АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПВХ ПРОФИЛЕЙ ДЛЯ ОКОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 62

Оганян Г.

начальник производства ПВХ профилей для оконных конструкций

(г. Ереван, Армения)

АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПВХ ПРОФИЛЕЙ ДЛЯ ОКОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Аннотация: в статье представлен анализ физических и механических свойств поливинилхлоридных (ПВХ) профилей, используемых в оконных конструкциях. ПВХ, будучи долговечным, устойчивым к атмосферным воздействиям и легко обрабатываемым материалом, широко применяется в строительстве и архитектуре. Исследуются основные параметры, влияющие на прочность и долговечность ПВХ профилей, включая жесткость, прочность на изгиб и устойчивость к температурным изменениям. В работе приводится экспериментальный анализ, направленный на определение оптимальных характеристик материала, обеспечивающих долговечность и надежность оконных конструкций.

Научная новизна: Научная новизна исследования заключается в выявлении взаимосвязи между физико-механическими свойствами ПВХ профилей и их эксплуатационными характеристиками при различных климатических условиях. В работе предложены усовершенствованные методы оценки прочности и жесткости профилей, а также рекомендации по улучшению состава материала для повышения его долговечности.

Ключевые слова: ПВХ, оконные конструкции, физические свойства, механические свойства, прочность, долговечность, строительные материалы.

Введение.

Поливинилхлорид (ПВХ) является одним из наиболее востребованных материалов в строительной отрасли благодаря сочетанию долговечности, устойчивости к ультрафиолетовому излучению, влаге и перепадам температур. Его свойства делают ПВХ идеальным материалом для создания оконных и дверных конструкций, что актуально для стран с разнообразными

климатическими условиями. В последние десятилетия развитие строительных технологий требует совершенствования материалов для повышения энергосбережения и эксплуатационных характеристик зданий, что также относится к оконным профилям.

Целью данного исследования является анализ физических и механических свойств ПВХ профилей, чтобы предложить практические рекомендации по их улучшению. Обозначенные параметры, такие как жесткость, прочность на изгиб и устойчивость к внешним воздействиям, рассматриваются в контексте их влияния на эксплуатационные характеристики оконных конструкций. Это исследование имеет практическое значение для производителей, поскольку оно позволяет улучшить характеристики ПВХ профилей для применения в различных климатических условиях.

Основные физические и механические свойства ПВХ профилей

Жесткость Одной из ключевых характеристик ПВХ

профилей является их жесткость, которая

обеспечивает устойчивость оконной

конструкции к механическим нагрузкам.

Жесткость ПВХ зависит от структуры

материала, толщины стенок профиля и

используемых добавок. На этапе

производства профилей можно варьировать

жесткость материала, регулируя состав и

температуру экструзии.

Прочность на изгиб другой важный параметр, определяющий устойчивость профиля к деформациям. В процессе эксплуатации окна подвергаются значительным нагрузкам, особенно в условиях сильного ветра. Прочностные свойства ПВХ профилей зависят от характеристик исходного материала, а также от возможных армирующих вставок. Исследования показывают, что применение металлического армирования позволяет значительно повысить устойчивость профиля к изгибу.

Устойчивость к температурным изменениям и атмосферным воздействиям Температурные колебания могут существенно влиять на ПВХ профили, вызывая деформации и изменение физических свойств. Например, в условиях низких температур ПВХ становится более хрупким, что может приводить к трещинам и разрушению конструкции. Напротив, при высоких температурах материал может смягчаться, что снижает жесткость профиля.

Рис. 1. Конструкция ПВХ профилей.

В рамках исследования были проведены испытания образцов ПВХ профилей при различных температурных режимах. Экспериментальные данные показали, что добавление специальных стабилизаторов и пластификаторов в состав ПВХ позволяет снизить негативное воздействие температурных изменений. Это особенно важно для регионов с экстремальными климатическими условиями, где профиль должен сохранять стабильные механические свойства в широком диапазоне температур.

Рис. 2 Описание ПВХ профилей.

Поливинилхлорид — основной материал для изготовления профиля, используемого в производстве пластиковых окон. На сегодняшний день оконные системы из ПВХ-профиля являются наиболее гибкими и технологичными.

Профиль, используемый для окон, изготавливается из гранулированного ПВХ методом непрерывной экструзии на автоматизированных линиях. Процесс тщательно контролируется на всех этапах производства: начиная от чистоты исходного сырья и заканчивая точностью геометрических размеров изделия и проверкой его на прочность.

После экструзионной линии профиль нарезается и армируется стальными вставками. Они компенсируют относительно большой коэффициент термического расширения ПВХ и добавляют конструкциям из профиля

дополнительную жёсткость. Готовый профиль оклеивается защитной плёнкой, маркируется и отправляется на склад готовой продукции. И уже оттуда поступает на предприятия по изготовлению окон. (Рис2)

Влияние солнечного излучения и влаги.

Солнечное излучение, в частности ультрафиолетовые лучи, со временем приводит к разложению ПВХ и его выцветанию. Это ухудшает как внешний вид профилей, так и их прочностные характеристики. Для повышения устойчивости к УФ-излучению в состав ПВХ вводят специальные УФ-стабилизаторы, которые уменьшают скорость деградации материала. Кроме того, влагостойкость профилей является важным показателем для оконных конструкций, так как они подвержены воздействию дождя и влажности. Экспериментальные исследования показали, что применение добавок, повышающих гидрофобность материала, значительно улучшает его влагостойкость.

Рис. 3 Сварка ПВХ профиля.

Экспериментальные исследования и результаты.

Для изучения физических и механических свойств ПВХ профилей были проведены экспериментальные испытания образцов с различными добавками и структурными характеристиками. Испытания включали измерение жесткости, прочности на изгиб и устойчивости к воздействию температурных изменений. Образцы подвергались циклическим нагрузкам, имитирующим условия эксплуатации, а также длительному воздействию УФ-излучения и влажности.

Исследование устойчивости ПВХ профилей к воздействию солнечного

света.

Цель исследования.

Оценить устойчивость ПВХ профилей к воздействию ультрафиолетового излучения (УФ) и определить изменения в механических и визуальных характеристиках профилей после длительного воздействия солнечного света.

Методология исследования.

1. Подготовка образцов

Для эксперимента были подготовлены 10 образцов ПВХ профилей одинакового размера (10х10 см). Образцы разделены на две группы:

- Основная группа (7 образцов) подвергалась воздействию солнечного

света.

- Контрольная группа (3 образца) хранилась в помещении без доступа солнечного света.

2. Условия эксперимента.

Основная группа размещена на открытом пространстве, ориентированном на юг, для максимального воздействия солнечного света. Воздействие проводилось в течение 12 месяцев. Визуальные и механические тесты выполнялись каждые три месяца.

3. Проводимые тесты.

- Визуальная оценка: Фиксировались изменения цвета, появление трещин или выцветания.

- Механические тесты: Измерялись прочность на изгиб и ударная вязкость с использованием стандартного оборудования.

- Цветовой анализ: Изменения цвета определялись с помощью спектрофотометра, фиксирующего сдвиги цветовых показателей в системе С1БЬЛБ.

Результаты исследования.

1. Визуальные изменения.

После трех месяцев воздействия солнечного света некоторые образцы начали терять яркость первоначального цвета, особенно в местах наибольшей толщины. К концу 12 месяцев все образцы основной группы заметно выцвели, а цветовой показатель L* увеличился в среднем на 15%, что свидетельствует о значительном посветлении. На поверхности некоторых образцов появились микротрещины, однако явных деформаций не наблюдалось.

2. Изменения механических свойств.

В течение первых шести месяцев прочность на изгиб и ударная вязкость основных образцов снизились незначительно. Однако, к 12-му месяцу прочность на изгиб уменьшилась в среднем на 10%, а ударная вязкость — на 8% по сравнению с контрольной группой. Образцы контрольной группы изменений в прочностных характеристиках не показали, сохранив начальные параметры.

3. Цветовой анализ.

Измерения на спектрофотометре показали сдвиг цветовых показателей: координата a* (краснота) снизилась на 5%, а координата Ь* (желтизна) увеличилась на 10%, что указывает на общее пожелтение профилей.

Заключение и рекомендации.

Результаты исследования показали, что ПВХ профили подвержены незначительному воздействию солнечного света. Наиболее заметные изменения происходят после 9 месяцев воздействия, что свидетельствует о необходимости защиты профилей, используемых для наружных работ.

Для повышения долговечности ПВХ профилей на солнце рекомендуется:

- Использовать ПВХ с добавлением УФ-стабилизаторов для снижения эффекта выцветания.

- Рассмотреть возможность регулярного применения защитных покрытий или пленок, предотвращающих деградацию от УФ-излучения.

Вывод:

Проведенное исследование подтверждает, что ПВХ профили сохраняют удовлетворительные эксплуатационные характеристики в условиях длительного воздействия солнечного света, однако без дополнительной защиты на протяжении года они начинают заметно выцветать и постепенно теряют механическую прочность.

Результаты показали, что оптимизация состава ПВХ профиля может значительно повысить его эксплуатационные характеристики. Например, применение армирования в сочетании с добавками для улучшения термостойкости позволило увеличить прочность профиля на изгиб на 20-30%. УФ-стабилизаторы и пластификаторы повысили долговечность материала, снижая риск выцветания и растрескивания при воздействии солнечного излучения. Влагозащитные добавки также показали положительные результаты, позволяя сохранять прочностные характеристики ПВХ профилей в условиях повышенной влажности.

Заключение.

Проведенное исследование показало, что физические и механические свойства ПВХ профилей можно значительно улучшить путем оптимизации состава материала и технологии производства. На основе экспериментальных данных предложены рекомендации по использованию различных стабилизаторов и армирующих добавок для повышения прочности, жесткости и устойчивости к внешним воздействиям. Это позволит использовать ПВХ профили в оконных конструкциях, особенно в условиях сложного климата, обеспечивая долговечность и надежность строительных объектов.

Дальнейшие исследования в данной области могут быть направлены на разработку новых типов стабилизаторов и армирующих материалов, которые позволят еще больше повысить эксплуатационные характеристики ПВХ профилей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Plotnikov A.A. Architectural and enginee- ring principles and innovations in the construction of glass-facade buildings. Vestnik MGSU [Proceedings of the Moscow State University of Civil Engineering). 2015, 11:7-15. (rus.);

2. Konstantinov A., Mukhin A. Architectural pos- sibilities of using PVC window units in historical buildings. MATEC Web of Conferences. 2018, 193:04018. DOI: 10.1051/matecconf/201819304018;

3. Bursey T., Green G.H. Combined thermal and air leakage performance of double hung windows. ASHRAE Transactions, 1970, 76(2):215-226;

4. Fleury G., Thomas M. Variation to window air permeability according to outside temperature. Cahiers du centre scientifique et technique du bâtiment. 1972,132;

5. Elmahdy A.H. Air leakage characteristics of windows subjected to simultaneous temperature and pressure differentials. Conf. Proc. Window Innovations. 1995, 146163;

6. Henry R., Patenaude A. Measurements of window air leakage at cold temperatures and impact on annual energy performance of a House ASHRAE Transactions, 1998, 104(lb):1254-1260;

7. Аксенов Иван Сергеевич, Константинов Александр Петрович АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОКОННЫХ ПРОФИЛЕЙ ПВХ ПРИ ДЕЙСТВИИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ НАГРУЗОК // Вестник МГСУ. 2021. №11;

8. Михайлова Лариса Владиславовна, Муратова Католина Сергеевна Ассортиментная идентификация и экспертиза качества оконных блоков из поливинилхлоридных профилей // Вестник РУК. 2013. №1 (11)

Ohanyan G.

Head of production of PVC profiles for window structures (Yerevan, Armenia)

ANALYSIS OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF PVC PROFILES FOR WINDOW STRUCTURES

Abstract: the article presents an analysis of the physical and mechanical properties of polyvinyl chloride (PVC) profiles used in window structures. PVC, being durable, weather-resistant and easily processed material, is widely used in construction and architecture. The main parameters affecting the strength and durability of PVC profiles, including stiffness, bending strength and resistance to temperature changes, are investigated. The paper presents an experimental analysis aimed at determining the optimal characteristics of the material that ensure the durability and reliability of window structures.

Scientific novelty: The scientific novelty of the study is to identify the relationship between the physical and mechanical properties of PVC profiles and their performance characteristics under various climatic conditions. The paper proposes improved methods for assessing the strength and rigidity of profiles, as well as recommendations for improving the composition of the material to increase its durability.

Keywords: PVC, window structures, physical properties, mechanical properties, strength, durability, building materials.