Світлопрозорі конструкції. Огляд полімерних світлопрозорих матеріалів

Автор:
Suliko

У цьому огляді я опишу основні світлопропускні полімерні матеріали, які зараз пропонують покупцям. Розповім про орієнтовні ціни, сильних і слабких сторонах кожного з них . І сподіваюся, огляд допоможе Вам розібратися, який матеріал потрібен саме Вам у реалізації Вашого проекту.

Зміст: (приховати)

Вихідні дані для вибору світлопрозорих материаловХарактеристики світлопропускаючих материаловОрганическое скло (оргскло, поліметилметакрилат (ПММА), акрилове скло, акрил)Полікарбонат сотовыйМонолитный поликарбонатПоливинилхлорид (ПВХ)Поліестр армований стекловолокномВажная інформації про всі світлопропускаючих матеріалах

Вихідні дані для вибору світлопрозорих матеріалів

Насамперед перед вибором матеріалу , потрібно собі відповісти на питання, що потрібно Вам :

• збереження тепла;
• захист від дощу та вітру;
• актуальні вимоги по ударостійкості, пожежобезпеки, звукоізолюючим властивостей конструкції;
• яким навантаженням буде піддана конструкція в період її експлуатації;
• грошові ресурси, які Ви розраховуєте витратити.

Світлопрозорі матеріали допомагають максимально використовувати природне освітлення, і створюють неповторне єднання будинку і навколишнього середовища. Класичний методу матеріал — скло. Воно гідно окремої статті, тому розглянемо лише основні його плюси і мінуси, щоб було зрозуміло, чому все-таки почали широко застосовувати полімерні матеріали.

Отже:

Полімери прийшли в будівництво не так давно, у другій половині минулого століття. Популярність пластмас, як світлопропускаючого матеріалу, зумовлена такими властивостями, як:

• Мала відносна щільність;
• Низька вартість;
• Простота механічної обробки і установки;
• У разі руйнування не утворюють осколків і гострих граней.

Характеристики світлопропускаючих матеріалів

Полімери поділяють на групи за їх властивостями і з речовин, з яких їх отримують. Це тема велика, гідна хороших хіміків. У цій статті я опишу популярні матеріали з полімерів, які використовують як світлопропускні:

• ОРГАНІЧНЕ СКЛО ( ПММА);
• ПОЛІКАРБОНАТ стільниковий (ПК);
• ПОЛІКАРБОНАТ монолітний (ПК);
• ПОЛІВІНІЛХЛОРИД (ПВХ);
• ПОЛІЕСТЕР армований скловолокном (ПЕ).

Сфери застосування матеріалів великі: від козирка до світлопропускаючих елементів зенітних ліхтарів. Залежно від застосування, та вимоги до матеріалів пред’являються різні. Нижче будуть перераховані основні технічні характеристики, які зазвичай вказуються в рекламі матеріалу :

Світлопроникна здатність незабарвленого аркуша (прозорого), %, — це властивість, завдяки якому хвилі видимого спектру можуть проходити крізь товщу матеріалу. Ступінь цієї прохідності визначає рівень світлопроникності матеріалу.

Середня щільність пластмас, кг/м3, г/см3,— це маса одиниці об’єму матеріалу в природному стані ( разом з порами і пустотами).

Міцність – це здатність матеріалу чинити опір руйнуванню внутрішніми напругами, які виникають під дією зовнішніх навантажень. Міцність характеризується

Межею міцності при стиску, МПа і Межею міцності при розтягуванні, МПа.

Вони чисельно рівні напруги в матеріалі, що відповідає навантаженню, що приводить до руйнування зразка.

Ударна міцність Дж/ м2, — це здатність матеріалу протидіяти руйнуванню при короткочасному навантаженні ударного характеру, характеризується роботою, що витрачається на руйнування зразка матеріалу, віднесеної до одиниці площі матеріалу.

Стійкість до хімічного впливу – характеризує здатність матеріалу до хімічних перетворень при взаємодії з речовинами, що контактують з ними. ( це кислотостійкість, розчинність, лугостійкість, і ін)

Токсичність – це здатність матеріалу в процесі виготовлення і експлуатації при певних умовах (наприклад, пожежі) виділяти шкідливі для здоров’я людини речовини.

Пожежонебезпека матеріалу визначається поєднанням всіх п’яти показників. Також, пожежонебезпека може бути зменшена за рахунок добавки в матеріал антипіренів. Але все ж, найчастіше, більшість полімерних матеріалів пожежонебезпечні матеріали. Всі ці показники беруться до уваги при будівництві великих об’єктів (для ПК, ПММА) . При використанні матеріалів в приватному будівництві ці характеристики не перевіряються (для ПВХ, ПЕ). Тому в таблиці наведено показники, а те, як матеріал поводиться при впливі вогню. Для визначення можливості застосування матеріалу при будівництві будівель, в Україні їх перевіряють на ряд показників (див. примітку у статті «Утеплювач. Як вибрати і купити якісний утеплювач»).

Коефіцієнт лінійного теплового розширення мм/мС величина, що характеризує відносну величину зміни лінійних розмірів тіла зі збільшенням температури на 1° До, при постійному тиску.

Коефіцієнт теплопровідності Вт /м2С, — характеризує теплопровідність матеріалу, він дорівнює кількості теплоти, що проходить через матеріал товщиною 1 м і площею 1 кв. м за годину при різниці температур на двох протилежних поверхнях в 10C. Вимірюється у Вт/(м*К) або Вт/(м*С).

Коефіцієнт звукопоглинання — відношення невідображеної звукової енергії до падаючої.

ТАБЛИЦЯ ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Основні технічні характеристики

Основні технічні характеристики

Органічне скло (оргскло, поліметилметакрилат (ПММА), акрилове скло, акрил)

Це один з перших полімерних світлопропускаючих матеріалів (винайшли його в Німеччині в 30-х роках минулого століття). Листове акрилове (органічне) скло – це прозорі, світлонепроникні з різним ступенем світлопропускання) листи з глянцевою поверхнею з обох сторін. Повна назва оргскла — поліметилметакрилат, спрощені назви — оргскло і акрил. Оргскло називають іноді плекс, скорочено від назви марки плексиглас. Товщина листів від 1,0 до 24 мм. Бувають різних кольорів (пофарбовані «в масі»). Можлива колірна гамма листів обширна. Буває фактурне і з антибликовой обробкою. Є два способи виробництва: екструзійний і литтєвий. Спосіб виробництва визначає фізичні характеристики оргскла, впливає на вибір сфери застосування, способу обробки.

Екструзійне оргскло має стабільність товщини аркушів, допуск якої не перевищує 5%.

Литьевому склу властива різнотовщинність аркушів (може досягати до 30%). Це все стосується монолітного оргскла. Головна його перевага — висока еластичність матеріалу. Також, литьевое оргскло має більшу термостійкість і більш хімічно інертно, володіє більшою стійкістю до ударів. У нього краще оптичні властивості.

Для скління підходить і литьевое і екструзійне оргскло. Литьевое трохи дорожче.

Поширений розмір листа 2050 х 3050 мм Товщина, підходить для скління – 3 мм. Вартість при цьому такого листа складає 880($ 110)(екструзійне) -1117($ 140,5)( литьевое) грн. (Тобто близько 140 грн ($17) (м. кв.). Як приклад, наведено ціни на прозорий лист європейського виробництва.

Листи оргскла мають товщину:

• литьевое від 1 до 250 мм;
• екструзійне від 0,5 до 25 мм

Ширина листів 600-2050 мм; довжина – 1000-4000 мм

Переваги акрилу порівняно з іншими полімерними матеріалами:

• Високий рівень пропускання ультрафіолетових променів, (під ним можливо засмагати під природними сонячними променями в приміщеннях!!!). Стійкість до ультрафіолетового випромінювання, відображає інфрачервоне;
• Практично вологонепроникний матеріал, тому застосовують на яхтах, басейнах і т. п.
• Витримує значні механічний навантаження;
• Легко піддається механічній обробці і гарячого формування (тому використовується для виготовлення об’ємних виробів ( наприклад куполів));
• Легкість. Щільність оргскла 1,19 г/куб. см. (майже в 2,5 рази легше звичайного скла);
• Висока світлопроникність;
• Стабільність фізичних та оптичних властивостей протягом експлуатації;
• Високий опір зламу і деформацій.

Недоліки:

• У порівнянні зі склом — чутливий до подряпин (цей недолік виправляється нанесенням стійких до подряпин покриття);
• Легко деформується при 100 °C;
• Трохи поступається силікатній скла по світлопропускання (92-93 % проти 99 % у кращих сортів силікатної);
• Хімічно нестійке до дії органічних речовин (спирту, ацетону та бензолу);
• Легкозаймистий матеріал, але при горінні практично не виділяє отруйних газів.

Сфери застосування: Те, що оргскло пропускає ультрафіолет і до 93 % видимого світла (краще ніж інші пластики, поступається лише кварцевому скла, що пропускає 100 % видимого світла), робить його унікальним світлопроникним матеріалом. Тому воно широко застосовується у природничих соляріях, басейнах.

Також застосовується для внутрішньокімнатних перегородок, душових кабін, скління вікон, дверей, вітражів, теплиць тощо і навіть для виготовлення ось таких гігантських акваріумів:

Полікарбонат стільниковий

Стільниковий полікарбонат – це гнучкі пустотілі полімерні листи, внутрішня структура яких представляє собою багатошарову конструкцію, заповнену поздовжніми перемичками — ребрами жорсткості. Іноді його називають ще структурованим, комірчастим, канальним. Буває полікарбонат зі складною структурою (двох-, трьох — або чотиришарова конструкція, а її ребра жорсткості утворюють квадрати, трикутники або хрестові структури).

Така структура надає матеріалу легкість, легкість і високу теплоізоляційну здатність.

Полікарбонат високопластичний і міцний матеріал. Ці його властивості дозволяють отримувати листи з дуже тонкими стінками (0,3-0,7 мм). Виробники випускають листи різних товщин (4-4,5-6-8-10-16-20 мм). Вважають, що листи товщиною 4 і 6 мм не є конструкційними матеріалами і не призначені для використання в зовнішніх конструкціях, особливо якщо у Вашому регіоні висока снігова або вітрова навантаження. Насправді їх застосовують у рекламі. Для використання в архітектурних цілей використовують товщини від 8 до 16 мм, а там, де необхідна особливо висока теплоізоляція, — 25 мм або товщі. Найпопулярніші товщини, які пропонують продавці для приватного будівництва 4,6 і 8 мм. Звичайно, можна економити і купити лист товщиною 4 або 6 мм , просто потрібно розуміти, що якщо матеріал трісне під сніговим навантаженням і т. д. виробник не винен, це був Ваш вибір. Розміри аркуша. Ширина — 2100 мм, довжина — 6000 мм В залежності від версії виконання ширина може бути 980 мм, 1050 мм, 1200 мм, 1250 мм, Довжина же листів може бути до 13 метрів.

 

До вартості необхідно ще додати і вартість стикувальних і торцевих монтажних полікарбонатних профілів. Ціна стикувального коливається від 15 до 50 грн (1,9–6,4 $) за погонний метр, торцевих — близько 15 грн (1,9$) за погонний метр. Крім цього, будуть потрібні і інші матеріали для монтажу, так що робити вибір потрібно після того, як проведений повний розрахунок вартості конструкції.

Переваги:

• Наявність повітряного прошарку — відмітна риса стільникового полікарбонату, яка дозволяє істотно знизити вагу матеріалу і наділяє його високими теплоізоляційними властивостями (матеріал важить в 6-10 разів менше звичайного силікатного скла і в 6 раз менше акрилового, коефіцієнт опору теплопередачі складає 0,36-0,57 м2С/Вт);
• Хороші протипожежні якості;
• Стійкий до ударних навантажень (ударна стійкість полікарбонату вище, ніж скла, в сто разів та вище, ніж акрилу, майже в десять разів);
• Висока міцність на розрив і вигин;
• Висока теплостійкість;
• Висока несуча здатність (до 250 кг/м2 при кроці решетування 1-2 м), яка зберігається в температурному режимі від -40 0С до +120 0С;
• Гнучкість, що дозволяє легко виготовляти арочні перекриття;
• Розсіює світло, що важливо для рослин в теплицях.

Недоліки:

• Нестійкість до грубих механічних пошкоджень;
• Значне теплове розширення;
• Є ряд недоліків (скупчення конденсату усередині панелей, виникнення парникового ефекту) пов’язано з порушенням правил монтажу та правил поводження з матеріалом.

Сфери застосування:

Будь-які арочні, горизонтальні та похилі (іноді — вертикальні) світлопрозорі перекриття житлових, громадських та промислових будівлях і спорудах. Це можуть бути навіси для терас:

Навіси для автомобілів

Козирки

Паркани та ворота

Паркани з використанням полікарбонату популярні в деяких регіонах України . Створюють затишну атмосферу в двориках, при цьому не затемнюють їх. Також для скління дахів промислових будівель, пасажів, торгових центрів, переходів, теплиць, веранд ринків, басейнів, стадіонів, складів, зупинок громадського транспорту, АЗС, теплиць і т. п.

Монолітний полікарбонат

Монолітний полікарбонат — це листовий матеріал, зовні схожий на органічне скло (ПММА), але значно відрізняється від нього по своїм характеристикам. Він використовується в якості покрівельного матеріалу і є ідеальним матеріалом, з якого створюють як плоскі покрівлі, так і криволінійні форми покрівельних конструкцій. Він рідко використовується в горизонтальних перекриттях (доріг для цього).

Гарячим формуванням отримують з нього різні купола з круглим, квадратним або прямокутним підставою, світлові ліхтарі і т. п.

Ще одна область застосування, яка в нашій країні велика рідкість – це шумоізоляційні бар’єри для авто — і залізничних магістралей. Ось приклад такого бар’єру:

Орієнтовні ціни

Вартість монолітного полікарбонату:

Товщина, колір мм
Розмір аркуша, м
Ціна, грн м. кв.
Ціна, $ м. кв.

3 прозорий
2*3
350
43,7

3 димчастий, бронзовий
2*3
508,5
63,56

4 прозорий
2*3
462,7
57,83

Переваги:

• Схожий за властивостями на оргскло, але дорожче і значно міцніше. За ударною міцністю не поступається металу, самий міцний прозорий полімерний матеріал.
• Не поступається за прозорістю скла.
• Плити з нього можна згинати в холодному стані і піддавати термоформуванню.
• Висока стійкість до погодних умов.

Недоліки:

• У горизонтальних перекриттях використовується рідко, це пов’язано з високою вартістю ( значно вище вартості стільникового полікарбонату).
• Не забезпечує такої теплоізоляції, як стільниковий.

Сфери застосування:

В силу того, що цей матеріал найміцніший з світлопропускаючих полімерних матеріалів, його використовують там, де потрібен захист від вандалізму і підвищена ударостійкість. Використовують для виготовлення куполів зенітних ліхтарів, пристрої веранд, зимових садів, влаштування шумозахисних бар’єрів на автострадах, інше.

Полівінілхлорид (ПВХ)

Полівінілхлорид (ПВХ) — матеріал, що відноситься до термопластичним полімерам. Промисловий випуск його розпочато в 30-х роках минулого століття.

Як світлопропускаючого матеріалу використовують хвилясті ( гофровані) листи (зовні виглядає як шифер).

Листи бувають з перерізом хвиля (синусовидное) ( наприклад, розмір хвилі 76/18 мм).

Трапеція (наприклад, перетином 70/18)

Найбільш популярна товщина листа 0,8 мм.

Деякі види ПВХ листів виробляють по особливому запатентованому процесу виробництва, при якому аркуш розтягується в поздовжньому та поперечному напрямках, такий лист відрізняється високою міцністю при ударі і деформації. В результаті «двуосном орієнтації» структура пластика набуває властивості тривало протистояти механічним навантаженням.

При виборі листів потрібно уточнювати, з якими добавками виробляються листи ( є листи з подвійною добавкою стабілізаторів проти УФ-випромінювання, високоміцні листи).

Орієнтовна ціна 1 м. кв матеріалу – 40-50 грн м. кв. плюс вартість саморізів і підкладок.

Переваги:

• прості і зручні при монтажі (не вимагають спеціального інструменту і профілів тощо);
• не пропускають УФ промені;
• не набухає і не жолобиться під дією води;
• пожежобезпечність (він насилу горить, не підтримує горіння і самозатухаючий, не утворюють крапель при горінні);
• доступна ціна;
• зручний формат аркушів, який дозволяє провести монтаж без спец інструменту, спец. Проф. навичок і аксесуарів.

Недоліки:

• Зниження ударної міцності при негативній температурі. (Встановлювати при температурі не менше -50С).

Сфери застосування: тераси, альтанки, навіси, світлопропускної елемент покрівельних ліхтарів, балкони, теплиці, парники, зимові сади, басейни, складські приміщення. Крім цього їх застосовують як вітрозахист.

Поліестр армований скловолокном

Поліестер проводиться з поліефірних смол з додаванням скловолокна. буває профільованим і плоским. Профільований поліестер завдяки високій жорсткості використовується для покриття прямих поверхонь, а плоский, завдяки хорошої гнучкості, краще використовувати в арочних конструкціях.

Головною особливістю зазначеного матеріалу є – габаритний розмір. Поліестер поставляється в рулонах (наприклад шириною 2; 2,5 і 3 метри, а в одному рулоні може бути до 40 м. п. матеріалу). Одним таким рулоном можна накрити до 120 кв. м. будь-якій поверхні, причому без жодного стику. Іноді можна зустріти і листовий (у вигляді шиферу) матеріал.

Орієнтовна вартість 40-50 грн м. кв. (5,1-6,4 $).

Переваги:

• габаритний розмір (покриття одним листом до 120 кв. м);
• доступна ціна , добре підходить для малобюджетних об’єктів;
• низький коефіцієнт лінійного термічного розширення, що дозволяє його жорстко кріпити до будь-якого каркасу без використання спеціального кріплення;
• стійкість до атмосферних впливів і хімічних речовин;
• висока міцність до механічних навантажень, завдяки армуванню скловолокном.

Недоліки:

• пропускає світло без ефекту розсіювання ( погано для рослин).

Застосовую для теплиць, парників (доступна ціна плюс великі габаритні розміри – економічно вигідно) а також може застосовуватися у всіх перерахованих об’єктах (навіси, тераси, тощо).

Важлива інформація про всіх світлопропускаючих матеріалах

Деякі моменти, які стосуються всіх полімерних світлопропускаючих матеріалів:

• Температурне розширення: будь-який полімерний матеріал піддається температурному розширенню більше, ніж матеріали конструкцій. Тому важливо розраховувати конструкцію з урахуванням теплового розширення матеріалів.
• Механічні пошкодження поверхні листів: воно відбувається при контакті листа з гілками, від граду, інших чинників або при монтажі. Цього схильні більшість полімерних матеріалів. Для вирішення цієї проблеми поверхня листів можна обробляти спеціальним покриттям або зберігати захисне поліетиленове покриття до закінчення монтажу.
• Колір матеріалу: потрібно розуміти що кольорове (мають забарвлення) скління має певний вплив на людину (в приміщенні, з яскравим кольоровим склом люди, які знаходяться всередині приміщення довгий час, можуть втрачати почуття часу, у них може погіршитися зір). Вибирайте яскраві матеріали для об’єктів, де Ви не перебуваєте тривалий час.

Висновки: В кінцевому підсумку, вибір матеріалу залежить від доцільності застосування матеріалу, з урахуванням його властивостей і технічних характеристик, вартості.

На ринку України існує пропозиція дешевих полімерних матеріалів, з Китаю та інших країн. На них можна зупинити свій вибір, якщо покрівля Вам потрібна на кілька років. Якщо хочете стабільної якості – краще купуйте матеріали європейського, російського, українського виробництва (спрашивате продавців про добавки, про гарантії, технічні характеристики).

Увага: Ціни у статті застаріли!