Непосредственное остекление: будущее конструкции окна

Преимущества склеивания
Первый вопрос — что такое склейка (bonding, англ.)? Этот процесс, обычно широко используемый в технике, означает, как правило, соединение вместе разных деталей, к тому же из разнородных материалов, в единое жесткое изделие.
В оконной индустрии применяется склеивание адгезивами, которые полимеризуются химическими реакциями и используют для склеивания внутренние когезионные силы, а адгезионные силы — для прилипания к подложкам (склеиваемым материалам). Особое преимущество метода склеивания окон перед рамами, изготовленными традиционным способом, состоит в том, что функциональная нагрузка может быть распределена на относительно большой площади, таким образом, снижается нагрузка, которую обычно несет собственно рама. Вдобавок сила, выдерживаемая рамой, не снижается за счет отверстий, изготовления мест крепления петель и другой фурнитуры. Подбор адгезивов с подходящим модулем упругости также может снизить уровень нагрузок на всю конструкцию.
Эти преимущества особенно важны для скрепления больших площадей стекла, которое особенно чувствительно к механическим повреждениям типа местный скол, местный удар, особенно на кромках, которые могут быть нарушены и задеты при шлифовании или при перевалке стекла для термообработки.
Здесь и заложены огромные преимущества для обработки стекла с помощью адгезивов, поскольку это жидкие или, скорее, пастоподобные вещества, чем они и отличаются от обычных механических креплений или жестких посадочных мест.
Вдобавок возникает возможность использования целого ряда машин и технологий вклеивания для автоматических сборочных оконных линий. К тому же промышленные способы и решения по смешиванию, дозированию, нанесению адгезивов сплошь и полностью разработаны, применимы и автоматизированы. Есть и ручные способы склеивания, т.е. технология допускает возможность отработки нестандартных случаев или выполнения ремонтных работ.

Разновидности склеивания
Адгезивы (клейкие материалы) могут быть нанесены в разных местах конструкции окна. Оптимальные характеристики склеивания получаются при учете следующих моментов.
Во всех четырех типах склеивания вес стеклопакета может нести механическая поддержка дистанционной рамки или же непосредственно слой адгезива. Когда адгезив несет весовую нагрузку, крайне важно, чтобы и кромка стеклопакета была сконструирована таким образом, чтобы вынести вес стеклянной панели.
Преимущества склеивания стекла по схемам 1, 2 или 4 (рис. 2) состоят в том, что силы распределяются в стекле вследствие непосредственной приклейки адгезива к жесткой стеклянной панели. Все используемые адгезивы и уплотнители для стеклопакета должны выбираться с учетом совместимости одного с другим как при прямом, так и при непрямом контакте (через атмосферу внутри или снаружи окна). Следующее преимущество непосредственного приклеивания состоит в легкости обеспечения вентилирования и дренажа профиля.
Схема расположения адгезива 4 особенно годится для снижения ударных нагрузок и сотрясений. При таком размещении изменения температуры сказывается меньше. Это снижает риск появления всяческого рода термальных причин старения или разрушения адгезивов, к тому же в этой схеме компенсируются различные расширения и температурные деформации между стеклом и рамой. Тем не менее, схема склеивания 1 может быть предпочтительной из-за конструкции в четверть, поскольку геометрия существующих профилей и комплектов сборки допускает лишь незначительные вариации исполнения.
Склеивание пакетов со стеклом, выдвинутым на кант (схема 2), — специальный случай, здесь имеется возможность изменить внешний вид окна. Из-за относительно высокой цены на стеклопакеты с кантом эта схема, похоже, так и останется специальной, а не для широкого применения. Однако эта схема подходит для изготовления створного стеклянного переплета.

Share Рис.1. Схема склеивания Адгeзия (от лат. adhaesio — прилипание, приклеивание) — сцепление поверхностей разнородных твердых и/или жидких тел. Адгезия обусловлена межмолекулярным взаимодействием (вандерваальсовым, полярным, иногда — образованием химических связей или взаимной диффузией) в поверхностном слое и характеризуется удельной работой, необходимой для разделения поверхностей. Часто адгезия может оказаться сильнее, чем когeзия, т. е. склеивание, сцепление внутри однородного материала, в таких случаях при приложении разрывающего усилия происходит когезионный разрыв, т. е. разрыв в объеме менее прочного из соприкасающихся материалов.

Требования к адгезивам
Как указывалось выше, адгезив механически закрепляет стеклопакет в раме. Таким образом, чтобы стать пригодным для целей остекления, адгезивы нуждаются в тщательном подборе для обеспечения долговечности и длительной совместимости материалов. Требуемые параметры по жесткости и надежности окна должны быть рассчитаны еще и для правильного вычисления требуемого количества адгезива. Разные коэффициенты теплового расширения стекла, рамы и адгезива также нуждаются в учете для снижения нагрузок, которые могут воздействовать на конструкцию помимо обычных изгибающих сил и крутящих моментов, возникающих в оконной системе. Еще ряд усилий из-за скручивания, ветровой нагрузки и ударов также нуждается в учете. Ударная нагрузка может случиться не только при производстве или транспортировке, но и при установке и дальнейшей эксплуатации окна в здании.
Следует отметить, что при использовании целого ряда адгезивных материалов, например, однокомпонентных мастик, сила адгезии приобретает максимальное значение лишь через определенное время после сборки и монтажа окна.
Адгезивы можно различать и подбирать по целому ряду параметров: модуль упругости, предел прочности на разрыв, удлинение до разрыва, сопротивление изгибу и кручению, также как и параметры для оценки длительной стойкости под разными видами нагрузок. Требуется также особая чистота поверхности перед склейкой. Это значит, что нужно также изучать и подбирать очистители стекла и других склеиваемых кромок, чтобы убедиться в отсутствии проблем с влиянием на силу соединения и его долговечность.
Для склейки четверти также необходимо удостовериться, что механические усилия не перегружают вторичный уплотнитель. При склеивании по такой схеме вторичный уплотнитель не должен быть упруго деформированным, чтобы устранить местные перенапряжения.
Долговечность определяется испытаниями изделий: воздействие переменных температур, влажности, дождя, конденсата и особенно воздействие солнечного и УФ-излучения на склеенные поверхности. Результаты ускоренного старения сравнивают с расчетными и ожидаемыми параметрами. Более жесткие условия работы конструкции требуют более жестких режимов и более тщательных испытаний. Вклеивание стеклопакета в раму означает еще и более высокие нагрузки на слой адгезива.
Опыт показывает, что даже цвет рамы имеет значение, если речь заходит о длительной термостойкости адгезива: в более темных рамах температура в адгезивном слое повышается, что важно для расчета конструкций с кантом (схема 2).

Share
Схема 1	Схема 4

Долговечность адгезивного соединения рамы и стеклопакета зависит от тщательности подбора компонентов и испытаний на длительную совместимость материалов. В этом смысле совместимость означает устранение всяких изменений адгезива или уплотнителя стеклопакета из-за миграции частиц основного материала либо вещества присадок из одного материала в другой. Это же относится и к другим материалам окна: установочным блокам, декоративной фольге, ламинату, резиновым прокладкам, липким лентам, краскам, смазочным материалам для фурнитуры.
При конструировании оконных систем важно обратить внимание еще на несколько моментов, которые давно применяются в светопрозрачных конструкциях с механическим креплением остекления.

Share
Вклеивание в раму	Схема 2

Существенный момент при вклеивании — распределение точечных усилий по стеклу, к которым стекло особенно чувствительно. Размеры слоя адгезива должны зависеть от модуля упругости адгезива, учитывать разницу в температурном изменении размеров обвязки и стекла и любые механические осадки адгезива. Нужно обеспечить минимальное давление на слой адгезива со стороны конструкции. С другой стороны, снижение уровня напряжения ослабляет способность адгезива распределять нагрузку, а самому стеклу — вносить свой вклад в обеспечение общей жесткости окна.
Для всех конструкций окна без механических поддержек стеклопакета нужно проверять, не потекут ли уплотнитель и/или адгезив под долговременной статической нагрузкой.
Для первичного термопластичного уплотнения, которое удерживает влагу снаружи и поддерживает газосодержание внутри стеклопакета, важно устранить применение в конструкции окна материалов, прямо или косвенно ведущих к размягчению первичного уплотнителя вследствие долгосрочной несовместимости. Это касается рамы, дренажа и вентиляции.
Последнее, но не по важности: следует проверить конструкцию на ремонтопригодность и способность замены стеклопакета на месте, «в полевых условиях».

Выводы
Использование технологии вклеивания открывает новые многообещающие перспективы для производителей окон (табл. 1). Целый ряд факторов может привести к снижению себестоимости благодаря снижению материалоемкости, уменьшению веса стальных усилителей и различных прокладок и импостов.
С применением технологии вклеивания повышается энергосбережение (снижение параметра U) и безопасность, стойкость и, наконец, возможность разнообразить внешний вид окон.
Однако все это зависит от свойств системы в целом. Адгезивы должны быть тщательно подобраны на долгосрочную совместимость со всеми применяемыми в окне материалами.
Названные преимущества в сочетании с тщательностью и качеством производства позволяют производителям окон сделать однозначный вывод о выгодности, приемлемости и перспективности данной технологии.