Список тематических статей

Технологии изготовления окон из ПВХ

Спрос на ПВХ-конструкции постоянно растет. Этому способствует два фактора. Первый - необходимость замены старых деревянных окон на современные энергоэффективные. Второй - широкомасштабное жилое строительство. Например, в России в 2006 году рынок ПВХ-профиля увеличился практически на 50%. Тенденция, по мнению экспертов, сохранится в ближайшие 3-4 года. За это время они предсказывают рост данного сегмента стройиндустрии на 30-35% ежегодно. Как следствие, увеличивается количество компаний, работающих в этой сфере. В нашей стране число компаний-производителей и продавцов пластиковых окон составляет на сегодняшний день более 10000.

Такие стремительные темпы роста отрасли способствуют привлечению все большего количества производителей оконных систем. В условиях высокой конкурентности рынка на первое место выходит качество продукции. А оно определяется соблюдением технологии изготовления оконных систем из ПВХ.

Прежде всего, при производстве необходимо руководствоваться регулирующими документами и нормативами. Это два основных ГОСТа:
• ГОСТ 30674-99 «Блоки оконные из поливинилхлоридных профилей. Технические условия»;
• ГОСТ 23166-99 «Блоки оконные. Общие технические условия».

Как известно, светопрозрачная конструкция состоит из трех основных компонентов – профиля (или рамы), стеклопакета и фурнитуры (комплекса механизмов по открыванию /закрыванию окна). Каждая комплектующая должна соответствовать принятым для нее стандартам качества. Профиль – ГОСТу 30673-99 и ГОСТу 30973-2002, стеклопакет - ГОСТу 24866-99 и ГОСТу 111-2001 и фурнитура - 30777-2001 и ГОСТ 538-2001. Зачастую именно от качества оконных составляющих зависят свойства готовой системы.

Таким образом, изготовление светопрозрачных ПВХ-конструкций – это сложный технологический процесс, включающий в себя производство профиля, стеклопакета, фурнитуры и конечную сборку конструкций. Последовательно рассмотрим каждый из этапов.

Профиль

Это основа оконной конструкции. Изначально готовится смесь. Помимо основного ПВХ-компонента, как правило, в нее входят модификатор прочности (придающий пластичность и морозостойкость), стабилизаторы и смазки (для реализации процесса экструзии), гидрофобный мел (для прочности изделия), диоксид титана (в качестве красителя для светостойкости) и различные вспомогательные добавки (антипирены, пластификаторы и т.д.).

Соотношение этих компонентов определяет физико-механические характеристики профиля. Каждая фирма имеет свою уникальную рецептуру материала. Например, профильные системы Группы компаний ПРОПЛЕКС – крупнейшего российского производителя ПВХ-профиля по австрийским технологиям – изготавливаются на основе смесей, разработанных фирмой Chemson (Австрия). Специалисты компании создали рецептуру, учитывающую особенности нашего климата: резкие перепады температур и холодные зимы.

Базовый элемент для производства ПВХ-профиля - экструдер. Он бывает различных типов - одношнековый, двухшнековый, многошнековый или дисковый. При изготовлении оконных ПВХ-профилей чаще всего используют экструдеры второго вида. Конструкция шнеков может быть конической или цилиндрической формы. Как отмечают специалисты компании Technoplast (Австрия), последние имеют ряд преимуществ. В частности, компактный привод, низкие нагрузки при резке (сдвиге), стойкость к высоким выходным давлениям, большие вращающие моменты, легкость демонтирования и т.п.

Шнеки могут либо находиться в зацеплении, либо нет; вращение осуществляться в одну или разные стороны. Наилучшие характеристики у экструдеров с плотным зацеплением и вращающимися в разных направлениях шнеками.

В стандартном двухшнековом экструдере технологический процесс идет следующим образом. Сначала смесь захватывается, и за счет трения (и теплопередачи) осуществляется её предварительный разогрев. Затем при интенсивных сдвиговых деформациях материал пластифицируется. Точная подача сырья реализуется с помощью дозатора (как правило, с дозирующим шнеком). Оптимальная пластификация идет при температуре 180-200ºС (давление – 150-300 бар). В зоне дегазации из пластифицированного (агломерированного) материала удаляются газообразные продукты, в том числе и захваченный воздух. Для этого между витками шнеков имеется большое пустое пространство.

Далее материал продавливается через фильеру, где расплаву полимера придается форма. Производительность экструдера во многом зависит от пропускной способности аппарата. Сегодня она может достигать порядка 700 кг/час. Это эквивалентно примерно 10 м/мин. По оценкам специалистов, самую высокую производительность дают двухручьевые фильеры.

Заключительный этап изготовления ПВХ-профилей происходит в калибраторе. Он состоит из двух модулей – сухого и влажного. В первом выходящая из экструдера масса подвергается формовке и первоначальному охлаждению. На начальных 50-100 мм профилю придается нужная форма. После чего, за счет специальных водяных каналов от внутренних поверхностей изделий, отводится тепло. Для современных сухих калибраторов характерны продольные охлаждающие каналы, последовательная схема охлаждения, система быстрой замены и центрирования калибраторов, минимальное число подводов воды и вакуума.

Окончательное охлаждение осуществляется во влажном модуле, где профиль целиком орошается водой. В этой области можно отметить разработку компании Technoplast. Это влажные калибраторы с вихревыми ваннами. Они позволяют уменьшить расход воды, требуемый на охлаждение, примерно на 50%. Все блоки резервуаров калибратора стандартизированы, что дает возможность применения одного и того же резервуара для различных типоразмеров профилей.

Таким образом, изготовление профиля – это довольно технологичное производство. На сегодняшний день ведущими поставщиками экструзионных линий на мировом рынке являются австрийские фирмы. Их продукция уже зарекомендовала себя как надежная, эффективная и экономичная. Поэтому практически все крупнейшие производители ПВХ-профиля для окон используют оборудование австрийских компаний. Например, на заводе ПРОПЛЕКС применяются экструзионные линии и сопутствующий инструментарий от фирм Greiner, Gruber и Technoplast.

Один из важнейших этапов в технологической цепочке производства ПВХ-профиля - его окраска. Различают четыре способа окрашивания: коэкструзия, окрашивание в массе, ламинирование и лакирование. Первые два способа применяются в процессе изготовления профиля. Коэкструзия – это совместная экструзия ПВХ и плексигласа. Окрашивание в массе происходит на самых ранних этапах производства путем добавления в исходную смесь цветовых пигментов (в дальнейшем полученные изделия, как правило, ламинируют). Ламинирование относится к заключительной стадии изготовления профиля. На материал наклеиваются прочные пленки, устойчивые к климатическим воздействиям. Покрытие изделий акриловым лаком называется лакированием.

Далее следуют резка, упаковка и транспортировка готовой продукции компаниям-переработчикам (непосредственным сборщикам оконных конструкций).

Стеклопакет

Процесс производства другой оконной составляющей- стеклопакета - достаточно трудоемок и требует использования современного оборудования. Так, например, ЗАО «Сибирская стекольная компания» (Россия, Красноярск) применяет автоматизированные высокотехнологичные линии компаний Lenhardt Maschinenbau GmbH (Германия) и Frontech Machinery and Technology s.a.(Швейцария).

Сначала на специальных столах, покрытых плотной тканью, осуществляется резка стекла. Потом отмеряются дистанционные рамки, необходимые для создания остова стеклопакета. Они изготавливаются в основном из алюминия.

Стекло необходимо помыть и очистить (так как после герметизации внутренняя часть стеклопакета будет недоступна). Это делается с применением машин (посредством щеток). Затем внутрь перфорированных дистанционных рамок засыпается осушитель (влагопоглотитель) для абсорбции воды. Он представляет собой молекулярные сита, силикагель или смесь этих веществ. Следующим этапом идет сборка дистанционного контура. Рамки ручным способом соединяют между собой уголками. После чего наносится первичный слой герметизации (бутиловый шнур, жидкий бутил и т.п.). Эта операция может выполняться вручную, но эффективнее использовать автоматические бутилэкструдеры.

Далее следует сборка стеклопакета. На дистанционный контур с двух сторон наклеивается стекло. И на столе для опрессовки комплектующей происходит обжим полученной конструкции (для придания герметичности и необходимой толщины). Заключительная фаза производства – нанесение на торец собранной конструкции вторичного слоя герметизации (силикона, полисульфидного двухкомпонентного герметика и т.п.) и сушка изделий.

Как правило, готовый качественный стеклопакет имеет непрерывный первичный слой герметизации. Внутри дистанционного контура изделия не должно быть наплывов герметика, в межстекольном пространстве - пыли. Это важно учитывать при выборе поставщика данного вида комплектующих.

Фурнитура

Она изготовляется из высококачественной, специально упрочненной стали с использованием автоматических литейных машин. На участках гальванической обработки наносится антикоррозийное покрытие. По словам специалистов, в основном именно качество защитного слоя фурнитуры определяет срок её службы. Например, изделия турецкой компании Kale имеют трехслойное покрытие. По новой щелочно-цинковой технологии сначала наносится цинк, затем трехвалентный хром, после этого фурнитура окрашивается лаком.

Большое внимание уделяют производители контролю качества продукции. В частности, при изготовлении фурнитуры Kale сначала проверяется приходящее сырье (поверхность стали, ее толщина, анализируется химический состав). Затем в процессе производства на каждом его этапе через каждые 15 минут делается случайная выборка полуфабрикатов, проводится их осмотр, замеряются геометрические параметры, проводится контроль качества покрытия.

Стандартный комплект состоит из петель, ручек, ограничителей, предохранителей, фиксаторов, поворотно-откидных механизмов (в качестве крепежных силовых элементов должны использоваться непластмассовые детали). Вместе с ним сборщику оконных конструкций поставляется руководство по монтажу фурнитуры. При её установке учитываются вес, размеры открывающихся/закрывающихся элементов изделий, принимаются во внимание указываемые поставщиком допустимые нагрузки. Отверстия под поворотные нижние и верхние петли просверливают с помощью дрели (размером сверла около 0,7 диаметра шурупа). Расстояние между ними и точками запирания должно быть менее 700-800 мм.

Крепление петель производят саморезами из нержавеющей стали через две стенки ПВХ-профиля (толщиной не менее 4,5 мм). Другой вариант – через одну поверхность и армирующий усилитель. Причем если масса створок более 60 кг, для повышения прочности крепления используются усилительные элементы. В частности, фурнитура Kale способна выдержать створку весом до 130 кг.

Специалисты рекомендуют использовать изделия, имеющие регулирующие петли, механизмы поворотно-откидного открывания/закрывания, снабженные устройствами как щелевого проветривания, так и с настройкой угла открывания. Желательно, чтобы фурнитура обладала предохранителями и фиксаторами от случайного раскрывания. Надежная фурнитура обеспечивает более 20 000 циклов открывания /закрывания.

Сборка

Изготовлением самих оконных конструкций занимаются компании-переработчики. Наиболее распространенный вариант - это покупка всех необходимых комплектующих. Однако есть и такие компании, которые прежде чем собирать готовые окна, занимаются изготовлением стеклопакета.

Что касается непосредственно производства оконной конструкции, вначале устанавливаются необходимые параметры профильных изделий в соответствии с будущими размерами окна (с запасом на сварку (5-6 мм)) и осуществляется резка профиля. Она выполняется, как правило, с использованием двухголовых пил. В процессе резки следует контролировать углы наклона и поворота режущих дисков (для рамного и створочного профилей - 45º, для импоста (средней части рамы) - 90º), чистоту поверхностей и длину заготовок. Помимо ПВХ-материала, с помощью пил для резки металла нарезаются армирующие стержни, необходимые для усиления жесткости профильной системы.

Следующий этап – фрезеровка в заготовках ПВХ ряда различных отверстий (с применением специального станка или дрели). Они необходимы для отвода воды, организации вентиляции и компенсации давления ветра. Так, например, в нижнем профиле рамы окна должно быть сделано как минимум два дренажных отверстия, в верхней части, в зависимости от её длины, - два (до одного метра) или три (более одного метра). Максимальное расстояние между прорезями – 600 мм, их диаметр – не менее 6 мм.

Далее профили армируют, то есть усиливают их стальными оцинкованными стержнями. Усилительные вкладыши устанавливаются либо с использованием станка, либо вручную (с использованием шуруповерта и саморезов (не менее двух на один армирующий стержень с шагом не более 400 мм)). Они должны быть расположены щелью к внешней стороне и плотно прилегать к стенкам камер профиля.

Затем следует этап соединения профилей створок и рамы с помощью сварки. Она выполняется на одно-, двух- или четырехголовочном сварочном станке. Контролируются температура, давление, чистота поверхностей, время цикла, а также размеры рам и створок. Заготовки профилей провариваются по всему контуру. Швы не должны иметь никаких дефектов. По окончании процесса испытывается прочность угловых сварочных соединений.

Полученные конструкции охлаждают (в течение 5-10 минут) и переходят к зачистке внешних и внутренних сварных швов. Для удаления сварочного наплава применяется автоматическое (зачистной станок) или ручное оборудование (пневмобур, стамески). Следующей технологической фазой является фрезеровка импоста для более точного прилегания к профилю рамы и его установка. Последняя осуществляется в соответствии с техдокументацией поставщика профильной системы. Делается разметка и импост крепится к коробке с помощью системных (металлических или пластиковых) соединителей. Однако в профильной системе PROPLEX-Optima наряду с обычными используются металлопластиковые соединители. Результаты тестов, проведенных в Испытательном центре «Цниитмаш-Аналитика-Прочность», показали, что эти соединители по прочности превосходят аналоги, изготавливаемые из цинка. Смыкание должно быть плотным, не иметь зазоров и пустот.

Далее по периметру створок и рамы устанавливаются уплотнители. Укладка производится вручную, причем не отрезками, а целым куском резины (с отклонением на сжатие по длине в один процент). Стыковка должна быть плотной и препятствовать проникновению воды. В торцах уплотнитель закрепляется специальным водостойким клеем. По словам специалистов ПРОПЛЕКС, наиболее эффективно двухконтурное уплотнение, которое выполняется в раме и створке. Материал уплотнителя должен быть устойчив к климатическим воздействиям. Хорошо зарекомендовали себя искусственный каучук (EPDM) и силикон.

Затем проверяется симметричность створок (отсутствие кривизны), равномерность прилегания уплотняющих прокладок в притворах, расстояние между лицевой плоскостью профиля рамы и створки (порядка 16,5 мм). Все механизмы и устройства должны приводиться в движение без каких-либо усилий – легко и плавно.

Теперь можно перейти к конечному этапу изготовления оконных систем, а именно к их остеклению. При установке стеклопакета необходимо правильно распределить его вес в раме или створке, не допустить непосредственного контакта рамы со стеклопакетом, а также обеспечить легкий ход створки. Монтаж происходит с использованием базовых (для выравнивания скосов фальца), дистанционных (для создания необходимого зазора между фальцем створки и кромкой стеклопакета) и опорных (для оптимального переноса массы стеклопакета на всю конструкцию) подкладок. Их размеры зависят от изделия и особенностей системы уплотнения. Как правило, ширина подкладок должна превышать толщину стеклопакета на 2 мм, длина – около 100 мм. Они изготавливаются из атмосферостойких полимерных материалов.

После того как прокладки установлены, вставляются стеклопакеты. Их закрепляют штапиками, нарезка которых производится на специализированном оборудовании. Они нарезаются с помощью специальной пилы под углом 45 градусов. Штапики вбиваются пластмассовым или резиновым молотком несильными ударами (сначала короткие, потом более длинные). После чего, на специальном стенде регулируются вертикально поставленные створки.

Готовые изделия надежно упаковываются для предохранения их от механических повреждений и атмосферных воздействий во время погрузочно-разгрузочных работ и транспортировки. Перед упаковкой створки следует закрыть на все запирающие механизмы. Ставить друг на друга готовые оконные блоки не рекомендуется. Между ними необходимо делать вставки из эластичных материалов и хранить в вертикальном положении на деревянных поддонах или специальных контейнерах.

Итак, производство современных оконных конструкций из ПВХ носит высокотехнологичный характер. Как видно, существует два основных фактора, которые следует учитывать компаниям-переработчикам. В первую очередь это качество оконных комплектующих, изготовление которых требует значительных капиталожений и эффективной организации производства. Кроме того, необходимо правильно наладить сам процесс сборки, максимально автоматизируя все звенья технологической цепочки – от резки профиля до установки стеклопакетов.

Возврат к списку