U potrazi za rešenjima koja će unaprediti termoizolaciona svojstva PVC prozora, istraživači iz Skoltech-a su se posvetili proučavanju alternativnih materijala koji bi mogli da zamene metalne konstrukcije koja se trenutno koriste za stabilnost ovakvih prozorskih okvira. Metal, iako pruža neophodnu čvrstoću, ima visoku toplotnu provodljivost, što umanjuje ukupnu energetsku efikasnost prozora.
Zavarena termoplastična polimerna cev ojačana vlaknima (levo) koju su napravili istraživači da pokažu mogućnost upotrebe materijala u PVC prozorskim okvirima (desno) (Foto: Kirill Minchenkov et al./Materials & Design)
U radu objavljenom u časopisu Materials & Design tim je istraživao proizvodnju termoplastičnih kompozitnih profila, odnosno pravougaonih cevi napravljenih od plastike ojačane staklenim vlaknima, koristeći tehniku pultruzije. Ova tehnika uključuje vuču traka od staklenih vlakana impregniranih polipropilenom kroz mašinu koja ih zagreva i spaja u uskom prostoru, stvarajući dugi deo u obliku daske, grede ili nosača.
Istraživanje je donelo nova otkrića vezana za proizvodni proces, omogućavajući proizvođačima da izbegnu prekomernu potrošnju energije i defekte na gotovim proizvodima. Za razliku od termoreaktivnih polimera, termoplastični polimeri kao što je polipropilen koji se koristi u ovom istraživanju, mogu se ponovo topiti i konsolidovati, što ima niz prednosti. Ovi materijali se mogu zavarivati, reciklirati, a njihova proizvodnja ne oslobađa štetne isparljive organske materije u okolinu.
Oglas
Eksperimenti su obuhvatali pultruziju kompozitnih profila od staklenih vlakana ojačanih polipropilenom, pri čemu su istraživači koristili termopar za merenje temperature u različitim tačkama preseka profila tokom procesa zagrevanja i hlađenja. Podaci o temperaturi su prikupljeni za različite brzine vuče traka kroz mašinu, od 3,3 milimetra u sekundi do četiri puta veće brzine.
Ravni profili proizvedeni u studiji pultruzijom pri brzinama povlačenja od 3,3mm u sekundi (a) do dva (b), tri (c) i četiri (d) puta brže (Foto: Kirill Minchenkov et al./Materials & Design)
Na osnovu ovih podataka, tim je kreirao geometrijski model zagrejanih i hladnih kalupa i izračunao raspodelu temperature za poprečni presek. Profili proizvedeni različitim brzinama vuče su zatim analizirani pomoću optičkog mikroskopa i podvrgnuti testovima mehaničke čvrstoće. Samo najsporija brzina vuče se pokazala pogodnom za proizvodnju profila visokog kvaliteta.
Nakon niza sprovedenih eksperimenata, modeliranja i mehaničkih testova na ravnim profilima,proizvedena je kvadratna šuplja cev radi potvrđivanja primenljivosti u PVC prozorskim okvirima. U budućnosti, istraživački tim planira da istraži i druge materijale, uključujući karbonska i bazaltna vlakna, kao i poliamidne i polifenilensulfidne matrice, što bi moglo dodatno poboljšati performanse pultrudiranih profila u građevinskim aplikacijama, uključujući PVC prozore.
