Перефразируя строку «тополиный пух, жара, июль» из некогда известной песни, в теме данной статьи мы постарались обозначить ту главную проблему, с которой пришлось столкнуться летними месяцами 2010 г. всем компаниям, монтирующим кровельные конструкции из сотового поликарбоната. Проблемы дефектов, связанных с тепловым расширением поликарбоната в условиях климатической аномалии, были подняты на конференции «Рынок полимерных листов 2010», организованной компанией «Креон» (22 сентября 2010 г., отель «Балчуг Кемпински») кандидатом химических наук, главным специалистом по полимерным материалам компании «Гельветика-Т» Александром Гальченко.
Открытие синтетических полимеров сыграло большую роль в развитии технического прогресса и существенно расширило спектр доступных производственных материалов. Однако, несмотря на все свои достоинства, полимеры часто уступают природным строительным материалам по такому важному показателю, как долговечность использования. Давайте рассмотрим, что же является «врагом» полимерных материалов и препятствует их длительной эксплуатации. Одним из основных, и наиболее негативных, видов воздействия выступает обыкновенный солнечный свет, а точнее, его составляющая — ультрафиолетовое (УФ) излучение.
Как известно, полимеры — это сложные высокомолекулярные соединения, состоящие из длинных макромолекул, связанных химическими или координационными связями. Так вот, под воздействием УФ-излучения меняется сама внутренняя химическая структура полимеров. В материале происходят процессы фотоокислительной деструкции (разрушения) и сшивания, сопровождающиеся расщеплением высокомолекулярных полимерных цепочек. В результате этого процесса происходит укорочение полимерных молекул и образование низкомолекулярных производных стирола.
Такие изменения неизбежно приводят к потере материалом эластичности, к высокой концентрации микротрещин и, соответственно, к его охрупчиванию и значительному снижению механической прочности изделия.
В дополнение к этому, перестройка структуры полимера и образование низкомолекулярных соединений, карбонил- и карбоксилсодержащих групп провоцируют мутность (оптическая плотность материала после 100 ч УФ-облучения под ксеноновой лампой мощностью 83 Вт/м2 возрастает в 5 раз) и изменение окраски (пожелтение) изделий. Это приводит в прозрачных и светорассеивающих (транслюцентных) материалах к резкому снижению светопропускания, нарушению его равномерности и, как следствие, к потере внешней привлекательности изделий.
Вышеуказанные проблемы ярко проявились летом 2010 г. под действием яркого солнечного света. В южных и горных районах этот процесс проходил особенно интенсивно из-за более жесткого солнечного излучения.
Естественно, сокращение срока эксплуатации не устраивает потребителей полимерных материалов, и производители вынуждены искать решение проблемы — разрабатывать технологии УФ-защиты. Чтобы снизить или исключить вредное воздействие УФ, пользуются различными методами защиты листовых материалов. Самым простой и давно использующийся способом — введение на начальной стадии производства в сырьевой полимер специальных веществ — ингибиторов (замедлителей) деструкции. Однако наиболее прогрессивным на сегодняшний день способом защиты полимеров от УФ-излучения является нанесение на поверхность листов тонкого (50-80 мкм) прозрачного УФ-защитного слоя методом соэкструзии. При создании такого композиционного материала нанесенный на поверхность листа защитный глянцевый соэкструзионный слой гарантирует защиту основного материала от УФ-излучения на продолжительный срок: до 2-10 лет для средней полосы России. В то же время, этот слой придает поверхности глянец, повышает ее твердость и, таким образом, сокращает риск контактных механических повреждений. Поскольку прозрачный защитный слой имеет малую толщину, его механические свойства никак не сказываются на прочности, эластичности и других характеристиках изделия.
Материалы, подверженные действию УФ-излучения, обязательно имеют специальное УФ-защитное покрытие, обеспечивающее сохранность изделий под действием солнечного света в течение определенного для каждого вида материалов гарантированного времени. Причем на такие материалы, как ударопрочный светорассеивающий и цветной полистирол или сотовый поликарбонат, УФ-защитный слой наносится только на «рабочую» сторону листа, обращенную в изделиях наружу, а для монолитного поликарбоната, стиролакрилонитрила и полиэтилентерефталат-гликоля УФ-защита используется с обеих сторон листа.
Антон Дебабов, директор по развитию компании «Карбогласс», представитель Российской ассоциации производителей и потребителей поликарбоната (РАППП)
На практике толщина защитного слоя варьируется в пределах 45-50 мкм, а не 50-80 мкм. Десятилетняя гарантия распространяется на листы, вне зависимости от географии применения, в Израиле, Италии, Южном Китае, США, Мексике и других регионах, где солнце куда более активно, нежели в средней полосе России. Гарантия сроком на два года или пять лет дается на листы с заведомо заниженными свойствами, с УФ-защитой меньше 45 мкм или без соэкструзионной защиты вовсе. Термическое расширение поликарбонатных листов зависит также от их цвета. Для темных листов (синий, бронза, коричневый, зеленый) расширение увеличивается вдвое по сравнению с прозрачными и белыми, эксплуатируемыми в тех же условиях. При использовании термошайб высота ножки термошайбы должна соответствовать толщине листа — тогда проблем с «перетянутыми» винтами не возникнет. При этом диаметр отверстия должен быть на 5 мм больше диаметра ножки термошайбы.
Общие рекомендации:
• Избегать склеивания и сварки поликарбонатных листов между собой.
• Сводить к минимуму крепление листов саморезами, ограничиваться креплением верхнего и нижнего края листа, крепя листы по длине при помощи разъемных профилей (ширину листа при этом необходимо ограничить — не более 1050 мм).
• Делать отверстия диаметром больше, чем диаметр самореза или ножки шайбы, минимум на 5 мм (лучше чуть больше).
• Оставлять зазор между торцами листов и конструкциями — лист не должен при расширении упираться в стены или другие элементы покрытия.Очень важен вопрос температуры в помещении, остекленном поликарбонатом. Считаю необходимым напомнить, что стандартные листы пропускают короткие инфракрасные лучи и отражают длинные. Иными словами, поликарбонат пропускает в помещение солнечное тепло и отражает тепло, излучаемое нагревшимися предметами или приборами отопления. Это свойство является преимуществом в зимний период, но оборачивается дополнительной головной болью жарким летом. Поэтому для помещений, где важно поддержание комфортной температуры, рекомендуется применять специальные листы, отражающие инфракрасное излучение (у производителей они могут фигурировать как атермические, IR- или HR-листы). В настоящее время предлагается несколько видов таких материалов, как в цветах «металлик», «перламутр», так и прозрачных.
Один из наиболее важных вопросов при использовании полимерных листов в строительстве — это технологические приемы и способы работы при монтаже листов в различные конструкционные элементы, крепление листов к опорной обрешетке и связанные с этим расчеты.
Основные проблемы, возникающие при монтаже полимерных листов в конструкционные элементы и при креплении полимерных листов к обрешетке, связаны с тем, что не учитывается природное свойство всех материалов, и в первую очередь полимеров, изменять свои линейные размеры при термическом воздействии: увеличиваться в размерах при росте температуры и, соответственно, уменьшаться при ее понижении.
Рекомендации компании Bayer:
• Если кромка листа упирается в крепежный элемент, то при повышении температуры у листа не будет возможности расширения. Следовательно, он или изогнется, или, в худшем случае, треснет, или сломается.
• Если кромка листа находится слишком близко к внешней кромке фиксирующей рамы, то может случиться, что лист выскользнет из рамы вследствие усадки при понижении температуры, например во время сильных морозов. И этот эффект может усилиться за счет других факторов, например снеговой нагрузки на лист.
• Использование резиновых уплотнений позволит листу как расширяться, так и сжиматься без опасности его повреждения или выпадения из фиксирующей рамы.
Для общеизвестных материалов, используемых в повседневной жизни, таких как металлы, стекло, древесина, бетон, шифер и т.д., значения коэффициента линейного термического расширения не превышают 2,0 х 10-5 К- 1, в то время как для полимерных материалов эти значения в 3-4 раза (а для полиэтилена в 10 раз) больше. Для наиболее часто применяемых листовых полимерных материалов, таких как оргстекло (полиметилметакрилат), полистирол, стиролакрилонитрил (САН), полиэфирное стекло (полиэтилентерефталат-гликоль, ПЭТ-Г), сплошной и вспененный поливинилхлорид (ПВХ), сплошной и сотовый поликарбонат, эти значения находятся в диапазоне 5-8 х 10-5 К-1. В более удобной для расчетов форме это записывают, например для оргстекла, как 0,07 мм/м°С, т.е. при изменении температуры на один градус каждый метр материала в любом направлении увеличится (уменьшится) на 0,07 мм.
Высокая температура и ясная солнечная погода, наблюдавшиеся этим летом, особенно явно выявили все просчеты, связанные с неправильным монтажом и креплением листовых материалов в строительных конструкциях: появились волнистость и коробление листов, «замятости», растрескивание в местах крепления к опорным конструкциям и даже разрушение крепежных элементов, например, в случае использования толстого (10 мм) листа оргстекла — в результате его подвижки были срезаны винтовые болты крепления к металлической обрешетке. Это всепроисходит из-за того, что при монтаже листов не оставляются необходимые зазоры в профилях конструкций или не рассверливаются отверстия под крепежные элементы с учетом изменения линейных размеров листов. Погодные условия этого лета резко выпятили все вышеуказанные проблемы. Дело в том, что при температуре воздуха 35-40°С в лучах прямого солнечного света на поверхности полимерного материала развивается температура более 80°С. Простой расчет показывает, что если монтаж рекламной конструкции размером 6 м проходил в холодное время года при температуре -10°C, то при погодных условиях этого лета разница температур будет 90-100°С и увеличение размеров листа составит 0,07 х 6 м х 100°С = 42 мм. Такое большое увеличение размеров предполагает монтаж листов в конструкции с зазорами не менее 2 см с каждой из двух сторон и сверление отверстий диаметром на 2-5 мм больше, чем размер крепежных элементов.
Людмила Гришина, генеральный директор компании «Стройпласт- комплекс»
За 14 лет работы с материалом мы пришли к печальному выводу, что не более 27% клиентов, включая специалистов со строительным образованием, изучают технические характеристики материала, невнимательно читают руководства по монтажу, не говоря уже о том, чтобы контролировать процесс монтажа и обучения персонала, используют «летучие бригады». Что уж говорить об экономии на столь необходимых для долгосрочной работы всей конструкции в целом комплектующих (термо- и перфолентах и т.д.). Масштабы термического расширения зависят от температуры окружающей среды, толщины и состава сотового поликарбоната, а также от его химического состава. Термическое расширение у сотового поликарбоната редко превышает 3 мм на 1 пог. м, у монолитного — 5-6 мм на 1 пог. м у цветного и 4 мм на 1 пог. м у прозрачного. Поликарбонат, как и все синтетические материалы, сильно расширяется, поэтому забывать об этой особенности нельзя. Опасность колоссальная: если неправильно высверлить отверстия под термошайбу, то под воздействием процессов термического расширения / сжатия на поверхности листов могут появиться трещины, «колодцы», «волны» (как это видно на фотографиях). В результате такого подхода к сотовому поликарбонату сложилось устойчивое отношение как к материалу недолговечному и ненадежному, хотя виноват не материал, а халатное с ним обращение. Используя разъемные стыковочные профили, можно позаботиться о своевременной корректировке положения панелей сотового поликарбоната. Для этого достаточно снять наружный фиксатор и, поправив панель поликарбоната, вернуть его назад. С точечными креплениями обстановка сложнее. Если листы сотового поликарбоната крепятся при помощи саморезов, обязательно следует делать в них отверстия с большим диаметром, нежели диаметр ножек термошайб, и не затягивать полностью винты. Это позволит сотовому поликарбонату свободно расширяться.
Если не учесть возможность термического расширения (и сжатия), то в жару панели будет слегка распирать, а в холод стягивать, причем иногда это чревато необратимыми дефектами.
Существует и обратная ситуация при монтаже конструкций с использованием полимерных листов в летнее время года: с наступлением зимних холодов размеры листов существенно уменьшатся, и это надо учитывать при монтаже, производя расчеты и используя соответствующие крепления. Например, при изготовлении крышной конструкции из сплошного поликарбоната толщиной 10 мм при высокой летней температуре (30-35°С) листы сваривались между собой соответствующим поликарбонатным прутком, а при понижении температуры листы уменьшились в размерах, сварные швы растрескались и герметичность нарушилась. К тому же при летних высоких температурах все полимерные листы находятся в эластичном (резинообразном) состоянии, а с наступлением холодов они становятся более жесткими и хрупкими, что тоже необходимо учитывать при расчетах.
Статья подготовлена по материалам компаний: «Гельветика-Т», «Карбогласс», «Стройпласт-комплекс»
РЫНОК ПОЛИМЕРНЫХ ЛИСТОВ-2010: СЮРПРИЗЫ ГОДА
На конференции «Полимерные листы 2010» (22 сентября 2010 г., Москва) немало внимания было уделено состоянию рынка листов из поликарбоната. Предлагаем Вашему вниманию фрагменты доклада консультанта-аналитика компании «Креон», канд. эконом. наук Евгении Череповой.
Прошедший 2009 год был не самым благоприятным для отечественного рынка полимерных листов. Полная или частичная «заморозка» значительной части проектов в строительстве негативным образом сказывались на рынке. Спрос снизился практически на все виды листов, кроме листов из поликарбоната. К лету текущего года вектор развития отрасли листовых пластиков сменился на положительный. По мнению, первые признаки «экономической оттепели» подтолкнули строителей возобновить ранее замороженные, а также запустить новые масштабные проекты. Коттеджное строительство, всегда выручавшее продуцентов полимерных листов и их трейдеров, получило еще больший импульс к развитию.
Рынок сотового поликарбоната: тенденции последнего десятилетия В 2000 г. мировой спрос на поликарбонатные листы был сбалансирован – примерно по 30% приходилось на Азию, Европу и Америку. За последние несколько лет наметилось замедление развития европейского рынка, однако на этом фоне начал быстро расти рынок российский. В 2000 г. в Европе работали пять крупных производителей поликарбонатных листов. Сейчас их уже 14, и, как ожидается, будут появляться новые. Соответственно, если в 2000 г. производственные мощности каждого предприятия были загружены на 85-92%, то сейчас – менее 80%. Десять лет назад это были производства полного цикла, а в настоящее время существует тенденция к их узкой специализации на изготовлении нестандартных продуктов.
Все это благотворно складывается на росте спроса на все виды листовых пластиков. Уже сейчас можно говорить о предварительных результатах первой половины 2010 г. Вопреки скептическим ожиданиям большинства экспертов, спрос был таким, что временами наблюдался дефицит на продукцию, который не мог закрыть даже импорт из Китая. Рост спроса на листы из сотового поликарбоната оказался самым впечатляющим. По некоторым оценкам показатель достиг 10% и, по предварительным оценкам, в 2010 г. производство и потребление материала достигнут уровня 2007-2008 гг. Но у благоприятной обстановки есть и обратная сторона медали. Многие трейдеры в условиях повышенного спроса стали поднимать отпускную стоимость на всю линейку продукции. Как отмечают потребители листовых пластиков, рост цен происходил, примерно, раз в два месяца и составлял 10-15%.
Максим Аполлонов, генеральный директор компании «Анкор Плюс» (Украина)
Украинский рынок заметно отличается от российского тем, что в нашей стране нет собственных производителей сотового поликарбоната (СПК); поставляется только импортная продукция. В последнее время на фоне кризиса наблюдалось продолжение падения спроса на материал. Однако есть и положительные тенденции: если до кризиса доля рынка китайского СПК составляла около 80%, то теперь — чуть более 50%. Остальное приходится на российских и европейских производителей. Такое перераспределение в пользу более качественного продукта лишь в очень незначительной степени связано с возросшей сознательностью потребителей. Основная причина — комплексные меры властей по ужесточению таможенного контроля и банковская политика кредитования. Соответственно, многие нечистые на руку поставщики китайского СПК попали в затруднительную ситуацию, им стало сложнее работать.