影響門窗焊接質量的因素

                         重慶新美魚博洋塑鋼型材有限公司  王 耀   劉湘林

【摘  要】：一直以來，人們將型材的焊角強度作為塑料門窗檢測的一個重要指標，焊角強度的高低直接影響著塑料門窗的整體性能。本文將從配方的組分、配比、混料工藝、擠出工藝以及制作安裝等幾個方面對影響焊角強度的主要因素進行分析描述。

【關鍵詞】：塑料門窗、焊接強度、工藝、因素

【Highlights】: all along, people will proffies welding point intensity as plastic doors and Windows for the detection of an important indicator, welding strength of informention, PTA. de directly affects the overall performance of plastic Windows and doors.This article from the formulation of comonents and 、materials, mixing and extrusion process of manufacture and installation, and so on several aspects affecting welding point strength of the main factors analyzed description.

【Keywords】: plastic doors and Windows、welding strength、process、 factors.

一、檢驗標準                        

    塑料門窗的檢驗標準正確的方法應該是按照GB/T8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》的中6.10項的檢驗方法、JG/T140-2005《未增塑聚氯乙烯（PVC-U）塑料窗》和JG/T180-2005《未增塑聚氯乙烯（PVC-U）塑料門》中的檢驗方法和要求進行。有些門窗廠家把型材拿過來，用鉗子掰，用榔頭敲，用腳踹等方法來檢測材料的好壞，從而來判斷型材的焊角和冷沖是否合格，雖然表面上能做簡單的對比，但這是不科學的。比方說你拿一塊型材用腳踹不破，只能反映出這個材料韌性比較好，但你不敢保證它的焊角是合格的；反過來，你能踹破的型材不能證明它的焊角指標不好。也就是說，檢驗一種好的材料，不能靠單項來判定，要綜合起來，讓其各項指標達到最佳狀態。

二、配方組分及配比對其影響

本章節因篇幅關系不能講解太細，下面只是一些綱領：

1、生產門窗用塑料異型材的PVC樹脂一般選用SG-5型，同時盡量采用乙烯法懸浮工藝生產的。這可以保證其批次質量也就是各項指標的穩定。

2、穩定劑在整個配方系統中對型材質量起了關鍵性的作用，質量批次的穩定性和添加量的多少都會影響物料的塑化時間的長短和物料熱分解溫度的高低。穩定劑中的相應滑劑的平衡是反映穩定劑質量優劣的重要標準。

    穩定劑添加份數過高會推遲物料在料筒的塑化時間和拉高擠出溫度，那么就勢必意味著物料在出口模時塑化程度還達不到要求，這時型材的脆性很大，對焊接性能會造成很大影響。

    穩定劑的添加份數過低會縮短物料的塑化時間和降低擠出溫度，就意味著物料在出口模時過塑化，低分子的物質會分解，型材發泡，整個力學性能降低。

3、CPE在配方體系中其主要作用是抗沖擊和提高型材表面光潔度的作用，但添加比例的多少除影響抗沖擊強度和尺寸變化率之外，也影響著型材的焊接強度，這里關系到整個配方中韌性指標和剛性指標的平衡問題。添加比例一般在8-15份，低于8份或高于15份都是不正常的。

   抗沖ACR的原理與CPE在形成分子框架結構上有所區別，嚴格意義上講PVC/ACR共混體系要比PVC/CPE共混體系在抗沖擊方面要優越的多。

4、加工型ACR的主要作用是提高物料的塑化，表面上是與穩定劑相互矛盾，實質上是絕然不同的兩個概念：穩定劑是防止物料的降解；ACR是促進物料分子間溶體的相融性。有些現象：象既加大穩定劑的量又加大ACR的用量，雖然能從表面上解決一些所謂的實際問題，但在整個配方設計中是不正確的。ACR的用量要根據你整個的工藝路線和設備的塑化能力來定。

在整個的型材生產過程中最關鍵的因素也就是人們經常說的塑化。塑化程度的高低直接影響著型材的所有指標。

5、碳酸鈣一般要選用活化輕質的，其用量是影響整個型材力學性能的第二大因素。

   試驗證明適當添加高品質的納米鈣在某種程度上會提高型材的焊接性能。

6、潤滑劑的選用是與穩定劑的搭配分不開的，從某種意義上講，潤滑劑也是穩定劑。整個配方體系的合理與否關鍵是潤滑平衡，是其與穩定劑的協同效用。特別是外潤滑劑過量時會直接影響型材的焊角強度。

7、著色劑不會對型材的力學性能造成影響。

   那么，從整個的配方設計來看關鍵的因素是原料批次的穩定和合理的配比。一個配方的優劣其實就是一個潤滑系統的平衡。一旦潤滑系統失衡就會直接影響到型材的力學性能。

三、混料工藝的影響

1、倒料順序以及投放料的時間會影響干混料的質量，按順序投放的與一次性投入的，在助劑的選用和用量上是有區別的。

2、熱混溫度和冷混溫度的設定對物料的凝膠化過程和干混料的疏松程度是有影響的。

3、物料混合后的熟化過程一般需要要24小時，才能保證干混料的分子顆粒的相對穩定。

   以上三點對物料在下道工序擠出過程是否穩定起了決定性的作用。

四、擠出工藝的影響

1、擠出工藝的設定

1.1  溫度的設定要根據設備、配方、模具特性來進行。原則上是在保證物料塑化的前提下，盡量采用比較低的溫度，機筒一般在160℃—180℃之間，模頭設定在180℃—200℃之間。

1.2  擠出速度和喂料速度的配比是在整個擠出過程中保證物料充分塑化的關鍵，一般在排氣口部位觀察物料的飽和度以充滿螺桿容腔的2/3—3/4為最佳狀態，這時才能保證物料在螺筒里運動過程中形成壓縮、摩擦和剪切，使物料達到塑化的要求。

2、  主機真空度的要求：主機真空度能否啟用也是與物料的塑化程度和在容腔里的飽和程度有很大關系的。一般在排氣口觀察能達到上述要求且物料呈濕雪狀或豆渣狀為最佳，這時物料中的一些低分子物質水分、氯化氫和分子量特別低的物質形成的水氣才能通過真空強制排出。如果主型材在真空度低于－0.06Mpa時，會導致物了中殘余的低分子物質阻礙了分子結構的穩固性，型材的力學性能會嚴重下降，特別是抗沖會比較差，焊角強度會特別低。

3、 機頭壓力的要求：機頭壓力的顯示高低與主螺桿電機電流的的數值是相對應的，主機電流越大，機頭壓力也越高；主機電流的大小來源于物料的塑化狀態和飽和程度，一般主機顯示電流達到額定電流的60%—80%比較合適，也就是說螺桿轉矩在60%—80%。這時才能保證型材的密實度，也就保證了型材的力學性能。

4、過高的冷卻速率（過低的冷卻水溫），也會對型材的力學性能造成影響。

從整個的擠出環節來看，塑化是貫穿這個過程的關鍵。那么，并不是表明完全塑化的物料其型材的理化性能指標是最佳的。實驗證明物料在達到60%—70%的塑化狀態下各項指標是最佳的（相對平衡），實驗還證明：如果低于這個狀態，冷沖會不合格，焊角強度會有所提高；如果高于這個狀態，冷沖會達標，而焊角強度會有所下降。

也就是說，無論是配方設計還是基礎工藝的設定，都要根據實際情況做到統籌兼顧，使其每項指標達到標準要求。

五、模具和型材斷面的影響

1、模具的影響也是不容忽視的，高壓縮比的模具和比較長的平直段在賦予型材高光潔度的同時，保證了它的密實度。

2、型材的斷面結構和壁厚對型材的焊角強度影響很大，不同壁厚和不同規格的型材有不同的數值要求和不同的計算方法。

3、GB/T8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》的中6.10項的檢驗方法顯示的是型材的受壓彎曲應力，實質上是計算公式中Fc的值。這要根據型材的e值和慣性矩進行換算后才能得出型材的可焊性。

比如：以60平開框為例 

      慣性矩：IX=168282mm，IY=297782mm

  e   值：35.43mm

  受壓彎曲應力：Fc=1900N

  實測數據：ΔFc=2458N

  則此型材的可焊性計算所得為：45Mpa

這與老標準中的檢測方式是有區別的，而且顯示的數值所表達的意義都不一樣，老標準中的檢測方法檢測的只是型材角強度，要6000N以上才能達到要求。新標準中的檢測方法檢測的是型材的受壓彎曲應力數值只在2000N以上。這就很容易造成有些人的混淆和誤解。

六、門窗焊接過程中的影響

1、焊接工藝參數的影響

   塑料焊接的基本原理是熱熔融狀態下的大分子在焊接壓力的作用下相互擴散，產生范德華力，從而緊密地粘接在一起。

   不同廠家的型材在同一臺設備上焊接所需要設置的參數是不一樣的，同擠出工藝一樣，不同配方的型材、不同截面的型材將有自己獨有一套焊接工藝參數，都應經過焊角強度測試來最終確認。一般的型材：焊接溫度在260℃—280℃之間；加熱時間在28S左右；焊接時間為30S左右。以焊口均勻外翻，微微泛黃為最佳。

   焊接時前后壓鉗的壓力以壓住型材而不使其變形為原則。

2、型材切割的影響　　

型材切割時，如果進刀速度太快或型材擺放位置角度不當，會造成切割面凹凸不平或角度不正確，這樣，在焊接時，焊縫面與焊板接觸就有空隙，導致整個斷面受熱不均勻，塑料熔接不理想。
　　型材切割面應光滑、平整、沒有缺口現象。
3、焊縫清理的影響
  焊縫的清理有兩種操作方式，即手工和機械。無論是哪種形式在對焊逢處的焊接量造成損傷，都會影響型材的焊接強度。
4、塑料門窗焊接時應注意的幾個問題
　4.1 塑料型材應在門窗組裝生產車間內放置24h以后，方可切割下料，進行焊接。下好的料段，必須在當日焊接完畢。
　4.2 焊接操作時不能強制通風，生產車間溫度不應低于12℃。
　4.3 要經常檢查焊機上的夾緊定位螺釘、加熱定位螺釘和焊接定位螺釘是否有松動、變化，以確保定位正確；

焊機的鎖緊裝置應能牢固地鎖緊，以免被焊接的型材及夾持型材的底座發生位移，影響焊接質量。
　4.5 應經常檢查加熱板表面溫度與設備上儀表指示溫度的差值，并掌握焊機上每塊加熱板表面溫度變化的規律，特別要注意加熱板表面溫度隨電源電壓變化的規律，及時進行調整。
　4.6 要嚴格控制操作工藝參數，掌握焊接程序，不允許隨意焊接。
　4.7 焊機加熱到預定溫度，恒溫0.5h后，方可進行焊接。
　4.8 經常清理黏附在焊布上的糊料、焊渣以免影響焊接質量，焊布一旦損壞，應及時更換，當加熱板上帶有油污時，待焊板冷卻狀態時用清洗劑洗去。
　4.9 焊接后的門窗框、扇應豎立擺放，讓剛剛焊接的角部在無負荷的狀態下存放，為防止焊件型材扭曲變形，焊接處需在完全冷卻后方可移動。
　4.10用鋼卷尺測量焊接件的長、寬度尺寸，檢查配件的焊接精度，如發現問題應查找原因及時解決。

七、安裝過程的影響

    安裝過程中的搬運，吊裝方式和門、窗框的安裝規范都會造成門窗安裝后期的不同程度的應力開裂。

八、從焊縫開裂來分析造成其狀態的原因

本節我們以型材在檢測試驗時焊角的開裂狀態來逆向推理造成這種現象的原因，哪種是正常的，哪種是不正常的；哪種是焊接時可以解決的，哪種是需要從配方上或擠出工藝上解決的。前提是型材的外觀質量，幾何尺寸均要達到標準要求。

1. 沿焊縫開裂（如圖1）

觀察開裂后焊縫表面的狀態：

1.1 如果焊口翻出量較小，顏色沒有變化，你要看其溶接量是否合適，如果不是型材位移，可以適當提高焊接溫度。如果從開裂痕跡看焊口光滑并能清晰看見焊布的條紋，你就要檢查配方中外潤滑劑是否過量。

        

            

                  (圖1)                                  (圖2)

`                    

                                       (圖3)

1.2 如果焊口翻出量正常，顏色泛黃，你要適當降低焊接溫度。

1.3 如果焊口翻出量正常，顏色沒有變化，翻邊有發泡現象，你就要查型材擠出過程中是否主機真空過低。

只要是沿焊縫開裂的焊角都是不正常的，這種情況下往往焊角強度特別低，即使這時焊角強度能達到標準要求，也不會高出許多，都會給門窗安裝過程中造成質量隱患。

2、沿焊縫邊緣鋸齒狀開裂（如圖2）

2.1 如果焊角強度能達標的話，此屬正常，也往往這個時候才能反映出型材焊角的真實數據。

2.2 如果焊角強度達不到要求，這就要從配方或擠出工藝上查找原因。

3、垂直于型材端面開裂（如圖3）

3.1 如果焊角強度能達標的話，此屬正常，但這時型材的焊角強度特別大，勢必其他指標會受影響，可以將配方或擠出工藝作一下微調。

3.2 如果焊角強度達不到要求，這就要從配方或擠出工藝上查找原因。

結論：

    評價型材質量的好壞，要從其綜合方面檢測，要看其各項數據是否達到國家標準的質量要求，而不是僅憑一兩個指標來判斷。而且影響型材焊角強度的因素很多，有時也并不是型材本身或者焊接工藝的單方面的原因。出現問題時我們應該本著實事求是的科學的態度去對待分析，查出原因來共同解決，而不是武斷或不理智的去處理。但愿這篇文章會對從事相關行業的朋友有所裨益，并希望得到同行業朋友的斧正。

參考文獻：

1、李志英  《硬聚氯乙烯異型材和塑料窗制造與應用》北京中國建材出版社  1997

2、楊安昌等 《塑料門窗技術》北京化學工業出版社  2003

3、王  耀  《影響型材制品質量的幾個因素》—《門窗幕墻與設備》，2004  總第65期。

4、王  耀   《型材發脆的原因及分析》—《建筑門窗幕墻與設備》，2006   總第85期。