一种高强度阻燃隔热复合门窗
技术领域
本发明属于复合门窗技术领域，尤其涉及一种高强度阻燃隔热复合门窗。
背景技术
我国现在每年新建住宅房的面积接近30亿平方米，门窗又是现代建筑的重要组成部分，按建筑面积与门窗面积之比为8：1计算，每年不包含旧门窗更换，新建住宅仅门窗的用量就达3.75亿平方米，因此门窗材料用量十分惊人，且门窗在节能环保方面的要求也越来越高。发展至今，门窗已经历过木、钢、铝合金、塑钢门窗等四个时代。木门窗价格适中，外观差，封密性差，怕火易燃，变形开裂，只适用于低档次，一般场所适用，维护花费高，使用寿命短；钢焊门窗价格低，档次低，易腐蚀，易变形，维护费用高，使用寿命短，面临淘汰；铝合金门窗阻燃性好，外观豪华但整体性较差，易变形、易腐蚀，且保温性差、隔热差、隔音效果不强；塑料门窗的生产用空心PVC型材，由于PVC塑料型材刚性低、易变形、装饰性差，因此主要针对成本较低的中低端门窗产品；最近几年发展的钢塑、木塑复合门窗在强度和装饰性能上占了一定的优势，但是其生产工艺复杂、成本高、消耗大量的高能耗铝型材。
中国发明专利CN103498625B公开了一种木塑实木复合门窗及其制作方法，木塑实木复合门窗由木塑实木复合型材、玻璃、配件、密封条和压条组合而成，其材质均是由压缩木材、树脂材料或木塑复合材料相互组合而成，其并没有从材料对其做大的改进，主要是从结构与材料的相互组合而成，该发明利用废弃材料循环利用，节约了资源和成本，绿色环保，且保温性能好，但该发明使用的材质，使复合门窗易燃，易变形开裂，强度低，隔热性能也不好，不适合现在建筑门窗的发展趋势。中国发明专利CN104592728B公开了一种气凝胶玻璃钢复合门窗型材及其制备方法，该气凝胶玻璃钢复合门窗型材主要包括基体材料、玻璃纤维增强材料、气凝胶玻璃纤维毡三个组分，气凝胶作为导热系数最低、隔热性能最好的材料，使该发明具有还具有轻质高强、隔音减震、防火阻燃的优点，但该发明的基体材料为聚酯树脂，其强度低，加入了玻璃纤维增强材料，但两者的混合效果不好，不能使该发明的复合门窗具有很好的强度，并且还会降低复合门窗的隔热效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度阻燃隔热复合门窗，低熔点玻璃粉的加入，大大提高了复合门窗的机械强度，使复合门窗具有优良的阻燃性能，气凝胶纤维毡的引入，使复合门窗具有防火阻燃、隔音减震的优势，可满足人们对现代建筑的高需求。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高强度阻燃隔热复合门窗，其特征在于，是通过将木瓷复合材料和气凝胶纤维毡混合均匀，然后经热压成型而制得的；所述气凝胶纤维毡的质量占所述木瓷复合材料质量的1.5％-3.6％。
进一步的，所述木瓷复合材料由以下重量份的成分组成：木塑复合材料60-80份、低熔点玻璃粉15-30份、分散剂3-5份、粘结剂2-5份和除泡剂1-3份，其制备方法包括以下步骤：按以上重量份配比，将木塑复合材料、低熔点玻璃粉和分散剂混合，以400r/min的速率搅拌30-50min，然后加入粘结剂和消泡剂，搅拌均匀后投入挤出机种，挤出压力设置为3-5MPa，温度为230-250℃，进行挤出造粒，制得所需的木瓷复合材料。
进一步的，所述分散剂为十二烷基硫酸钠、三乙基己基磷酸、聚丙烯酰胺和脂肪酸聚乙二醇酯中的一种；所述粘结剂为环氧树脂粘结剂、酚醛树脂粘结剂和丙烯酸酯类粘结剂中的一种；所述消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷中的一种。
进一步的，所述木塑复合材料由以下重量份的成分组成：植物纤维材料50-70份、聚氯乙烯10-15份、对苯二甲酸乙二醇酯20-30份、偶联剂3-5份、热稳定剂1-3份、阻燃剂1-3份、润滑剂2-4份和抗老化剂1-3份，将上述木塑复合材料的成分按重量份配比，混合均匀，然后在100℃干燥3-4h，挤出造粒，制得木塑复合材料。
进一步的，所述植物纤维材料是将稻壳、秸秆和茶籽壳晒干后粉碎，在浓硝酸中水解30min，然后用NaOH溶液进行中和处理，再用去离子水清洗至中性，干燥所得。
进一步的，所述偶联剂为KH550、KH560、KH570和KH792中的一种；所述热稳定剂为苯甲酸盐、硬脂酸盐、有机锡稳定剂和有机亚磷酸酯中一种或几种的混合物；所述阻燃剂为磷酸三苯酯、MPP、十溴二苯乙烷和聚磷酸铵中的一种或几种的混合物；所述润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、石蜡和硬脂酸中的一种；所述抗老化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
进一步的，所述气凝胶纤维毡是通过硅酸铝纤维毡与气凝胶复合而成，其具体制备方法包括以下步骤：将甲基硅酸钾加入乙醇中溶解，然后再加入甲基三乙氧基硅烷，搅拌均匀，再依次加入盐酸和氨水，搅拌均匀，得到二氧化硅气凝胶；将硅酸铝纤维毡浸入在二氧化硅气凝胶中，然后加入烯丙基缩水甘油醚，振动浸渍处理，待浸渍完全后取出，静置，老化，溶剂置换，干燥，即得所需的气凝胶纤维毡。
进一步的，所述盐酸和氨水的摩尔比为1：2；所述甲基三乙氧基硅烷和甲基硅酸钾的摩尔比为1：10-12；硅酸铝纤维毡和甲基硅酸钾的摩尔比为1：5-7；烯丙基缩水甘油醚的质量占硅酸铝纤维毡质量的1-2.5％。
本发明取得了以下有益效果：
1、本发明的木瓷复合材料主要成分是木塑复合材料和低熔点玻璃粉，低熔点玻璃粉是一种陶瓷化的阻燃材料，可低温熔融，能在较低温度下与木塑复合材料共混熔融，使两者能更好的结合，从而形成的共混物既具有木塑复合材料的易加工、可塑性、绿色环保等优点，也具有低熔点玻璃粉的低温成型、良好的机械性能、阻燃性能等点。本发明的木瓷复合材料低温熔融，开始熔融成液体，形成了具有良好机械性能的木瓷复合物，从而提高了复合门窗在被动防火应用中的阻燃性能，发生火灾时，氧化物与低熔点玻璃粉形成陶瓷化，降低烟指数、发烟量、发热量和一氧化碳的产生量，提升氧指数，改善滴落性能等，显著提高复合门窗的阻燃性能。
2、本发明利用甲基硅酸钾在甲基三甲氧基硅烷添加量较低的情况下，得到密度较高的二氧化硅气凝胶，同时，保证了气凝胶颗粒具有较小的尺寸，且孔结构更加均匀，颗粒间的接触面积变大，从而提升了二氧化硅气凝胶的光学透明性及机械性能。
3、本发明的气凝胶纤维毡是利用硅酸铝纤维毡浸入在二氧化硅气凝胶中制得的，其中加入烯丙基缩水甘油醚，使硅酸铝纤维毡能更快、更好的与二氧化硅气凝胶复合成气凝胶纤维毡，使其气孔率可达到90％以上，热导率低，具有优良的阻燃隔热性能。
4、本发明中的木塑复合材料是采用植物纤维材料、聚氯乙烯和对苯二甲酸乙二醇酯混合而成，PVC中含有卤素原子，提高了复合层的阻燃性能；通过PVC和PET与植物纤维材料混合，改善了木质材料的成型稳定性、耐腐蚀性和力学性能；植物纤维材料利用农林生产副产物(稻壳、秸秆和茶籽壳)为原料进行生产，合理利用自然废弃物，绿色环保，降低成本。
5、本发明主要是由木塑复合材料、低熔点玻璃粉和气凝胶纤维毡制成，木塑复合材料属于木材与高分子材料的混合物，质量轻，具有很好的可塑性、易加工性和阻燃性；低熔点玻璃粉可在低温条件下与木塑复合材料混合且陶瓷化，提高了复合门窗的机械性能、阻燃性能；气凝胶纤维毡质轻，坚固耐用，导热率低，绝缘能力强，可以显著的提高复合材料的保温性能，阻燃性能，延长使用寿命，使复合材料能更好的应用到门窗材料领域。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合具体实施例对本发明的高强度阻燃隔热复合门窗予以说明。
实施例1
本实施例1的一种高强度阻燃隔热复合门窗，通过将木瓷复合材料和气凝胶纤维毡混合均匀，然后经热压成型而制得的。其热压成型的过程为：按重量份配比，将木瓷复合材料100份和气凝胶纤维毡1.5份混合均匀，置于100℃烘箱中干燥4h，然后加入到密炼机内，温度设置为120-150℃，密炼时间为30-40min，密炼结束后投入到热压机中，保持压力为15MPa，温度为230-250℃进行热压成型而制得。
上述的木瓷复合材料由以下重量份的成分组成：木塑复合材料60份、低熔点玻璃粉30份、分散剂3份、粘结剂5份和除泡剂2份，其制备方法包括以下步骤：按以上重量份配比，将木塑复合材料、低熔点玻璃粉和分散剂混合，以400r/min的速率搅拌30-50min，然后加入粘结剂和消泡剂，搅拌均匀后投入挤出机种，挤出压力设置为3-5MPa，温度为230-250℃，进行挤出造粒，制得所需的木瓷复合材料。其中，分散剂为十二烷基硫酸钠；粘结剂为环氧树脂粘结剂；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚。
上述的木塑复合材料由以下重量份的成分组成：植物纤维材料50份、聚氯乙烯10份、对苯二甲酸乙二醇酯23份、偶联剂3份、热稳定剂3份、阻燃剂1份、润滑剂2份和抗老化剂3份，将上述木塑复合材料的成分按重量份配比，混合均匀，然后在100℃干燥3-4h，挤出造粒，制得木塑复合材料。其中，偶联剂为KH550；热稳定剂为苯甲酸盐；阻燃剂为磷酸三苯酯；润滑剂为聚乙烯蜡；抗老化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
本实施例1中的气凝胶纤维毡是通过硅酸铝纤维毡与气凝胶复合而成，其具体制备方法包括以下步骤：将甲基硅酸钾加入乙醇中溶解，然后再加入甲基三乙氧基硅烷，搅拌均匀，再依次加入盐酸和氨水，搅拌均匀，得到二氧化硅气凝胶；将硅酸铝纤维毡浸入在二氧化硅气凝胶中，然后加入烯丙基缩水甘油醚，振动浸渍处理，待浸渍完全后取出，静置，老化，溶剂置换，干燥，即得所需的气凝胶纤维毡。
上述盐酸和氨水的摩尔比为1：2；甲基三乙氧基硅烷和甲基硅酸钾的摩尔比为1：10；硅酸铝纤维毡和甲基硅酸钾的摩尔比为1：5；烯丙基缩水甘油醚的质量占硅酸铝纤维毡质量的1％。
实施例2
本实施例2的一种高强度阻燃隔热复合门窗，通过将木瓷复合材料和气凝胶纤维毡混合均匀，然后经热压成型而制得的。其中，气凝胶纤维毡的质量占所述木瓷复合材料质量的3.6％。其热压成型的过程与实施例1中相同，具体步骤参照实施例1。
上述的木瓷复合材料由以下重量份的成分组成：木塑复合材料79份、低熔点玻璃粉15份、分散剂3份、粘结剂2份和除泡剂1份，其制备方法与实施例1中相同，具体步骤参照实施例1。其中，分散剂为三乙基己基磷酸；粘结剂为酚醛树脂粘结剂；消泡剂为聚氧丙烯甘油醚。
上述的木塑复合材料由以下重量份的成分组成：植物纤维材料70份、聚氯乙烯10份、对苯二甲酸乙二醇酯10份、偶联剂4份、热稳定剂1份、阻燃剂2份、润滑剂2份和抗老化剂1份，将上述木塑复合材料的成分按重量份配比，混合均匀，然后在100℃干燥3-4h，挤出造粒，制得木塑复合材料。其中，偶联剂为KH560；热稳定剂为质量比为1：2的硬脂酸盐和有机锡稳定剂；阻燃剂为质量比为1：1的磷酸三苯酯和MPP；润滑剂为聚丙烯蜡；抗老化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
本实施例2中的气凝胶纤维毡是通过硅酸铝纤维毡与气凝胶复合而成，其具体制备方法与实施例1相同，具体步骤参照实施例1。其中盐酸和氨水的摩尔比为1：2；甲基三乙氧基硅烷和甲基硅酸钾的摩尔比为1：12；硅酸铝纤维毡和甲基硅酸钾的摩尔比为1：7；烯丙基缩水甘油醚的质量占硅酸铝纤维毡质量的2.5％。
实施例3
本实施例3的一种高强度阻燃隔热复合门窗，通过将木瓷复合材料和气凝胶纤维毡混合均匀，然后经热压成型而制得的。其中，气凝胶纤维毡的质量占所述木瓷复合材料质量的2％。其热压成型的过程与实施例1中相同，具体步骤参照实施例1。
上述的木瓷复合材料由以下重量份的成分组成：木塑复合材料70份、低熔点玻璃粉20份、分散剂4份、粘结剂3份和除泡剂3份，其制备方法与实施例1中相同，具体步骤参照实施例1。其中，分散剂为聚丙烯酰胺；粘结剂为丙烯酸酯类粘结剂；消泡剂为聚二甲基硅氧烷。
上述的木塑复合材料由以下重量份的成分组成：植物纤维材料53份、聚氯乙烯12份、对苯二甲酸乙二醇酯20份、偶联剂5份、热稳定剂2份、阻燃剂3份、润滑剂3份和抗老化剂2份，将上述木塑复合材料的成分按重量份配比，混合均匀，然后在100℃干燥3-4h，挤出造粒，制得木塑复合材料。其中，偶联剂为KH570；热稳定剂为质量比为2：1的有机锡稳定剂和有机亚磷酸酯；阻燃剂为质量比为1：1：1的磷酸三苯酯、MPP和十溴二苯乙烷；润滑剂为硬脂酸；抗老化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
本实施例3中的气凝胶纤维毡是通过硅酸铝纤维毡与气凝胶复合而成，其具体制备方法与实施例1相同，具体步骤参照实施例1。其中盐酸和氨水的摩尔比为1：2；甲基三乙氧基硅烷和甲基硅酸钾的摩尔比为1：11；硅酸铝纤维毡和甲基硅酸钾的摩尔比为1：6；烯丙基缩水甘油醚的质量占硅酸铝纤维毡质量的1.5％。
实施例4
本实施例4的一种高强度阻燃隔热复合门窗，通过将木瓷复合材料和气凝胶纤维毡混合均匀，然后经热压成型而制得的。其中，气凝胶纤维毡的质量占所述木瓷复合材料质量的3％。其热压成型的过程与实施例1中相同，具体步骤参照实施例1。
上述的木瓷复合材料由以下重量份的成分组成：木塑复合材料64份、低熔点玻璃粉25份、分散剂5份、粘结剂4份和除泡剂2份，其制备方法与实施例1中相同，具体步骤参照实施例1。其中，分散剂为脂肪酸聚乙二醇酯；粘结剂为丙烯酸酯类粘结剂；消泡剂为聚二甲基硅氧烷。
上述的木塑复合材料由以下重量份的成分组成：植物纤维材料50份、聚氯乙烯10份、对苯二甲酸乙二醇酯30份、偶联剂3份、热稳定剂1份、阻燃剂1份、润滑剂4份和抗老化剂1份，将上述木塑复合材料的成分按重量份配比，混合均匀，然后在100℃干燥3-4h，挤出造粒，制得木塑复合材料。其中，偶联剂为KH792；热稳定剂为硬脂酸盐；阻燃剂为聚磷酸铵；润滑剂为石蜡；抗老化剂为2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
本实施例4中的气凝胶纤维毡是通过硅酸铝纤维毡与气凝胶复合而成，其具体制备方法与实施例1相同，具体步骤参照实施例1。其中盐酸和氨水的摩尔比为1：2；甲基三乙氧基硅烷和甲基硅酸钾的摩尔比为1：11；硅酸铝纤维毡和甲基硅酸钾的摩尔比为1：6；烯丙基缩水甘油醚的质量占硅酸铝纤维毡质量的2％。
对比例1：
本对比例1中的成分和步骤参照实施例3，不同的是，本对比例1中的木瓷复合材料中未加入低熔点玻璃粉，其它均相同。
对比例2：
本对比例2中的成分和步骤参照实施例3，不同的是，本对比例2中的气凝胶纤维毡的制备过程中未加入烯丙基缩水甘油醚，其它均相同。
对比例3：
请参照发明专利CN104592728B公开的一种气凝胶玻璃钢复合门窗型材及其制备方法中的实施例1制备的复合门窗型材。
根据以上实施例1-4以及对比例1-3所得的复合门窗，进行热性能、力学性能及阻燃性能检测，结果见下表：
从以上实验结果可知，本发明的高强度阻燃隔热复合门窗具有很高的抗压强度，优异的阻燃性能，其热导率低，具有优良的隔热性能；低熔点玻璃粉的加入，能显著提高本发明的机械性能和阻燃性能；气凝胶纤维毡的加入能明显提高复合材料的隔热性能和阻燃性能；烯丙基缩水甘油醚的加入，能显著改善气凝胶纤维毡的阻燃隔热性能，能更优的改善本发明的阻燃隔热性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
