Порівняльний аналіз конструкцій з ПВХ і алюмінію

  1. Характеристики ПВХ для виготовлення віконних конструкцій. Полівінілхлорид (ПВХ) відноситься до найстаріших...
  2. Процес виробництва складається з окремих технологічних етапів:
  3. Частка ринку ПВХ конструкцій
  4. Характеристики алюмінієвих сплавів для світлопрозорих конструкцій.
  5. До переваг алюмінієвих сплавів слід віднести:
  6. Виробництво алюмінієвих профілів складається з наступних технологічних етапів:
  7. Частка ринку алюмінієвих конструкцій.
  8. загальні висновки
  9. джерела:
  10. Внесок учасника:

Характеристики ПВХ для виготовлення віконних конструкцій.

Полівінілхлорид (ПВХ) відноситься до найстаріших штучних матеріалів. Вперше був отриманий в лабораторних умовах в 1835 р французьким інженером А. Реньо. У 1878 р продукт полімеризації вінілхлориду вперше було досліджено більш детально, але результати досліджень так і не стали надбанням промисловості. І тільки в 1913 році німецький вчений Ф. Клатте отримав патентні на виробництво ПВХ, і в 1931 році на фабриках концерну BASF (Німеччина) був вперше отриманий цей матеріал в промислових обсягах. ПВХ відноситься до невеликої групи полімерів, які виробляються в повному обсязі на основі нафти. В якості сировини для його виробництва використовується видобутий з нафти етилен (43%) і хлор (57%), що видобувається з куховарської солі. Етилен і хлор вступають в реакцію з утворенням дихлоретану, з якого в результаті подальшої реакції утворюється вінілхлорид. Вінілхлорид перетворюється за допомогою полімеризації в полівінілхлорид. Для стабілізації процесу утворення полімеру застосовують термостабілізатори. На початкових етапах виробництва ПВХ застосовувалися стабілізатори на основі барію і кадмію, а пізніше - сполук свинцю. Це було вигідно, тому що ПВХ-суміш, стабілізовану свинцем, було легше виготовляти і витрати на стабілізацію ПВХ з використанням свинцю були досить низькі. Така готова суміш була дуже зручна, тому що в ній містилися відразу всі потрібні компоненти в потрібній пропорції.

Коли стало відомо про шкідливий вплив на здоров'я людини сполук свинцю, через відносно короткий відрізок часу на ринку з'явилося сировину з більш безпечною системою стабілізації ПВХ профілів на базі кальцію і цинку.

Ці додаткові стабілізатори більш дорогі в порівнянні з традиційними сполуками свинцю. Тому суміші ПВХ профілів на базі кальцію і цинку на сьогоднішній день дорожче традиційної рецептури на базі свинцю.

Випускаються в даний час профілі, стабілізовані кальцієм-цинком, володіють бездоганними якісними характеристиками. Їх стійкість до атмосферних впливів виняткова, і в повсякденній експлуатації вони бездоганні, проблем, пов'язаних з утилізацією, так само, як і у профілів, стабілізованих свинцем, не існує взагалі. В процесі вторинної переробки їх можна змішувати зі складами інших рецептур. Нижче наведено порівняльну таблицю технічних характеристик одержуваного матеріалу ПВХ з різною стабілізацією

Нижче наведено порівняльну таблицю технічних характеристик одержуваного матеріалу ПВХ з різною стабілізацією

На підставі викладеного можна виділити наступні переваги ПВХ для виготовлення віконних профілів:

  • низька вартість сировини;
  • високі теплофізичні і звукоізоляційні характеристики
  • атмосферостойкость;
  • можливість нанесення декоративного покриття (фарбування в масі - методом

коекструзії, поверхневе покриття або фарбування);

  • екологічна безпека;
  • можливість вторинної переробки;
  • довговічність, термін служби до 50 років.

У той же час ПВХ профілі мають і недоліки.

1.Нізкій модуль пружності. Серед застосовуваних у будівництві матеріалів модуль пружності у ПВХ найнижчий Е = 2,47-2,98 Н / мм2, тоді як у дерева поперек волокон він дорівнює Е = 50 Н / мм2, а у алюмінієвих сплавів Е = 71 Н / мм2. Тому для підвищення міцності параметрів ПВХ профілів потрібно їх армування.

2.Завісімость механічних властивостей від температури. При зниженні температури модуль пружності ПВХ підвищується, але при цьому збільшується його крихкість. Не випадково віконні фірми припиняють монтаж вікон з ПВХ в зимовий час при температурі нижче -10 -15 ° С, коли ризик крихкого руйнування ПВХ профілю при механічному впливі великий. З підвищенням температури ПВХ поступово розм'якшується і при температурі вище + 40 ° С починається різке падіння його міцності.

3.Високій коефіцієнт лінійного розширення. ПВХ має коефіцієнт температурного розширення α = 80х10-6 1 / ºС набагато більший, ніж у застосовуваних суміжних будівельних матеріалів таких, як бетон (10 х10-6 1 / ºС) і скло (8,5х10-6 1 / ºС. Таке співвідношення величин призводить до того, що температурні деформації ПВХ виробів можуть впливати на сполучаються конструкції.

4.Ізбірательность до чистячих засобів Хоча ПВХ як матеріал і володіє хімічною стійкістю, агресивна навколишнє середовище, особливо в великих містах, здатна забруднювати поверхні конструкції. При виборі відповідних засобів для чищення потрібно уникати кошти з вмістом розчинників. Поверхня ПВХ профілю, оброблена розчинником, має слабшу атмосферостійкістю, і при подальшій експлуатації можливо прояв плям або зміна кольору профілю.

Особливості технології виробництва ПВХ профілів.

Завдяки високій температуроустойчівость, малої схильності до усадки і викривлення, широкому діапазону розм'якшення ПВХ ідеально підходить для виготовлення профілів методом екструзії. Масове виготовлення профілів з ПВХ було розпочато в 1954 році фірмою «Trocal» (Німеччина). Сучасне виробництво профілів ПВХ - це екструдер, фільєри, калібрувальний охолоджувальний елемент, калібрувальний стіл, прийомні тягнуть валки, пили, профілеукладчік і пристрій для упаковки готових профілів.

Процес виробництва складається з окремих технологічних етапів:

  • подача порошку (гранул) ПВХ в екструдер;
  • пластификация формувальної маси в екструдері до температури 80-120 ° С;
  • формування та охолодження в філь'єрі і калібрувально-охолоджувальному елементі;
  • прохід через приймальні валки;
  • різання профілів на мірні довжини.

Конструктивно віконні системи ПВХ складаються з пов'язаних між собою елементів, що включають основні і допоміжні профілі. Основними профілями вважаються профілі рам, стулок і імпостів. До допоміжних профілів відносяться: штапики, декоративні накладки, з'єднувачі, направляючі, короба для згортаються жалюзі і підвіконня, а також армуючі профілі.

Частка ринку ПВХ конструкцій

Для ПВХ конструкцій ідеально підходить скління невеликих віконних прорізів житлових і громадських будівель (як новозведених, так і реконструюються), тобто там, де скління виконує тільки захисну функцію, а несуча здатність профільної системи практично не враховується. У даній групі конструкцій системи з ПВХ досягли такого якісно високого технічного рівня, що з ними вже важко змагатися конструкцій з інших матеріалів. До другої групи конструкцій з ПВХ можна віднести конструкції зимових садів, невеликі торгові павільйони, балкони, веранди, невеликі ділянки стін. У цих випадках профіль також не сприймає великих статичних навантажень. Що стосується виготовлення зазначених об'ємних конструкцій, особливо, зимових садів, то в даний час у різних виробників профільних систем з ПВХ можна простежити два принципових підходи до вирішення цього завдання. Перший базується на їх складанні з елементів простий віконної системи, доповненої набором різних підсилювальних і сполучних профілів, а також кроквяними конструкціями покрівлі. Другий дорожчий варіант, передбачає застосування фасадної системи. Тому позиція виробників профілів ПВХ по відношенню до зимових садів носить складний і неоднозначний характер. Багато великих виробників (наприклад, VEKA) вважають, що застосування ПВХ в конструкції є невиправданим і поступаються цю сферу виробникам алюмінієвих систем. Концерни «Rehau» і «Thissen» мають спеціально розроблені системи зимових садів з модульними елементами покрівлі.

З урахуванням особливостей полівінілхлориду, профільні системи з ПВХ мають обмежені можливості для застосування в фасадних системах, тут вони поступаються алюмінієвим системам майже за всіма показниками за винятком теплофізичних характеристик. Одним із серйозних перешкод для застосування ПВХ в фасадних конструкціях є схильність профільної системи значних температурних деформацій. Якщо для стійки з алюмінієвого сплаву довжиною 3300 мм зміна довжини при перепаді температур від -28 ºС до +22 ºС складе 3,84 мм, то для аналогічної стійки з профілю ПВХ зміна довжини вже дорівнюватиме 13,4 мм. Така зміна довжини елементів фасаду на великих ділянках призведе до значних деформацій конструкції в цілому, внаслідок чого можливе порушення гідроізоляції або руйнування склопакетів. Наступне обмеження для застосування ПВХ профілів - скління осередків великої площі. Довгий ригель з ПВХ буде також відчувати деформацію при перепаді температур і потребують серйозного армування від навантаження великим склопакетом. Тому, скління фасадів будівель, куполів, ліхтарів великої площі прийнято виготовляти з алюмінієвих профілів, різноманітність яких представляє широкий набір можливостей для архітектора.

Характеристики алюмінієвих сплавів для світлопрозорих конструкцій.

Алюміній - метал сріблястого кольору, щільністю 2,699г / см3 при 20 ° С, модуль пружності Е = 71 Н / мм2, температура плавлення 660 ° С. У земній корі міститься 8,8% алюмінію. Це третій за поширеністю в природі елемент після кисню і кремнію і перший серед металів. Він входить до складу глин, польового шпату, слюди. Відомо кілька сотень мінералів Al (алюмосилікати, боксити, алуніти і інші). Найважливіший мінерал алюмінію - боксит містить 28-60% глинозему - оксиду алюмінію Al2O3. У чистому вигляді алюміній вперше був отриманий датським фізиком Х. Ерстед в 1825 році. У 1885 році, грунтуючись на технології, запропонованої російським ученим Н. Бекетовим, був побудований завод з виробництва алюмінію в німецькому місті Гмелінгеме. За п'ять років на цьому заводі було отримано близько 58 т алюмінію - більше чверті всього світового виробництва на той період. Метод, винайдений майже одночасно Ч. ​​Холом у Франції і П. Еру в США в 1886 році і заснований на отриманні алюмінію електролізом глинозему, розчиненого в розплавленому кріоліті, поклав початок сучасному способу виробництва алюмінію. Такий метод отримання вимагає великих витрат електроенергії, і тому виявився затребуваний тільки в XX столітті. Технічно чистий алюміній внаслідок низької міцності в будівництві застосовується рідко. Для підвищення міцності в нього вводять легуючі добавки - магній, марганець, кремній, цинк, мідь, хром і ін. Тому алюмінієві сплави мають в 2-5 разів більшу міцність в порівнянні з чистим алюмінієм. Для виробництва віконних конструкцій використовуються сплави на основі Al-Mg-Si, які за своїм хімічним складом відносяться до деформується алюмінієвих сплавів, зміцнює термічною обробкою. У Росії використовується сплав АД31, в Європі - сплави 6060 6063 (відмінності по більш жорстким вимогам на вміст домішок). Характеристики міцності зазначених сплавів принципово не відрізняються між собою - див. Таблицю.

До переваг алюмінієвих сплавів слід віднести:

  • висока механічна міцність при малій щільності (питома міцність);
  • порівняно висока корозійна стійкість;
  • висока технологічність, добре обробляється і зварюваність;
  • висока пластичність;
  • збереження міцності при температурах від -80 ° С до + 100 ° С;
  • висока відбивна здатність;
  • відсутність іскор при ударі;
  • відсутність токсичних продуктів горіння;
  • відсутність домішок важких металів;
  • відсутність магнітних властивостей;
  • термін служби 80 років.

До недоліків відноситься:

  • коефіцієнт лінійного розширення в два рази більший, ніж у сталі;
  • висока теплопровідність;
  • схильність електрохімічної корозії у вологому середовищі;
  • висока вартість напівфабрикатів.

Особливості технології виробництва системних профілів з алюмінію

У 1906 році архітектор Френсіс Plym, засновник компанії «Kawneer» (США) винайшов перше вікно з металу. До 1920 року його компанія стала першим виробником конструкцій з алюмінію для архітектури. Виробництво алюмінієвого профілю можна розділити на два основних етапи: виготовлення безпосередньо профілю і його подальше захисно-декоративне покриття. Профілі з алюмінієвих сплавів отримують методом пресування, а саме продавлювання заготовки алюмінію через матрицю з заданим перетином. За аналогією з ПВХ процес пресування профілів також називається екструзією. Лінія екструзії профілів складається з печі для розігрівання заготовки, гідравлічного преса, контейнера з матрицею, блоку вентиляторів, що охолоджують, прийомних столів, витягаючої машини, пили, печі для старіння профілю.

Виробництво алюмінієвих профілів складається з наступних технологічних етапів:

  • порізка алюмінієвого стовпа на заготовки;
  • подача заготовки в індукційну піч для нагрівання до температури 450-500 ° С;
  • прохід заготовки через матрицю, формування геометрії профілю;
  • охолодження профілю на виході з матриці - гарт;
  • витягування заготовок профілю;
  • різання профілів на мірні довжини.
  • зміцнення профілю в печі штучного старіння.

Як захисно-декоративного покриття профілів найбільше застосування знайшли електрохімічне оксидування (анодування) та фарбування порошковими барвниками за шкалою RAL. Відповідно до функціонального призначення профілі для алюмінієвих вікон мають аналогічну ПВХ класифікацію і поділяються на основні (рамні, стулковий, імпостні і ін.) І допоміжні профілі. У зв'язку з високою теплопровідністю алюмінію як матеріалу існує розподіл профілів на дві основні групи по теплотехнічних характеристиках: - «холодний» профіль для внутрішніх конструкцій; - «теплий» профіль для зовнішніх огороджувальних конструкцій. Теплий відрізняється від холодного наявністю термоизолирующих вставок з поліаміду, які здійснюють розрив теплового потоку. Але незважаючи на застосування ізолюючих вставок, термічний опір профілів з алюмінію залишається нижчим порівняно з ПВХ профілями (0,35 ... 0,66 м2 ° С / Вт в середньому у алюмінію проти 0,5 ... 0,75 м2 ° С / Вт у ПВХ). Для скління великих поверхонь будівель, коли частка світлопрозорих огороджень наближається до 100%, були розроблені вітражні, або фасадні системи, які можуть сприймати значні за величиною вітрові навантаження, навантаження від ваги заповнення, а також експлуатаційні навантаження. Ця перевага визначено самим матеріалом, а саме - металом.

Частка ринку алюмінієвих конструкцій.

В даний час все світлопрозорі конструкції для фасадів будівель і споруд виготовляються з алюмінієвих сплавів, як і встановлюються в фасади елементи (вікна та двері з різними типами відкривання). Характеристики міцності металу дозволяють виготовляти віконно-дверні конструкції з алюмінію не тільки більшого формату, але і з великим терміном служби, ніж з профілів ПВХ. Також завдяки цьому з'явилися вироби спеціального призначення: протизламні, димозахисні, вогнестійкі (зі спеціальними наповнювачами) та інші. Так як коефіцієнт температурного розширення алюмінію близький до коефіцієнта температурного розширення скла (однакові температурні деформації) з'явилися фасадні системи зі структурним склінням без ризику руйнування склопакета.

Що збирається по типу віконної рами модуль визначив появу технології елемент-фасадів, призначеної для навісних огороджувальних стін. Дана технологія виготовлення і монтажу скління великих площ фасадів дозволила значно скоротити загальні терміни будівництва виходячи з таких принципів:

  • стандартизації виготовлення (виробництво великої кількості ідентичних модулів);
  • якісного виготовлення модулів в контрольованому середовищі (збірка і герметизація в заводських умовах);
  • зниження трудомісткості робіт по монтажу модулів;
  • спрощення організації праці (чіткі межі виробництва і монтажу).

загальні висновки

На сьогоднішній день частка пластикових вікон на Європейському ринку перевищує 51%, тоді як дерев'яних - близько 27% і алюмінієвих 18%. Частина, що залишилася ринку припадає на різні комбінації матеріалів, найпоширеніший з них - дерево-алюміній. Популярність вікон ПВХ в цьому сегменті конструкцій збережеться і в майбутньому. Однак у зв'язку розвитком технологій алюмінієві вікна поступово повертають собі втрачені частки ринку, їх все частіше використовують для житлових будинків. Але все-таки головна ніша, в якій алюміній практично незамінний - це засклення лоджій, балконів, великих вітражів і фасадів. Тенденція розвитку сучасної архітектури з максимальним склінням фасадів, що робить будівлі більш легкими, світлими і комфортними, повністю сприяє розвитку алюмінієвих систем.

джерела:

Борискина І.В., Плотніков А.А. «Проектування сучасних віконних систем цивільних будівель» 2004р.

Рерль Е. Доповідь на міжнародному конгресі КБЕ 18.11.1997г. «ПВХ як особливий матеріал».

Внесок учасника:

Бірюков І.А.