Внешние закрывающие элементы, такие как окна и двери, традиционно изготавливались из деревянных компонентов из-за доступности древесины как природного ресурса и относительной простоты изготовления. Тем не менее, древесина имеет ряд характеристик, которые не подходят для изготовления окон и дверей, включая расширение/сжатие в зависимости от влажности, потребность в относительно высоком уходе (например, первичная и периодическая покраска или другое покрытие), износ и деградация. если текущие процедуры обслуживания не соблюдаются, а также несоответствия в самой древесине, что приводит к линейной деформации, а также деформации при кручении.

В последние годы древесина становится все более дорогой из-за сокращения предложения, и поэтому были предприняты попытки использовать другие материалы, такие как алюминий и пластик.

Прессованный алюминий имеет ряд положительных характеристик, но, тем не менее, является нежелательным, поскольку имеет чрезвычайно высокую теплопроводность и, следовательно, очень плохой изолятор. Были предприняты попытки соединить алюминий с материалом, имеющим меньшую теплопроводность, и эти попытки имели определенный успех на рынке. Однако новые энергетические стандарты сделали алюминиевые окна менее конкурентоспособными.

Термопласты, такие как поливинилхлорид (ПВХ), также используются в производстве окон. Однако ПВХ не обладает общей прочностью и жесткостью. При комнатной температуре жесткость ПВХ значительно ниже, чем у дерева или алюминия, и жесткость значительно ухудшается при более высоких температурах. Кроме того, ПВХ значительно расширяется/сжимается в зависимости от температуры.

Тем не менее, благодаря своим другим благоприятным характеристикам, термопласты привлекли внимание разработчиков в качестве конструкционных компонентов в целом, чтобы преодолеть присущие материалам недостатки. Например, стальные ребра жесткости были добавлены в стратегически важных местах в профилях поперечного сечения термопластичных структурных компонентов. Однако ни один из подходов не был использован с какой-либо степенью коммерческого успеха из-за множества факторов, включая сложность и стоимость производства.

Были также предприняты попытки использовать термореактивные пултрузии в качестве альтернативы дереву и алюминию в качестве конструкционных компонентов. Термореактивные пултрузии выгодны, поскольку они имеют относительно высокую прочность и жесткость, относительно низкий коэффициент теплового расширения и относительно низкую теплопроводность. Однако эта технология также имеет ряд недостатков, в том числе очень низкую производительность и связанные с этим затраты, а также сложность формирования сложных деталей. Кроме того, инструменты для термореактивной пултрузии очень дороги, и детали должны быть свинчены или склеены. Наконец, термореактивные пултрузии похожи на древесину в том смысле, что их необходимо красить или иным образом покрывать для защиты от атмосферных воздействий.

Вообще говоря, было предпринято несколько попыток разработать конструктивные компоненты для окон, дверей и других затворов из материалов, отличных от дерева, но каждый из этих альтернативных компонентов имеет недостатки, которые не позволяют ему быть полностью удовлетворительным на рынке.

Конструктивные элементы согласно изобретению являются результатом сосредоточения внимания разработчиков на одновременной экструзии двух или более компонентов (как экструзии траверсы, так и соэкструзии) для создания армированных термопластичных конструкционных компонентов, обладающих прочностью и жесткостью, необходимыми для изготовления окон, минимальным расширением в зависимости от температуры и влажности, которые не требуют первоначальной покраски или покрытия или периодического обслуживания и являются менее дорогими по сравнению с существующими компонентами.

В первом варианте осуществления процесс поперечной экструзии использовался для одновременной экструзии термопластика и группы непрерывных нитей (например, стеклянных нитей) в желаемый профиль, в котором группа непрерывных нитей стратегически размещена внутри профиля для получения оптимального прочности и жесткости, а также для уменьшения линейного расширения, присущего термопластам. В предпочтительном варианте осуществления непрерывные нити предварительно формируют в термопластической матрице для образования непрерывной ленты, и лента непрерывно подается в экструдер с траверсой с непрерывным потоком термопласта для формирования компонента.

Во втором варианте осуществления процесс коэкструзии используется для коэкструзии по меньшей мере двух стратегически расположенных областей высокомодульного материала (например, стекловолокна конечной длины) в профиле из термопластика с разделенными областями (например, структурный компонент, принимающий форму двутавровой балки) или смежные (например, конструктивный элемент, имеющий форму прямоугольной трубы).

В обоих случаях в результате получается конструкционный компонент, особенно подходящий для изготовления окон, дверей и других запорных устройств, обладающий значительной прочностью и жесткостью, не нуждающийся в покраске или другом защитном покрытии, практически не требующий технического обслуживания, не деформируется и имеет значительно меньший коэффициент линейного расширения по сравнению с древесиной, алюминием или термопластом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой вид в поперечном сечении конструктивного элемента, воплощающего изобретение;

РИС. 2 представляет собой вид в перспективе конструктивного элемента, показанного на фиг. 1 с оторванными частями;

РИС. 3 представляет собой схематический вид крейцкопфа, используемого при изготовлении конструктивного элемента, показанного на фиг. 1 и 2;

РИС. 4 представляет собой вид в разрезе альтернативного варианта осуществления конструктивного элемента, воплощающего изобретение;

РИС. 5 представляет собой вид в перспективе конструктивного элемента, показанного на фиг. 4 с оторванными частями;

РИС. 6 представляет собой схематическое изображение соэкструзионной головки, используемой при изготовлении конструктивного элемента, показанного на фиг. 4 и 5;

РИС. 7 — вид в перспективе второго альтернативного варианта конструктивного элемента, воплощающего изобретение; и

РИС. 8 представляет собой вид в поперечном сечении конструктивного элемента, показанного на фиг. 7.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

С первоначальной ссылкой на РИС. 1-2 конструктивный элемент, воплощающий изобретение, представлен в целом цифрой 11. В этом варианте конструктивный элемент 11 представляет собой удлиненный компонент конечной длины, который формируется путем экструзии траверсы, как более подробно обсуждается ниже. В этом варианте конструктивный элемент 11 имеет прямоугольное поперечное сечение, хотя конфигурация конкретного поперечного сечения или его длина не являются критическими для изобретения.

Структурный компонент 11 содержит первую экструдированную часть 12, которая сама состоит из относительно тонкой ленты, сформированной из группы волокон или нитей 13 (см. фиг. 2), каждая из которых является непрерывной по всей длине структурного компонента 11. Нити 13 встроены в термопластическую матрицу, которая удерживает их в заданном положении или конфигурации. Волокна формируются из нетермопластичного материала, имеющего заданную подходящую прочность на растяжение. Одной из предпочтительных форм являются стеклянные нити, но нити также могут быть сформированы из углерода, кевлара, нержавеющей стали или другого подходящего скрученного материала, имеющего сравнимую прочность на растяжение, или могут быть заполнены ими.

Первая экструдированная часть или лента 12 имеется в продаже и может быть сформирована способами и процессами, раскрытыми в патенте США No. №№ 3 993 726, 4 883 625 или 5 176 775. Как таковая, непрерывная лента 12 не является частью настоящего изобретения. Однако для конструктивного элемента 11 важно, чтобы волокна 13 были непрерывными по всей длине конструктивного элемента 11, чтобы они были выровнены или сгруппированы в группу, чтобы иметь совместный эффект, и чтобы лента 12 была стратегически расположена внутри поперечного сечения или профиль конструктивного элемента 11 для достижения конкретной цели. В структурном компоненте 11 размер ленты 12 соответствует общему профилю компонента, и она центрируется внутри этого прямоугольного профиля для обеспечения оптимальной прочности и жесткости.

Структурный компонент 11 дополнительно содержит вторую экструдированную часть 14 в форме термопласта. В предпочтительном варианте термопластичный профиль 14 представляет собой поливинилхлорид, который легко экструдируется и полностью покрывает непрерывные поверхности и края ленты 12. Крайний конец ленты 12 также может быть герметизирован, но это не является существенным для изобретения, поскольку непрерывно экструдируемый компонент предпочтительно нарезается на желаемые конечные длины. Режущий механизм не показан и не является частью настоящего изобретения.

Первая и вторая экструдированные части 12, 14 вместе определяют предпочтительную конфигурацию поперечного сечения или профиль компонента 11, который в данном конкретном варианте осуществления является прямоугольным. Повторяем, что первая экструдированная часть или лента 12, состоящая из непрерывных продольных нитей 13, должна быть расположена в пределах общей конфигурации поперечного сечения для наилучшего достижения требуемых прочностных характеристик конструктивного элемента 11.

РИС. 3 представляет собой схематическое изображение крейцкопфной головки 15, используемой при экструзии первой и второй экструдированных частей 12, 14. Крейцкопфная головка 15 включает расположенную в центре оправку 16, которая принимает непрерывный отрезок ленты 12 с подающей катушки, которая не показана. Оправочная часть 16 крейцкопфа 15 соответствует по форме поперечному сечению ленты 12 и расположена внутри крейцкопфа 15, чтобы правильно расположить ленту 12 внутри конструктивного элемента 11.

Матрица 15 траверсы дополнительно содержит корпус 17 матрицы, имеющий внутренний канал 18, в котором расположена оправка 16. Внутренняя поверхность корпуса 17 матрицы и внешняя поверхность оправки 16 вместе образуют проточный канал 19, в который поступает непрерывный поток расплавленного термопластичного материала и который соединяется с выходом ленты 12 из оправки 16. Выходное отверстие 21 матрицы имеет прямоугольную форму. конфигурации и определяет профиль конструктивного элемента 11. Выдавленные части 12, 14 выходят из выпускного отверстия 21 головки в нужной прямоугольной конфигурации с ленточным элементом 12, расположенным в желаемом положении внутри профиля.

Термопласт, такой как поливинилхлорид, как материал имеет ряд преимущественных характеристик, но ему не хватает общей прочности, жесткости и линейной стабильности, необходимых для крупных структурных компонентов. Экструзия поперечной головки непрерывной ленты 12 обеспечивает значительно повышенную прочность и жесткость компонента 11, а поскольку сами стеклянные волокна 13 не подвергаются более чем незначительному линейному расширению в зависимости от температуры и влажности, сгруппированная конфигурация стабилизирует поливинилхлорид второго экструзионного элемента 14; т.е. конструктивный элемент 11 сам по себе не линейно расширяется или сжимается в какой-либо значительной степени при повышении и понижении температуры и влажности.

Эти функции и преимущества также реализованы в варианте осуществления, показанном на фиг. 4 и 5. На этих фигурах конструктивный элемент 31 содержит первую и вторую экструдированные части 32, 33, каждая из которых представляет собой экструзию армирующего высокомодульного материала. В этом варианте предпочтительный высокомодульный материал состоит из дискретных (несплошных) стеклянных волокон длиной не менее одной четверти дюйма. Предпочтительно волокна имеют длину примерно полдюйма, но они также могут иметь длину один дюйм или больше. Для целей экструзии такой высокомодульный материал коммерчески доступен в форме гранул, в которых отдельные нити встроены в термопластичную матрицу, такую ​​как поливинилхлорид (ПВХ), которую можно нагреть до точки экструзии.

Первая и вторая экструдированные части 32, 33 расположены на расстоянии друг от друга в варианте осуществления, показанном на ФИГ. 4 и 5 для достижения максимальной прочности, жесткости и линейной устойчивости.

Структурный компонент 31 содержит третью экструдированную часть 34, которая экструдирована совместно с экструдированными частями 32, 33 инкапсулирующим образом. Выдавленная часть 34 изготовлена ​​из подходящего термопласта, такого как поливинилхлорид, полипропилен или полиэтилен. Выступ 34 определяет поперечное сечение или профиль конструктивного элемента 31, который в этом варианте осуществления представляет собой двутавровую балку, содержащую по существу параллельные полки 34а, 34b, соединенные между собой соединительной частью или стенкой 34с. В этом варианте осуществления третья экструдированная часть 34 представляет собой все полотно 34с, но следует понимать, что для взаимного соединения первой и второй экструдированных частей 32, 33 может быть включена дополнительная экструзия высокомодульного материала.0005

РИС. 6 представляет собой схематическое изображение обычной соэкструзионной головки 35. Соэкструзионная головка 35 содержит корпус 36 головки, ограничивающий первый канал 37 экструзии, в который поступает непрерывный поток первого экструдируемого материала. Канал 37 подразделяется на каналы 37а, 37b, определяющие части 32, 33 экструдированного сердечника компонента 31. Корпус 36 матрицы образует второй канал 38, в который поступает непрерывный поток второго экструдируемого материала. Головка 35 установлена ​​на экструдере 39, который непосредственно сообщается с экструзионным каналом 37. Первый экструдируемый материал в каналах 37а, 37b выдавливается вперед до тех пор, пока он не сольется со вторым экструдируемым материалом внутри канала 38, который инкапсулирует первый материал. Соэкструдированный материал покидает выпускное отверстие 40 матрицы в конфигурации матрицы, что в данном случае приводит к получению соэкструдированной двутавровой балки 31.

Удаленное расположение первого и второго выступов 32, 33 внутри фланцев 31a, 31b обеспечивает значительную прочность, жесткость и линейную устойчивость конструктивного элемента 31, которые в противном случае не существовали бы. Как таковой и по причинам, рассмотренным выше, полученный структурный компонент имеет особое применение для изготовления окон и других закрывающих элементов, открытых снаружи.

В то время как структурный компонент 31, имеющий удаленно расположенные экструдируемые части из высокомодульного материала, формируется в соэкструзионной головке на ФИГ. 6, можно было бы формировать эти первую и вторую экструдируемые части из непрерывных стеклянных нитей, как в первом варианте осуществления, и в этом случае конструктивный компонент 31 можно было бы сформировать в траверсе, как показано на фиг. 3.

РИС. 7 и 8 представляют собой третий альтернативный вариант осуществления, который может быть получен путем экструзии или совместной экструзии с поперечной головкой, в зависимости от конкретного типа материала, используемого в качестве высокомодульного элемента жесткости. Этот конструктивный элемент, обозначенный ссылочной позицией 41, имеет форму полой трубы квадратного сечения.

В частности, квадратный структурный компонент 41 по своей природе является ламинатом и содержит средний слой 42, зажатый между внутренними слоями 43 и 44. Средний слой 42 состоит из четырех ножек 42a-d эквивалентной длины, которые соединены в углу или в месте соединения между ножками . Независимо от того, образован ли он экструзией с поперечной головкой или соэкструзией, средний слой 42 представляет собой единый непрерывный слой, если смотреть в поперечном сечении. Однако следует понимать, что пары ветвей 42а, 42с и 42b, 42d расположены на расстоянии таким же образом, как и в конфигурации с двутавровой балкой на фиг. 4 и 5, тем самым обеспечивая значительную внутреннюю жесткость компонента 41. Эта жесткость усиливается тем фактом, что каждая из пар ветвей 42а, 42с и 42b, 42d соединена друг с другом парой ветвей.

С точки зрения анализа компонентов каждая пара смежных опор (например, опоры 42a, 42b) также обеспечивает присущую жесткость в виде угловой балки. Таким образом, изобретение не ограничивается удаленно расположенными высокомодульными участками жесткости 32, 33 двутавровой балки, показанной на фиг. 4 и 5, но также включает в себя различные участки высокомодульных элементов жесткости, которые соединены и расположены относительно под углом (например, ножки 42а, 42b).