Композитная алюминиевая панель представляет собой ламинированную сэндвич-конструкцию, а не одиночный алюминиевый лист.

Композитные алюминиевые панели представляют собой инженерные строительные материалы, состоящие из двух тонких алюминиевых листов, обычно Толщина каждого от 0,3 до 0,5 миллиметров — термически соединены под постоянным нагревом и давлением с неалюминиевым материалом сердцевины толщиной от 2 до 5 миллиметров. . Полученная сэндвич-панель, общая толщина которой обычно составляет от 3 до 6 миллиметров, демонстрирует жесткость на изгиб, намного большую, чем у цельного алюминиевого листа эквивалентного веса. Алюминиевые оболочки обеспечивают прочность на разрыв, устойчивость к атмосферным воздействиям и поверхность, подходящую для систем архитектурных покрытий, в то время как сердцевина передает напряжение сдвига между оболочками и обеспечивает плоскостность панели и ударопрочность. Именно эта ламинированная конструкция позволяет 4-миллиметровой композитной панели оставаться абсолютно плоской на протяжении 1,2 метра, в то время как цельный алюминиевый лист того же веса будет демонстрировать видимую волнистость и образование маслянистых пятен при воздействии изменений температуры. Соединение между алюминиевой оболочкой и сердечником достигается за счет непрерывная термопластичная клейкая пленка — обычно модифицированный сополимер полиэтилена — которая активируется при нагревании в процессе ламинирования панели и достигает прочности на отслаивание, превышающей 15 Н/25 мм. при испытаниях в соответствии с ASTM D1781.

Основной материал и фундаментальное различие между полиэтиленовыми и огнестойкими панелями

Материал сердцевины является определяющим компонентом композитной алюминиевой панели, и выбор между типами сердцевины определяет класс огнестойкости панели, ее стоимость, вес и пригодность для конкретных строительных применений. Стандартным ядром для неогнестойких приложений является полиэтилен низкой плотности, который имеет плотность примерно от 0,92 до 0,95 г/см³ и предельный кислородный индекс примерно 17%, что означает, что он легко горит в нормальных атмосферных условиях. . Панели с полиэтиленовым сердечником составляют большую часть композитных алюминиевых панелей, используемых во всем мире в вывесках, внутренней отделке и нерегулируемых наружных применениях. Альтернативной технологией сердцевины для огнестойких применений является сердцевина с минеральным наполнителем, в которой полиэтиленовая матрица загружена От 30% до 70% по весу огнезащитных минеральных наполнителей — обычно тригидроксида алюминия или дигидроксида магния — которые поглощают тепло за счет эндотермического разложения, выделяют водяной пар, который разбавляет дымовые газы, и оставляют керамический слой угля, изолирующий несгоревшую сердцевину. . Эти огнестойкие панели с минеральным наполнением достигают предельного кислородного индекса выше 30%, что классифицирует материал как самозатухающий, и они могут соответствовать требованиям ASTM E84, класс A, EN 13501-1, класс B-s1-d0 или эквивалентным национальным стандартам пожарной безопасности. Третий, менее распространенный тип сердечника — это гофрированный или сотовый алюминиевый сердечник, который используется для цельнометаллических изделий высокой жесткости, где требуется совместимость по термическому расширению между обшивкой и сердечником.

История пожаров и реакция регулирующих органов

Глобальная нормативно-правовая база для композитных алюминиевых панелей коренным образом изменилась после нескольких пожаров в высотных зданиях, в которых панели из полиэтилена на внешней облицовке способствовали быстрому вертикальному распространению пламени. Эти инциденты привели к широко распространенные изменения в кодексе, которые теперь запрещают использование композитных панелей с полиэтиленовым сердечником для внешней облицовки зданий, высота которых превышает определенный порог — обычно 18 метров или четыре этажа, в зависимости от юрисдикции. . Требование к замене заключается в том, что наружные облицовочные панели должны иметь огнестойкую сердцевину с минеральным наполнением или иметь альтернативную конструкцию, например, из цельного алюминиевого листа или другого негорючего облицовочного материала. Конкретные требования к испытаниям различаются в зависимости от страны: в США соответствующим стандартом является NFPA 285 для полномасштабных испытаний сборки многоэтажных стен; в Соединенном Королевстве и многих странах Содружества это BS 8414; В Европейском Союзе классификация EN 13501-1 упоминается в национальных строительных нормах. Практическим последствием для спецификаторов является то, что материал сердцевины должен быть проверен с помощью отчетов об испытаниях третьих сторон, специфичных для указанной марки и модели панели, а не из общей литературы по продуктам.

Системы покрытий и спектр долговечности ПВДФ и полиэстера

Алюминиевые оболочки композитной алюминиевой панели покрыты архитектурной отделкой, которая определяет сохранение цвета панели, блеска, устойчивость к мелу и защиту от коррозии в течение десятилетий внешнего воздействия. Система покрытия наносится на алюминиевый рулон перед его ламинированием в композитную панель с использованием непрерывного процесса нанесения покрытия на рулон, при котором применяется Предварительная обработка хроматного конверсионного покрытия с последующим нанесением слоя грунтовки и верхнего слоя, каждый из которых отверждается при максимальной температуре металла от 230 до 250 градусов Цельсия. . Химический состав верхнего покрытия делится на два основных семейства. Покрытия из поливинилиденфторида, обычно состоящие из смеси 70% ПВДФ и 30% акриловой смолы, являются стандартом для наружных архитектурных применений. и иметь гарантию от 15 до 30 лет от выцветания цвета и меления. Связь углерод-фтор в ПВДФ является одной из самых прочных химических связей в органической химии и устойчива к разрушению под воздействием УФ-излучения, кислотных дождей и солевых брызг. Полиэфирные покрытия Стандартный полиэстер или полиэстер, модифицированный силиконом, дешевле и используются для внутреннего применения или для наружных вывесок с более коротким ожидаемым сроком службы - от 5 до 10 лет. Цветовой диапазон, доступный для ПВДФ, уже, чем для полиэстера, поскольку требования ПВДФ к высокотемпературному отверждению ограничивают химический состав пигментов, которые являются термически стабильными, поэтому некоторые ярко-красные, оранжевые и желтые цвета доступны только в составах полиэфиров.

Методы изготовления и техника фальцовки

Композитные алюминиевые панели формируются в архитектурные элементы в первую очередь за счет метод «паз и сгиб», при котором V-образный паз проделывается на задней поверхности панели через алюминиевую обшивку и большую часть сердцевины, оставляя переднюю алюминиевую обшивку и тонкий слой материала сердцевины неповрежденными, чтобы действовать как шарнир. . Затем панель сгибают вдоль этой линии канавки, чтобы сформировать четкий прямой угол с радиусом изгиба, определяемым остаточной толщиной материала. Глубина фрезерования имеет решающее значение: слишком мелкая, и сгиб отскочит назад или потрескает переднюю обшивку; слишком глубоко, и фреза заденет или проникнет в переднюю алюминиевую поверхность, образуя видимую линию на готовой поверхности. Правильная глубина фрезерования оставляет От 0,3 до 0,4 миллиметра материала — по сути, передняя алюминиевая обшивка плюс примерно 0,1 миллиметра сердцевины — неповрежденной под канавкой. . Угол V-образной канавки определяет конечный угол угла: канавка под углом 90 градусов обеспечивает угол под углом 90 градусов, канавка под углом 135 градусов обеспечивает возврат под углом 45 градусов. Ширина паза, выбор инструмента и скорость подачи должны соответствовать толщине панели и типу сердцевины; PE-сердечники фрезеруются чисто при более высоких скоростях подачи, чем FR-сердечники с минеральным наполнением, которые более абразивны и требуют фрезерных инструментов с твердосплавными или алмазными напайками для поддержания качества кромки в течение всего производственного цикла. После складывания угол можно укрепить алюминиевыми угловыми кронштейнами, приклеенными к внутреннему углу с помощью структурного клея, чтобы обеспечить дополнительную жесткость и предотвратить раскрытие угла при циклических ветровых нагрузках.

Фрезерование с ЧПУ и требования к пылеудалению

В процессе нарезания V-образных канавок образуется значительный объем пыли от материала сердцевины, что является одновременно неприятным явлением и потенциальной опасностью возгорания. Полиэтиленовый сердечник горюч и при правильной концентрации в воздухе может образовывать взрывоопасное облако пыли. Сердечная пыль с минеральным наполнением FR тяжелее и менее горюча, но является абразивной для направляющих и подшипников станка. Станция фрезерования должна быть оборудована высокоэффективной системой пылеудаления, которая улавливает стружку на острие инструмента до того, как она попадет в воздух. , а собранную пыль необходимо утилизировать в соответствии с местными правилами для горючих или минеральных отходов. Пылеудаляющие воздуховоды для прокладки полиэтиленовых жил должны быть заземлены и закреплены для рассеивания статического электричества, а контейнер для сбора пыли следует опорожнять, а фильтрующие элементы очищать по графику, который предотвращает накопление горючих материалов внутри системы сбора пыли.

Тепловое расширение и движение панели, которые необходимо учитывать

Композитные алюминиевые панели расширяются и сжимаются при изменении температуры, а количество движений в первую очередь определяется алюминиевой обшивкой. Коэффициент теплового расширения алюминия составляет примерно 2,4 × 10⁻⁵ на градус Цельсия, что означает, что 3-метровая панель, подвергшаяся перепаду температуры на 60 градусов по Цельсию между зимней ночью и летним солнцем, изменится в длине примерно на 4,3 миллиметра. . Это перемещение должно быть учтено в конструкции соединения панелей и в системе крепления. Панели, которые жестко закреплены в нескольких точках без допуска на расширение, при нагревании выгибаются наружу между фиксированными точками - вид отказа, известный как маслоконсервирование, который становится постоянным, если он происходит, поскольку алюминиевые оболочки поддаются сжатию и не возвращаются в плоское состояние при охлаждении. Стандартная ширина шва для систем композитных панелей составляет от от 10 до 20 миллиметров , с более широким швом, предназначенным для более темных цветов, которые поглощают больше солнечной энергии и достигают более высоких пиковых температур. В системе крепления обычно используется комбинация анкеров с фиксированной точкой, которые противостоят ветровой нагрузке, и анкеров со скользящей точкой, которые допускают тепловое движение, при этом фиксированные точки расположены на центральной линии панели так, чтобы расширение происходило симметрично по направлению к обоим краям. Маршрутизация и складывание краев панели в кассеты или лотки меняют поведение теплового расширения: полностью сложенный лоток с возвратами на всех четырех краях жестче, чем плоская панель, и может потребовать другой ширины швов и расстояния между креплениями, чем плоская панель, из которой он был изготовлен.

Расчет ветровой нагрузки и таблицы пролетов, определяющие расстояние между креплениями

Конструктивный расчет системы облицовки композитными алюминиевыми панелями определяется таблицами пролетов, в которых указано максимально допустимое расстояние между точками крепления для данной толщины панели, типа сердцевины и расчетного ветрового давления. А Панель с полиэтиленовым сердечником толщиной 4 мм и алюминиевой оболочкой толщиной 0,5 мм, поддерживаемая по четырем краям с рамкой по периметру с расстоянием между центрами 600 мм, обычно выдерживает расчетное давление ветра от 1,5 до 2,0 кПа с пределом прогиба L/60. . Увеличение толщины панели до 6 миллиметров или уменьшение центров каркаса до 400 миллиметров пропорционально увеличивает ветровую нагрузку. Предел прогиба определяется не разрушением конструкции (композитные панели очень пластичны и не разрушаются под ветровой нагрузкой), а удобством эксплуатации: чрезмерный прогиб вызывает видимую волнистость в отраженном свете и может открыть стыки панелей за пределами диапазона зацепления герметиков. Таблицы пролетов публикуются производителями панелей и индивидуальны для каждой конструкции панели; Таблица пролетов для панели с сердечником из полиэтилена не может быть применена к панели с сердечником из огнестойкого каучука, поскольку заполнитель с минеральным наполнителем имеет другой модуль сдвига, который влияет на поведение панели при изгибе. Сама система крепления — обычно алюминиевые профили с креплением к панели заклепками, винтами или клеем — также должна быть рассчитана на ветровую нагрузку, а крепежные элементы должны иметь достаточное краевое расстояние в алюминиевой обшивке, чтобы предотвратить вырыв под действием отрицательного давления ветра, которое вытягивает панель наружу от здания.

Методы соединения и альтернатива клеевому соединению

Традиционным методом сборки готовых элементов композитных панелей, таких как возвраты кассет, каналы жесткости и планки, является механическое крепление с помощью алюминиевых заклепок или винтов из нержавеющей стали. Механическое крепление надежно и доступно для проверки, но оно создает точечные нагрузки на каждый крепеж, оставляет головки крепежа видимыми на лицевой или задней стороне панели и может быть несовместимо с эстетическими требованиями высококачественных архитектурных работ. Альтернативный метод, получивший признание для приложений премиум-класса, — структурное клеевое соединение с использованием двухкомпонентных эпоксидных или акриловых клеев, специально разработанных для склеивания алюминия. . Клей наносится непрерывным валиком вдоль стыка между панелью и крепежным профилем, и сборка фиксируется до тех пор, пока клей не достигнет прочности. Правильно спроектированное клеевое соединение равномерно распределяет нагрузку вдоль линии соединения, а не концентрирует ее в отдельных точках крепления, что позволяет использовать более тонкие алюминиевые оболочки без углублений в крепеже и устраняет тепловые мостики, которые создают металлические крепления. Клеевая система должна быть проверена для конкретного покрытия панели, поскольку связь осуществляется с поверхностью покрытия, а не с голым алюминием, а поверхностная энергия покрытия и адгезия к алюминиевой подложке определяют предельную прочность сцепления. А минимальная прочность на сдвиг внахлест 5 МПа на фактической поверхности панели с покрытием является типичным критерием приемки структурного клеевого соединения креплений композитных панелей.

Стандарты плоскостности и критерии визуальной приемки

Плоскостность установленных композитных алюминиевых панелей оценивается визуальным наблюдением при определенных условиях освещения, а критерии приемки определены в отраслевых стандартах, таких как AAMA 508 и EN 438-6. Поверхность панели, если смотреть под косым углом при рассеянном естественном освещении или эквивалентном искусственном освещении, не должна иметь канистру с маслом, определяемую как видимая волнистость или рябь, искажающая отраженные изображения, амплитудой более 2 миллиметров на 300 миллиметров длины панели. . Локализованные дефекты, такие как вмятины, складки или углубления на застежках, видимые на расстоянии 3 метров при нормальных условиях просмотра, недопустимы. Плоскостность композитной панели определяется качеством алюминиевой обшивки, однородностью сердцевины, параметрами процесса ламинирования, а также процедурами обработки и установки. Панель, которую уронили на угол во время транспортировки, или панель, которая была установлена ​​так, что точки крепления находились не в плоскости, будут иметь дефекты плоскостности, которые связаны с установкой, а не с производством. Это различие имеет значение, поскольку ответственность за ремонт лежит на разных сторонах, и проверку плоскостности следует проводить после завершения установки панелей и воздействия на панели расчетных ветровых и температурных условий, а не во время установки, когда панели могут подвергаться временному напряжению из-за усилий по перемещению и выравниванию.

Срок службы и гарантия на покрытие как показатель эффективности

Срок службы системы композитных алюминиевых панелей определяется, прежде всего, долговечностью покрытия на внешней алюминиевой оболочке, поскольку сам алюминий и материал сердцевины по своей природе устойчивы к разрушению окружающей среды. А Можно ожидать, что панель с покрытием из ПВДФ, установленная в неморской и непромышленной среде, сохранит свой цвет и блеск в пределах гарантийных спецификаций в течение 20–30 лет. , после чего постепенное меление и выцветание цвета становятся измеримыми, но не обязательно эстетически нежелательными. Таким образом, гарантия на покрытие является значимым показателем производительности: производитель, предлагающий 20-летнюю гарантию на целостность пленки, цвет и блеск покрытия из ПВДФ, подтвердил это покрытие посредством интенсивного ускоренного воздействия атмосферных воздействий, эквивалентного этому периоду обслуживания. Гарантия также является показателем стойкости покрытия к мелу: меление — это разложение смолы на поверхности покрытия, в результате которого выделяются частицы пигмента, которые можно стереть в виде цветного порошка, и это означает начало фазы окончания срока службы покрытия. Панель, которая начала сильно мелеть, по-прежнему структурно неповреждена, но ее внешний вид будет продолжать ухудшаться, а повторное покрытие композитной панели, как правило, экономически нецелесообразно по сравнению с заменой. Структурный срок службы панели — целостность связи между алюминиевой обшивкой и сердцевиной — обычно превышает срок службы покрытия, и 30-летняя панель с меловым покрытием все еще может быть конструктивно работоспособной, хотя снятие и замена будут вызваны скорее эстетическими соображениями, чем соображениями безопасности.