。我們注意到：陽光照射的陽面較陰面變色嚴(yán)重；靠近空調(diào)的塑窗變色嚴(yán)重；外部安有鐵防護(hù)柵欄的變色嚴(yán)重；靠近馬路及靠近工廠的塑窗變色嚴(yán)重。

（2）型材用原輔材料的影響。

①PVC樹脂。在整個配方體系中占80%左右的PVC樹脂的性能對型材的性能產(chǎn)生很大影響。我們在檢驗(yàn)PVC樹脂白度時，通常檢驗(yàn)常溫和160℃兩種溫度條件下的樹脂白度，常溫下白度相同的樹脂，160℃時白度并不相同；另外，不同廠家的PVC樹脂的分解溫度也不相同。上述兩種情況說明，PVC樹脂的熱穩(wěn)定性存在差異，盡管穩(wěn)定劑的加入可以滿足加工需求，但在應(yīng)用過程中老化變色也會存在差異。

②穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑的作用包括：型材成型過程中的穩(wěn)定、貯存過程中的穩(wěn)定和應(yīng)用過程中的穩(wěn)定?，F(xiàn)在很多人過度關(guān)注加工過程中的穩(wěn)定，而忽略貯存及應(yīng)用過程中的穩(wěn)定，認(rèn)為只要能夠生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，穩(wěn)定劑的加入量就足夠了。事實(shí)上，盡管型材標(biāo)準(zhǔn)中對型材貯存有明確規(guī)定，但露天存貯現(xiàn)象屢屢出現(xiàn)，型材要受到熱、光、雨、風(fēng)的侵蝕，加速異型材表面老化變色；型材應(yīng)用過程中穩(wěn)定劑也要發(fā)揮作用。我們注意到，現(xiàn)在大多數(shù)型材生產(chǎn)廠家都采用鉛鹽穩(wěn)定劑，而且鉛含量越來越低，并聲稱低毒高效；低鉛穩(wěn)定劑在同樣情況下穩(wěn)定性顯然不如含鉛量高的穩(wěn)定劑，只能滿足加工工藝要求，但并不是所有低鉛穩(wěn)定劑都如此，有些穩(wěn)定劑生產(chǎn)廠家在制復(fù)合穩(wěn)定劑時，含鉛部分滿足加工時的穩(wěn)定，貯存及應(yīng)用時的穩(wěn)定用其它材料代替，這樣可以做到鉛含量又低，穩(wěn)定性又好；但有些穩(wěn)定劑廠家由于技術(shù)水平有限做不到這一點(diǎn)，造成型材老化變色嚴(yán)重，使用壽命縮短。

③鈦白粉。鈦白粉的選用對型材老化性能起著至關(guān)重要的作用，最好選用已經(jīng)實(shí)踐證明的鈦白粉牌號，不要過多考慮成本因素而使型材使用壽命縮短，這里不再贅述。

2.型材老化標(biāo)準(zhǔn)

在GB/T8814-2004型材標(biāo)準(zhǔn)中，按老化試驗(yàn)時間分類：4000小時為M類；6000小時為S類。令我們困惑的是，人工加速老化試驗(yàn)的4000小時和6000小時相當(dāng)于自然老化多長時間，依然沒有權(quán)威說法?？赡苡行┤酥v，由于環(huán)境不同、地理位置各異，很難建立人工加速老化與自然老化的對應(yīng)關(guān)系。盡管如此，我們也應(yīng)該呼吁有條件的單位或個人投入一定的精力做這方面的研究，隨著工作的深入，應(yīng)該會得出比較滿意的結(jié)論的。

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

[2]GB/T8814-1998《門、窗框用硬聚氯乙烯 （PVC）型材》.

[3]韓寶仁，朱元吉，馮連勛編著.《塑料異型材制造原理與技術(shù)》.

[4]楊安昌等編著.《塑料異型材制品缺陷及其對策》.

[5]楊安昌等編著.《塑料門窗技術(shù)》.