Полимерные материалы. О поликарбонате.

          Одним из первых материалов, на который упал взгляд конструкторов в поисках альтернативы стеклу, был полиметилметакрилат (акрил), в просторечии именуемый органическим стеклом. Акрил был изобретен немецкими учеными в 1933 году.

Это абсолютно бесцветный материал, который выдерживает большой механический вес, а, самое главное, легок в обработке и замечательно поддается горячему формованию. Помимо монолитных листов, в которых сказывается высокая эластичность материала, стали также применять листы структурированные, в поперечном сечении представляющие собой ряд воздухом наполненных каналов, разделенных тонкими перегородками.

   В таком решении имеется сразу три плюса: листы стали заметно легче, значительно улучшились теплоизоляционные свойства воздушных каналов, поперечные перегородки стали одновременно исполнять роль продольных ребер жесткости, позволив тем самым достичь очень высокой конструктивной прочности материала по отношению к его весу (и облегчить тем самым конструкцию несущих элементов).

   Еще одним достоинством акрила стал высокий уровень пропускания им ультрафиолетовых лучей, благодаря чему возможно загорать под естественными солнечными лучами в помещениях, закрытых прозрачной кровлей из структурированного акрила. В свое время это обусловило широкое применение подобных перекрытий в конструкциях разного рода естественных соляриев и бассейнов.

   Но все же свойства акрила не во всем удовлетворяли проектировщиков - это заставляло продолжать поиски других полимерных материалов. В середине 70-х годов был изобретен поликарбонат, который открыл новые возможности в применении полимерных материалов. Используются в строительстве также и полимерные материалы из ПВХ.

   Поликарбонат представляет собой полимер, свойства и стабильность которого позволяют отнести его к пластическим материалам инженерного класса. Его физико-механические качества остаются неизменными в гораздо более широком, чем у акрила, диапазоне температур (от -450oС до +1200oС), а ударная стойкость поликарбоната выше, чем стекла, в сто раз и выше, чем акрила, почти в десять раз.

   В современном строительстве поликарбонат применяется в двух видах - в виде монолитных и структурированных листов (сотовый поликарбонат) различной толщины.

   Монолитный поликарбонат редко используется в горизонтальных перекрытиях (он слишком дорог для этого), но является идеальным материалом, из которого путем горячего формования получают элементы криволинейной формы. Это различные купола с круглым, квадратным или прямоугольным основанием, протяженные модульные световые фонари с неограниченной длиной и отдельные секции огромных куполов, достигающие 8-10 м в диаметре (легко транспортируемые и собираемые).

   Современные технологии позволяют изготавливать изделия из монолитного поликарбоната с ребрами жесткости, что делает их пригодными для самонесущих перекрытий. В этом случае необходимость в применении металлического каркаса отпадает, благодаря чему отсутствуют "мостики холода" и возможность выпадения конденсата.

   Структурированные (сотовые) листы (порой именуемые сотовыми или ячеистыми) - это наиболее распространенный вид поликарбоната, применяемый в строительной индустрии сегодня, в основном используемый в горизонтальных либо арочных перекрытиях - крышах, навесах, зенитных фонарях и т.д.

   Структурированные (сотовые) поликарбонатные листы производят методом экструзии, при этом происходит плавление гранул и выдавливание полученной массы через особое устройство, форма которого определяет строение и конструкцию листа.

   К основным достоинствам структурированных (сотовых) поликарбонатных листов относятся: 

    - малый удельный вес (от 1,5 до 3,5 кг/м2), что позволяет проектировать легкие конструкции с большим количеством дизайнерских возможностей и удешевляет стоимость покрытия;

    - высокие теплоизоляционные свойства (коэффициент приведенного сопротивления теплопередаче составляет 0,36 - 0,57 м2С/Вт);

    - высокая ударная прочность (к примеру, в районе Флориды с сильными ветрами такие листы применяются для покрытия зданий и предохраняют их от летящих предметов);

    - высокая несущая способность (до 250 кг/м2 при шаге обрешетки 1-2 м), которая сохраняется в температурном режиме от -40oС до +120oС;
    - прозрачность;
    - гибкость, позволяющая легко изготавливать арочные перекрытия;
    - высокая химическая стойкость;
    - долговечность (гарантированный срок службы - 10-12 лет);
    - низкая горючесть.

    У поликарбоната, как и у каждого материала, есть и некоторые недостатки, на которые необходимо обращать внимание при его использовании. Поликарбонат, как и любой пластический материал, подвержен температурному расширению в большей степени, чем материалы конструкций. Это свойство требует особого технического решения при проектировании, особенно в плоских покрытиях больших размеров. Возможны также механические повреждения поверхности листов, как и у стекла, например. Для решения этой проблемы поверхность листов можно обрабатывать специальным покрытием либо сохранять защитное полиэтиленовое покрытие до окончания монтажа.

    На отечественном рынке представлены поликарбонатные панели различных производителей. Общим для них (как уже упоминалось выше) является следующее: это прозрачные, легкообрабатываемые панели, обладающие малым удельным весом, высокими теплоизоляционными свойствами и исключительной ударной стойкостью. Основной областью их применения являются арочные, горизонтальные и наклонные (реже - вертикальные) светопропускающие перекрытия в различных жилых, общественных и индустриальных зданиях и сооружениях.

   Поликарбонатные структурированные листы широко используются во всех развитых странах мира, в конструкциях спортивных и выставочных залов, крытых пешеходных переходов, заводских цехов и торговых комплексов. За четверть века своего развития индустрия выработала ряд стандартов, в том числе и на толщину панелей: 4, 6, 8, 10, 16 и 25 мм. Стандартизованы и горизонтальные размеры - подавляющее большинство предприятий выпускает листы шириной 2100 и длиной 6000 или 12000 мм. Некоторые фирмы, впрочем, способны поставлять своим заказчикам листы гораздо большей длины.

    Говоря о толщине панелей, необходимо заметить следующее: панели толщиной 4 и 6 мм не являются конструкционными материалами и не предназначены для использования в наружных конструкциях, особенно в регионах с высокими снеговыми либо ветровыми нагрузками. Основная область применения подобных панелей - рекламные щиты, световые короба, а также различного рода вывески и надписи. Для использования в архитектурных целях рекомендуются материалы от 8 до 16 мм, а там, где необходима особо высокая теплоизоляция, - 25 мм или толще.

   Несколько отдельных слов следует сказать об ещё одной области применения структурированного (сотового) поликарбоната - это аграрный сектор. Сочетание высокой прозрачности вкупе с достаточно высоким светорассеиванием (исключающим ожоги растений прямыми солнечными лучами), отличной теплоизоляцией и долговечностью делает поликарбонатные панели незаменимым материалом для изготовления крупных промышленных теплиц и парников. Хотя поликарбонат менее, чем стекло, проницаем для УФ-излучения, доля проникающего сквозь него ультрафиолета достаточна для нормального развития растений. Оптимальными для такого использования следует признать панели толщиной 8 мм вследствие удачного сочетания цены, пропускающей способности и прочностных качеств. Особо хотелось бы отметить, что ряд ведущих фирм-изготовителей предлагает панели с покрытием "antifog", которое предотвращает образование капель воды на внутренней стороне панели. А отсутствие конденсата способно заметно повысить общий уровень освещенности внутри теплицы.

   Если же попытаться понять, в чем состоят различия между поликарбонатными листами производства различных фирм, то здесь, в первую очередь, следует заметить разницу в поперечных сечениях панелей. Фирмы варьируют толщину наружных поверхностей и продольных перегородок, а также расстояние между ними. Для увеличения жесткости вводят в перегородки дополнительные диагональные или Х-образные элементы, разрабатывают свои собственные системы монтажа и крепления панелей.

   Уникальная конструкция, например, разработана предприятием Polygal Triple-Clip. Данная специальная алюминий-поликарбонатная система панелей и особых профилей позволяет с минимальными трудозатратами собрать гладкую, практически без стыков поверхность. Более того, применение подобной системы исключает для строителей и проектировщиков необходимость задумываться над проблемой компенсации линейного термического расширения поликарбоната - общей беды практически всех термопластиков. Особым образом сконструированные алюминиевые профили вкупе со специальной заделкой продольных краев поликарбонатных панелей исключают возможность коробления материала при нагревании и обеспечивают полную герметичность стыков. Имеются и другие различные системы для надежного монтажа поликарбонатных панелей.

   Поликарбонатные панели, очевидно, не являются универсальными заменителями стекла или стеклопакетов в любых конструкциях, но, будучи грамотно применёнными, безусловно, способны помочь архитекторам в разработке долговечных, комфортабельных, пластически разнообразных проектов зданий и сооружений.