提高塑料门窗耐火完整性的技术分析
摘要：本文从材料、结构方面对提高塑料门窗耐火完整性进行了技术分析，提出了以增强型钢闭合结构为主骨架体系，结合增强型密封结构、耐火玻璃的保护与安装、五金件安装改进等技术措施，可供塑料耐火窗设计和制作时参考。 随着GB 50016-2014《建筑设计防火规范》和GB/T 31433-2015《建筑幕墙、门窗通用技术条件》的颁布执行，门窗的性能指标又增加了一项安全性指标——耐火完整性。具有耐火完整性的门窗，就是在普通门窗的基础上增加耐火功能。 对于使用外墙保温的建筑物，外墙保温材料的耐火等级不同，价格差异较大，采用“耐火窗+B级耐火材料”组合与“普通窗+A级耐火材料” 组合相比，具有较大的价格优势，且GB 50016-2014《建筑设计防火规范》中关于外窗耐火完整性的要求是强制性条款，所以耐火窗将在国家标准的强制推动和市场的利益驱动下会逐步推广。 一、普通门窗在耐火方面存在不足 1、塑料门窗型材的耐火性能差： 建筑用塑料门窗型材，虽然能满足日常使用的耐热要求，但型材的耐火性能差，按照GB/T8814的要求，型材维卡软化点≥75℃，PVC型材的加工温度也只有180-250 ℃。塑料门窗由于增强型钢相互不连接（见图1），塑料型材软化温度低，遇火后会发生框架变形、密封结构失效等现象。
图1 塑料门窗所用的材料中增强型钢的耐火性能好是优势，钢的熔点为1300-1400℃，而铝合金(6063)的熔点为568-652 ℃ 2、普通玻璃（包括钢化玻璃）的耐火性能不足，遇火后很容易炸裂；中空玻璃密封胶的耐火能力也较差，在火的炙烤下也会失效。 3、密封结构在遇火后迎火面型材变形导致密封结构变形，加之普通密封材料的耐火性能有限、很快失效，高温烟流会使背火面的温度快速升高进而波及背火面型材变形使门窗整体的密封体系失效。 4、塑料门窗的五金件，大部分是安装于塑料型材之上或是通过塑料型材的空腔后连接到增强型钢上的，遇火后型材变软变形使五金件的安装结构失效，见图2。
图2 二、提高塑料门窗耐火完整性的技术分析 从提高整个塑料窗耐火完整性的角度，对型材与型钢、玻璃、五金件、密封结构四个方面进行技术分析和改进方法研究，提出了相应的改进措施和技术方案，希望能对大家在耐火窗的制作与研究方面有所帮助。 1、提高塑料门窗主框架的耐火性能 1）、塑料门窗的主框架由PVC塑料型材和增强型钢构成。 ——提高PVC型材耐火性能的措施： 增加阻燃剂：提高PVC型材的氧指数 增加壁厚：提高PVC型材的耐烧蚀能力 共挤耐热层：提高表面微卡软化点、耐烧蚀能力等 这些方法对提高PVC型材耐火的能力都是有限的，无法解决PVC型材因软化而导致的塑料门窗功能失效问题。 ——从远期展望，可设想以PVC为主体，迎火面采用玻璃钢等材料进行复合等方式，提高型材的耐火性能。 2）、改进塑料门窗框架结构，提高整体结构的耐火能力 通过采用“焊接加螺接技术”——解决增强型钢不闭合的问题。将普通的以PVC型材为主体、型钢辅助增强的主框架体系，改为以增强型钢为耐火门窗的主框架体系。 迪美斯公司与西安高科幕墙门窗公司2013-2015年联合进行的《严寒地区塑料窗焊角开裂问题技术研究》项目，取得了一些实用性的研究成果，其中的“焊接加螺接技术”、“玻璃支垫新工艺”两项成果，可以用于塑料门窗耐火完整性的提升： 焊接加螺接技术——指塑料门窗在经过焊接加工后，在中梃端部和框扇角部位置，再用“L”形的金属加强角码通过螺接进行角部加强（见图3、图4）。
图3 图4 焊接加螺接技术，通过加强角码的连接,整樘门窗形成了完整的增强型钢闭合受力结构，也大幅改善了增强型钢与塑料型材之间的整体性，形成了以增强型钢为耐火门窗的主框架体系，将玻璃、五金件直接安装在钢骨架上，利用迎火面的PVC型材烧蚀，延缓和保护钢骨架的受热，达到提高塑料门窗耐火完整性的目的。 2、提高玻璃的耐火性能 要提高玻璃的耐火性能，首先要选用铯钾玻璃等能满足耐火要求的玻璃，选用中空玻璃时使用一片耐火玻璃即可。 玻璃保护：由于中空玻璃密封胶的耐火能力较差，在火的炙烤下也会失效。因此，玻璃四周的保护是需要的，可用薄的不锈钢带做成“L”形对中空玻璃四周进行保护。 提高玻璃安装结构的耐火能力。采用钢制配件将玻璃固定于增强型钢主框架上，在迎火面塑料型材失去功能或完全烧蚀的情况下，依然能够保证玻璃不脱落（见图5、图6）。 图5 图6 玻璃支垫新工艺： 将玻璃的承重垫块安装位置由距离焊角100mm左右改为直接放置到增强角码上，彻底去除横向杆件承受的重力荷载，消除横中梃因重力荷载而产生的挠度变形（见图7、图8）。
图7 图8
3、提高五金件的耐火能力 对于耐火门窗使用的五金件，安装在迎火面（一般为室外）或框扇之间，其材料的耐火性能应满足耐火要求；安装在背火面（一般为室内侧），可无需耐火要求。 五金件的安装，以直接固定到增强型钢为宜，尤其是迎火面和框扇之间安装的五金件，必须安装在增强型钢主框架上，以保证型材烧蚀后五金件的功能有效（见图9）。
图9 4、采用增强型密封结构，提高耐火能力 普通的密封结构包括玻璃两侧和框扇之间的密封条（密封胶），如果仅将玻璃外侧、框扇之间的密封胶条改为遇火膨胀型胶条是不够的。在玻璃外沿和型材之间增加一道密封，框扇之间采用三道密封，这种密封结构叫做增强型密封结构。 在耐火性能测试中虽然对烟雾无要求，并不是说不要求气密性能，相反是必须保证在耐火状态下的气密性能，密封不好，高温烟流会使背火面的温度快速升高进而波及背火面型材，降低整个门窗的耐火性能。 迎火面的密封必须采用遇火膨胀型胶条（或防火胶）；玻璃外沿与型材之间的密封采用防火密封胶或遇火膨胀型胶条密封。 塑料门窗的玻璃压条，由于壁薄且是单腿结构，受热易脱落会导致玻璃密封结构的失效，所以适当的用螺丝固定是必要的。
小结： 通过采用以上技术措施，使塑料门窗遇火时可达到以下效果： 1、采用焊接加螺接技术形成了以增强型钢闭合结构为主骨架的耐火结构，在PVC型材受热，局部发生软化时，门窗的主骨架结构可以保持完好；通过PVC型材的烧蚀，保护和延缓火对型钢主体结构的损伤； 2、采用钢制配件将玻璃固定于增强型钢主框架上，在PVC型材烧蚀或玻璃压条发生脱落后，玻璃不掉落；玻璃支垫新工艺减少玻璃重量使横向杆件产生的变形； 3、改进后的耐火五金件结构和安装方法，能保证门窗框扇之间不产生较大的位移，不发生门窗扇的脱落，功能不失效； 4、改进后的增强型密封结构，保证了迎火面PVC型材变形或烧蚀后整个门窗的密封结构依然有效，仍然能够阻止高温热流的侵入。 |
