Светопрозрачные конструкции. Обзор полимерных светопрозрачных материалов

В этом обзоре я опишу основные светопропускающие полимерные материалы, которые сейчас предлагают покупателям. Расскажу о ориентировочных ценах, сильных и слабых сторонах каждого из них . И надеюсь, обзор поможет Вам разобраться, какой материал нужен именно Вам в реализации Вашего проекта.

Исходные данные для выбора светопрозрачных материалов

Прежде всего перед выбором материала , нужно себе же ответить на вопросы, что нужно и важно Вам :

• сохранение тепла;
• защита от дождя и ветра;
• актуальны ли требования по ударопрочности, пожаробезопасности, звукоизолирующим свойствам конструкции;
• каким нагрузкам будет подвержена конструкция в период ее эксплуатации;
• денежные ресурсы, которые Вы рассчитываете потратить.

Светопропускающие материалы помогают максимально использовать естественное освещение, и создают неповторимое единение дома и окружающей среды. Классический светопропускающий материал - стекло. Оно достойно отдельной статьи, поэтому рассмотрим лишь основные его плюсы и минусы, чтобы было понятно, почему все-таки начали широко применять полимерные материалы.

Итак:

Полимеры пришли в строительство не так давно, во второй половине прошлого столетия. Популярность пластмасс, как светопропускающего материала, обусловлена такими свойствами, как:

• Малая относительная плотность;
• Низкая стоимость;
• Простота механической обработки и установки;
• В случае разрушения не образуют осколков и острых граней.

Характеристики светопропускающих материалов

Полимеры делят на группы по их свойствам и по веществам, из которых их получают. Это тема обширная, достойная хороших химиков. В этой статье я опишу популярные материалы из полимеров, которые используют как светопропускающие: 

• ОРГАНИЧЕСКОЕ СТЕКЛО ( ПММА);
• ПОЛИКАРБОНАТ сотовый (ПК);
• ПОЛИКАРБОНАТ монолитный (ПК);
• ПОЛИВИНИЛХЛОРИД (ПВХ);
• ПОЛИЭСТЕР армированный стекловолокном (ПЭ). 

Сферы применения материалов обширны: от козырька до светопропускающих элементов зенитных фонарей. В зависимости от применения, и требования к материалам предъявляются различные. Ниже будут перечислены основные  технические характеристики, которые обычно указываются в рекламе материала :  

Светопропускающая способность неокрашенного листа (прозрачного), %, - это свойство, благодаря которому волны видимого спектра могут проходить сквозь толщу материала. Степень этой проходимости определяет уровень светопроницаемости материала.

Средняя плотность пластмасс, кг/м3, г/см3,- это масса единицы объема материала в естественном состоянии ( вместе с порами и пустотами).

Прочность – это способность материала оказывать сопротивление разрушению внутренними напряжениями, которые возникают под действием внешних нагрузок. Прочность характеризуется

Пределом прочности при сжатии, МПа и Пределом прочности при растяжении, МПа.

Они численно равны напряжению в материале, которое отвечает нагрузке, приводящей к разрушению образца.

Ударная прочность Дж/ м2, - это способность материала противодействовать разрушению при кратковременной нагрузке ударного характера, характеризуется работой, расходуемой на разрушение образца материала, отнесенной к единице площади материала.

Устойчивость к химическому воздействию – характеризует способность материалов к химическим превращениям при взаимодействии с веществами, которые контактируют с ними. ( это кислотостойкость, растворимость, щелочестойкость, и др.)

Токсичность – это способность материала в процессе изготовления и эксплуатации при определенных условиях (например, пожаре) выделять вредные для здоровья человека вещества. 

Пожароопасность материала определяется сочетанием всех пяти показателей. Также, пожароопасность может быть уменьшена за счет добавки в материал антипиренов. Но все же, чаще всего, большинство полимерных материалов пожароопасные материалы. Все эти показатели берутся во внимание при строительстве крупных объектов (для ПК, ПММА) . При использовании материалов в частном строительстве эти характеристики не проверяются (для ПВХ, ПЭ). Поэтому в таблице указаны не показатели, а то, как материал ведет себя при воздействии огня.  Для определения возможности применения материала при строительстве зданий, в Украине их проверяют на ряд показателей (см. это примечание в  статье «Утеплитель. Как выбрать и купить качественный утеплитель»).

Коэффициент линейного теплового расширения мм/мС величина, характеризующая относительную величину изменения линейных размеров тела с увеличением температуры на 1° К, при постоянном давлении.

Коэффициент теплопроводности Вт /м2С, - характеризует теплопроводность материала, он равен количеству теплоты, проходящей через материал толщиной 1 м и площадью 1 кв.м за час при разности температур на двух противоположных поверхностях в 1⁰C. Измеряется в Вт/(м*К) или Вт/(м*С).

Коэффициент звукопоглощения - отношение неотраженной звуковой энергии к падающей.

ТАБЛИЦА ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Основные технические характеристики 

Основные технические характеристики

Органическое стекло (оргстекло, полиметилметакрилат (ПММА), акриловое стекло, акрил)

Это один из первых полимерных светопропускающих материалов (изобрели его в Германии в 30-х годах прошлого столетия). Листовое акриловое (органическое) стекло – это прозрачные, светонепроницаемые с разной степенью светопропускания) листы с глянцевой поверхностью с обеих сторон. Полное название оргстекла - полиметилметакрилат, упрощенные названия - оргстекло и акрил. Оргстекло называют иногда плекс, сокращённо от названия марки плексиглас. Толщина листов от 1,0 до 24 мм. Бывают разных цветов (окрашены "в массе"). Возможная цветовая гамма листов обширна. Бывает фактурное и с антибликовой обработкой. Есть два способа производства: экструзионный и литьевой. Способ производства определяет физические характеристики оргстекла, влияет на выбор сферы применения, способа обработки.

Экструзионное оргстекло имеет стабильность толщины листов, допуск которой не превышает 5%.

Литьевому стеклу свойственна разнотолщинность листов (может достигать до 30%). Это все касается монолитного оргстекла. Главное его преимущество - высокая эластичность материала. Также, литьевое оргстекло обладает большей термостойкостью и более химически инертно, обладает большей ударопрочностью. У него лучше оптические свойства.

Для остекления подходит и литьевое и экструзионное оргстекло. Литьевое немного дороже.

Распространенный размер листа 2050 х 3050 мм. Толщина, подходящая для остекления – 3 мм. Стоимость при этом такого листа составляет 880($ 110)(экструзионное) -1117($ 140,5)( литьевое) грн. (То есть около 140 грн ($17) (м.кв.). Как пример, приведены цены на прозрачный лист европейского производства.

Листы оргстекла имеют толщину:

• литьевое от 1 до 250 мм;
• экструзионное от 0,5 до 25 мм.

Ширина листов 600–2050 мм; длина – 1000–4000 мм.

Преимущества акрила по сравнению с другими полимерными материалами:

• Высокий уровень пропускания ультрафиолетовых лучей, (под ним возможно загорать под естественными солнечными лучами в помещениях!!!). Устойчивость к ультрафиолетовому излучению, отражает инфракрасное;
• Практически влагонепроницаемый материал, поэтому применяют на яхтах, бассейнах и т.п.
• Выдерживает значительные механический нагрузки;
• Легко поддается механической обработке и горячему формованию (поэтому используется для изготовления объемных изделий ( например куполов));
• Легкость. Плотность оргстекла 1,19 г/куб.см. (почти в 2,5 раза легче обычного стекла);
• Высокая светопроницаемость;
• Стабильность физических и оптических свойств в течение эксплуатации;
• Высокое сопротивление излому и деформациям.

Недостатки:

• По сравнению со стеклом - чувствителен к царапинам (этот недостаток исправляется нанесением стойких к царапинам покрытий);
• Легко деформируется при 100 °C;
• Немного уступает силикатному стеклу по светопропусканию (92—93 % против 99 % у лучших сортов силикатного);
• Химически нестойкое к действию органических веществ (спиртов, ацетона и бензола);
• Легковоспламеняющийся материал, но при горении практически не выделяет ядовитых газов.

Сферы применения: То, что оргстекло пропускает ультрафиолет и до 93 % видимого света (лучше чем другие пластики, уступает лишь кварцевому стеклу, которое пропускает 100 % видимого света), делает его уникальным светопропускающим материалом. Поэтому оно широко применяется в естественных соляриях, бассейнах.

Также применяется для внутрикомнатных перегородок, душевых кабин, остекление окон, дверей, витражей, теплиц т.п. и даже для изготовления вот таких гигантских аквариумов:

Поликарбонат сотовый

Сотовый поликарбонат – это гибкие пустотелые полимерные листы, внутренняя структура которых представляет собой многослойную конструкцию, заполненную продольными перемычками — ребрами жесткости. Иногда его называют еще структурированным, ячеистым, канальным. Бывает поликарбонат со сложной структурой (двух-, трех- или четырехслойная конструкция, а ее ребра жесткости образовывают квадраты, треугольники или крестовые структуры).

Такая структура придает материалу воздушность, легкость и высокую теплоизолирующую способность.

Поликарбонат высокопластичный и прочный материал. Эти его свойства позволяют получать листы с очень тонкими стенками (0,3-0,7 мм). Производители выпускают листы различных толщин (4-4,5-6-8-10-16-20 мм). Считают, что листы толщиной 4 и 6 мм не являются конструкционными материалами и не предназначены для использования в наружных конструкциях, особенно если в Вашем регионе высокая снеговая или ветровая нагрузки. На самом деле их применяют в рекламе. Для использования в архитектурных целей используют толщины от 8 до 16 мм, а там, где необходима особо высокая теплоизоляция, - 25 мм или толще. Самые популярные толщины, которые предлагают продавцы для частного строительства 4,6 и 8 мм. Конечно, можно экономить и купить лист толщиной 4 или 6 мм , просто нужно понимать, что если материал треснет под снеговой нагрузкой и т.д. производитель не виноват, это был Ваш выбор. Размеры листа. Ширина — 2100 мм, длина — 6000 мм. В зависимости от версии исполнения ширина может быть 980 мм, 1050 мм, 1200 мм, 1250 мм. Длина же листов может быть до 13 метров. 

 

К стоимости необходимо еще добавить и стоимость стыковочных и торцевых монтажных поликарбонатных профилей. Цена стыковочного колеблется от 15 до 50 грн (1,9–6,4 $) за погонный метр, торцевых - около 15 грн (1,9$) за погонный метр. Кроме этого, потребуются и другие материалы для монтажа, так что делать выбор нужно после того, как произведен полный расчет стоимости конструкции.

Преимущества:

• Наличие воздушной прослойки - отличительная черта сотового поликарбоната, которая позволяет существенно снизить вес материала и наделяет его высокими теплоизоляционными свойствами (материал весит в 6-10 раз меньше обычного силикатного стекла и в 6 раз меньше акрилового, коэффициент сопротивления теплопередаче составляет 0,36-0,57 м2С/Вт);
• Хорошие противопожарные качества;
• Стойкий к ударным нагрузкам (ударная стойкость поликарбоната выше, чем стекла, в сто раз и выше, чем акрила, почти в десять раз);
• Высокая прочность на разрыв и изгиб;
• Высокая теплостойкость;
• Высокая несущая способность (до 250 кг/м2 при шаге обрешетки 1-2 м), которая сохраняется в температурном режиме от -40 0С до +120 0С;
• Гибкость, позволяющая легко изготавливать арочные перекрытия;
• Рассеивает свет, что важно для растений в теплицах.

Недостатки:

• Неустойчивость к грубым механическим повреждениям;
• Значительное тепловое расширение;
• Есть ряд недостатков (скопление конденсата внутри панелей, возникновение парникового эффекта) связано с нарушением правил монтажа и правил обращения с материалом.

Сферы применения:

Любые арочные, горизонтальные и наклонные (иногда - вертикальные) светопропускающие перекрытия в жилых, общественных и индустриальных зданиях и сооружениях. Это могут быть навесы для террас:

Навесы для автомобилей

Козырьки

Заборы и ворота

Заборы с использованием поликарбоната популярны в некоторых регионах Украины . Создают уютную атмосферу в двориках, при этом не затемняют их. Также для остекления крыш промышленных зданий, пассажей, торговых центров, переходов, теплиц, веранд рынков, бассейнов, стадионов, складов, остановок общественного транспорта, АЗС, теплиц и т.п.

Монолитный поликарбонат

Монолитный поликарбонат - это листовой материал, внешне похож на органическое стекло (ПММА), но значительно отличающийся от него по своим характеристикам. Он используется в качестве кровельного материала и является идеальным материалом, из которого создают как плоские кровли, так и криволинейные формы кровельных конструкций. Он редко используется в горизонтальных перекрытиях (дорог для этого).

Горячим формованием получают из него различные купола с круглым, квадратным или прямоугольным основанием, световые фонари и т.п.

Еще одна область применения, которая в нашей стране большая редкость – это шумоизоляционные барьеры для авто- и железнодорожных магистралей. Вот пример такого барьера:

Ориентировочные цены

Стоимость монолитного поликарбоната:

Толщина, цвет мм	Размер листа, м	Цена, грн м.кв.	Цена, $ м.кв.
3 прозрачный	2*3	350	43,7
3 дымчатый, бронзовый	2*3	508,5	63,56
4 прозрачный	2*3	462,7	57,83

Преимущества:

• Похож по свойствам на оргстекло, но дороже и значительно прочнее. По ударной прочности не уступает металлу, самый прочный прозрачный полимерный материал.
• Не уступает по прозрачности стеклу.
• Плиты из него можно изгибать в холодном состоянии и подвергать термоформовке.
• Высокая устойчивость к погодным условиям.

Недостатки:

• В горизонтальных перекрытиях используется редко, это связано с высокой стоимостью ( значительно выше стоимости сотового поликарбоната).
• Не обеспечивает такой теплоизоляции, как сотовый.

Сферы применения:

В силу того, что этот материал самый прочный из светопропускающих полимерных материалов, его используют там, где нужна защита от вандализма и повышенная ударопрочность. Используют для изготовления куполов зенитных фонарей, устройстве веранд, зимних садов, устройстве шумозащитных барьеров на автострадах, другое.

Поливинилхлорид (ПВХ)

Поливинилхлорид (ПВХ) - материал, относящийся к термопластичным полимерам. Промышленный выпуск его начат в 30-х годах прошлого столетия.

В качестве светопропускающего материала используют волнистые ( гофрированные) листы (внешне выглядит как шифер).

Листы бывают с сечением волна (синусовидное) ( например, размер волны 76/18 мм).

Трапеция (например, сечением 70/18)

Наиболее популярная толщина листа 0,8 мм.

Некоторые виды ПВХ листов производят по особому запатентованному процессу производства, при котором лист растягивается в продольном и поперечном направлениях, такой лист отличается высокой прочностью при ударе и деформации. В результате "двуосной ориентации" структура пластика приобретает свойства длительно противостоять механическим нагрузкам.

При выборе листов нужно уточнять, с какими добавками производятся листы ( есть листы с двойной добавкой стабилизаторов против УФ-излучения, высокопрочные листы).

Ориентировочная цена 1 м.кв материала – 40–50 грн м.кв. плюс стоимость саморезов и подложек.

Преимущества:

• просты и удобны при монтаже (не требуют специального инструмента и профилей и т.п.);
• не пропускают УФ лучи;
• не набухает и не коробится под действием воды;
• пожаробезопасность (он с трудом загорается, не поддерживает горения и самозатухает, не образуют капель при горении);
• доступная цена;
• удобный формат листов, который позволяет произвести монтаж без спец инструмента, спец. Проф. навыков и аксессуаров.

Недостатки:

• Снижение ударной прочности при отрицательной температуре. (Устанавливать при температуре не менее -5⁰С).

Сферы применения: террасы, беседки, навесы, светопропускной элемент кровельных фонарей, балконы, теплицы, парники, зимние сады, бассейны, складские помещения. Кроме этого их применяют как ветрозащиту.

Полиэстр армированный стекловолокном

Полиэстер производится из полиэфирных смол с добавлением стекловолокна. бывает профилированным и плоским. Профилированный полиэстер благодаря высокой жёсткости используется для покрытия прямых поверхностей, а плоский, благодаря хорошей гибкости, лучше использовать в арочных конструкциях.

Главной особенностью указанного материала является – габаритный размер. Полиэстер поставляется в рулонах (например шириной 2; 2,5 и 3 метра, а в одном рулоне может быть до 40 м.п. материала). Одним таким рулоном можно накрыть до 120 кв.м. любой поверхности, причём без единого стыка. Иногда можно встретить и листовой (в виде шифера) материал.

Ориентировочная стоимость 40-50 грн м.кв. (5,1-6,4 $).

Преимущества:

• габаритный размер (покрытие одним листом до 120 кв.м);
• доступная цена , хорошо подходит для малобюджетных объектов;
• низкий коэффициент линейного термического расширения, что позволяет его жёстко крепить к любому каркасу без использования специального крепежа;
• устойчивость к атмосферным воздействиям и химическим веществам;
• высокая прочность к механическим нагрузкам, благодаря армированию стекловолокном.

Недостатки:

• пропускает свет без эффекта рассеивания ( плохо для растений).

Применяю для теплиц, парников (доступная цена плюс большие габаритные размеры – экономически выгодно) а также может применяться во всех вышеперечисленных объектах (навесы, террасы, и т.п.).

Важная информаци обо всех светопропускающих материалах

Некоторые моменты, которые касаются всех полимерных светопропускающих материалов:

• Температурное расширение: любой полимерный материал подвержен температурному расширению больше, чем материалы конструкций. Поэтому важно рассчитывать конструкцию с учетом теплового расширения материалов.
• Механические повреждения поверхности листов: оно происходит при контакте листа с ветками, от града, других факторов или при монтаже. Этому подвержено большинство полимерных материалов. Для решения этой проблемы поверхность листов можно обрабатывать специальным покрытием либо сохранять защитное полиэтиленовое покрытие до окончания монтажа.
• Цвет материала: нужно понимать что цветное (имеющие окраску) остекление имеет определенное влияние на человека (в помещении, с ярким цветным остеклением люди, находящиеся внутри помещения долгое время, могут терять чувство времени, у них может ухудшиться зрение). Выбирайте яркие материалы для объектов, где Вы не находитесь длительное время. 

Выводы: В конечном итоге, выбор материала зависит от целесообразности применения материала, с учетом его свойств и технических характеристик, стоимости.

На рынке Украины существует предложение дешевых полимерных материалов, из Китая и других стран. На них можно остановить свой выбор, если кровля Вам нужна на несколько лет. Если хотите стабильного качества – лучше покупайте материалы европейского, российского, украинского производства (спрашивате продавцов о добавках, о гарантиях, технических характеристиках).

Внимание: Цены в статье устарели!