Сотовый поликарбонат

Сотовый поликарбонат — это листовой строительный материал, представляющий собой многослойную структуру из поликарбоната с внутренними продольными перегородками (ребрами жесткости), образующими полые ячейки (соты). Относится к классу термопластичных полимеров и широко применяется в качестве светопрозрачного ограждения, кровельного и фасадного материала.

История

Поликарбонат как полимер был впервые синтезирован в 1953 году немецким химиком Германом Шнеллем, работавшим в компании Bayer. Промышленное производство листового поликарбоната началось в конце 1950-х годов. Сотовый поликарбонат, как разновидность, был разработан позже — в 1970-х годах, когда возникла потребность в легком, прочном и теплоизолирующем материале для теплиц и оранжерей. Первые коммерческие образцы сотового поликарбоната появились на рынке в середине 1970-х годов. В СССР и России производство сотового поликарбоната началось в 1990-е годы, после открытия рынка для зарубежных технологий.

Производство

Производство сотового поликарбоната осуществляется методом экструзии. Гранулы поликарбоната расплавляются при высокой температуре (около 280–300 °C) и подаются через экструдер в формующую головку, которая придает расплаву форму листа с заданной сотовой структурой. После выхода из головки лист охлаждается, калибруется по толщине и нарезается на стандартные размеры. В процессе производства могут добавляться стабилизаторы (например, для защиты от ультрафиолетового излучения), красители и антипирены.

Структура и типы

Сотовый поликарбонат состоит из двух или более параллельных листов (стенок), соединенных между собой вертикальными перегородками. Количество слоев (стенок) и форма ячеек определяют его механические и теплоизоляционные свойства.

По количеству слоев

• Двухкамерный (2-стенный) — состоит из двух листов и одного ряда ячеек. Наиболее распространенный тип.
• Трехкамерный (3-стенный) — имеет три листа и два ряда ячеек. Обладает повышенной прочностью и теплоизоляцией.
• Четырехкамерный — четыре листа и три ряда ячеек. Используется для ответственных конструкций.
• Пятикамерный — пять листов и четыре ряда ячеек. Максимальная прочность и теплоизоляция.

По форме ячеек

• Прямоугольные — классическая форма, обеспечивающая хорошее соотношение прочности и веса.
• Треугольные — повышенная жесткость, реже встречается.
• Ромбовидные — улучшенная светопропускаемость и прочность.
• X-образные — ячейки в форме буквы X, обеспечивающие дополнительную жесткость.

По цвету

• Прозрачный (бесцветный) — светопропускание до 80–85%.
• Матовый (молочный) — рассеивает свет, снижает светопропускание до 50–60%.
• Цветной (бронза, синий, зеленый, красный и др.) — декоративные варианты, часто с пониженным светопропусканием.

Характеристики

Основные технические характеристики сотового поликарбоната зависят от толщины листа, количества слоев и плотности материала.

Физико-механические свойства

• Плотность: 1,2 г/см³ (чистый поликарбонат).
• Предел прочности при растяжении: 60–70 МПа.
• Модуль упругости: 2000–2300 МПа.
• Ударная вязкость: высокая (не менее 200 Дж/м по Шарпи).
• Температурный диапазон эксплуатации: от -40 °C до +120 °C (кратковременно до +140 °C).
• Температура размягчения по Вика: около 150 °C.
• Температура плавления: около 260 °C.

Теплоизоляционные свойства

• Коэффициент теплопередачи (U-value): для 4-мм листа — около 3,8 Вт/(м²·К), для 16-мм — около 2,4 Вт/(м²·К). С увеличением толщины теплоизоляция улучшается.
• Сопротивление теплопередаче (R-value): от 0,26 м²·К/Вт (4 мм) до 0,42 м²·К/Вт (16 мм).

Светопропускание

• Прозрачный: 80–85% (для 4-мм), 70–75% (для 16-мм).
• Матовый: 50–60%.
• Цветной: 30–60% в зависимости от цвета.

Вес

Вес 1 м² сотового поликарбоната зависит от толщины и плотности:

• 4 мм: 0,8–1,0 кг/м².
• 6 мм: 1,2–1,4 кг/м².
• 8 мм: 1,5–1,7 кг/м².
• 10 мм: 1,7–2,0 кг/м².
• 16 мм: 2,5–3,0 кг/м².

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Малый вес — в 6–10 раз легче стекла и в 2–3 раза легче акрилового стекла (оргстекла) той же толщины.
• Высокая ударопрочность — в 200–250 раз прочнее стекла, не бьется при падении, выдерживает град.
• Теплоизоляция — благодаря воздушным ячейкам обеспечивает лучшую теплоизоляцию, чем стекло или монолитный поликарбонат.
• Гибкость — может изгибаться (минимальный радиус изгиба — 175–200 толщин листа), что позволяет создавать арочные конструкции.
• Светопропускание — пропускает до 85% видимого света, при этом рассеивает его, снижая яркость и ультрафиолетовое излучение.
• Химическая стойкость — устойчив к большинству кислот, щелочей, масел и растворителей (кроме ароматических углеводородов и хлорированных углеводородов).
• Устойчивость к ультрафиолету — большинство листов имеют защитный слой от УФ-излучения (обычно на одной стороне), что предотвращает пожелтение и потерю прочности.
• Пожароопасность — относится к группе горючести Г2 (умеренно горючие) или Г1 (слабогорючие) в зависимости от модификации; самозатухающий.

Недостатки

• Низкая абразивная стойкость — легко царапается, требует аккуратного обращения и чистки мягкими материалами.
• Термическое расширение — коэффициент линейного расширения (около 0,065 мм/м·°C) требует компенсационных зазоров при монтаже.
• Чувствительность к некоторым химическим веществам — разрушается при контакте с ацетоном, бензолом, толуолом, эфирами.
• Склонность к пожелтению — при отсутствии УФ-защиты или при повреждении защитного слоя со временем желтеет.
• Сложность утилизации — поликарбонат не разлагается в природе, требует специальной переработки.

Применение

Сотовый поликарбонат используется в различных отраслях благодаря сочетанию легкости, прочности и светопрозрачности.

Сельское хозяйство

• Теплицы и парники — наиболее массовое применение. Материал обеспечивает хорошее светопропускание, теплоизоляцию и защиту от града.
• Оранжереи и зимние сады — создание светопрозрачных ограждений.

Строительство

• Кровли — навесы, козырьки, беседки, террасы, автостоянки. Арочные и плоские конструкции.
• Фасады — облицовка зданий, светопрозрачные вставки.
• Перегородки — внутренние и наружные ограждения, офисные перегородки.
• Зенитные фонари — световые купола и фонари для естественного освещения.
• Бассейны — купола и навесы над бассейнами.

Промышленность

• Шумозащитные экраны — вдоль автомобильных и железных дорог.
• Ограждения — для строительных площадок, складов, производственных цехов.
• Световые короба — рекламные конструкции, вывески.

Другие области

• Спортивные сооружения — крытые стадионы, теннисные корты, хоккейные коробки.
• Транспорт — остановки общественного транспорта, павильоны.
• Дизайн интерьера — декоративные панели, перегородки, мебель.

Монтаж

Монтаж сотового поликарбоната требует соблюдения ряда правил для обеспечения долговечности и герметичности конструкции.

• Ориентация листов — защитный УФ-слой (обычно маркируется на упаковке) должен быть обращен наружу. Ячейки должны располагаться вертикально (или под углом) для стока конденсата.
• Крепление — используются саморезы с термошайбами (поликарбонатные или резиновые шайбы, предотвращающие протечки и деформацию). Отверстия под крепеж должны быть на 2–3 мм больше диаметра самореза для компенсации термического расширения.
• Герметизация — торцы листов закрываются перфорированной лентой (для нижнего торца — для отвода конденсата) и герметизирующей лентой (для верхнего торца — для защиты от пыли и влаги).
• Компенсационные зазоры — при монтаже в каркас оставляют зазоры 3–5 мм на каждый метр длины листа для учета теплового расширения.
• Радиус изгиба — минимальный радиус изгиба для арочных конструкций должен быть не менее 175–200 толщин листа.

Уход и эксплуатация

Для сохранения светопропускания и внешнего вида сотовый поликарбонат рекомендуется регулярно очищать от пыли и грязи. Допускается мытье мягкой тканью или губкой с использованием нейтральных моющих средств (без абразивов, растворителей и щелочей). Запрещается использовать скребки, металлические щетки и абразивные порошки, так как это приводит к царапинам. При появлении царапин или потертостей возможно их удаление с помощью специальных полиролей для поликарбоната.

Экологические аспекты

Сотовый поликарбонат подлежит вторичной переработке. Измельченные отходы могут использоваться для производства новых полимерных изделий (например, строительных панелей, поддонов, деталей автомобилей). Однако в России система сбора и переработки поликарбоната развита слабо, и значительная часть отходов попадает на полигоны. При сжигании поликарбоната выделяются токсичные вещества (в том числе бисфенол А), поэтому утилизация путем сжигания не рекомендуется.

Источники

1. ГОСТ Р 56712-2015 «Плиты поликарбонатные сотовые. Технические условия».
2. Справочник по полимерным материалам / под ред. В. А. Белого. — М.: Химия, 1988.
3. Техническая документация производителей сотового поликарбоната (Bayer, Sabic, Polygal, Plazit Polygal).
4. Энциклопедия полимеров / под ред. В. А. Кабанова. — М.: Советская энциклопедия, 1972–1977.
5. Материалы сайта «Поликарбонат.ру» (раздел «Технические характеристики»).