Przekładka termiczna w profilach aluminiowych: jak powstaje profil zespolony

Zacznijmy od porządku w pojęciach, bo w tym temacie nawet branżowe teksty mieszają dwie różne rzeczy. Mostek termiczny to zjawisko: miejsce w przegrodzie budowlanej, którym ciepło ucieka szybciej niż przez sąsiednie obszary. Przekładka termiczna to element: pasek z poliamidu zbrojonego włóknem szklanym, który ten mostek przerywa. Kiedy ktoś mówi, że okno aluminiowe „ma mostek termiczny", zwykle ma na myśli dokładnie odwrotność: że profil ma przekładkę, czyli mostka właśnie nie ma. Chińskie strony tłumaczone maszynowo piszą o „przerwie termicznej" (kalka z ang. thermal break). Takiego terminu polska branża nie używa.

Dlaczego to w ogóle problem? Aluminium przewodzi ciepło znakomicie: stopy 6060/6063, z których wyciska się profile okienne, mają przewodność cieplną rzędu 200 W/(m·K). Poliamid PA66 z 25% włókna szklanego: około 0,3 W/(m·K). Różnica jest mniej więcej 600-krotna. Rama okienna z litego aluminium, bez przekładki, jest więc w praktyce grzejnikiem działającym w złą stronę: współczynnik przenikania ciepła ramy Uf sięga orientacyjnie 5,5-7,0 W/(m²·K), podczas gdy wymagania techniczne dla nowych budynków w Polsce wymuszają dla całego okna Uw ≤ 0,9 W/(m²·K). Bez przekładki termicznej profil aluminiowy w stolarce zewnętrznej po prostu nie istnieje, i dlatego produkcja profili z przekładką termiczną to obowiązkowy etap w każdej tłoczni celującej w rynek okienno-fasadowy.

Czym jest pasek PA66 GF25 i dlaczego akurat poliamid ze szkłem

Standardem rynkowym jest pasek z PA66 GF25: 75% poliamidu 6.6 i 25% włókna szklanego. Ten skład nie jest przypadkowy: to kompromis wyznaczony przez trzy twarde wymagania.

Po pierwsze: rozszerzalność cieplna. Profil zespolony pracuje na elewacji w zakresie od −20°C zimą do +80°C na nasłonecznionej, ciemnej fasadzie. Gdyby przekładka rozszerzała się znacząco inaczej niż aluminium, połączenie by się luzowało albo naprężało cyklicznie aż do utraty nośności. Czysty PA66 ma rozszerzalność cieplną około 3-4 razy większą od aluminium; dodatek 25% włókna szklanego ściąga ją w okolice wartości dla stopu aluminium (rzędu 2,3-3,0 × 10⁻⁵ 1/K). To jest główny powód istnienia tego materiału.

Po drugie: temperatura. Profile zespolone bardzo często maluje się proszkowo już po zespoleniu, a piec do polimeryzacji pracuje w 180-220°C przez kilkanaście-dwadzieścia kilka minut. PVC mięknie w okolicach 80°C i odpada na starcie. PA66 topi się dopiero około 260°C, a wersja zbrojona zachowuje sztywność niemal do temperatury topnienia: pasek przechodzi przez piec linii do malowania proszkowego bez deformacji.

Po trzecie: mechanika. Przekładka w profilu zespolonym nie jest uszczelką, jest elementem konstrukcyjnym, przez który przechodzą siły ścinające między obiema połówkami profilu. Włókno szklane podnosi moduł sprężystości z ok. 3 GPa (czysty PA66) do 8-10 GPa i mniej więcej podwaja wytrzymałość na rozciąganie. Więcej szkła (GF30, GF35) dałoby jeszcze sztywniejszy pasek, ale kosztem kruchości i szybszego zużycia narzędzi; 25% to punkt, w którym rynek się zatrzymał.

Parametr (orientacyjnie)	Aluminium 6063	PA66 GF25	PVC (dla porównania)
Przewodność cieplna λ	~200 W/(m·K)	~0,3 W/(m·K)	~0,16 W/(m·K)
Rozszerzalność cieplna	~2,35 × 10⁻⁵ 1/K	~2,3-3,0 × 10⁻⁵ 1/K	~7-8 × 10⁻⁵ 1/K
Zachowanie w 200°C (piec proszkowy)	bez zmian	zachowuje kształt i nośność	deformacja już przy ~80°C
Moduł sprężystości	~69 GPa	~8-10 GPa	~3 GPa

PVC izoluje nawet lepiej, ale dwie pozostałe rubryki go dyskwalifikują. Dlatego tanie „przekładki PVC" spotykane w profilach spoza Europy to sygnał ostrzegawczy, a nie oszczędność.

Paski produkuje się w kształtach C, CT, T, I oraz komorowych (hollow), w szerokościach od ~14,8 mm w systemach ekonomicznych, przez standardowe 20-24 mm, po 34-45 mm i więcej w systemach o podwyższonej izolacyjności. Szerokość przekładki to najprostsza dźwignia poprawy Uf, o czym niżej.

Jak powstaje profil zespolony: radełkowanie → wciskanie → zaciskanie

Profil zespolony (w katalogach systemodawców: „profil zespolony przekładką termiczną") składa się z dwóch niezależnie wyciśniętych kształtowników aluminiowych (połówki zewnętrznej i wewnętrznej) połączonych dwoma paskami poliamidowymi. Obie połówki mają wyciśnięte na etapie ekstruzji rowki (kanały) o przekroju dopasowanym do stopki paska. Samo zespalanie to trzy operacje, wykonywane na zestawie maszyn, który praktycy nazywają po prostu izomatami:

1. Radełkowanie profili aluminiowych. Rolki z ząbkowanym wieńcem przejeżdżają po ściankach rowka i nacinają na nich drobne, regularne karby. Uwaga terminologiczna: „radełkowanie" bez kontekstu oznacza w polszczyźnie technicznej moletowanie na tokarce; w tym artykule chodzi wyłącznie o radełkowanie rowków w profilach aluminiowych przed montażem przekładki. Karby pełnią funkcję mikro-zazębienia: po zaciśnięciu wgryzają się w stopkę poliamidu i to one w największym stopniu decydują o wytrzymałości połączenia na ścinanie.

2. Wciskanie paska. Podajnik wprowadza paski poliamidowe w rowki obu połówek profilu. Tu mści się każda niedokładność wymiarowa: pasek za luźny nie przeniesie sił po zaciśnięciu, za ciasny nie wejdzie albo wejdzie z uszkodzeniem stopki. Dlatego tolerancja wykonania paska poniżej 0,05 mm nie jest marketingowym ozdobnikiem, tylko warunkiem technologicznym całego procesu.

3. Zaciskanie (walcowanie). Profil z osadzonymi paskami przechodzi przez zespół rolek zagniatających, które plastycznie dogniatają ścianki rowka na stopce paska: radełkowane karby wciskają się w poliamid i połączenie staje się nierozłączne. W branży funkcjonują równolegle terminy „zaciskanie", „zagniatanie" i „walcowanie"; katalogi systemodawców mówią elegancko o „zespalaniu profili przekładką termiczną". Maszyna do zaciskania przekładek termicznych w kompaktowej wersji przerabia około 5 ton profili na dobę i przyjmuje profile do ok. 260 × 380 mm przekroju; większe wydajności to kwestia konfiguracji linii.

Osobna decyzja technologiczna: zespalać przed malowaniem czy po nim? Zespolenie surowych profili i malowanie gotowego profilu zespolonego upraszcza logistykę i daje idealnie jednolitą powłokę. Malowanie połówek osobno i zespalanie na końcu jest niezbędne przy profilach dwukolorowych (inny kolor od strony zewnętrznej i wewnętrznej); to zresztą jeden z głównych argumentów handlowych za profilami aluminiowymi. Dobrze zaprojektowana tłocznia musi umieć jedno i drugie, a PA66 GF25 obie ścieżki wytrzymuje.

Wariantem alternatywnym całej technologii jest mostek poliuretanowy wlewany (pour-and-debridge): w profil z pojedynczą komorą wlewa się dwuskładnikowy poliuretan, a po utwardzeniu wyfrezowuje się dno komory, rozdzielając połówki termicznie. Technologia popularna w USA i na Bliskim Wschodzie; w Europie zdecydowanie dominuje pasek poliamidowy, m.in. ze względu na normy i przyzwyczajenia systemodawców, ale maszyny do obu wariantów istnieją i bywają łączone w jednym zakładzie.

Co przekładka robi z Uf okna

Współczynnik Uf opisuje przenikanie ciepła przez samą ramę (ang. frame). Wartości zależą od całej geometrii systemu (liczby komór, uszczelek, wkładek), ale rząd wielkości wygląda tak:

Konstrukcja ramy aluminiowej	Orientacyjne Uf [W/(m²·K)]	Zastosowanie
Bez przekładki (profil „zimny")	5,5-7,0	zabudowy wewnętrzne, witryny nieogrzewane
Przekładka 14,8-20 mm	3,0-4,5	drzwi i ścianki o niskich wymaganiach
Przekładka 24 mm	2,2-3,2	standardowa stolarka zewnętrzna starszej generacji
Przekładka 34-45 mm, przekładki komorowe	1,3-2,2	współczesne systemy okienno-drzwiowe
Szerokie przekładki + wkładki izolacyjne w komorach	0,8-1,5	systemy pasywne i niskoenergetyczne

Wniosek praktyczny dla tłoczni: rynek systematycznie wędruje w dół tej tabeli. Wymagania Uw ≤ 0,9 dla okien w nowych budynkach oznaczają, że systemy z wąską przekładką znikają z rynku pierwotnego, a udział szerokich pasków komorowych (trudniejszych w ekstruzji, droższych w zakupie) rośnie. To istotna zmienna w rachunku make-vs-buy, do którego zaraz przejdziemy.

Jakość połączenia: wytrzymałość na ścinanie

Profil zespolony jest belką zespoloną w sensie ściśle konstrukcyjnym: obie połówki aluminiowe współpracują przy przenoszeniu obciążeń (wiatr na fasadzie, ciężar skrzydła) tylko o tyle, o ile połączenie pasek-rowek przenosi siły ścinające. Wymagania i metody badań określa norma EN 14024 (kształtowniki metalowe z przekładką termiczną, wymagania mechaniczne). W praktyce systemodawcy operują charakterystyczną wytrzymałością połączenia na ścinanie (orientacyjnym progiem przywoływanym w branży jest ~24 N na milimetr długości profilu) oraz badaniami w podwyższonej i obniżonej temperaturze, bo poliamid, jak każdy polimer, mięknie na ciepło.

Co z tego wynika dla procesu produkcji:

• Kontrola zaciskania jest obowiązkowa, nie opcjonalna. Za słabe zagniecenie = połączenie nie przenosi ścinania; za mocne = przecięta stopka paska albo deformacja profilu. Parametry rolek ustawia się pod konkretny system i weryfikuje próbą ścinania na wyrywkowych odcinkach.
• Jakość radełkowania widać dopiero w badaniu. Stępione rolki radełkujące dają wizualnie poprawny profil o połowie nominalnej wytrzymałości. Harmonogram wymiany rolek to element systemu jakości, nie serwisu „jak się zepsuje".
• Wilgotność paska ma znaczenie. Poliamid jest higroskopijny; przesuszony pasek jest kruchy przy zaciskaniu. Producenci pasków kondycjonują je do określonej wilgotności; to samo trzeba zapewnić przy produkcji własnej.
• Dokumentacja badań jest wymagana przez odbiorców. Systemodawcy i więksi klienci coraz częściej żądają protokołów ścinania dla partii, analogicznie jak rejestrów temperatury z pieców starzenia.

Make vs buy: kiedy własny ekstruder pasków się spina

Europejski rynek pasków poliamidowych to w praktyce niemal duopol dwóch niemieckich dostawców, z konsekwencjami typowymi dla duopolu: stabilnie wysokie ceny, cenniki sztywno powiązane z szerokością i stopniem skomplikowania paska, terminy podporządkowane dużym odbiorcom. Dla tłoczni zespalającej duże wolumeny profili paski są pozycją kosztową, na którą nie ma żadnego wpływu, i właśnie dlatego coraz więcej zakładów liczy wariant produkcji własnej.

Rachunek wygląda następująco. Ekstruder pasków PA66 GF25 (jednoślimakowy układ 70 lub 90 mm o L/D 30:1, z ośmioma strefami grzewczymi i chłodzonymi wodą matrycami H13 o 20-120 gniazdach) kosztuje orientacyjnie 30-60 tys. EUR EXW i jest jedną z niewielu maszyn w naszej ofercie z deklarowanym przez producenta certyfikatem CE (dokument weryfikujemy przed każdą transakcją). Surowcem jest granulat PA66 GF25 kupowany kontenerowo (27-28 t), a kupowane paski kosztują w przeliczeniu na kilogram orientacyjnie dwu-trzykrotność ceny granulatu; ta różnica finansuje maszynę, energię, matryce i operatora.

Progi opłacalności, które podajemy też na stronie maszyny: przy zużyciu powyżej 15-20 ton pasków rocznie inwestycja zwraca się zwykle w 2-3 lata, zależnie od cen rynkowych pasków i granulatu. Poniżej tego progu: kupuj paski, temat zamknięty. Powyżej dochodzą argumenty pozacenowe, często ważniejsze od samej stawki za kilogram: niezależność od terminów dostawcy, matryce pod własne przekroje wykonywane z rysunku (istotne przy paskach komorowych do systemów o niskim Uf) oraz możliwość sprzedaży nadwyżki pasków innym zakładom, bo popyt lokalny istnieje, a dostawców jest dwóch.

Uczciwie o drugiej stronie rachunku: ekstruzja poliamidu ze szkłem to inna dyscyplina niż wyciskanie aluminium. Trzeba opanować suszenie i kondycjonowanie granulatu, prowadzenie ośmiu stref temperatury i kontrolę wymiarową na poziomie 0,05 mm; pierwsze tygodnie to nauka, nie produkcja. Włókno szklane zużywa narzędzia, więc matryce są pozycją odtworzeniową. I wreszcie: własny pasek trzeba badać na ścinanie tak samo rygorystycznie jak kupny, bo reklamacja profilu zespolonego wraca zawsze do tłoczni, nigdy do dostawcy granulatu.

Pełny zestaw do produkcji profili z przekładką termiczną, czyli ekstruder plus linia zespalająca (radełkowanie, wciskanie, zaciskanie), mieści się orientacyjnie w budżecie 60-120 tys. EUR EXW zależnie od wydajności i stopnia automatyzacji. Na tle całej inwestycji w tłocznię (o której piszemy szczegółowo w artykule ile kosztuje linia do produkcji profili aluminiowych) to pozycja druga liga cenowo, ale pierwsza liga marżowo: profil zespolony sprzedaje się znacząco drożej od surowego, a wartość dodaną zostawia się u siebie.

Od czego zacząć

Jeśli zespalasz profile i kupujesz paski: policz roczny tonaż pasków z faktur za ostatnie 12 miesięcy. Jeden przekrój i kilkanaście ton rocznie to granica, od której warto rozmawiać o ekstruderze; przy kilku przekrojach i rosnącym udziale pasków komorowych rachunek robi się ciekawy szybciej, niż sugeruje sama cena maszyny. Prześlij nam rysunki przekrojów pasków i wolumeny przez formularz kontaktowy, a policzymy konkretny próg opłacalności dla Twojego zakładu i przygotujemy ofertę z jawnymi widełkami cen, tak jak przy każdej maszynie z kategorii maszyn do przekładek termicznych.