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塑料门窗型材断面设计的几点认识

来源:中国门窗&配套材料网　作者:* 　日期:2009-7-20
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导　语：PVC塑料门窗以其保温、隔音、节能、外型美观等诸多优点，再加上国家政策的引导及扶持，现正越来越受到人们的喜爱与欢迎，并已得到越来越广泛的应用。本文就型材断面设计深入的谈了几点自己的认识，供大家参考。关键字：塑料门窗　型材断面　设计　思考

　　【中国门窗＆配套材料网 7月20日消息记者Caron】PVC 塑料门窗以其保温、隔音、节能、外型美观等诸多优点，再加上国家政策的引导及扶持，现正越来越受到人们的喜爱与欢迎，并已得到越来越广泛的应用。近几年来，几乎每年以20％的速度增长。现型材生产线近3000条，生产能力超过130万吨，门窗组装厂达8000家，组装门窗1.6亿平方米。但由于多数的型材厂、门窗组装厂没有专业化的塑窗产品研发机构与队伍，目前还不能根据地域的气候条件、适用范围、制造工艺、安装技术等，按要求开发设计出相应的塑料门窗型材断面。各企业产品性能特点接近，导致市场竞争没有优势，最后同一系列断面的产品，只有通过降低型材壁厚，减小外型尺寸，降低型材的米重，来参与市场竞争，从而导致PVC塑料门窗市场的产品质量受到严重影响，基于这种情况，为了更好的抢占市场，一些门窗技术较强的国家大部分型材厂、模具厂和大规模的门窗组装厂都建立了自己的塑窗研究部门，开发各自的专利产品去参与市场竞争。本人从事塑窗研究多年，现就型材断面设计谈几点自己的认识。

　　二、型材断面设计的几个关键点

　　型材断面的结构设计决定了成品门窗的性能、功能和外观造型与成本造价。这项工作涉及到建筑特点、工程力学、塑料挤出成型工艺学、材料力学、机械设计、模具设计与制造、门窗五金与配件、门窗组装与安装工艺，以及地区的地理环境、气候条件、经济发展和消费审美观等诸多领域。

　　①型材断面设计首先应符合国家与行业标准

　　我国目前执行的标准有GB/T8814-1998、JG/T3017-94、JG/T3018-94以及其他配件的标准，标准对型材与成品门窗的各项性能均有明确要求，在进行断面设计的时候应遵照执行，此外，还应符合普遍应用型材的结构要素规范。例如：为了满足型材低温落锤试验要求，就应考虑断面横筋的位置。为满足型材角强度要求，就应考虑型材的外形尺寸。为满足外观要求，内筋在设计时应注意比外壁薄，小于或等于外壁厚的60左右，避免形成收缩痕等。

　　②型材断面设计应符合挤出成型工艺要求

　　为满足挤出成型要求，在型材断面设计时，一般应注意以下问题：壁厚均匀、内筋不宜过多，内腔不宜太小，避免开太小的槽与孔，避免型材外壁交接处易产生物料堆积的设计，转角过渡应尽量采用圆弧。

　　③断面设计应满足抗风压强度要求

　　合理的主型腔设计和增强型钢的使用能有效抵御外力，便于安装五金件，型材内主型腔的大小是影响成窗抗风压能力的关键，在型材设计时，应分析所开发型材主要使用对象，根据其使用环境确定型腔大小。

　　④型材断面设计应满足组装与安装要求，性能优良，组装方便。

　　a.为满足型材某些使用功能，其功能部位（如胶条口、毛条口、欧洲槽、压条口、压条脚、螺钉孔等）应按结构要素规范进行，对于同一家公司的产品应尽量采用标准化设计，保持统一。

　　b.型材断面设计应考虑型材断面的刚性，防止在型材挤出牵引、下料或焊接过程中引起变形，影响组装质量。

　　c.平开窗与推拉窗是我国主要窗型结构，断面设计主要针对此两种窗型材进行设计，设计过程中应考虑搭接量，五金件装配部位尺寸（通常为标准尺寸），胶条、毛条需要预留的间隙等问题。

　　⑤型材断面设计应体现优美的造型、组合功能强、有新颖性、创造性和适用性。

　　a.密封性能

　　成窗主要通过型材的搭接以及毛条、胶条来进行密封。另外，设计时尽量采用多腔室结构，因为多型腔结构型材其密封性比单型腔结构型材高，多型腔的塑料型材将型材结构分隔成主型腔和辅型腔，形成独立的腔室，阻止了空气流动，焊接成窗后，其主型腔完全密封，辅型腔上开铣排水槽及气压平衡孔与主型腔毫不相干，从而提高了成窗密封性能。

　　b.水密性能

　　良好的排水系统对多雨地区显得尤为重要，在进行型腔结构设计时，为型材便于开铣排水槽，保证塑料门窗优良的水密性能，一般设计排水腔结构，弥补单型腔型材的不足，防止扇积水，雨水渗漏现象。

　　c.保温性能、隔音性能

　　多型腔结构型材因拥有几个密闭空间，导热系数大大降低。同时由外壁端面画一直线到内壁端面，穿过几个型腔,声音在传递过程中同样需穿过这几个密封型腔的腔室由室外传到室内而在传递过程中，型材的弹性系数与空气弹性系数不一样，声音经过多层过滤后，不同频率的声波也逐渐消解。因此型材断面设计时，应考虑尽量采用多腔室结构。

　　d.在外观设计过程中，使用流线型、圆弧、斜面和曲面可以使窗立面显得线条流畅，美观大方，但也应注意要利于型材的清角及定位。

　　e.型材断面设计时还应注意要能组装成为灵活方便的组合窗结构，型腔设计注意尽量减少型钢规格，便于管理与使用。在保证成窗性能的前提下，减小型材米重，降低成本。

　　⑥地域特色对型材断面设计的影响

　　我国地域辽阔，东西南北气候条件差别较大，型材断面设计时应考虑地域影响。

　　a.我国西北地区具有风沙大、海拔高、空气干燥、寒冷的特点，该地区建筑大窗洞越来越多，窗型较复杂，拼接窗较多。综合考虑，型材断面设计注意抗风压性能、型材宜采用多腔室。

　　b.我国西南地区具有雨水多、室内湿度大，部分地区夏季湿热的特点，该地区建筑高层建筑窗与异型窗较多。综合考虑，型材断面设计注意抗风压性能、采光性能。

　　c.我国东北地区具有天气寒冷、日照时间长，室内外温差较大的特点，该地区建筑小尺寸窗较多。综合考虑，型材断面设计注意型材的保温性能、采光性能。通常为该地区设计三点密封结构型材。

三、PVC塑料门窗发展中的几个问题及今后发展的方向

　　1、目前市场上塑窗的主导产品是推拉窗。使用安全性高，成本低（五金件、型材），组装、安装较方便是推拉窗成为主导产品的主要原因。与平开窗相比推拉窗的各项性能指标有缺陷已众所周知，还存在使用上的不方便，如：通风面积小，清洁玻璃不方便，拼装不美观等问题。今后推拉窗型材断面的进步与发展预计会向以下方面发展：

　　①推拉兼平开窗：在推拉扇内加设一个内平开窗，用于解决通风效果和玻璃清洗等方面的问题。

　　②双层推拉窗：由原来的两扇单层窗变为四扇双层窗，提高成窗的气密、水密、隔音等方面的性能。

　　③单扇推拉窗：将原来的两扇均可活动的推拉窗，变为一扇固定，一扇活动的推拉窗，其优点就是在保证成窗综合性能的前提下，使每吨型材的出窗率得到大幅度的提高。

　　对于推拉窗今后的发展方向，一是产品功能的扩展，即在目前基础上，使用功能增多。二是通过增加同系列型材的种类来提高成窗的性能。

　　2、平开窗（门）

　　塑料门窗的优势主要体现在平开窗上，平开窗的物理性能指标一般高于推拉窗。国内的平开窗主要是推拉窗的补充，应用在推拉窗无法使用的窗型较小的地方。但由于国内现有的五金件在美观，灵活，强度和耐腐蚀等方面都不尽理想，品种单一，选择余地小，档次低，高层建筑使用的安全性，这些都严重制约了平开窗的发展，目前平开窗型材的开发主要集中在寒冷地区的多腔室三点密封的型材设计上。从长远来看，随着经济的发展，生活消费水平提高以及对门窗质量鉴别能力的增长，塑料平开窗取代推拉窗成为主导产品将是门窗的发展的必然趋势。

　　四、结束语

　　PVC塑料门窗型材断面设计在中国因涉及面广，起步较晚，缺乏成熟的理论指导。以上仅是根据我们的工作实践，发表粗浅的一些想法，希望和业内同仁共同交流，愿我国的塑料门窗发展得更快更广更实用！

　　PVC塑料门窗以其保温、隔音、节能、外型美观等诸多优点，再加上国家政策的引导及扶持，现正越来越受到人们的喜爱与欢迎，并已得到越来越广泛的应用。近几年来，几乎每年以20％的速度增长。现型材生产线近3000条，生产能力超过130万吨，门窗组装厂达8000家，组装门窗1.6亿平方米。但由于多数的型材厂、门窗组装厂没有专业化的塑窗产品研发机构与队伍，目前还不能根据地域的气候条件、适用范围、制造工艺、安装技术等，按要求开发设计出相应的塑料门窗型材断面。各企业产品性能特点接近，导致市场竞争没有优势，最后同一系列断面的产品，只有通过降低型材壁厚，减小外型尺寸，降低型材的米重，来参与市场竞争，从而导致PVC塑料门窗市场的产品质量受到严重影响，基于这种情况，为了更好的抢占市场，一些门窗技术较强的国家大部分型材厂、模具厂和大规模的门窗组装厂都建立了自己的塑窗研究部门，开发各自的专利产品去参与市场竞争。本人从事塑窗研究多年，现就型材断面设计谈几点自己的认识。

　　二、型材断面设计的几个关键点

　　型材断面的结构设计决定了成品门窗的性能、功能和外观造型与成本造价。这项工作涉及到建筑特点、工程力学、塑料挤出成型工艺学、材料力学、机械设计、模具设计与制造、门窗五金与配件、门窗组装与安装工艺，以及地区的地理环境、气候条件、经济发展和消费审美观等诸多领域。

　　①型材断面设计首先应符合国家与行业标准

　　我国目前执行的标准有GB/T8814-1998、JG/T3017-94、JG/T3018-94以及其他配件的标准，标准对型材与成品门窗的各项性能均有明确要求，在进行断面设计的时候应遵照执行，此外，还应符合普遍应用型材的结构要素规范。例如：为了满足型材低温落锤试验要求，就应考虑断面横筋的位置。为满足型材角强度要求，就应考虑型材的外形尺寸。为满足外观要求，内筋在设计时应注意比外壁薄，小于或等于外壁厚的60左右，避免形成收缩痕等。

　　②型材断面设计应符合挤出成型工艺要求

　　为满足挤出成型要求，在型材断面设计时，一般应注意以下问题：壁厚均匀、内筋不宜过多，内腔不宜太小，避免开太小的槽与孔，避免型材外壁交接处易产生物料堆积的设计，转角过渡应尽量采用圆弧。

　　③断面设计应满足抗风压强度要求

　　合理的主型腔设计和增强型钢的使用能有效抵御外力，便于安装五金件，型材内主型腔的大小是影响成窗抗风压能力的关键，在型材设计时，应分析所开发型材主要使用对象，根据其使用环境确定型腔大小。

　　④型材断面设计应满足组装与安装要求，性能优良，组装方便。

　　a.为满足型材某些使用功能，其功能部位（如胶条口、毛条口、欧洲槽、压条口、压条脚、螺钉孔等）应按结构要素规范进行，对于同一家公司的产品应尽量采用标准化设计，保持统一。

　　b.型材断面设计应考虑型材断面的刚性，防止在型材挤出牵引、下料或焊接过程中引起变形，影响组装质量。

　　c.平开窗与推拉窗是我国主要窗型结构，断面设计主要针对此两种窗型材进行设计，设计过程中应考虑搭接量，五金件装配部位尺寸（通常为标准尺寸），胶条、毛条需要预留的间隙等问题。

　　⑤型材断面设计应体现优美的造型、组合功能强、有新颖性、创造性和适用性。

　　a.密封性能

　　成窗主要通过型材的搭接以及毛条、胶条来进行密封。另外，设计时尽量采用多腔室结构，因为多型腔结构型材其密封性比单型腔结构型材高，多型腔的塑料型材将型材结构分隔成主型腔和辅型腔，形成独立的腔室，阻止了空气流动，焊接成窗后，其主型腔完全密封，辅型腔上开铣排水槽及气压平衡孔与主型腔毫不相干，从而提高了成窗密封性能。

　　b.水密性能

　　良好的排水系统对多雨地区显得尤为重要，在进行型腔结构设计时，为型材便于开铣排水槽，保证塑料门窗优良的水密性能，一般设计排水腔结构，弥补单型腔型材的不足，防止扇积水，雨水渗漏现象。

　　c.保温性能、隔音性能

　　多型腔结构型材因拥有几个密闭空间，导热系数大大降低。同时由外壁端面画一直线到内壁端面，穿过几个型腔,声音在传递过程中同样需穿过这几个密封型腔的腔室由室外传到室内而在传递过程中，型材的弹性系数与空气弹性系数不一样，声音经过多层过滤后，不同频率的声波也逐渐消解。因此型材断面设计时，应考虑尽量采用多腔室结构。

　　d.在外观设计过程中，使用流线型、圆弧、斜面和曲面可以使窗立面显得线条流畅，美观大方，但也应注意要利于型材的清角及定位。

　　e.型材断面设计时还应注意要能组装成为灵活方便的组合窗结构，型腔设计注意尽量减少型钢规格，便于管理与使用。在保证成窗性能的前提下，减小型材米重，降低成本。

　　⑥地域特色对型材断面设计的影响

　　我国地域辽阔，东西南北气候条件差别较大，型材断面设计时应考虑地域影响。

　　a.我国西北地区具有风沙大、海拔高、空气干燥、寒冷的特点，该地区建筑大窗洞越来越多，窗型较复杂，拼接窗较多。综合考虑，型材断面设计注意抗风压性能、型材宜采用多腔室。

　　b.我国西南地区具有雨水多、室内湿度大，部分地区夏季湿热的特点，该地区建筑高层建筑窗与异型窗较多。综合考虑，型材断面设计注意抗风压性能、采光性能。

　　c.我国东北地区具有天气寒冷、日照时间长，室内外温差较大的特点，该地区建筑小尺寸窗较多。综合考虑，型材断面设计注意型材的保温性能、采光性能。通常为该地区设计三点密封结构型材。

　　三、PVC塑料门窗发展中的几个问题及今后发展的方向

　　1、目前市场上塑窗的主导产品是推拉窗。使用安全性高，成本低（五金件、型材），组装、安装较方便是推拉窗成为主导产品的主要原因。与平开窗相比推拉窗的各项性能指标有缺陷已众所周知，还存在使用上的不方便，如：通风面积小，清洁玻璃不方便，拼装不美观等问题。今后推拉窗型材断面的进步与发展预计会向以下方面发展：

　　①推拉兼平开窗：在推拉扇内加设一个内平开窗，用于解决通风效果和玻璃清洗等方面的问题。

　　②双层推拉窗：由原来的两扇单层窗变为四扇双层窗，提高成窗的气密、水密、隔音等方面的性能。

　　③单扇推拉窗：将原来的两扇均可活动的推拉窗，变为一扇固定，一扇活动的推拉窗，其优点就是在保证成窗综合性能的前提下，使每吨型材的出窗率得到大幅度的提高。

　　对于推拉窗今后的发展方向，一是产品功能的扩展，即在目前基础上，使用功能增多。二是通过增加同系列型材的种类来提高成窗的性能。

　　2、平开窗（门）

　　塑料门窗的优势主要体现在平开窗上，平开窗的物理性能指标一般高于推拉窗。国内的平开窗主要是推拉窗的补充，应用在推拉窗无法使用的窗型较小的地方。但由于国内现有的五金件在美观，灵活，强度和耐腐蚀等方面都不尽理想，品种单一，选择余地小，档次低，高层建筑使用的安全性，这些都严重制约了平开窗的发展，目前平开窗型材的开发主要集中在寒冷地区的多腔室三点密封的型材设计上。从长远来看，随着经济的发展，生活消费水平提高以及对门窗质量鉴别能力的增长，塑料平开窗取代推拉窗成为主导产品将是门窗的发展的必然趋势。

　　四、结束语

　　PVC塑料门窗型材断面设计在中国因涉及面广，起步较晚，缺乏成熟的理论指导。以上仅是根据我们的工作实践，发表粗浅的一些想法，希望和业内同仁共同交流，愿我国的塑料门窗发展得更快更广更实用！【完】

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