Okenní rámy jakož i okenní konstrukce prošly během let mnoha změnami, které přinesly různé trendy tehdy používaných materiálů, požadavky na design atp. Jeden z předpokladů pro „kvalitní“ okenní rám či konstrukci však zůstává – tuhost rámu a tepelně izolační schopnosti použitých materiálů. A právě těmito vlastnostmi se vyznačují fiberglassové profily, které se pro konstrukci okenních rámů mohou použít buď jako kompletní profil, tvořící přímo samotný rám okna, nebo jako výztuha plastových rámů, u kterých se běžně používá výztuha ocelová, která však nemá zcela ideální vlastnosti vzhledem k tepelné vodivosti oceli.
Tenkostěnné fiberglassové profily, nebo li sklokompozity, nalézají mnohočetné využití nejen ve strojírenství a v jiných sférách průmyslu, ale stávají se nezbytnou součástí každodenního života člověka.
Více než 20tileté zkušenosti se zpracováním fiberglassu byly završeny výrobou nejefektivnějších okenních systémů, které si nacházejí důstojné místo při výstavbě obytných, administrativních i průmyslových budov.
Mnoholeté výrobní zkušenosti a originální technická řešení umožnily dosáhnout nejen vysokoprocentního podílu skelných vláken ve výsledném okenním profilu (kolem 70%), které mu dávají vysoce pevnostní charakteristiku, ale i propracování technologie, umožňující nabízet dříve prakticky nedostupné výrobky při dosažení konkurenceschopných cen na trhu.
Technologie výrobního procesu
Pultruze je proces kontinuální výroby vyztužených pryskyřic různých tvarů a délek tažením.
V procesu pultruze se skelná vlákna z cívek vedou do srovnávače, jehož úkolem je rovnoměrné rozložení vláken v průřezu. V dalším zařízení se vlákna v lázni potáhnou směsí termoreaktivní pryskyřice. Potažená vlákna se sbíhají do předtvarovací formy, kde se vytlačí přebytečné pojivo a poté se profil protahuje vyhřívanou vytvrzovací matricí, kde probíhá termosetická reakce a profil se vytvrzuje. Na výstupu z matrice je hotový profil tažen odtahovým zařízením a dělen na požadované délky. Výsledkem je vysokopevnostní fiberglassový profil odolný proti korozi a teplotním vlivům.
Schéma výrobního procesu
Materiál
Fiberglass je kompozitní materiál složený ze skelných vláken a polyesterové pryskyřice. Mnoholeté výrobní zkušenosti a originální technická řešení umožnily dosáhnout nejen vysokoprocentního podílu skelných vláken ve výsledném okenním profilu (kolem 70%), které mu dávají vysoce pevnostní charakteristiku, ale i propracování technologie, umožňující nabízet dříve prakticky nedostupné výrobky při dosažení konkurenceschopných cen na trhu. Okna z fiberglassu jsou vyrobena ze suroviny, která se řadí do absolutní špičky konstrukčních materiálů. Doslovný překlad slova FIBERGLASS znamená skelné vlákno, i když výstižnější překlad by byl fiberglassový kompozit. Tvoří ho ze 70% rovná skelná vlákna (roving) a ze 30% polyesterová pryskyřice, která spojuje jednotlivá skelná vlákna v celek.
Hustota
Nebo-li měrná hmotnost, je definována jako hmotnost objemové jednotky homogenní látky při určité teplotě. Touto definici jsou dány všechny podmínky k určení měrné hmotnosti vážením.
U krystalických látek, u kterých známe typ krystalické mřížky a její rozměry, můžeme vypočítat měrnou hmotnost i z těchto údajů, neboť kromě toho známe hmotnost jednotlivých atomů jako podíl atomové hmotnosti a Avogardovy konstanty. Lze tedy na základě mikrorentgenových metod určit ideální hustotu dokonalého krystalu, ve kterém jsou všechny uzlové body obsazeny atomy. Tak tomu ovšem ve skutečnosti není. I když se přesnost přímého určování měrné hmotnosti a přesnost měření základního mřížkového parametru stále zvyšují, nelze ani do budoucna počítat s tím, že z rozdílu ideální a skutečné hmotnosti by bylo možno soudit na nedokonalosti ve výstavbě mřížky. Technická krystalická látka obsahuje vždy mikropóry, popřípadě i makropóry, submikroskopické a mikroskopické vměstky nečistot lehčích než vlastní látka, které se především podílejí na rozdílu mezi ideální a skutečnou hustotou.
Měrná hmotnost fiberglassu je cca 4,5x nižší než měrná hmotnost oceli a 1,5x nižší než měrná hmotnost hliníku, což usnadňuje práci při manipulaci s hotovými výrobky.
Tepelná roztažnost
Fiberglass se chová jako izolant, to znamená, že roztažnost vlivem teplotních rozdílů je minimální. I při velmi vysokých teplotách (+100 o C),dosahovaných na povrchu oken orientovaných na jižní stranu, si fiberglass zachovává stabilní tvar. Všechna okna a dveře jsou sestaveny z různých materiálů: sklo v dřevěném, hliníkovém nebo PVC rámu. Požadavek, aby vlivem různých tepelných roztažností materiálů, podílejících se na konečném výrobku, nevznikalo v materiálu pnutí, které by ho poškozovalo se zdá být samozřejmý. Z pohledu roztažnosti materiálů se jeví fiberglass i sklo jako téměř identické materiály, což znamená, že roztažnosti vznikající vlivem teplotních rozdílů jsou minimální, ale pokud k nim přesto dojde, všechny komponenty se chovají jako jeden celek. Tím se výrazně snižuje problém spojený s pnutím v konstrukcích, vznikajícím vlivem různých tepelných roztažností použitých materiálů. Proto není potřebné, i při několikametrových délkách okna, provádět dilatační mezery. Naproti tomu PVC se vyznačuje násobně vyšší roztažností, než ostatní materiály používané při výrobě oken, což v důsledku způsobuje tzv. tepelný stres systému zasklení, který má značný vliv na životnost zasklení.
Negativní vliv na těsnost oken v důsledku rozdílných roztažnosti různých materiálů nelze podceňovat. Následkem může být nedostatečná zvuková a tepelná izolace a špatná ochrana proti hustému dešti.
U tmavších vzorů rámů z PVC je nutné brát v úvahu tepelnou roztažnost ocelových výztuh oken, které způsobují někdy problémy s otvíráním oken v horkých letních dnech, kdy plastová okna v tmavších odstínech mají na povrchu až o 40 % větší povrchovou teplotu, tedy i větší roztažnost oproti bílým oknům.
Koeficient tepelné roztažnosti
Koeficient tepelné roztažnosti je materiálovou konstantou. Její velikost je číselně rovna prodloužení případně zkrácení materiálu délky 1m při ohřevu o 1 K.
Symbol veličiny A
Částice látky nejsou nikdy v klidu, neustále se pohybují = kmitají kolem tzv. rovnovážných poloh. Rychlost kmitání záleží na teplotě a s rostoucí teplotou se zvyšuje, čímž dochází i ke změně rozměrů. Tepelná roztažnost závisí:
1. na druhu látky (měď, dřevo, kámen, voda)
2. na teplotě
3. na původní velikosti (kolej, jehla)
Koeficient tepelné roztažnosti ? se rovná podílu prodloužení ( ? l ) součinem původní délky( l0 ) a rozdílem teplot (?t ) a uvádí se v K-1.
Tepelná roztažnost je vlastní téměř všem látkám,avšak ve většině případů jde o vlastnost nežádoucí. Použití speciálních materiálů s nulovou tepelnou roztažností je ekonomicky zdůvodnitelné pouze ve velmi omezeném rozsahu speciálních technických aplikací. Ve většině případů je nezbytné použít materiály s teplotní roztažností a při jejich použití s tímto fenoménem počítat. Proto musí mít přívodní dráty k vláknu žárovky stejnou teplotní roztažnost jako sklo.
Tepelná vodivost
Fiberglass v sobě kloubí vysokou pevnost s velmi nízkou úrovní tepelné vodivosti, která je o několik řádů nižší než u hliníku. Je značnou výhodou, že fiberglassové okenní profily není nutno vyztužovat kovem, který by se choval v tomto spojení jako „studený můstek“.
Odolnost proti korozi
Fiberglassové profily se využívají také při výstavbě cest a mostů, kde jsou nejen mechanicky namáhány, ale jsou vystaveny i korozivním účinkům chemických sloučenin, jako například slané vodě. Fiberglass se vyznačuje velkou odolností korozivnímu prostředí ve srovnání s PVC nebo hliníkem.
Výhodou při opláštění budov je také možnost volby barvy materiálu, přičemž odpadá nutnost údržby.
Pevnost
Pevnost fiberglassových profilů, vyrobených touto technologií, dosahuje pevností konstrukčních ocelí a vykazuje daleko lepší pevnostní charakteristiky než například PVC. Odolnost proti vrypu jakož i pevnost v tahu je násobně vyšší než u PVC.
Když pevnostní vlastnosti (pevnost v tahu) vztáhneme na průřez profilu, dostaneme se k hodnotám o cca polovinu lepším, než u hliníkových profilů a ve srovnání s PVC dosahuje více než 7x vyšších hodnot. Přitom se zvyšující se teplotou pevnost PVC klesá, na rozdíl od fiberglassu, který nemění své fyzikální vlastnosti ani při 175 oC.
Profily, díky své vysoké pevnosi a odolnosti fiberglassu, nevyžadují použití ocelových výztuh. Tepelně izolační vlastnosti fiberglassu umožňují vyrábět jednokomorový systém profilů.
Řezy
