Алюминиевые композитные панели и их свойства
«Алюминиевые композитные панели состоят из двух алюминиевых листов с полиэтиленовой (PE) прослойкой или пластиковой (PVC) сердцевиной с минеральными добавками различной толщины. Листы производятся в виде непрерывной ленты, позволяющей отрезать панели необходимой длины.
Исключительно высококачественное покрытие с оптимальной устойчивостью к погодным условиям и промышленным загрязнениям достигается применением полимерных покрытий на основе PVDF с последующей термической обработкой. PVDF-покрытие увеличивает износостойкость материала, а также стойкость к атмосферным осадкам любых типов. Композитный материал обладает жесткостью, устойчивостью к ударам, механическим повреждениям, давлению и в то же время высокоэластичен и легко сгибается».
Такие характеристики можно прочитать практически в любом каталоге производителей алюминиевых композитных панелей. Как же разобраться в том бесчисленном многообразии материалов, часто идущего под неким общим названием (или ссылкой на аналог) Alucobond?
Итак, насколько заявляемые изготовителем технические характеристики соответствуют фактическим характеристикам (изготавливаемого) поставляемого материала, условиям эксплуатации с учетом российского диапазона рабочих температур и агрессивности окружающей среды?
Какими критериями лучше руководствоваться при выборе композитов от различных производителей?
На какие характеристики следует обратить внимание в первую очередь?
Как организовать контроль за соблюдением технологии переработки и монтажа?
Начнем с вывода, к которому привели результаты первых же исследований, проведенных лабораторией Института «Композит-Тест».
Свойства композита должны соответствовать КОМПЛЕКСНОМУ ИЗДЕЛИЮ, то есть именно трехслойной панели, где свою роль играют как алюминиевые слои, так и средний полимерный слой. Учет влияния характеристик этих слоев на характеристики композита в целом, конечно, может быть выражен в виде различных математических зависимостей, однако это описание может оказаться достаточно сложным. Практически же необходимо учитывать ряд основных технологических факторов: состав алюминиевого сплава, адгезионную прочность алюминиевых слоев, температуру при формовании, пористость среднего слоя, лакокрасочное покрытие. Все эти факторы в комплексе влияют на прочность и эксплуатационные характеристики материала. Так как заказчик или монтажная организация будут иметь дело именно с готовым изделием (листом) конкретного изготовителя, нет смысла перегружать проектировщиков избыточной информацией о физико-механических свойствах отдельных слоев. Следовательно, необходимо требовать характеристики каждого варианта исполнения композита (различная толщина слоев алюминия, различный материал среднего слоя и т.д.).
Видимо, в силу требований национальных стандартов либо вследствие исторически сложившихся традиций некоторые изготовители не придерживаются этого правила и все данные в техническом паспорте приводят для алюминия — материала внешних слоев композита. Это необходимо иметь в виду.
В таблице 1 приведен разброс характеристик физико-механических свойств композитов семи различных производителей. По техническому паспорту характеристики данных композитов были приведены одинаковые.
Табл. 1
|
Наименование контролируемого показателя
|
Характеристики по техническому паспорту производителя
|
Результаты испытаний
|
|
Толщина алюминиевой композитной панели
|
4 мм
|
от 3,8 мм до 4,3 мм
|
|
Толщина алюминиевых покрывающих слоев
|
0,5 мм
|
от 0,45 мм до 0,5 мм
|
|
Предел прочности при растяжении
|
не менее 130 МПа по алюминиевому слою
|
от 36,8 МПа до 61,6 МПа — по образцам, изготовленным из композита
|
|
Относительное удлинение при разрыве
|
не менее 5%
|
от 5% до 9%
|
|
Модуль упругости при изгибе
|
не менее 70 ГПа по алюминиевому слою
|
от 3,5 ГПа до 11,8 ГПа — по образцам, изготовленным из композита
|
|
Прочность при расслаивании (адгезионная прочность алюминиевых слоев)
|
не менее 5 Н/мм
|
от 2,75 Н/мм до 19,4 Н/мм
|
Как видно из таблицы, по отдельным показателям различия между паспортными данными (учитывающими только алюминиевый слой) и результатами испытаний композита в целом весьма велики. Следовательно, пренебрегать влиянием среднего полимерного слоя в характеристиках композита нельзя.
Многие производители даже не утруждают себя в заявлении марки алюминия, ограничиваясь фразой «практически чистый алюминий» или «добавок не более 2 %».Между тем эта информация необходима для корректного подбора крепежа с целью исключения образования контактных пар, провоцирующих электрохимическую коррозию, и определения возможности использования материала в различных климатических и индустриальных зонах. Марки алюминия в исследованных композитах были АМг1, АД1, АД, ММ, что во многом объясняет разброс физико-механических свойств композитов.
Какие же именно характеристики наиболее важны для выбора подходящего материала? Рассмотрим их последовательно. Не будем включать в этот ряд только цену — характеристика эта, конечно, весьма важна, но здесь каждая фирма-потребитель располагает определенным бюджетом и оценить свои возможности может только самостоятельно.
1. Внешний вид, разнотолщинность, толщина защитного слоя. Значение внешнего вида не нуждается в комментариях. Здесь, как говорится, лучше один раз увидеть. С разнотолщинностью немного сложнее — значительные отклонения могут создавать проблемы при формировании кассет и закреплении панелей. Впрочем, последнее зависит от способа крепления и в большинстве случаев не окажется критичным. Отклонения в сторону уменьшения по толщине алюминиевого слоя также могут потребовать корректировки прочностных расчетов.
2. Плотность и масса — весьма важные характеристики для расчетов и выбора крепежа. Несмотря на то что крепеж для композитных панелей, который мы также испытываем, имеет приличный запас по несущей способности, рекомендуется внимательнее отнестись к подбору необходимых изделий. Модификаций крепежа на рынке сейчас достаточно, проблем с поиском требуемого быть не должно. Многие производители композитов идут навстречу потребителям и указывают в технической документации на композит параметры требуемых крепежных изделий. Это правильный путь, и хочется надеяться, что остальные производители последуют этому примеру. Кроме того, имеется возможность приобретать не только собственно панели, но и готовые системы с рекомендациями по проектированию и конструированию, то есть панели могут быть поставлены с крепежом, причем как панели, так и крепеж могут иметь различные типоразмеры. Необходимо убедиться, что выбранный крепеж в этом случае соответствует закладываемым в проект панелям. И так же не забывать о контактной коррозии!
3. Предел прочности, предел текучести, относительное удлинение при разрыве — типовые механические характеристики для прочностных расчетов.
4. Предел прочности и модуль упругости при изгибе — на практике в числе самых важных характеристик. В большинстве случаев при монтаже и при эксплуатации панелей на них действуют изгибающие нагрузки (в частности, ветровые).
5. Качество лакокрасочного слоя, адгезия и гибкость тоже весьма важны! Имеющие отличные механические характеристики панели, на которых в местах изгиба спустя некоторое время начнет отслаиваться и растрескиваться покрытие, окажутся не самой лучшей рекламой для строительной компании.
Но есть и еще одна опасность: незащищенный покрытием алюминиевый лист очень интенсивно корродирует. И очень часто композиты с монтажной стороны не имеют защитного покрытия. Это особенно опасно, так как при внешнем осмотре признаки коррозии отсутствуют, а панель может уже значительно потерять прочность.
Касательно блеска и цвета. Следует реально оценивать тот факт, что мы при проведении испытаний можем оценить блеск и подтвердить соответствие цвета контрольному образцу. Однако не является секретом, что оттенки цвета и степень блеска изделий из разных партий могут отличаться. Так что лучше заказывать материал на один объект за раз, чтобы избежать этой проблемы.
6. Прочность при отслаивании внешнего слоя алюминия — важный параметр, который может значительно отличаться у разных изделий. У композитов с малой прочностью при отслаивании после воздействия знакопеременных температур окружающей среды алюминиевый слой может потерять связь со средним полимерным, а это уже снижение прочности (фактор безопасности) и «вздутие» кассет (эстетический фактор). Кроме того, покрытие на алюминиевом листе также начнет работать явно не в расчетном режиме, и потеря его свойств станет весьма вероятной.
7. Морозостойкость и термостойкость — многоцикловые испытания. C изменением окружающей температуры в значительных пределах моделируются реальные условия эксплуатации в течение нескольких лет. После испытаний могут измениться многие указанные выше параметры, причем как прочностные, так и по внешнему виду. Изменения здесь почти неизбежны, причем могут происходить и в сторону улучшения, поэтому критичным принято считать изменение более 20 %. Менее 20 % — допускается, и чем меньше, тем лучше. А вот изменения внешнего вида после 75 циклов воздействий не могут быть в лучшую или худшую сторону, поэтому они просто не допускаются.
8. Стойкость к воздействию климатических факторов является наиболее длительным и жестким комплексным испытанием. Помимо воздействия знакопеременных температур оно также включает воздействие солнечного излучения, влаги и испытание образцов в камере с повышенным содержанием сернистого газа — коррозионно-активного вещества, имеющегося в окружающем воздухе, особенно в промышленных зонах. Критерии здесь те же, что и при морозо- и термостойкости. Следует только добавить, что после этого испытания было отмечено наибольшее количество изменений внешнего вида образцов. И, как говорилось выше, на образцах, монтажная сторона которых не была защищена покрытием, коррозия алюминиевого слоя была очень интенсивной.
В таблице 2 приведены режимы воздействия, которые выбраны в соответствии с ГОСТ 9.401 методом 6, чтобы вы могли оценить, скольким факторам должно успешно противостоять качественное изделие.
Табл. 2
|
Гидростат
|
Температура — 40±2 0С
|
2 часа
|
|
Влажность — 97±3 %
|
||
|
Камера сернистого газа
|
Температура — 40±2 0С
|
2 часа
|
|
Влажность — 97±3 %
|
||
|
Сернистый газ — 5±1 мг/куб. м
|
||
|
Морозильная камера
|
Температура — 30±3 0С
|
6 часов
|
|
Облучение лицевой стороны
|
Плотность потока излучения — 730±140 Вт/кв. м
|
2 часа
|
|
Поверхностная плотность потока УФ — 30±5 Вт/кв. м
|
||
|
Орошение
|
Дождевание
|
1 час
|
|
Облучение лицевой стороны
|
Плотность потока излучения — 730±140 Вт/кв. м
|
2 часа
|
|
Поверхностная плотность потока УФ — 30±5 Вт/кв. м
|
||
|
Морозильная камера
|
Температура — 60±3 0С
|
3 часа
|
|
Воздух
|
Комнатные условия
|
6 часов
|
Из испытаний видно, что наиболее коварным воздействием на композит является сернистый газ. Конечно, некоторые производители (особенно европейские) будут утверждать, что в их государствах таких концентраций сернистого газа нет и быть не может, но это ускоренные испытания, и мы находимся в промышленной местности. Решение проблемы не такое уж и сложное. Зная, как сильно реагирует алюминий с сернистым газом, необходимо нанесение лишнего слоя прозрачного лакового покрытия (особенно на краски «металлик»). И не стоит надеяться на свойства алюминия образовывать защитную оксидную пленку — она не предохраняет от воздействия сернистого газа.
Что касается изменений физико-механических свойств после лабораторных испытаний, по исследованным материалам изменения не превышают 10 %, причем часто при расслаивании и растяжении композита характеристики возрастают.
Итак, композит должен иметь следующую сопроводительную документацию:
- технический паспорт с развернутыми характеристиками на материал, указанием марки алюминиевого сплава и состава сердцевины;
- подтверждение заявленных свойств лабораторными испытаниями в России;
- подробную техническую документацию по правилам переработки и применения в разных областях строительства;
- рекомендации по расчету размеров изделий исходя из прочностных характеристик материала, заверенные контролирующими органами по строительству;
- комплект документации по применяемому крепежу для различных типов креплений.
| Автор: А. В. Давыдова Дата: 27.01.2006 Журнал Стройпрофиль 1-06 Рубрика: фасадные системы. фасады Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |