Produkcja folii okiennych
Patrząc na folię okienną nie spodziewamy się nawet, że w wytworzeniu takiego cienkiego kawałka plastikowej folii bierze udział dosyć skomplikowana technologia.
Folia, którą zakładamy na okna ma szereg właściwości, dzięki którym może spełniać swoje specyficzne zadania. Proces produkcyjny, w którym jest ona wytwarzana daje nam folię o pożądanych parametrach i co najważniejsze zapewnia ich identyczność na całej długości folii.
Ten artykuł jest krótkim przeglądem sposobu produkcji folii okiennych różnych rodzajów.
Materiały do wytwarzania folii
Podstawą większość folii jest taśma poliestrowa, czyli cienka warstwa polimeru powszechnie znanego jako PET. Polimer ten to poli(tereftalan etylenu).
Najbardziej znane jest jego wykorzystywanie do produkcji butelek do napojów, a także, po wykonaniu z niego przędzy, do produkcji tkanin polarowych. Jego pochodna znana jako dakron używana jest do produkcji bardzo mocnych tkanin.
Polimer ten został wybrany ze względu na swoje właściwości mechaniczne i dużą trwałość.
Jest on odporny większość substancji chemicznych, nie ulega degradacji pod wpływem czynników atmosferycznych i pod wpływem promieniowania słonecznego.
Bardzo ważną jego cechą z punktu widzenia technologicznego jest możliwość łatwego formowania PET w podwyższonych temperaturach. Stopiony poliester w podwyższonej temperaturze ulega procesom rekrystalizacji, dając ciało mikrokrystaliczne o niezorientowanym ułożeniu łańcuchów polimerowych. Cienka warstwa poliestru rozciągana w odpowiedniej temperaturze ulega procesowi trwałego odkształcenia, połączonego z zorientowaniem się łańcuchów polimerowych zgodnie z siłą rozciągającą. W ten sposób można otrzymać bardzo wytrzymałą folię o określonej grubości.
Wytwarzanie podłoża
Do zakładu produkującego folię polimer przybywa w postaci granulatu. Pierwszym etapem produkcji jest rozgrzanie tworzywa do temperatury 250 – 300 st. C i przy pomocy wytłaczarki uformowanie „zgrubnej” taśmy poliestrowej. Następne taśma ta trafia na walce, na przemian podgrzewane i chłodzące, które poruszają się z coraz to większymi prędkościami. Na skutek różnicy prędkości między kolejnymi walcami podgrzewającymi taśma jest rozciągana i formowana w coraz cieńszą i wytrzymalszą folię. Zespołów walców może być kilkanaście, dzięki czemu proces rekrystalizacji jest powtarzany wielokrotnie. W typowym procesie folia na pierwszym walcu porusza się z prędkością ok 100 m/min, a na ostatnim 300 m/min. Jak łatwo zauważyć odpowiada to około 3 krotnemu zwiększeniu jej długości, ale w wyniku rozciągania folia staje się węższa.
Folia na okna powinna być wytrzymała we wszystkich kierunkach, więc w następnym etapie produkcji folia wprowadzana jest na rolkach do specjalnego pieca, w którym jest podgrzewana i rozciągana po szerokości. Zwykle w tym procesie folia zwiększa swoją szerokość dwukrotnie, w stosunku do wcześniejszego etapu.
W czasie trwania wszystkich procesów monitorowana jest ciągle grubość folii, a także temperatura i szybkość przesuwu folii, tak, aby otrzymać produkt o pożądanych właściwościach.
Gotowy produkt po schłodzeniu jest nawijany na dużą rolkę. W tej postaci stanowi on gotowe podłoże do wytworzenia folii okiennej.Typowe grubości tak otrzymanych podłoży mieszczą się w granicach od 1 do 350 mikrometrów.
Typy folii okiennych i ich budowa
Gotowa folia okienna składa się z kilku do kilkunastu warstw w których wyróżnić można:
- warstwa kleju, łączącego folie z podłożem (szkłem)
- podłoże z folii poliestrowej
- klej wewnętrzny (laminat) łączący warstwy
- odpowiednio modyfikowana folia poliestrowa, warstwa optycznie aktywna
- pokrycie ochronne odporne na zarysowania
W zależności od potrzeb folia może zawierać więcej niż jedną modyfikowaną warstwę łączoną wewnętrznym klejem.
W zależności od modyfikacji wyróżniamy folie:
- metalizowane – folie z napyloną warstwą metalu. Folie działają na zasadzie lustra, odbijają promieniowanie słoneczne i pomagają utrzymać prawidłową temperaturę w pomieszczeniach
- barwione – warstwa polimeru jest zabarwiona. Folie służące do kontroli promieniowania słonecznego i eliminowania odblasków
- hybrydowe – połączenie obydwu poprzednich folii
- ceramiczne – z naniesioną warstwą ceramiczną. Folie są całkowicie przezroczyste i zatrzymują wyłącznie promieniowanie podczerwone, idealnie chroniąc pomieszczenia przed przegrzewaniem.
Osobną grupę stanowią folie w której dodatkowe warstwy nie są modyfikowane – folie te stosuje się jako folie bezpieczne, które zapobiegają skutkom stłuczenia szyby lub uniemożliwiają wtargnięcie do pomieszczenia.
Folie metalizowane
Warstwę metaliczną na folii wytwarza się w procesie napylania próżniowego. Używane są 3 podstawowe sposoby nanoszenia warstwy metalu:
1 Osadzanie z fazy gazowej – najbardziej popularna i najstarsza metoda. W komorze próżniowej folia przesuwa się nad źródłem z roztopionym metalem (najczęściej aluminium) . Ponieważ w komorze jest bardzo niskie ciśnienie, metal topi się w dużo niższej temperaturze niż normalnie. Pary metalu osadzają się na folii. Ilość metalu, który osiądzie na folii zależy od szybkości przesuwania się jej nad źródłem. Im większa szybkość, tym otrzymana warstwa będzie cieńsza. Właściwości produkowanej folii zależą grubości osadzonej warstwy. Im warstwa jest cieńsza, tym lepiej przepuszcza światło widzialne, ale zatrzymuje mniej niepotrzebnego promieniowania niż warstwa grubsza.
2 Osadzanie wiązką elektronów – metoda identyczna jak poprzednia, tylko zamiast topić metal podgrzewając go, stosuje się wiązkę elektronów, aby „rozpylić” metal przenosząc go do fazy gazowej. W metodzie tej można stosować wiele rodzajów metali, nawet takich, które są trudno topliwe. Możemy otrzymać w ten sposób specjalne folie o właściwościowych niemożliwych do osiągnięcia innymi metodami.
3 Rozpylanie jonowe – proces bardzo nowoczesny i zapewniający bardzo równomierne osadzanie atomów metalu o ściśle kontrolowanej grubości. Proces jest tak precyzyjny, że możemy tworzyć warstwy o grubości kilkuset atomów. W komorze próżniowej zamontowane są elektrody (anody) a ujemne napięcie podłączone jest do katody, która jest wykonana z metalu, który chcemy napylić. Nad katodą przesuwa się folia, pod wpływem napięcia atomy metalu „wyrywane” są z katody i osadzają się na folii. Tak jak w poprzednich procesach grubość warstwy możemy regulować szybkością przemieszczania się folii, ale także zmieniając napięcie przyłożone do elektrod.
Folie barwione
Folię kolorową można wytworzyć na dwa sposoby:
1 Dodając barwnika bezpośrednio do warstwy polimerowej
2 Barwiąc klej łączący warstwy
Preferowaną metodą ze względu na łatwość wytworzenia, powtarzalność procesu i wytrzymałość otrzymywanej folii jest procedura pierwsza. Ten sposób pozwala uniknąć problemów związanych z jednorodnym zmieszaniem kleju i barwnika jak w procedurze 2. Zastosowanie stałych substancji barwiących może powodować osłabienie kleju, a ciemniejsze odcienie wymagają znacznych ilości barwnika.
Folie barwione mają kilka ciekawych właściwości, których nie mają inne typy folii. Folie poprawiają jakość optyczną i ograniczają odblaski. Nieskomplikowany proces wytwarzania tego typu folii korzystnie wpływa na ich cenę.
Jeśli chodzi o ochronę przed promieniowaniem słonecznym folie te są mniej skuteczne, niż ich odpowiedniki metalizowane. Folia z warstwą metaliczną przede wszystkim odbija padające na nie promieniowanie, folia barwiona je pochłania. Pojemność cieplna układu z folią barwioną nie jest wielka i po pochłonięciu znacznych ilości energii może zajść zjawisko „nasycenia”, po którym folia przestaje pracować. Oczywiście po obniżeniu się temperatury (np. wieczorem) folia odda zmagazynowaną energię i wróci do pełnej funkcjonalności.
Folie barwione mogą być też narażone na zmianę swoich parametrów w czasie pracy. Barwniki mogą ulegać degradacji, co może powodować zmianę intensywności koloru. Odpowiedzialne za płowienie jest promieniowanie ultrafioletowe. Rozwiązaniem jest stosowanie barwników bardziej odpornych na UV lub stosowanie dodatkowych warstw folii nie przepuszczających ultrafioletu.
Folie hybrydowe
Folie hybrydowe to próba połączenia zalet folii metalizowanych i barwionych. Składają się one zwykle z więcej niż jednej warstwy aktywniej optycznie. Najważniejszą ich właściwością jest połączenie bardzo dobrej ochrony przed promieniowaniem słonecznym jaka dają folie metaliczne i ograniczenie odblasków, które zapewniają folie barwione.
Folie ceramiczne
Folie te nazywane są foliami z pełną przejrzystością, dlatego, że wykazują absorpcję promieniowania słonecznego z zakresie widzialnym. Warstwa aktywna optycznie to warstwa poliestrowa z naniesiona na nią warstwą ceramiczną. Folie te powstały stosunkowo niedawno. Sam materiał ceramiczny jest nanoszony na folię w procesie podobnym do rozpylania jonowego.
Jako materiał ceramiczny stosuje się najczęściej stosowany jest azotek tytanu [TiN] – bardzo twardy materiał, który powszechnie używany jest do zabezpieczania powierzchni trących (np. wiertła pokryte azotkiem tytanu nie tępią się). Materiały ceramiczne tego typu oprócz ponadprzeciętnej twardości są też bardzo dobrymi izolatorami. Ich praktyczny brak przewodzenia ciepła powoduje, że wykorzystywane są w ekstremalnych zastosowaniach, np. jako zewnętrzna izolacja termiczna promu kosmicznego.
Warstwa ceramiczna bardzo skutecznie blokuje promieniowania poprzez jego absorpcję, Ze względu na bardzo dobre właściwości izolujące można stosować bardzo cienkie warstwy materiałów ceramicznych, uzyskując dzięki temu pełną przezroczystość dla zakresu widzialnego.
Otrzymujemy w ten sposób selektywną folię, która pochlania tylko promieniowanie podczerwone (ciepło).
Łączenie warstw folii
Aby poszczególne warstwy polimeru stały się jedną folią okienną należy je trwale złączyć ze sobą.Używa się do tego specjalnych klejów do laminowania. W zależności od producenta stosowane są różne technologie laminowania. Typową procedurą jest laminowanie na zimno, gdzie najpierw przy pomocy specjalnego wałka nanosi się na jedną warstwę substancję klejącą, aktywuje się ją (sposób aktywacji zależy od rodzaju kleju), a następnie nakłada drugą warstwę i przy pomocy gumowych wałków mocno sprasowuje razem.
Warstwa kleju wewnętrznego powinna mieć właściwości zbliżone do właściwości folii poliestrowej, a w szczególności dobrą elastyczność i podobny współczynnik rozszerzalności cieplnej, aby nie następowało zjawisko rozwarstwiania się folii. Klej wewnętrzny powinien być również całkowicie przejrzysty.
Zewnętrzna powłoka ochronna
Warstwa poliestrowa jest dosyć miękka i w codziennym użytkowaniu mogła by ulec uszkodzeniu. Aby podnieść funkcjonalność folii stosuje się powlekanie jej po stronie zewnętrznej specjalną bardzo twardą powłoką ochronną. Powłoka chroni folię przed wieloma czynnikami chemicznymi i mechanicznymi, zapobiegając uszkodzeniom powierzchni. Szczególnie ważne są powłoki ochronne w przypadku folii zewnętrznych, muszą one chronić folię przed wpływem różnorodnych czynników atmosferycznych zarówno zimą jak i latem.
Każdy producent stosuje inną technologię wytwarzania powłok ochronnych, również jej skład jest tajemnicą producenta. Najczęściej są to kopolimery z poli(metakrylanem metylu).
Folię łączy się z podłożem używając warstwy samoprzylepnej lub tzw. 'suchego’ kleju aktywowanego wodą. Obydwa sposoby stosuje się w zależności od zastosowań i typu folii.
Warstwa samoprzylepna to warstwa podobna jaką znamy z samoprzylepnych naklejek. Związanie z podłożem następuje po przyłożeniu odpowiedniego nacisku. Siła wiązania tylko nieznacznie zwiększa się po wyschnięciu kleju. Rozwiązanie to jest bardzo dobre, jeśli zależy nam na 'natychmiastowym’ połączeniu. Drugą ważna zaletą warstwy samoprzylepnej jest możliwość jej zastosowaniach na powierzchniach innych niż szkło i mniej od niego gładkich. Tego typu warstwy samoprzylepne stosowane są do folii grubych i ciężkich, gdzie istnieje ryzyko odklejenie się, oraz w foliach samochodowych, gdzie wykorzystane są wszystkie jej zalety.
W przeciwieństwie do warstwy samoprzylepnej, warstwa z suchym klejem nie jest lepka do momentu, kiedy klej nie zostanie aktywny wodą., Nawet po spryskaniu folii wodą w trakcie jej montażu klej nie chwyta od razu i folię można swobodnie przesuwać po powierzchni na której jest montowana . Suche kleje są tak zaprojektowane, aby wytworzyć wiązanie chemiczne między warstwą klejową a szkłem. Po montażu klej zaczyna wiązać po 24 godzinach a pełną wytrzymałość uzyskuje po kilkudziesięciu dniach, kiedy nastąpi jego krystalizacja.
Klej, który skrystalizował, jest idealnie przezroczysty i nie wpływa na przepuszczalność światła przez folię. Ważną właściwością suchego kleju jest to, że wiąże on się silniej z folią niż z szybą.
Dzięki temu, jeśli zachodzi potrzeba usunięcia folii, w prosty sposób możemy usunąć wszystko pozostawiając szybę bez zmian.
Obydwa typy klejów nanosi się już na gotową folię. Następnie ich powierzchnię zabezpiecza się nakładając na warstwę samoprzylepną osłonę papierową a na warstwę suchego kleju przezroczystą warstwę bardzo cienkiej folii zabezpieczającej.
Konfekcjonowanie i przechowywanie
Aby folia stała się produktem handlowym należy ją przyciąć na odpowiednią długość i nawinąć na specjalną rolkę. Folia okienna, ze względu na swoje wymiary (duża powierzchnia o niewielkiej grubości) mogłaby łatwo ulec załamaniu pod własnym ciężarem. Jest to produkt wymagający odpowiedniego przechowywania i transportu. Nawinięcie folii na rolkę gwarantuje, że nie ulegnie ona uszkodzeniu.
Na rolkę nawija się od 30 do 100 metrów bieżących folii. Po zapakowaniu w pudła ochronne folia kierowana jest do dystrybucji.