Panouri compozite din aluminiu: tipuri de miez, clasificare la foc și fabricație

Un panou din aluminiu compozit este o structură sandwich laminată, nu o singură foaie de aluminiu

Panouri compozite din aluminiu sunt materiale de construcție proiectate, constând din două foi subțiri de aluminiu — de obicei 0,3 până la 0,5 milimetri grosime fiecare - legat termic sub căldură și presiune continuă la un material de miez fără aluminiu care variază de la 2 la 5 milimetri în grosime . Panoul sandwich rezultat, de obicei de 3 până la 6 milimetri în grosime totală, prezintă o rigiditate la încovoiere mult mai mare decât o foaie de aluminiu solidă cu greutate echivalentă. Piesele din aluminiu oferă rezistență la tracțiune, rezistență la intemperii și o suprafață potrivită pentru sistemele de acoperire arhitecturală, în timp ce miezul transferă stresul de forfecare între folii și oferă panoului planeitatea și rezistența la impact. Această construcție laminată este ceea ce face ca un panou compozit de 4 milimetri să rămână neted pe o lungime de 1,2 metri, în timp ce o foaie de aluminiu solidă de aceeași greutate ar prezenta ondulații vizibile și conservarea uleiului atunci când este supusă schimbărilor de temperatură. Legătura dintre pielea de aluminiu și miez se realizează prin a Film adeziv termoplastic continuu - de obicei un copolimer de polietilenă modificat - care este activat la căldură în timpul procesului de laminare a panoului și atinge rezistențe la decojire care depășesc 15 N/25 mm când este testat în conformitate cu ASTM D1781.

Materialul de bază și diviziunea fundamentală dintre panourile PE și FR

Materialul de bază este componenta definitorie a unui panou din aluminiu compozit, iar alegerea dintre tipurile de miez determină clasificarea performanței la foc a panoului, costul, greutatea și adecvarea pentru aplicații specifice de construcție. Nucleul standard pentru aplicațiile care nu sunt rezistente la incendiu este polietilenă de joasă densitate, care are o densitate de aproximativ 0,92 până la 0,95 g/cm³ și un indice de oxigen limitator de aproximativ 17%, ceea ce înseamnă că va arde ușor în condiții atmosferice normale . Panourile cu miez PE reprezintă majoritatea panourilor din aluminiu compozit utilizate la nivel global în semnalizare, decorațiuni interioare și aplicații exterioare nereglementate. Tehnologia de bază alternativă pentru aplicațiile rezistente la foc este un miez umplut cu minerale, în care matricea de polietilenă este încărcată cu 30% până la 70% din greutate materiale de umplutură minerale ignifuge - de obicei trihidroxid de aluminiu sau dihidroxid de magneziu - care absorb căldura prin descompunere endotermă, eliberează vapori de apă care diluează gazele de ardere și lasă un strat de carbon ceramic care izolează miezul nears. . Aceste panouri de miez FR umplute cu minerale ating un indice de oxigen limitator de peste 30%, care clasifică materialul ca auto-stingător și pot îndeplini cerințele ASTM E84 Clasa A, EN 13501-1 Clasa B-s1-d0 sau standardele naționale de incendiu echivalente. Un al treilea tip de miez, mai puțin obișnuit, este un miez de aluminiu ondulat sau tip fagure, care este utilizat pentru aplicații de înaltă rigiditate, integral din metal, unde este necesară compatibilitatea cu expansiunea termică între piele și miez.

Istoricul incendiului și răspunsul de reglementare

Mediul de reglementare global pentru panourile din aluminiu compozit s-a schimbat fundamental după mai multe incendii de clădiri înalte în care panourile cu miez din PE de pe placarea exterioară au contribuit la răspândirea rapidă a flăcării pe verticală. Aceste incidente au dus la revizuiri larg răspândite ale codului care interzic acum utilizarea panourilor compozite cu miez PE pe placarea exterioară a clădirilor peste un anumit prag de înălțime - de obicei 18 metri sau patru etaje, în funcție de jurisdicție . Cerința de înlocuire este ca panourile de placare exterioare să aibă un miez FR umplut cu minerale sau să fie dintr-o construcție alternativă, cum ar fi tabla solidă de aluminiu sau un alt material de placare incombustibil. Cerința de testare specifică variază în funcție de țară: în Statele Unite, standardul relevant este NFPA 285 pentru testul de ansamblu de pereți cu mai multe etaje la scară completă; în Regatul Unit și în multe țări din Commonwealth, este BS 8414; în Uniunea Europeană, clasificarea EN 13501-1 este menționată în codurile naționale de construcție. Consecința practică pentru specificatori este că materialul de bază trebuie verificat prin rapoarte de testare terță parte specifice mărcii și modelului panoului care sunt specificate, neasumat din literatura de specialitate a produsului.

Sisteme de acoperire și spectrul de durabilitate PVDF vs. poliester

Piesele de aluminiu de pe un panou din aluminiu compozit sunt acoperite cu un finisaj arhitectural care determină păstrarea culorii panoului, păstrarea luciului, rezistența la cretă și protecția la coroziune de-a lungul deceniilor de expunere la exterior. Sistemul de acoperire este aplicat pe bobina de aluminiu înainte de a fi laminat într-un panou compozit, utilizând un proces continuu de acoperire a bobinei care aplică un pretratamentul acoperirii cu conversie cromat, urmat de un strat de grund și un strat superior, fiecare întărit la o temperatură maximă a metalului de 230 până la 250 de grade Celsius . Chimia stratului superior se împarte în două familii primare. Acoperirile cu fluorură de poliviniliden, formulate de obicei ca un amestec de 70% PVDF / 30% rășini acrilice, sunt standardul pentru aplicațiile arhitecturale exterioare și oferă o garanție de performanță de 15 până la 30 de ani împotriva decolorării și cretei. Legătura carbon-fluor din PVDF este una dintre cele mai puternice legături chimice din chimia organică și rezistă la degradarea din cauza radiațiilor UV, ploii acide și stropii de sare. Acoperiri din poliester , fie poliester standard, fie poliester modificat cu silicon, sunt mai puțin costisitoare și sunt utilizate pentru aplicații interioare sau pentru semnalizare exterioară, cu o durată de viață mai scurtă de 5 până la 10 ani. Gama de culori disponibilă în PVDF este mai restrânsă decât în ​​poliester, deoarece cerințele de întărire la temperatură înaltă ale PVDF limitează chimicalele pigmenților care sunt stabile termic, motiv pentru care anumite roșii, portocalii și galbeni strălucitori sunt disponibile numai în formulările din poliester.

Metode de fabricație și tehnica Groove-and-Fold

Panourile din aluminiu compozit sunt modelate în elemente arhitecturale în primul rând prin Tehnica groove-and-fold, în care o canelură în formă de V este direcționată în fața din spate a panoului prin pielea de aluminiu și cea mai mare parte a miezului, lăsând pielea frontală din aluminiu și un strat subțire de material de miez intact pentru a acționa ca o balama . Panoul este apoi îndoit de-a lungul acestei linii de caneluri pentru a forma un colț clar, drept, cu o rază de îndoire determinată de grosimea materialului rămasă. Adâncimea de frezare este critică: prea mică și pliul se va răsări înapoi sau va crăpa pielea din față; prea adânc și freza va înțepa sau va pătrunde în suprafața frontală de aluminiu, creând o linie vizibilă pe fața finită. Adâncimea corectă de trasare a frunzelor 0,3 până la 0,4 milimetri de material - în esență pielea frontală de aluminiu plus aproximativ 0,1 milimetri de miez - intact sub canal . Unghiul canelurii în V determină unghiul de colț finit: o canelură de 90 de grade produce un colț de 90 de grade, o canelură de 135 de grade produce o întoarcere de 45 de grade. Lățimea canelurii, selecția sculei și viteza de avans trebuie să fie potrivite cu grosimea panoului și tipul miezului; Miezurile din PE sunt direcționate curat la viteze de avans mai mari decât miezurile FR umplute cu minerale, care sunt mai abrazive și necesită scule de frezare cu vârf din carbură sau diamant pentru a menține calitatea muchiilor pe parcursul perioadelor de producție. După pliere, colțul poate fi întărit cu colțuri din aluminiu lipite în colțul interior cu adeziv structural pentru a oferi o rigiditate suplimentară și pentru a preveni deschiderea colțului sub sarcina vântului.

Rutarea CNC și cerința de extracție a prafului

Procesul de canelare în V generează un volum substanțial de praf din materialul de bază, care este atât o pacoste, cât și un potențial pericol de incendiu. Praful de miez PE este combustibil și, atunci când este suspendat în aer la concentrația potrivită, poate forma un nor de praf exploziv. Praful de miez umplut cu minerale FR este mai greu și mai puțin combustibil, dar este abraziv pentru căile și rulmenții mașinilor-unelte. The stația de rutare trebuie să fie echipată cu un sistem de extracție a prafului de înaltă eficiență care captează deșeurile în punctul sculei înainte ca acestea să devină în aer. , iar praful colectat trebuie eliminat în conformitate cu reglementările locale pentru deșeurile combustibile sau minerale, după caz. Conductele de extracție a prafului pentru rutarea miezului PE trebuie împământate și legate pentru a disipa electricitatea statică, iar recipientul de colectare a prafului trebuie golit și elementele de filtrare curățate într-un program care să prevină acumularea de material combustibil în interiorul sistemului de colectare a prafului.

Expansiunea termică și mișcarea panoului care trebuie să fie găzduite

Panourile din aluminiu compozit se extind și se contractă odată cu schimbările de temperatură, iar cantitatea de mișcare este determinată în primul rând de straturile de aluminiu. The coeficientul de dilatare termică pentru aluminiu este de aproximativ 2,4 × 10⁻⁵ pe grad Celsius, ceea ce înseamnă că un panou lung de 3 metri supus unei variații de temperatură de 60 de grade Celsius între noaptea de iarnă și soarele de vară se va schimba în lungime cu aproximativ 4,3 milimetri. . Această mișcare trebuie să fie inclusă în proiectarea îmbinării panoului și în sistemul de atașare. Panourile care sunt fixate rigid în mai multe puncte, fără a permite expansiunea, se vor întinde spre exterior între punctele fixe atunci când sunt încălzite - un mod de defecțiune cunoscut sub numele de conservare a uleiului care este permanent odată ce apare, deoarece învelișurile de aluminiu cedează la compresie și nu revin la plat când sunt răcite. Lățimea standard de îmbinare pentru sistemele de panouri compozite variază de la 10 până la 20 de milimetri , cu articulația mai largă specificată pentru culori mai închise care absorb mai multă energie solară și ating temperaturi de vârf mai ridicate. Sistemul de atașare utilizează de obicei o combinație de ancore cu punct fix care rezistă la sarcina vântului și ancore cu punct de alunecare care permit mișcarea termică, cu punctele fixe poziționate la linia centrală a panoului, astfel încât expansiunea să aibă loc simetric spre ambele margini. Dirijarea și plierea marginilor panoului în casete sau tăvi modifică comportamentul de dilatare termică: o tavă complet pliată, cu întoarceri pe toate cele patru margini, este mai rigidă decât un panou plat și poate necesita lățimi de îmbinări și distanțe diferite de atașare decât panoul plat din care a fost fabricat.

Designul încărcăturii vântului și tabelele de deschidere care guvernează distanța dintre atașamente

Designul structural al unui sistem de placare cu panouri din aluminiu compozit este guvernat de tabele de deschidere care specifică distanța maximă admisă între punctele de atașare pentru o anumită grosime a panoului, tipul de miez și presiunea vântului de proiectare. A Panoul cu miez PE de 4 milimetri cu o piele de aluminiu de 0,5 milimetri, sprijinit pe patru margini cu cadru perimetral la centre de 600 de milimetri, poate rezista în mod obișnuit la o presiune de proiectare a vântului de 1,5 până la 2,0 kPa cu o limită de deformare de L/60 . Creșterea grosimii panoului la 6 milimetri sau reducerea centrelor cadrului la 400 milimetri crește proporțional capacitatea de încărcare a vântului. Limita de deformare este stabilită nu de defecțiunea structurală - panourile compozite sunt foarte ductile și nu se vor fractura sub sarcina vântului - ci de funcționalitate: deformarea excesivă provoacă ondulații vizibile în lumina reflectată și poate deschide îmbinările panourilor dincolo de domeniul de angajare a etanșărilor la intemperii. Tabelele span sunt publicate de producătorii de panouri și sunt specifice fiecărei construcții de panouri; un tabel de deschidere pentru un panou cu miez PE nu poate fi aplicat unui panou cu miez FR, deoarece miezul umplut cu minerale are un modul de forfecare diferit care afectează comportamentul la încovoiere al panoului. Sistemul de atașare în sine – de obicei extruzii din aluminiu cu un nit, șurub sau fixare adeziv pe panou – trebuie să fie, de asemenea, proiectat pentru sarcina vântului, iar elementele de fixare trebuie să aibă o distanță suficientă la margini în pielea de aluminiu pentru a preveni ruperea sub presiunea negativă a vântului care trage panoul spre exterior din clădire.

Metode de îmbinare și alternativă de lipire cu adeziv

Metoda tradițională de asamblare a elementelor de panouri compozite fabricate - cum ar fi întoarcerile casetei, canalele de rigidizare și clemele - este fixarea mecanică cu nituri oarbe din aluminiu sau șuruburi din oțel inoxidabil. Fixarea mecanică este fiabilă și inspectabilă, dar creează sarcini punctuale la fiecare element de fixare, lasă capete de fixare vizibile pe fața panoului sau în spate și poate fi incompatibilă cu cerințele estetice ale lucrărilor arhitecturale de vârf. O metodă alternativă care a câștigat acceptarea pentru aplicațiile premium este adeziv structural folosind adezivi epoxidici sau acrilici din două părți, special formulați pentru lipirea aluminiului . Adezivul se aplică într-un cordon continuu de-a lungul îmbinării dintre panou și profilul de atașare, iar ansamblul este fixat până când adezivul atinge rezistența la manipulare. O îmbinare adezivă proiectată corespunzător distribuie încărcătura în mod continuu de-a lungul liniei de aderență, mai degrabă decât să o concentreze în puncte de fixare discrete, ceea ce permite utilizarea unor învelișuri mai subțiri din aluminiu fără gropițe ale elementelor de fixare și elimină puntea termică creată de elementele de fixare metalice. Sistemul adeziv trebuie validat pentru acoperirea specifică a panoului, deoarece lipirea se realizează pe suprafața acoperirii, nu pe aluminiu gol, iar energia de suprafață a stratului de acoperire și aderența la substratul de aluminiu determină rezistența finală a aderării. A rezistență minimă la forfecare de 5 MPa pe suprafața reală a panoului acoperit este un criteriu obișnuit de acceptare pentru lipirea structurală cu adeziv a atașărilor panourilor compozite.

Standardele de planeitate și criteriile de acceptare vizuală

Planeitatea panourilor din aluminiu compozit instalate este evaluată prin observare vizuală în condiții specifice de iluminare, iar criteriile de acceptare sunt definite în standardele industriale precum AAMA 508 și EN 438-6. Suprafața panoului, atunci când este privită într-un unghi oblic sub lumină naturală difuză sau iluminare artificială echivalentă, nu trebuie să prezinte conserve de ulei, definite ca ondulații vizibile sau ondulații care distorsionează imaginile reflectate, cu o amplitudine mai mare de 2 milimetri la 300 de milimetri de lungime a panoului . Defecte localizate, cum ar fi lovituri, cute sau gropițe ale elementelor de fixare, care sunt vizibile de la o distanță de 3 metri în condiții normale de vizualizare, nu sunt acceptabile. Planeitatea unui panou compozit este determinată de calitatea foliilor de aluminiu, uniformitatea miezului, parametrii procesului de laminare și procedurile de manipulare și instalare. Un panou care a fost scăpat pe un colț în timpul manipulării sau un panou care a fost instalat cu punctele de atașare în afara planului, va prezenta defecte de planeitate care sunt mai degrabă legate de instalare decât de fabricație. Distincția contează deoarece responsabilitatea pentru remediere revine părților diferite, iar inspecția planeității trebuie efectuată după ce instalarea panoului este finalizată și panourile sunt supuse condițiilor de vânt și temperatură de proiectare, nu în timpul instalării când panourile pot fi solicitate temporar de forțele de manipulare și aliniere.

Durata de viață și garanția acoperirii ca indicator de performanță

Durata de viață a unui sistem de panouri din aluminiu compozit este determinată în primul rând de durabilitatea acoperirii de pe pielea exterioară de aluminiu, deoarece aluminiul în sine și materialul de bază sunt în mod inerent rezistent la degradarea mediului. A Panoul acoperit cu PVDF instalat într-un mediu non-marin, non-industrial este de așteptat să-și mențină culoarea și luciul în cadrul specificațiilor de garanție timp de 20 până la 30 de ani , după care cretarea treptată și decolorarea culorii devin măsurabile, dar nu neapărat inacceptabile din punct de vedere estetic. Garanția pentru acoperire este, prin urmare, un indicator semnificativ de performanță: un producător care oferă o garanție de 20 de ani pentru integritatea filmului, culoarea și luciul pe un finisaj PVDF a validat acel finisaj printr-o intemperii accelerată extinsă până la echivalentul acelei perioade de service. Garanția este, de asemenea, un indicator al rezistenței la cretă a stratului de acoperire: cretarul este degradarea rășinii la suprafața acoperirii, care eliberează particule de pigment care pot fi șters sub formă de pulbere colorată și reprezintă începutul fazei de sfârșit de viață a acoperirii. Un panou care a început să cretă semnificativ este încă intact din punct de vedere structural, dar aspectul său va continua să se degradeze, iar acoperirea unui panou compozit nu este, în general, viabilă din punct de vedere economic în comparație cu înlocuirea. Durata de viață structurală a panoului - integritatea legăturii dintre straturile de aluminiu și miez - depășește de obicei durata de viață a acoperirii, iar un panou vechi de 30 de ani cu o acoperire cu cretă poate fi încă funcțional din punct de vedere structural, deși îndepărtarea și înlocuirea ar fi declanșată mai degrabă de considerente estetice decât de siguranță.