НОВАЯ ДЕТАЛЬ СДЕЛАЕТ ОКНА ПВХ ТЕПЛЕЕ...
ТЕХНОЛОГИИ
Оказывается, что «дефектная зона» в центре профиля не просто не прогрелась до температуры плавления полипропилена, а даже не достигла более низкой отметки, называемой температурой размягчения по Вика. В тех же областях, которые перешли этот температурный порог, консолидация материала произошла даже ниже температуры плавления. «В итоге мы делаем вывод, что при условии заведомо высокого качества сырья производитель может экономить электроэнергию, прогревая профиль до температуры разматериаловедов «Сколтеха» к экспериментам с пултрузией композитных профилей из армированного стекловолокном полипропилена. «В фильере ленты нагреваются снизу и сверху, но было неизвестно, как именно температура распределяется по сечению профиля (в разрезе). А это важно, потому что если какаято часть профиля нагреется недостаточно, то изделие будет бракованным. В то же время интересно, как нагреть профиль достаточно, но не слишком сильно, потому что, если всегда перестраховываться в плане температуры, производитель будет нести избыточные расходы на электроэнергию»,
– пояснил первый автор исследования, аспирант Центра технологий материалов «Сколтеха» Кирилл Минченков. Для измерения температуры вблизи центра поперечного сечения профиля и определения того, как она меняется в ходе нагрева и охлаждения в пултрузионной машине, использовались термопары (представляют собой два провода из различных сплавов, соединенных на одном конце; электропроводность такого «комбинированного» проводника предсказуемым образом меняется в зависимости от температуры в точке контакта двух сплавов). Исследователи протягивали термопары через фильеру вместе с лентами из стекловолокна и полипропилена и таким образом получили возможность отслеживать температуру вблизи центра профиля. Такое измерение провели для скоростей протяжки лент от 3,3 мм/с до в четыре раза более высокой. Зная теплопроводность материала и измеренную в эксперименте динамику температуры вблизи центра профиля, ученые рассчитали распределение температуры по всему сечению (изображение выше), построив геометрическую модель фильеры. Далее были проведены исследования материала изготовленных профилей на оптическом микроскопе и испытаны их механические характеристики. И микроскопия, и проверка на прочность показали, что лишь изделия, изготовленные при самой низкой из четырех скоростей протяжки, имеют надлежащее качество. Оптическая микроскопия среднего из трех профилей, показанных выше на рис. 2, приведена на рис. 3. Видно, что материал профиля имеет структурные дефекты, которые значительно менее выражены (дополнительные снимки
– в научной статье: Кирилл Минченков и другие / Materials & Design) при более низкой скорости протяжки и, наоборот, усугубляются на более высоких скоростях. Интересно, что при ближайшем рассмотрении снимков профиля из сценария (b) выясняется, что дефекты либо попадают в центральную зону, которая обведена на карте температур белым контуром, либо обраРис. 4. Сваренный углом профиль (квадратная труба) из армированного стекловолокном термопластичного полимера (слева), изготовленная исследователями «Сколтеха» для демонстрации возможности применения такого рода деталей в качестве замены стальных армирующих элементов для окон из ПВХпрофилей (справа). Источник: Кирилл Минченков и другие / Materials & Design Рис. 3. Оптическая микроскопия среднего из трех профилей, показанных на рис. 2. Источник: Кирилл Минченков и другие / Materials & Design ССК «ОКНА И ДВЕРИ» №4 (226) 2023 ТЕХНОЛОГИИ 17 мягчения по Вика, а не сильнее,
– отмечает Минченков.
– Однако если используемые для пултрузии преконсолидированные ленты содержат дефекты в виде пор, то для их устранения все же необходим прогрев до температуры плавления полимера». Выполнив описанные эксперименты, моделирование и испытание механических свойств на плоских профилях, коллектив исследователей изготовил из того же материала квадратную трубу и продемонстрировал тем самым применимость подобных деталей для армирования оконных ПВХпрофилей. Говоря о новых шагах в рамках проекта и перспективах на будущее, соавтор исследования, старший инженер Центра технологий материалов «Сколтеха» Сергей Гусев отметил: «В этой работе мы рассматривали композиты, в которых полимерным связующим был полипропилен, а армирующим компонентом
– стекловолокно, но мы расширяем круг материалов. Сейчас мы уже проводим эксперименты с базальтовым и углеродным волокном, а также другими термопластичными полимерами
– полиамидом и полифениленсульфидом. Одно из сочетаний этих материалов может оказаться еще более подходящим для использования в строительстве
– в окнах ПВХ и не только». https://nakedscience.ru/article/ column/novayadetalsdelaetokna
– пояснил первый автор исследования, аспирант Центра технологий материалов «Сколтеха» Кирилл Минченков. Для измерения температуры вблизи центра поперечного сечения профиля и определения того, как она меняется в ходе нагрева и охлаждения в пултрузионной машине, использовались термопары (представляют собой два провода из различных сплавов, соединенных на одном конце; электропроводность такого «комбинированного» проводника предсказуемым образом меняется в зависимости от температуры в точке контакта двух сплавов). Исследователи протягивали термопары через фильеру вместе с лентами из стекловолокна и полипропилена и таким образом получили возможность отслеживать температуру вблизи центра профиля. Такое измерение провели для скоростей протяжки лент от 3,3 мм/с до в четыре раза более высокой. Зная теплопроводность материала и измеренную в эксперименте динамику температуры вблизи центра профиля, ученые рассчитали распределение температуры по всему сечению (изображение выше), построив геометрическую модель фильеры. Далее были проведены исследования материала изготовленных профилей на оптическом микроскопе и испытаны их механические характеристики. И микроскопия, и проверка на прочность показали, что лишь изделия, изготовленные при самой низкой из четырех скоростей протяжки, имеют надлежащее качество. Оптическая микроскопия среднего из трех профилей, показанных выше на рис. 2, приведена на рис. 3. Видно, что материал профиля имеет структурные дефекты, которые значительно менее выражены (дополнительные снимки
– в научной статье: Кирилл Минченков и другие / Materials & Design) при более низкой скорости протяжки и, наоборот, усугубляются на более высоких скоростях. Интересно, что при ближайшем рассмотрении снимков профиля из сценария (b) выясняется, что дефекты либо попадают в центральную зону, которая обведена на карте температур белым контуром, либо обраРис. 4. Сваренный углом профиль (квадратная труба) из армированного стекловолокном термопластичного полимера (слева), изготовленная исследователями «Сколтеха» для демонстрации возможности применения такого рода деталей в качестве замены стальных армирующих элементов для окон из ПВХпрофилей (справа). Источник: Кирилл Минченков и другие / Materials & Design Рис. 3. Оптическая микроскопия среднего из трех профилей, показанных на рис. 2. Источник: Кирилл Минченков и другие / Materials & Design ССК «ОКНА И ДВЕРИ» №4 (226) 2023 ТЕХНОЛОГИИ 17 мягчения по Вика, а не сильнее,
– отмечает Минченков.
– Однако если используемые для пултрузии преконсолидированные ленты содержат дефекты в виде пор, то для их устранения все же необходим прогрев до температуры плавления полимера». Выполнив описанные эксперименты, моделирование и испытание механических свойств на плоских профилях, коллектив исследователей изготовил из того же материала квадратную трубу и продемонстрировал тем самым применимость подобных деталей для армирования оконных ПВХпрофилей. Говоря о новых шагах в рамках проекта и перспективах на будущее, соавтор исследования, старший инженер Центра технологий материалов «Сколтеха» Сергей Гусев отметил: «В этой работе мы рассматривали композиты, в которых полимерным связующим был полипропилен, а армирующим компонентом
– стекловолокно, но мы расширяем круг материалов. Сейчас мы уже проводим эксперименты с базальтовым и углеродным волокном, а также другими термопластичными полимерами
– полиамидом и полифениленсульфидом. Одно из сочетаний этих материалов может оказаться еще более подходящим для использования в строительстве
– в окнах ПВХ и не только». https://nakedscience.ru/article/ column/novayadetalsdelaetokna
ПВХпрофили, из которых сделаны пластиковые окна, обычно армируются стальным сердечником. Если заменить металл на материал, который хуже проводит тепло, то термоизоляционные свойства окон улучшатся, и в помещении станет теплее, а расход энергии на отопление снизится. Технологию изготовления альтернативных армирующих элементов для окон из ПВХпрофилей испытали и усовершенствовали в «Сколтехе».
online просмотр