АРМИРОВАННАЯ СТЕКЛОВОЛОКНАМИ ДИСТАНЦИОННАЯ РАМКА ДЛЯ СТЕКЛОПАКЕТА
REMOTE BY GLASS FIBER DISTANCE-TYPE FRAME FOR SEALED DOUBLE-GLAZED UNIT

Изобретение относится к армированной стекловолокнами дистанционной рамке для стеклопакета, к способу ее получения и к ее применению.
В области окон и фасадов зданий в настоящее время почти исключительно применяются стеклопакеты. Стеклопакеты в большинстве случаев состоят из двух стеклянных листов, удерживаемых на определенном расстоянии друг от друга с помощью дистанционной рамки (разделителя). Дистанционная рамка расположена по периметру в краевой зоне стеклопакета. Таким образом, между листами образуется промежуточное пространство, которое, как правило, заполнено инертным газом. Благодаря стеклопакету можно существенно уменьшить, по сравнению с обычным остеклением, поток тепла между внутренним пространством, ограниченным стеклопакетом, и наружной средой.
Дистанционная рамка оказывает заметное влияние на тепловые свойства оконного стекла. Традиционно дистанционные рамки делают из легкого металла, обычно из алюминия. Такие рамки легко обрабатывать. Дистанционную рамку обычно производят в виде прямого бесконечного профиля, который нарезают на необходимые размеры и затем сгибанием придают прямоугольную форму, требуемую для применения в стеклопакете. Однако из-за высокой теплопроводности алюминия теплоизоляционная способность стеклопакета значительно снижается в области кромок (эффект холодной кромки).
Для улучшения тепловых свойств предлагались варианты дистанционных рамок с так называемой "теплой кромкой". Такие дистанционные рамки сделаны, в частности, из пластмассы и, следовательно, имеют значительно более низкую теплопроводность. Пластмассовые дистанционные рамки известны, например, из документов DE 2752542 C2 или DE 19625845 A1.
В WO 2013/104507 A1 описывается дистанционная рамка с полимерной основой и изоляционной пленкой. При этом изоляционная пленка содержит полимерную пленку и по меньшей мере два металлических или керамических слоя, чередующихся с по меньшей мере одним полимерным слоем, причем наружные слои предпочтительно являются полимерными. Металлические слои имеют толщину меньше 1 мкм и должны быть защищены полимерными слоями. В противном случае металлические слои будут легко повреждаться во время автоматизированной обработки дистанционной рамки при сборке стеклопакетов.
В документе EP 0 852280 A1 раскрывается дистанционная рамка для многослойного стеклопакета. Дистанционная рамка содержит металлическую фольгу толщиной менее 0,1 мм на клейкой поверхности, а пластмасса основы содержит стекловолокна. При дальнейшей обработке для получения стеклопакета наружная металлическая фольга испытывает высокие механические напряжения. В частности, когда дистанционные рамки обрабатывают на автоматизированных производственных линиях, легко может произойти повреждение металлической фольги и, тем самым, снижение защитного эффекта.
Существует потребность в дистанционных рамках для стеклопакетов, которые обеспечивали бы минимальную теплопроводность и, тем не менее, были легкими в обработке. В частности, требуются дистанционные рамки с еще больше улучшенными тепловыми свойствами при сохранении механических свойств, которые можно было бы получать при пониженных затратах.
Целью настоящего изобретения является разработка такой дистанционной рамки для производства теплоизоляционных остеклений. Следующей целью настоящего изобретения является разработать способ получения такой дистанционной рамки для производства теплоизоляционных остеклений. Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечить применение такой дистанционной рамки для производства теплоизоляционных остеклений.
Цель настоящего изобретения достигнута посредством дистанционной рамки для производства стеклопакета согласно пунктам 1, 13 и 17 формулы изобретения.
Цель настоящего изобретения достигнута благодаря дистанционной рамке для производства стеклопакета, которая содержит полимерную основу, имеющую по меньшей мере две параллельные боковые стенки, соединенные друг с другом через внутреннюю стенку и наружную стенку, причем боковые стенки, внутренняя стенка и наружная стенка окружают полую камеру, причем основа имеет содержание стекловолокон от 0 вес.% до 40 вес.% и имеет уменьшение веса на 10-20 вес.% благодаря замкнутым пустотам, заполненным газом.
Поставленная задача решена посредством предлагаемой изобретением дистанционной рамки для стеклопакета, которую получают путем вспенивания пластмассы в процессе экструзии. Дистанционная рамка согласно изобретению имеет улучшенные тепловые свойства при сохранении механических свойств и имеет сниженную себестоимость.
У дистанционной рамки по изобретению, благодаря вспениванию во время экструзии, стенки полого профиля реализованы не как сплошной материал, но, напротив, пронизаны газовыми пузырьками, т.е., имеют пустоты. Таким образом, в зависимости от ситуации, можно сэкономить от 10 вес.% до 20 вес.%, предпочтительно от 11 вес.% до 14 вес.% материала.
Дистанционная рамка согласно изобретению имеет существенно более высокую допустимую нагрузку и сопротивление излому. Дистанционная рамка согласно изобретению имеет существенно более высокую эластичность.
С дистанционной рамкой согласно изобретению тепловые свойства армированной стекловолокнами пластмассы улучшаются за счет небольшого вспенивания во время экструзии, без ухудшения ее механических свойств. Улучшение тепловых свойств может составлять, согласно измерениям, до 45%. Тепловые свойства значительно улучшаются благодаря газам, захваченным в пустоты. Покоящиеся газы, захваченные в пустоты, действуют как очень хороший изолятор.
Одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения является дистанционная рамка, в которой замкнутые, заполненные газом пустоты получены в результате добавления по меньшей мере одного пенообразователя. Предпочтительно, вспенивание является химическим вспениванием. Пенообразователь, в большинстве случаев в форме так называемой гранулированной маточной смеси, добавляют в гранулированную пластмассу. При приложении тепла из пенообразователя выделяется летучий компонент, обычно диоксид углерода, что приводит к вспениванию расплавленного материала.
Одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения является дистанционная рамка, в которой количество добавленного пенообразователя составляет от 0,5 вес.% до 1,5 вес.%. Пенообразователь в виде гранулята добавляют в полимер перед расплавлением в экструдере.
Одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения является дистанционная рамка, у которой количество добавленного пенообразователя составляет от 0,7 вес.% до 1,0 вес.%. В этом диапазоне пенообразователь обеспечивает особенно хорошие результаты.
Одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения является дистанционная рамка, у которой основа содержит от 1,0 вес.% до 4,0 вес.%, предпочтительно от 1,3 вес.% до 2,0 вес.% маточной смеси красителя. В этом диапазоне достигается особенно хороший эффект окрашивания. В контексте изобретения "маточная смесь красителя" означает добавку пластмассы в форме гранулята, содержащую красящее вещество.
Одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения является дистанционная рамка, у которой основа (I) является стойкой к излому при приложении усилия до 1800-2500 Н. Высокое сопротивление излому очень выгодно для дистанционной рамки.
Одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения является дистанционная рамка, у которой основа (I) содержит по меньшей мере полиэтилен (PE), поликарбонаты (PC), полистирол, полибутадиен, полинитрилы, сложные полиэфиры, полиуретаны, полиметилметакрилаты, полиакрилаты, полиамиды, полиэтилентерефталат (PET), полибутилентерефталат (PBT), предпочтительно полипропилен (PP), акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS), акрилонитрил-стирол-акриловый эфир (ASA), акрилонитрил-бутадиен-стирол/поликарбонат (ABS/PC), стирол-акрилонитрил (SAN), полиэтилентерефталат/поликарбонат (PET/PC), полибутилентерефталат/поликарбонат (PBT/PC) или их сополимеры, производные или смеси.
Особенно предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения является дистанционная рамка, у которой основа (I) содержит по меньшей мере стирол-акрилонитрил (SAN) или полипропилен (PP), или их сополимеры, или производные, или смеси. С этими полимерами достигаются очень хорошие результаты, в частности, в сочетании со вспениванием, с точки зрения тепловых свойств, а также сопротивления излому и эластичности.
Одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения является дистанционная рамка, причем дистанционная рамка имеет, по меньшей мере на наружной стенке, изоляционную пленку, которая содержит полимерную несущую пленку и по меньшей мере один металлический или керамический слой; толщина полимерной несущей пленки в изоляционной пленке составляет от 10 мкм до 100 мкм, а толщина металлического или керамического слоя в изоляционной пленке составляет от 10 нм до 1500 нм, причем изоляционная пленка содержит по меньшей мере еще один полимерный слой толщиной от 5 мкм до 100 мкм, а металлический или керамический слой изоляционной пленки содержит по меньшей мере железо, алюминий, серебро, медь, золото, хром, оксид кремния, нитрид кремния или их сплавы, или смеси, или оксиды, и причем полимерная несущая пленка изоляционной пленки содержит по меньшей мере полиэтилентерефталат, этиленвиниловый спирт, поливинилиденхлорид, полиамиды, полиэтилен, полипропилен, силиконы, акрилонитрилы, полиметилакрилаты или их сополимеры или смеси.
Одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения является дистанционная рамка, у которой в каждую боковую стенку вставлена усиливающая полоса, содержащая по меньшей мере один металл или металлический сплав, предпочтительно сталь, и имеющая толщину от 0,05 мм до 1 мм и ширину от 1 мм до 5 мм. Благодаря вставке усиливающей полосы дистанционная рамка приобретает неожиданно высокую стабильность.
Усиливающие полосы придают дистанционной рамке необходимую сгибаемость, чтобы ее можно было обрабатывать и на обычных промышленных установках. Дистанционную рамку можно согнуть в ее конечную форму без необходимости предварительного нагревания. Благодаря усиливающим полосам форма остается стабильной длительное время. Кроме того, усиливающая полоса повышает стабильность дистанционной рамки. Однако усиливающие полосы не действуют как тепловые мостики, так что такие свойства дистанционной рамки, как теплопроводность, существенно не ухудшаются. Это объясняется, в частности, двумя причинами: (a) усиливающие полосы вделаны в полимерную основу, таким образом, они не контактируют с окружением; (b) усиливающие полосы размещены в боковых стенках, а не, например, в наружной стенке или внутренней стенке, через которые происходит теплообмен между зазором между стеклянными листами и наружной средой. Одновременно достижение сгибаемости и оптимальных тепловых свойств, а также повышенных сопротивления излому и эластичности являются важнейшими преимуществами этого предпочтительного варианта осуществления.
Далее, цель настоящего изобретения достигается посредством способа получения дистанционной рамки для стеклопакета, согласно которому
a) готовят смесь из по меньшей мере одного полимера, маточной смеси красителя и пенообразователя,
b) смесь расплавляют в экструдере при температуре от 170°C до 230°C,
c) пенообразователь разлагают, и газ вспенивает расплавленный материал,
d) расплавленный материал продавливают через формовочный инструмент и получают основу,
e) основу стабилизируют и
f) основу охлаждают.
Одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения является способ, с соответствии с которым готовят гранулированную смесь, содержащую по меньшей мере 95,0-99,0 вес.% полимера с 30,0-40,0 вес.% стекловолокон, 1,0-4,0 вес.% маточной смеси красителя и 0,5-1,5 вес.% пенообразователя. Такие соотношения между компонентами в смеси особенно выгодны для получения вспененной дистанционной рамки.
Одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения является способ, согласно которому смесь расплавляют в экструдере при температуре от 215°C до 220°C. При таких температурах плавления получают очень хорошие результаты со вспененной дистанционной рамкой.
Кроме того, изобретение относится к применению дистанционной рамки по изобретению в многослойных остеклениях, предпочтительно в стеклопакетах. Стеклопакеты предпочтительно применяются для остекления окон или фасадов зданий.
Далее изобретение подробно поясняется на чертежах и примерных вариантах осуществления. Чертежи являются схематическими и выполнены без соблюдения масштаба. Чертежи никоим образом не ограничивают изобретение.
Показано:
фиг. 1
перспективный вид в сечении одного варианта осуществления дистанционной рамки согласно изобретению,
фиг. 2
вид в сечении одного варианта осуществления стеклопакета согласно изобретению с дистанционной рамкой согласно изобретению,
фиг. 3
блок-схема одного варианта осуществления способа по изобретению,
фиг. 4
микроснимок сечения вспененного полого профиля.
Фиг. 1 показывает вид в сечении предлагаемой изобретением дистанционной рамки для стеклопакета. Дистанционная рамка содержит полимерную основу I, выполненную, например, из полипропилена (PP) или стирол-акрилонитрила (SAN). Полимер имеет содержание стекловолокон от 0 вес.% до 40 вес.%.
Основа I имеет две параллельные боковые стенки 1, 2, которые предназначены находиться в контакте со стеклянными листами теплоизоляционного остекления. Между концами боковых стенок 1, 2 пролегает внутренняя стенка 3, которая будет обращена к зазору между листами теплоизоляционного остекления. К другим краям боковых стенок 1, 2 примыкает соединительный участок 7,7'. Через соединительные участки 7, 7' боковые стенки 1, 2 соединены с наружной стенкой 4, которая выполнена параллельно внутренней стенке 3. Угол α между соединительными участками 7 (или 7') и боковой стенкой 1 (или 2) составляет приблизительно 45°. В результате угол между наружной стенкой 4 и соединительными участками 7, 7' также приближенно равен 45°. Основа I окружает полую камеру 5.
Толщина материала (толщина) боковых стенок 1, 2, внутренней стенки 3, наружной стенки 4 и соединительных участков 7, 7' примерно одинаковая и составляет, например, 1 мм. Основа имеет, например, высоту 6,5 мм и ширину 15 мм.
В каждую боковую стенку 1,2 предпочтительно вставлена усиливающая полоса 6. Усиливающие полосы 6, 6' выполнены из стали, не являющейся нержавеющей, и имеют толщину (толщина материала), например, 0,3 мм и ширину, например, 3 мм. Длина усиливающих полос 6, 6' соответствует длине основы I.
Усиливающие полосы придают основе I достаточную сгибаемость и стабильность, чтобы ее можно было гнуть без предварительного нагрева и чтобы она могла длительное время сохранять желаемую форму. В отличие от других решений предшествующего уровня техники, в данном случае дистанционная рамка имеет очень низкую теплопроводность, так как металлические усиливающие полосы 6, 6' вставлены только в боковые стенки 1,2, через которые происходит только очень малая доля теплообмена между зазором между стеклянными листами и внешней средой. Усиливающие полосы 6, 6' не действуют как тепловые мостики. Это является значительным преимуществом настоящего изобретения.
На наружной поверхности наружной стенки 4 и соединительных участков 7, 7', а также участков наружной поверхности каждой из боковых стенок 1, 2 предпочтительно находится изоляционная пленка 8. Изоляционная пленка 8 снижает диффузию через дистанционную рамку. Благодаря этому можно уменьшить попадание влаги в зазор между стеклянными листами стеклопакета или потерю инертного газа, заполняющего зазор между листами. Кроме того, изоляционная пленка 8 улучшает тепловые свойства дистанционной рамки, т.е. снижает теплопроводность.
Изоляционная пленка 8 содержит следующую последовательность слоев: полимерная несущая пленка (из LLDPE (линейный полиэтилен низкой плотности), толщина 24 мкм) /металлический слой (из алюминия, толщина 50 нм) /полимерный слой (PET, 12 мкм) /металлический слой (Al, 50 нм) /полимерный слой (PET, 12 мкм). Таким образом, многослойная система на несущей пленке содержит два полимерных слоя и два металлических слоя, причем полимерные слои и металлические слои чередуются. Слоистая система может также включать в себя дополнительные металлические и/или полимерные слои, причем эти металлические и полимерные слои предпочтительно также чередуются, так что всегда между двумя соседними металлическими слоями находится полимерный слой, и полимерный слой находится также выше верхнего металлического слоя.
Благодаря сочетанию полимерной основы I, усиливающих полос 6,6' и изоляционной пленки 8 дистанционная рамка согласно изобретению имеет выгодные свойства с точки зрения жесткости, герметичности и теплопроводности. Поэтому она особенно хорошо подходит для применения в стеклопакетах, в частности, для окон или фасадов зданий.
Фиг. 2 показывает сечение теплоизоляционного остекления согласно изобретению в области дистанционной рамки. Стеклопакет состоит из двух листов 10, 11 известково-натриевого стекла толщиной, например, 3 мм, которые соединены друг с другом через дистанционную рамку согласно изобретению, расположенную в краевой зоне. Дистанционная рамка является рамкой с фиг. 1 с усиливающими полосами 6,6' и изоляционной пленкой 8.
Боковые стенки 1, 2 дистанционной рамки соединены со стеклянными листами 10, 11 посредством уплотнительного слоя 13. Уплотнительный слой 13 выполнен, например, из бутила. В краевой области изоляционного стеклопакета между стеклянными листами 10, 11 и дистанционной рамкой по периметру размещен наружный герметик 9. Герметик 9 представляет собой, например, силоксановый каучук.
Полая камера 5 основы I предпочтительно заполнена сиккативом 12. Сиккатив 12 представляет собой, например, молекулярное сито. Сиккатив 12 поглощает остаточную влагу, имеющуюся между стеклянными листами и дистанционной рамкой и, таким образом, предотвращает запотевание листов 10, 11 в зазоре между ними. Действие сиккатива 12 усиливается благодаря отверстиям (не показаны) во внутренней стенке 3 основы I.
Фиг. 3 показывает блок-схему одного примерного варианта осуществления предлагаемого изобретением способа получения дистанционной рамки для теплоизоляционного остекления.
Фиг. 4 показывает микроснимок сечения вспененного полого профиля. Можно видеть полимер стирол-акрилонитрил (SAN). Четко видно окрашенные в темный цвет пустоты. Стенки между отдельными ячейками, пустотами, полностью замкнуты. Пустоты получены путем химического вспенивания. При этом в гранулированную пластмассу добавляли пенообразователь, обычно в форме так называемой гранулированной маточной смеси. При подводе тепла летучий компонент пенообразователя выделяется, что приводит к вспениванию расплавленного материала.
Сравнительный пример
Способ получения невспененной дистанционной рамки
Смесь, состоящую из:
98,5 вес.% стирол-акрилонитрила (SAN) с 35 вес.% стекловолокон (A. Schulmann) и
1,5 вес.% маточной смеси черного красителя Sicoversal (BASF)
добавляли в виде гранулята в экструдер и расплавляли в экструдере при температуре 218°C. Применяя нанос для расплава, расплав продавливали через формовочный инструмент, получая полый профиль (дистанционная рамка). Еще мягкий полый профиль с температурой примерно 170°C стабилизировали в вакуумном калибраторе. Этим обеспечивается геометрия полого профиля. После этого полый профиль проводили через охлаждающую ванну и, наконец, доводили до комнатной температуры.
Полый профиль имел толщину стенок 1,0 мм±0,1 мм.
Полная ширина полого профиля составляла 15,5 мм±0,1 мм.
Полная высота полого профиля составляла 6,5 мм - 0,05 мм+0,25 мм.
Вес полого профиля составляла 52 г/м.
Механическая прочность полого профиля была выше 600 Н/см.
Пример
Способ получения вспененной дистанционной рамки
Смесь, состоящую из
97,7 вес.% стирол-акрилонитрила (SAN) с 35 вес.% стекловолокон (A. Schulmann),
1,5 вес.% маточной смеси черного красителя Sicoversal (BASF) и
0,8 вес.% пенообразователя Polybatch 8850 E (A. Schulmann),
2
добавляли в виде гранулята в экструдер и расплавляли в экструдере при температуре 218°C. При этом происходило разложение пенообразователя с выделением CO. Применяя нанос для расплава, расплав продавливали через формовочный инструмент, получая полый профиль (дистанционная рамка). Еще мягкий полый профиль с температурой примерно 170°C стабилизировали в вакуумном калибраторе. Этим обеспечивается геометрия полого профиля. После этого полый профиль проводили через охлаждающую ванну и, наконец, доводили до комнатной температуры.
Полый профиль имел толщину стенок 1,0 мм±0,1 мм.
Полная ширина полого профиля составляла 15,5 мм±0,1 мм.
Полная высота полого профиля составляла 6,5 мм - 0,05 мм+0,25 мм.
Вес полого профиля составлял 45 г/м.
Механическая прочность полого профиля была выше 600 Н/см.
Характеристики невспененного полого профиля по сравнительному примеру 1 и вспененного полого профиля согласно изобретению по примеру 1 сравниваются в таблице 1.
Таблица 1
Сравнительный пример 1
Пример 1
Толщина стенок полого профиля
1,0 мм ± 0,1 мм
1,0 мм ± 0,1 мм
Ширина полого профиля
15,5 мм ± 0,1 мм
15,5 мм ± 0,1 мм
Высота полого профиля
6,5мм-0,05мм+0,25
6,5мм-0,05мм+0,25
Механическая прочность
> 600 Н/см
> 600 Н/см
Вес полого профиля
52 г/м
45 г/м
С полым профилем согласно изобретению была достигнута экономия материала 7 граммов на метр при той же механической прочности. Это означает экономию материала в 13,46% в расчете на 52 грамма на метр.
max
max
Дальнейшее сравнение между невспененным полым профилем по сравнительному примеру 1 и вспененным полым профилем согласно изобретению по примеру 1 приводится в таблице 2. Для этого проводили измерения на 12 образцах каждого из невспененного и вспененного полого профиля. Измеряли зависимость нагрузки от удлинения. Для этого к образцам прикладывали максимальное усилие F(Н) до разрушения образцов. Разность длин, DL(мм) при F(Н), представляет собой путь, который должны пройти два контрольных кулачка при максимальном усилии, прежде чем полое тело разрушится. В таблице X означает среднее значение, S разброс и V стандартное отклонение.
Таблица 2
Серия
Невспененный полый профиль
Вспененный полый профиль
N=12
F<sub>max</sub> (Н)
DL (мм)при F<sub>max</sub>(Н)
F<sub>max</sub> (Н)
DL (мм)при F<sub>max</sub>(Н)
X
1150
0,4
2290
0,7
S
141
0,1
730
0,2
max
Из сравнения измеренного значения F(Н) невспененного полого профиля, равного 1150Н, со значением 2290Н для вспененного полого профиля четко следует, что вспененный полый профиль согласно изобретению имеет значительно более высокие прочность и сопротивление излому.
max
Сравнение значений DL при F(Н), измеренных на невспененном (0,4 мм) и вспененном (0,7 мм) полых профилях, показывает, что вспененный полый профиль имеет существенно более высокую эластичность.
Преимущества вспененного полого профиля согласно изобретению оказались неожиданными и очень удивительными.
Что касается тепловых свойств полого профиля, было установлено улучшение до 45%. Тепловые свойства значительно улучшаются благодаря газу, захваченному в пустотах. Покоящийся газ, захваченный в пустоты, действует как очень хороший изолятор.
Список позиций
(I)
полимерная основа
(1)
боковая стенка
(2)
боковая стенка
(3)
внутренняя стенка
(4)
наружная стенка
(5)
полая камера
(6,6')
усиливающая полоса
(7,7')
соединительный участок
(8)
изоляционная пленка
(9)
наружный герметик
(10)
стеклянный лист
(11)
стеклянный лист
(12)
сиккатив
(13)
уплотнительный слой
α
угол между боковой стенкой 1,2 и соединительным участком 7,7'