ОКНА С ПЕРЕПЛЕТАМИ ИЗ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА

Поливинилхлорид (ПВХ) относится к старейшим искусственным материалам. Впервые ПВХ был получен в лабораторных условиях в 1835 году французским горным инженером и химиком Анри Виктором Реньо. Реньо, получивший раствор винилхло-рида, случайно обнаружил, что по истечении некоторого времени, в пробирке образо­вался белый порошок. Ученый провел с порошком различные опыты, но, не получив никакого удовлетворительного результата, утратил интерес к случайно открытому им веществу.

В 1878 году продукт полимеризации винилхлорида впервые был исследован более подробно, но результаты исследований так и не стали достоянием промышленности. Это произошло только в нашем столетии. В 1913 году немецкий ученый Фриц Клатте получил первый патент на производство ПВХ. Он предполагал использовать трудно воспламеняемый ПВХ вместо легко воспламеняемого целлюлоида. Начавшаяся Пер­вая мировая война помешала Фрицу Клатте заняться подробным исследованием свойств ПВХ и возможностей его применения, а производство было приостановлено. Тем не менее, Клатте по праву считается основоположником промышленного произ­водства ПВХ.

Производство ПВХ в крупных масштабах началось в 30-е годы в Германии. В это же время успешные разработки в этой области были проведены в США и Англии. По­сле окончания Второй мировой войны ПВХ стал самым массовым материалом для из­готовления труб, профилей, покрытий для пола, пленок, кабельной изоляции и множе-

ства других пластмассовых изделий. Сырьевую базу для изготовления ПВХ составляют каменная (поваренная) соль Nad и нефть. Из каменной соли посредством электролиза хлористого натрия получается хлор. Из нефти получается этилен. Этилен и хлор всту­пают в реакцию с образованием дихлорэтана, из которого в результате последующей реакции образуется винилхлорид. Винилхлорид превращается посредством полимери­зации в ПВХ.

Родиной современных окон с переплетами из ПВХ (в дальнейшем - окон из ПВХ), по общему признанию является Германия. Именно здесь в 1954 году фирмой "Trocal" оконные профили из ПВХ были впервые запущены в серийное производство. На сего­дняшний день по разнообразию оконных профилей, оконные ПВХ-системы являются наиболее гибкими и технологичными. Относительно низкая стоимость сырья и произ­водства, наряду с хорошими физическими характеристиками (низкая теплопровод­ность, достаточно высокая химическая стойкость), сделали их самыми массовыми в центральной Европе.

Вместе с тем, эксплуатация окон из ПВХ в странах с суровым континентальным климатом, к числу которых относится и Россия, связана с определенными технически­ми ограничениями, обусловленными специфическими свойствами ПВХ.

По своему химическому составу ПВХ относится к группе термопластов, для кото­рых характерно быстрое снижение механических свойств при повышении температу­ры, обусловленное линейным строением молекул полимера и их малой связью друг с другом, снижающейся при нагревании. Такое строение обуславливает сильную зави­симость свойств ПВХ от температуры.

В настоящее время большинство профилей поставляется на российский рынок из Германии. Все эти профили выполнены из разновидностей ПВХ марки PVC-U в соот­ветствии с немецкими стандартами DIN. Базовые испытания для ПВХ немецкого про­изводства проводятся при температуре +20°С. При понижении температуры его удар­ная вязкость падает (увеличивается хрупкость), относительное удлинение при разрыве уменьшается, а прочность на сжатие и изгиб повышается. С повышением температуры относительное удлинение при разрыве увеличивается, прочность на сжатие и изгиб падает. В зоне температур от +10°С до +40°С механические характеристики уменьша­ются очень незначительно, и в большинстве случаев этими изменениями можно пренебречь.

При использовании ПВХ в интервале температур от +40°С до +60°С, действующие на него силовые нагрузки должны быть снижены. При температуре выше +60°С нагру­женный ПВХ может находиться лишь очень небольшое время. Точка размягчения на­ходится вблизи температуры +80°С.

В зоне отрицательных температур может использоваться только так называемый модифицированный ПВХ, содержащий специальные добавки, увеличивающие его ударную вязкость при температурах ниже 0°С. Такой ПВХ способен хорошо воспри­нимать динамические нагрузки при температуре не ниже -40°С.

ПВХ имеет очень высокий коэффициент температурного расширения, равный 80 х 10^-6 [1/°С]. Для сравнения эта величина для стали и бетона составляет порядка 10 х 10^-6 [1/°С], а для стекла 8.5 х 10^-6 [1/°С]. Таким образом, ПВХ имеет коэффициент в 10 раз больший по сравнению со стеклом. Такое соотношение величин приводит к тому, что температурные деформации, а соответственно, и напряжения в профиле и остеклении, резко отличаются по величине. Окна разуплотняются, при этом в профи­лях начинают накапливаться остаточные деформации. Особенно болезненно на температурные воздействия реагируют цветные (не белые) профили, обладающие более низ­кими прочностными характеристиками и способные хорошо поглощать тепло.

В табл. 1.1. приведены физические характеристики ПВХ, используемого для произ­водства оконных профилей немецким концерном "Veka".

Таблица 1.1

Физические характеристики поливинилхлорида FM DIN 7748-PVC-U

ПВХ-профили получают методом экструзии - непрерывного выдавливания размяг­ченного материала через отверстие определенного сечения, определяемого типом фильеры (детали машины для формования химических волокон в виде колпачка или пластины) при температуре 80-120 °С. При этом для получения требуемых свойств профилей - светостойкости, устойчивости к атмосферным воздействиям, цветового оттенка, качества поверхности, свариваемости и т.п., в ПВХ добавляют стабилизаторы, модификаторы, пигменты и вспомогательные добавки.

По своей конструкции все ПВХ-системы, независимо от производителя, образованы тонкостенными полыми профилями, имеющими несколько камер, заполненных возду­хом. В зависимости от предъявляемых требований, могут использоваться одно-, двух-, трех- и четырехкамерные профили. При этом, с увеличением числа камер растет значе­ние термического сопротивления профиля. Толщина стенок профиля, в зависимости от расположения, составляет 1.5-3 мм.

Оконная система образуется основными и дополнительными профилями. Основные профили формируют базу всей системы. К основным относят профили коробок, ство­рок, импостов и поперечин, а также специальные профили для распашных безимпостных окон (в некоторых источниках - профили с нащельной манжетой (штульпом) или упорной планкой -'так называемые штульповые профили). Все производители выпус­кают по нескольку наименований основных профилей. При этом в зависимости от ар­хитектурной композиции и расчетных нагрузок, основные профили устанавливаются в окне в различных комбинациях..

Наиболее распространенные в настоящее время профили имеют три камеры (рис. 1.1) - основную камеру (поз.1), дренажную камеру (поз.2) и камеру для крепления фурнитуры (поз.З). При этом трехкамерный профиль применяется далеко не всегда. Все крупные производители предлагают вариации профилей, различающиеся по коли­честву камер (см. рис. 1.1), что дает возможность проектировщику более гибко адапти­роваться к конкретным решаемым задачам. Так, например, в профиль может быть добавлена дополнительная камера для повышения его термического сопротивления (рис. 1.1. б), или же, наоборот, одна из камер может быть ликвидирована в пользу более мощного армирования (рис. 1.1. в) для восприятия повышенных статических нагрузок.

Рис. 1.1. Конструкция оконных профилей из ПВХ. Комбинация коробки и створки: а) трехкамерные коробка и створка (система PlusTec Softline 3-К); б) четырехкамерные коробка и створка (система Veka Top-line); в) трехкамерная коробка и двухкамерная створка (система Veka Softline AD); r) комбинация коробки и створки со средним уплотнением (система Veka Softline MD); д) одноплоскостная комби­нация коробки и створки (система PlusTec Softline 3-К). I - профиль коробки (рама), II - профиль створки (створка), III - штапик, 1 - основная камера, 2 - дренажная камера, 3 - камера для крепления фурнитуры, 4 - дополнительная камера для увеличения термического сопротивления, 5 - армирование, 6 - паз для крепления фурнитуры, 7 - пазы для крепления дополнительных профи­лей, 8 - паз для крепления штапика, 9-наклонный фальц для отвода воды, 10-водоотвод, 11 - уплотнения, 12 - подкладка под стеклопакет

Рама и створка могут иметь наружные поверхности, расположенные в одной плос­кости или же смещенные друг относительно друга. При расположении рамы и створки вровень, в профиле появляются дополнительные камеры - предкамеры, что дает воз­можность устанавливать остекление большей толщины. Такие конструкции называют­ся одноплоскостными (рис. 1.1.д).

Рассмотрим назначение каждой камеры на примере комбинации коробки и створки (рис. 1.1).

Основная камера служит для установки усилительного вкладыша (армирующего профиля, в дальнейшем - армирования). Сечение усилительного вкладыша и толщину стенок принимают на основании статического расчета профиля на действие ветровых нагрузок, принимая во внимание возможность температурных деформаций. Армирую­щие вкладыши, как правило, выполняются из оцинкованной стали, реже - из алюми­ния, и предохраняют профили от избыточных прогибов, которые могут иметь место вследствие низкого значения модуля упругости ПВХ. За счет наличия армирующего вкладыша, окна из ПВХ получили свое второе название - металлопластиковые окна.

Значения модуля упругости для ПВХ и армирующих материалов для сравнения приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Дренажная камера оконного профиля предназначена для отвода наружу воды, проникающей через уплотнение при сильном дожде и ветре. С этой целью в коробке и створке делается фальц, имеющий наклон к наружному краю, или специальная выемка (поз. 15), куда стекает вода, попадая затем в дренажные отверстия, вырезаемые в не­скольких точках по длине коробки и створки в дренажной камере. Геометрия камеры для крепления фурнитуры назначается в соответствии с требованиями производите­лей оконной фурнитуры, работающих по единым европейским стандартам. Централь­ный паз для крепления прибора в основной камере предназначен для установки основ­ных элементов фурнитуры (главного механизма с закрепленной в нем оконной ручкой; кронштейнов, обеспечивающих поворотное или поворотно-откидное открывание створки и др. - см. главу 3).

Для обеспечения воздухо- и водонепроницаемости, по всему контуру коробки и створки устанавливаются пористые уплотнения*. Система уплотнения имеет два контура - наружный и внутренний. При этом наружное уплотнение может быть уста­новлено как непосредственно по наружному контуру профиля, так и в середине (рис. 1.1. г). В этом случае оно называется средним-уплотнением.

* Оконные уплотнения изготавливаются из материала, обозначаемого аббревиатурой ЭПТК (эти­лен-пропилен-термополимер-каучук), Международное обозначение - EPDM. ЭПТК-EPDM обладает значительной долговечностью, устойчивостью по отношению к атмосферным воздействиям, высокой прочностью на растяжение (8.3 х 10⁶ Н/м²) и эластичностью (удлинение при разрыве - 400%). При этом его эластичность сохраняется в интервале температур от -50 °С до +120 °С. Будучи устойчивым к воз­действию кислот и щелочей, ЭПТК-EPDM имеет низкую сопротивляемость по отношению к минераль­ным маслам и жирам; набухает в таких растворителях как бензин и углеводороды. При этом процесс набухания носит частично обратимый характер

В створке и коробке по всему контуру предусматриваются пазы (поз.8) для крепле­ния штапика. Профиль штапика может быть самым разнообразным и определяется архитектурным замыслом. На штапике находится паз, куда вставляется уплотнитель, плотно прижимающий стеклопакет или стекло. Существуют штапики, выпускающиеся с так называемым коэкструдированным уплотнением, которое составляет со штапиком неразрывное целое.

Штапик относится к группе дополнительных профилей. Дополнительные профили в каждой оконной системе отличаются многообразием, в силу чего достаточно сложно поддаются классификации. Однако, по функциональному назначению, можно принци­пиально выделить несколько групп наиболее распространенных профилей.

К первой группе относятся профили, служащие для обеспечения качественного и технологичного монтажа оконного блока в существующем проеме. К ним относятся подставочные профили, нащельники, удлинители (доборные профили) и облицовочные профили.

Вторую группу дополнительных профилей образуют профили, набор которых оп­ределяет гибкость и разнообразие архитектурных решений, возможных в рамках дан­ной системы. К этой группе относятся штапики, соединители, всевозможные декора­тивные накладки, а также поворотные профили.

В особую группу следует выделить реставрационные и усилительные профили.

Реставрационный профиль представляет из себя профиль рамы, закрепляемый на существующую коробку старого окна без ее демонтажа. Применение реставрационных профилей делает работы по замене окна менее трудоемкими и позволяет сохранить устоявшийся за много лет температурно-влажностный режим в зоне примыкания окна к стене. В качестве недостатка окон с реставрационным профилем следует отметить уменьшение площади светопроема при замене окон.

Усилители применяются в том случае, если тонкий соединительный профиль или импост не проходит по статическому расчету, а применение более мощного импоста невозможно. В некоторых системах при необходимости предусмотрено применение усилителей из алюминия. Наиболее широкое применение усилители находят в витраж­ных конструкциях, для которых не предусмотрены какие-либо другие специальные профили.

Варианты применения отдельных дополнительных профилей рассмотрены в главах 5 и 6.