胡慶華

    塑料異型材的斷面設計決定了成品門窗的各項性能、使用功能、組裝工藝、外觀造型以及成本造價，它涉及到建筑特點、材料性能、模具設計與制造、門窗五金與配件、門窗的組裝工藝與安裝，以及使用地區的地理環境、氣候條件、消費者的使用習慣以及消費審美觀等因素。
　　美式塑料門窗是在繼承傳統門窗優點的基礎上發展來的。
　　美式門窗與歐式門窗從開啟方式上分，都有推拉(含提拉)和平開兩大類。在長期的發展和使用中，德國等歐洲國家形成以使用平開窗為主；美國的塑料門窗繼承了木制門窗的開窗方式、使用習慣，吸收采用了美式鋁合金門窗異型材斷面設計的優點，結合塑料異型材擠出的特性，形成了完善的塑料門窗標準體系。
　　在長期的發展和使用中，美式塑料門的開啟方式，形成以單推拉、平開門為主。而且尺寸比較大，如推拉門常用尺寸為1800×2100。由于價格的原因，平開門使用較少，單推拉門占據塑料門相當大的市場份額。美國許多家庭將塑料門當戶外門使用，這一點與我們國家的使用習慣不同。
　　美式塑料窗的窗型種類比較多，主要有推拉、提拉、平開三種。推拉窗在使用中，又分單推拉窗和雙推拉窗兩種，由于雙推拉窗的密閉效果不如單推拉窗，因此，現在美國市場上，已經很少使用雙推拉窗，主要是以單推拉窗為主；提拉窗在使用中的種類比較多，主要有不帶翻轉單提拉窗、不帶翻轉雙提拉窗、帶翻轉單提拉窗和帶翻轉雙提拉窗。帶翻轉提拉窗在使用中方便清潔和維護，價格較為適中，因此得到了大量使用。平開窗在使用中，分為單平開和對平開兩種，以向外單扇平開為主，基本上很少使用對開的平開窗。
　　在美國塑料窗的市場上，基本上是以推拉、提拉窗為主，少量使用平開窗，而在推拉窗使用中又是以單推拉窗為主。
　  型材的斷面設計沒有統一的標準和規范。
　　美式塑料門窗異型材的斷面設計，在美國AAMA和ASTM的標準體系中，沒有任何限制性的規定。如型材斷面的壁厚沒有硬性、統一規定，而是由“買賣的雙方認可”。雖然在標準中沒有作統一的規定，但美式塑料門窗異型材在長期的發展過程中，各個生產廠家還是達成了共識。一般，推拉窗、提拉窗的可視面壁厚在1.65毫米左右；平開窗的可視面以及與五金件連接安裝面的壁厚，在2.00毫米左右；推拉門、平開門的可視面壁厚，在1.80～2.50毫米之間，以2.00毫米居多。在美國的標準體系中，更沒有規定諸如“毛條口、壓條口、壓條腳、拼接口”等所謂功能性結構的統一尺寸。
　　在型材的斷面設計中，是完全由生產廠家自行設計。但是，在長期的五金件使用中，也形成了一些約定俗成的五金件裝配的功能結構尺寸，如安裝毛條、密封條的毛條口、密封條口的尺寸。許多門窗生產制造商在自己所生產的門窗上，都是使用由自行開發設計的五金件，其相應地對型材斷面也會有所要求，而與眾不同。
　　型材斷面設計是為實現門窗功能、提高使用的性能服務
　　美式型材斷面設計是從實現門窗性能以及使用功能出發，有利于擠出成型而設計。如窗扇、門扇型材一般都設計為單腔型材，其結構非常簡單；為了開啟的方便，提拉、推拉窗都設計有手柄扇。為適應美國木質結構房屋的特點，在框型材上都設計有安裝翅；為提高提拉窗的排水功能，專門設計有排水功能的提拉窗底框型材；為了滿足中梃框、扇或鎖、扣扇等和五金件連接、緊固螺絲釘的需要，而設汁專用的連接或安裝用的螺絲孔、螺絲槽或內筋等小空腔。
　　美式型材的型腔設計與內筋設計
　　長期以來，人們對美式塑料異型材的認識大都停留在“多腔室”設計，認為型材一般有“9-13個腔室”的粗淺認識上。實際上，美式型材的斷面設計，都是在追求簡潔、簡單，滿足成品門窗的使用性能、功能的實現，以及門窗的外觀造型，總體結構上是框包扇的形式。在具體的框、扇設計上，推拉(提拉)門窗的扇型材，是以單腔室設計為主；有的生產商對門扇型材，也開始采用增設排水腔的兩腔室結構。
　　在提拉窗、推拉窗的框型材的設計中，一般都采用二腔室或三腔室的結構設計。推拉窗框型材大都是采用三腔室的設計，其原因是推拉窗的扇滑槽中，由于窗扇在開啟、閉合的推拉運動過程中，重力的作用會使窗框的扇滑槽產生向下變形，因此，在設計中為此專門設計一條內立筋，起到支撐作用，而形成三腔室的結構，這與歐式型材所謂三腔室設計理論，導熱節能等沒有關系。提拉窗的框型材沒計，一般是采用二腔室結構，這是由于在提拉窗的邊扇內都安裝有平衡器，而改變r底框的受力情況，因而在提拉框的設汁中普遍采用了二腔室結構設計。
　　在推拉窗、提拉窗的扇型材設計中，一般采用“b”字形的單腔設計，結構簡單；為方便在使用中開啟、關閉，特意在側邊扇和鎖邊扇型材上，增加了手柄設計；為提高窗的密封效果，在鎖、扣扇和中梃扇上，增加了扇框對扣后，提高密閉功能的鉤、槽設計，使成窗的密封性能有很大提高。為緊固鎖、扣等五金件，專門設計相應的緊同螺絲用的小空腔或內筋；為提高中梃扇、鎖、扣扇抗風壓強度和更好地緊固鎖、扣等五金件，有時將中梃扇設計為鋁合金材料，或按照鎖扣扇的內腔結構特點，專門設計了壁厚在2.5～3.0毫米的單壁鋁合金內襯型材，它穿人鎖扣扇內非常吻合。
　　為了利用推拉窗框型材，也可以作為提拉窗的框型材使用，為此而設計了“h”字形的提拉邊扇型材，再搭配其他推拉窗的扇型材，就可生產制作不帶翻轉的提拉窗。這種通用型設計搭配，既簡單又實用、靈活，提高型材的利用率，降低生產的成本。
　　若按照歐式門窗型材有關角強度的理論和標準，美式推拉或提拉窗扇型材的角強度就很難達到“1400牛頓以上”，而這種“b”字形的單腔扇型材與“h”字形的扇型材焊接在一起，其角強度要想達到1400牛頓就更是無從談起。
美式平開窗采用渦輪渦桿結構手搖式開閉器，窗扇可以停留在任意位置，并有自鎖功能，開關時手也不必伸到窗外，故可以采用內固定紗窗，裝在室內一側，既簡便又清潔，密封性能好。
　　但是，其五金件價格偏高，因此，即使在美國平開窗的使用率也不高。
　　美式平開窗型材斷面設計是比較復雜的，它要滿足安裝開閉器、風撐、多點鎖閉器等五金件的要求，相應地設計了緊固螺絲用的內筋、內槽和小空腔。平開窗的框、扇型材外的壁厚，一般都為2.00毫米左右，因此，美式平開窗的型材斷面設計是比較復雜。
美式推拉門型材從結構上與推拉窗類似。其型材壁厚一般在1.80～2.00毫米之間，2.5毫米壁厚門型材不多見。由于美式推拉門在使用中，每一樘門都比較寬大，也比較高，所安裝的中空玻璃重量是比較大的，為此在設汁框型材中，內設增加4～7個內支撐立筋，滿足支撐門扇的作用；推拉門的扇型材還是采用“h”字形的單腔設計，只是較為寬大的內腔，可以更好滿足內置大尺寸鍍鋅鋼襯和大尺寸滑輪的要求；鍍鋅鋼襯的設計壁厚一般在1.5毫米以上，采用“n”字形或矩形管設計。
　　美式平開門的型材斷面設汁與美式平開窗的設汁有很大的不同，美式平開門的成品門結構與我們平常用的木質門很類似。在使用中有單開，也有對開；門框型材的設計，即可以向內開也可以向外開。門鎖五金件安裝復雜，與之相對應的型材斷面設計也較為復雜，在設計中主要是要考慮為緊固五金件而設計內筋或襯鋼型腔。由于美式平開門造價較貴，因此，它在美國使用率也不大。
    美式型材斷面的型腔設計
　　在美式型材斷面的型腔設計中，一般是不分所謂的排水腔、襯鋼腔的。在美國AAMA和ASTM的標準體系中，更沒有“排水通道不得與放置增強型鋼的腔室連通”的規定。其主要原因是：①美式門窗的框型材內一般是不裝增強型鋼，只有在平開門的框型材需要安裝合頁等五金件，相應的型腔內穿鍍鋅鋼襯或鋁合金內襯；推拉窗或提拉窗只在鎖扣扇型材中加鋁合金內襯；平開窗型材內是不加鍍鋅鋼襯或鋁合金內襯的，推拉門的扇型材內需要安裝增強型鋼或鋁合金內襯。②在美國ASTM D4099標準中，對塑料門窗所使用的緊固件、五金件、錨固件等等連結件的材料，都必須“應是鋁、不銹鋼、或其他與硬PVC相適應的耐腐蝕性材料”，“使用鋼制件應按ASTM Al65標準中，OS-類規定鍍鎘，按ASTM B633標準中SC-2類規定鍍鋅，或按ASTM B-456標準中SC-2類規定鍍鎳和鉻”。正是由于這樣的標準規定，保證了各種五金件、加強筋等配件的質量和良好的耐腐蝕性能，所以，在型材的型腔設計中，一般沒有刻意設計排水腔或五金件腔，從而也簡化型材的斷面設計。
　　美式型材斷面的保溫性能、隔音性能設計
　　在我國對歐式型材的保溫性能，以及不同結構的塑料門窗型材的傳熱研究已經很成熟了；但是，對美式型材的保溫性能研究，存在明顯不足，因而，對美式門窗的保溫性能、節能特點的認識還不甚了解。
    美式塑料門窗的框包扇結構，是具有良好的保溫、隔音性能，框、扇搭配自然的形成復合式的多腔室保溫、隔音結構；如圖三、圖七、圖十所示。同時，美式門窗的框型材厚度大，寬度小，其成品門窗的采光效果，明顯提高；正是由于成品美式門窗扇框寬度較小，使型材傳導的熱量大大減少。例如，以洞口尺寸為1.5×1.2米，面積為1.8平方米的美式單推拉窗為例，成窗的框扇寬度為5.5厘米，中梃寬度為2.8厘米，這樣可以計算出，成窗型材的面積為0.33l平方米，成窗玻璃的面積為1.469平方米，成窗的塑料型材外可見面積，只占成窗面積的18％。由此可得出，從門窗的框扇型材上所傳導的熱量、聲音是少量的，而大部分的熱量和聲音都是通過玻璃進行傳導的。因此，要提高塑料門窗的保溫和隔音性能，重點是要選擇好的保溫、隔熱和隔音玻璃，以及提高成品門窗的密封性能。
　　歐式型材窗框或門框或門窗的扇框，一般都是由同一種型材焊接，在焊接后，多型腔結構型材因擁有幾個密閉空間，可以使導熱和傳音系數大大降低。同時，由外壁端面畫一直線到內壁端面，穿過幾個型腔，聲音在傳遞過程中同樣需穿過這幾個密封型腔的腔室由室外傳到室內，在傳遞過程中，型材的彈性系數與空氣彈性系數不一樣，聲音經過多層過濾后，不同頻率的聲波也逐漸消解。因此，歐式型材斷面設計時，盡量采用多腔室結構。
　　美式型材在設計時，一般是比較講究各個型材的功能的組合搭配，如在帶翻轉雙提拉窗的框設計中，有時兩側框、底框、頂框是分別采用三種不同的型材，其斷面設計上，兩個側框設計有安裝提拉裝置用的平衡器滑槽，頂框的扇槽中設計有毛條槽，可以提高成窗密封性能，底框設計有利于排水斜面，進而改善成窗的排水性能；一般的，提拉窗和推拉門窗的扇框都是采用三種不同的型材，通過獨有的鎖扣扇和中梃扇以及手柄扇設計，提高了提拉窗和推拉門窗的密封性能、水密性能、保溫性能、隔音性能。
三種不同功能的型材在焊接后，由于型材的型腔在設計上是不同的，所以各個型腔間就不能形成密閉的空間，這樣美式成品門窗的扇框的導熱和傳音效率，與歐式型材單一型材焊接后導熱和傳音的效率比較，是有一定差異的。但是，成品門窗的塑料扇、框型材外可見面積，占成品門窗面積的比例較小，因此從門窗的框扇型材上所傳導的熱量、聲音也是少量的，有限的。要提高塑料門窗的保溫和隔音性能，重點是要選擇好的保溫、隔熱和隔音玻璃，以及提高成品門窗的密封性能。
　　成品門窗的密封性能、水密性能、保溫性能、隔音性能的提高，首先，要有科學的斷面設計，精巧合理的搭配組合；其次，要使用優質的密封件，如由橡膠和海綿或者由無紡布和海面復合而成的密封條，其密封性能非常優異，如圖九所示。再次，是玻璃的選擇以及裝配方式。
　　美式型材斷面設計應體現優美的造型、組合功能強、有新穎性、創造性和適用性。
　　美式型材斷面的抗風壓和加強襯筋設計
PVC塑料的材料性能特點是韌性好．剛性不足，因此，塑料型材的斷面，無論是美式還是歐式型材，單憑其型材本身無法滿足門窗抗風壓的要求，必須使用加強襯筋。為了滿足門窗抗風壓的要求，美式型材的鎖扣扇、中梃扇的斷面一般采用單腔設計，這樣可以使用較大的斷面的加強襯筋，這些加強襯筋采用鋁型材或鍍鋅型鋼，同時，加強襯筋又作為連接鎖扣等五金件的錨固件。如在鋁加強襯筋上設計有專門用于固定窗鎖的螺絲槽。如圖四、圖十一所示。
　　美式型材斷面的個性化裝飾性設計
　　美式異型材外廓造型細膩、活潑，框材內、外可視面大多以平面或斜面或曲面造型；在外觀設計過程中，使用流線型、圓弧、斜面和曲面可以使窗立面顯得線條流暢，美觀大方。
　　成窗追求提供最大的可視面積和采光效果，外形美觀包括內部的斜角框架和窗扇，細長的輪廓和圓滑的流線。如圖十二、圖十三所示。
　　在美國AAMA和ASTM的標準體系或其它的標準規范中，雖然沒有壁厚、型腔樣式等要求，也沒有統一的所謂“功能結構型尺寸”。
　　但是，在市場上流通銷售的塑料異型材以及塑料門窗產品，都必須符合并達到AAMA和ASTM的標準體系中AAMA 303和ASTMD4726以及ASTMD 4099標準中相關規范要求；而塑料異性材的斷面、型腔、壁厚、功能結構性裝配尺寸、型材的外形等等，都不作出具體的規定或要求。正是這種開放的、無拘束的氛圍，形成美式塑料門窗“百花齊放，百家爭鳴”的繁榮市場。