Полімерні матеріали. Про полікарбонат.
Одним з перших матеріалів, на який впав погляд конструкторів в пошуках альтернативи склу, був поліметилметакрилат (акрил), в просторіччі іменований органічним склом. Акрил був винайдений німецькими вченими в 1933 році.
ImageЕто абсолютно безбарвний матеріал, який витримує великий механічний вагу, а, найголовніше, легкий в обробці і чудово піддається гарячому формуванню. Крім монолітних листів, в яких позначається висока еластичність матеріалу, стали також застосовувати листи структуровані, в поперечному перерізі представляють собою ряд повітрям наповнених каналів, розділених тонкими перегородками.
У такому рішенні є відразу три плюси: листи стали помітно легше, значно покращилися теплоізоляційні властивості повітряних каналів, поперечні перегородки стали одночасно виконувати роль поздовжніх ребер жорсткості, дозволивши тим самим досягти дуже високої конструктивної міцності матеріалу по відношенню до його ваги (і полегшити тим самим конструкцію несучих елементів).
ImageЕще одним достоїнством акрилу став високий рівень пропускання ним ультрафіолетових променів, завдяки чому можливе засмагати під природними сонячними променями в приміщеннях, закритих прозорою покрівлею із структурованого акрилу. Свого часу це зумовило широке застосування подібних перекриттів в конструкціях різного роду природних соляріїв і басейнів.
Але все ж властивості акрилу не в усьому задовольняли проектувальників – це змушувало продовжувати пошуки інших полімерних матеріалів. В середині 70-х років був винайдений полікарбонат, який відкрив нові можливості в застосуванні полімерних матеріалів. Використовуються в будівництві також і полімерні матеріали з ПВХ.
Полікарбонат є полімер, властивості і стабільність якого дозволяють віднести його до пластичних матеріалів інженерного класу. Його фізико-механічні якості залишаються незмінними в набагато ширшому, ніж у акрилу, діапазоні температур (від-450oС до +1200 oС), а ударна стійкість полікарбонату вища, ніж скла, в сто разів і вище, ніж акрилу, майже в десять разів.
У сучасному будівництві полікарбонат застосовується в двох видах – у вигляді монолітних і структурованих листів (стільниковий полікарбонат) різної товщини.
Монолітний полікарбонат рідко використовується в горизонтальних перекриттях (він занадто дорогий для цього), але є ідеальним матеріалом, з якого шляхом гарячого формування отримують елементи криволінійної форми. Це різні купола з круглим, квадратним або прямокутним підставою, протяжні модульні світлові ліхтарі з необмеженою довжиною і окремі секції величезних куполів, що досягають 8-10 м в діаметрі (легко транспортуються і збираються).
Сучасні технології дозволяють виготовляти вироби з монолітного полікарбонату із ребрами жорсткості, що робить їх придатними для самонесучих перекриттів. У цьому випадку необхідність в застосуванні металевого каркаса відпадає, завдяки чому відсутні "містки холоду" і можливість випадання конденсату.
Структуровані (стільникові) листи (часом іменовані стільниковими або ніздрюватими) – це найбільш поширений вид полікарбонату, який застосовується в будівельній індустрії сьогодні, в основному використовується в горизонтальних або арочних перекриттях – дахах, навісах, зенітних ліхтарях і т.д.
Структуровані (стільникові) полікарбонатні листи виробляють методом екструзії, при цьому відбувається плавлення гранул і витискування отриманої маси через особливий пристрій, форма якого визначає будову і конструкцію листа.
До основних достоїнств структурованих (стільникових) полікарбонатних листів відносяться:
– Мала питома вага (від 1,5 до 3,5 кг/м2), що дозволяє проектувати легкі конструкції з великою кількістю дизайнерських можливостей і здешевлює вартість покриття;
– Високі теплоізоляційні властивості (коефіцієнт приведеного опору теплопередачі складає 0,36 – 0,57 м2С/Вт);
– Висока ударна міцність (наприклад, в районі Флориди з сильними вітрами такі листи застосовуються для покриття будівель і оберігають їх від предметів, що летять);
– Висока несуча здатність (до 250 кг/м2 при кроці обрешітки 1-2 м), яка зберігається в температурному режимі від-40oС до +120 oС;
– Прозорість;
– Гнучкість, що дозволяє легко виготовляти арочні перекриття;
– Висока хімічна стійкість;
– Довговічність (гарантований термін служби – 10-12 років);
– Низька горючість.
У полікарбонату, як і у кожного матеріалу, є і деякі недоліки, на які необхідно звертати увагу при його використанні. Полікарбонат, як і будь пластичний матеріал, схильний до температурного розширення в більшій мірі, ніж матеріали конструкцій. Це властивість вимагає особливого технічного рішення при проектуванні, особливо в плоских покриттях великих розмірів. Можливі також механічні пошкодження поверхні листів, як і у скла, наприклад. Для вирішення цієї проблеми поверхню листів можна обробляти спеціальним покриттям або зберігати захисне поліетиленове покриття до закінчення монтажу.
На вітчизняному ринку представлені полікарбонатні панелі різних виробників. Спільним для них (як вже згадувалося вище) є наступне: це прозорі, легкообрабативаемом панелі, що володіють малою питомою вагою, високими теплоізоляційними властивостями і винятковою ударною стійкістю. Основною областю їх застосування є арочні, горизонтальні та похилі (рідше – вертикальні) світлопропускні перекриття в різних житлових, громадських та індустріальних будівлях і спорудах.
Полікарбонатні структуровані листи широко використовуються у всіх розвинених країнах світу, в конструкціях спортивних і виставкових залів, критих пішохідних переходів, заводських цехів і торгових комплексів. За чверть століття свого розвитку індустрія виробила ряд стандартів, в тому числі і на товщину панелей: 4, 6, 8, 10, 16 і 25 мм. Стандартизовані і горизонтальні розміри – переважна більшість підприємств випускає аркуші шириною 2100 і довжиною 6000 або 12000 мм. Деякі фірми, втім, здатні поставляти своїм замовникам листи набагато більшої довжини.
Говорячи про товщину панелей, необхідно зауважити наступне: панелі товщиною 4 і 6 мм не є конструкційними матеріалами і не призначені для використання у зовнішніх конструкціях, особливо в регіонах з високими сніговими або вітровими навантаженнями. Основна область застосування подібних панелей – рекламні щити, світлові короби, а також різного роду вивіски та написи. Для використання в архітектурних цілях рекомендуються матеріали від 8 до 16 мм, а там, де необхідна особливо висока теплоізоляція, – 25 мм або товщі.
Кілька окремих слів варто сказати про ще одну області застосування структурованого (стільникового) полікарбонату – це аграрний сектор. Поєднання високої прозорості укупі з досить високим світлорозсіюванням (виключає опіки рослин прямими сонячними променями), відмінною теплоізоляцією і довговічністю робить полікарбонатні панелі незамінним матеріалом для виготовлення великих промислових теплиць і парників. Хоча полікарбонат менш, ніж скло, проникний для УФ-випромінювання, частка проникає крізь нього ультрафіолету достатня для нормального розвитку рослин. Оптимальними для такого використання слід визнати панелі товщиною 8 мм внаслідок вдалого поєднання ціни, проникної здатності і міцності якостей. Особливо хотілося б відзначити, що ряд провідних фірм-виробників пропонує панелі з покриттям "antifog", яке запобігає утворенню крапель води на внутрішній стороні панелі. А відсутність конденсату здатне помітно підвищити загальний рівень освітленості всередині теплиці.
Якщо ж спробувати зрозуміти, в чому полягають відмінності між полікарбонатними листами виробництва різних фірм, то тут, в першу чергу, слід помітити різницю в поперечних перерізах панелей. Фірми варіюють товщину зовнішніх поверхонь і поздовжніх перегородок, а також відстань між ними. Для збільшення жорсткості вводять в перегородки додаткові діагональні або Х-подібні елементи, розробляють свої власні системи монтажу і кріплення панелей.
Унікальна конструкція, наприклад, розроблена підприємством Polygal Triple-Clip. Дана спеціальна алюміній-полікарбонатна система панелей і особливих профілів дозволяє з мінімальними трудовитратами зібрати гладку, практично без стиків поверхню. Більше того, застосування подібної системи виключає для будівельників і проектувальників необхідність замислюватися над проблемою компенсації лінійного термічного розширення полікарбонату – спільної біди практично всіх термопластиків. Особливим чином сконструйовані алюмінієві профілі разом зі спеціальною заробкою поздовжніх країв полікарбонатних панелей виключають можливість викривлення матеріалу при нагріванні і забезпечують повну герметичність стиків. Є й інші різні системи для надійного монтажу полікарбонатних панелей.Image
Полікарбонатні панелі, очевидно, не є універсальними замінниками скла або склопакетів в будь-яких конструкціях, але, будучи грамотно застосованими, безумовно, здатні допомогти архітекторам в розробці довговічних, комфортабельних, пластично різноманітних проектів будівель і споруд.
