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门窗是建筑围护结构的重要组成部分,起着采光、通风与外界环境交流等诸多作用。窗的传热系数一般在(2.0~6.5)W/(m2*K),且大部分太阳光可透过窗户进入室内,与围护结构的其他部分——墙体、屋面和地面相比,窗的保温隔热性能极差,其能耗占围护结构的40%~50%,因此,提高门窗保温隔热性能成为建筑节能的重要工作。节能彩钢窗是近年研发的高性能复合门窗,具有优良的保温隔热性能和耐久性能;但其型材为塑料隔热材料和金属材料的复合材料,不同材料之间膨胀系数的差异容易引起复合型材失效,导致安全隐患。改善节能彩钢窗复合型材的物理力学性能成为节能彩钢窗发展的关键问题。 新型节能彩钢窗型材结构采用了钢-塑-钢的复合结构形式,金属材料与非金属材料之间主要通过结构胶粘结的方式实现完好的整体性。如何提高金属材料与非金属材料之间粘接性能,实现其整体性是本课题的难点。 针对以上问题,本文主要对聚氨酯结构胶的发泡凝胶原理、胶体的粘接原理、复合型材的力学性能和耐候性能进行了较系统的研究和微观结构表征,得到如下试验研究结果: ①聚氨酯在物化反应过程中水分的含量对聚氨酯弹性体的粘接性能有显著影响,水胶比为1:25时,表现出优异的粘接性能。试件粘结面的SEM观察发现,聚氨酯弹性体在型材粘结界面之间呈单层泡沫结构排列,主要受力单元呈“三棱柱状”,这种结构单元的数量、自身强度与分布情况决定了聚氨酯的粘接性能。 ②增加配制聚氨酯胶体的搅拌速率可提高试件的拉剪性能。这是因为较高的搅拌速率可使水分在液态胶体中分布以及因水分形成的气泡尺寸更合理,从而提高试件的粘结性能。 ③在养护温度和测试温度为25℃时,采用聚氨酯粘结的试件表现出最佳抗拉剪性能;在测试温度为80℃时,试件拉剪强力有明显下降趋势,说明薄层聚氨酯胶在高温持续荷载情况下抗拉剪性能会下降。 ④对彩钢型材金属材料粘结表面进行酸腐蚀处理可明显改善试件的抗拉剪性能;试件的胶层厚度随着养护过程中施加压力的增大,胶层厚度变小,对应抗拉剪性能升高,当其厚度达到0.28mm时,对应抗拉剪性能趋于稳定。 ⑤最后对不同玻璃构造的新型节能彩钢窗的传热系数(保温性能)进行了测试与计算分析,结果表明,这种复合型材导热系数在2.0W/m.K左右,窗的传热系数可达1.7W/m2.K,证实了新型彩钢窗的保温隔热性能的优越性。