پانل های آلومینیومی کامپوزیت: انواع هسته، رتبه بندی آتش و ساخت

یک پانل آلومینیومی کامپوزیت یک ساختار ساندویچی چند لایه است، نه یک ورق آلومینیوم منفرد

پانل های آلومینیومی کامپوزیت مصالح ساختمانی مهندسی شده ای هستند که معمولاً از دو ورقه آلومینیومی نازک تشکیل شده اند ضخامت هر کدام 0.3 تا 0.5 میلی‌متر - تحت فشار و حرارت مداوم به یک ماده غیر آلومینیومی که ضخامت آن از 2 تا 5 میلی‌متر متغیر است، پیوند حرارتی دارد. . ساندویچ پانل به دست آمده، معمولاً 3 تا 6 میلی متر در ضخامت کلی، سفتی خمشی به مراتب بیشتر از یک ورق آلومینیوم جامد با وزن معادل را نشان می دهد. پوسته های آلومینیومی استحکام کششی، مقاومت در برابر آب و هوا و سطحی مناسب برای سیستم های پوشش معماری را فراهم می کنند، در حالی که هسته تنش برشی را بین پوسته ها منتقل می کند و صافی و مقاومت در برابر ضربه پانل را فراهم می کند. این ساختار چند لایه چیزی است که باعث می‌شود یک پانل کامپوزیت ۴ میلی‌متری در دهانه ۱.۲ متری صاف بماند، در حالی که یک ورق آلومینیومی جامد با همان وزن زمانی که در معرض تغییرات دما قرار می‌گیرد، موج‌دار شدن و کنسرو شدن روغن را نشان می‌دهد. پیوند بین پوسته آلومینیومی و هسته از طریق a به دست می آید فیلم چسب ترموپلاستیک پیوسته - معمولاً یک کوپلیمر پلی اتیلن اصلاح‌شده - که در طول فرآیند لایه‌کاری پانل با حرارت فعال می‌شود و استحکام لایه‌برداری بیش از 15 N/25 میلی‌متر را به دست می‌آورد. هنگام آزمایش مطابق با ASTM D1781.

مواد اصلی و شکاف اساسی بین پانل های PE و FR

مواد هسته جزء تعیین کننده یک پانل آلومینیوم کامپوزیت است و انتخاب بین انواع هسته طبقه بندی عملکرد پانل در برابر آتش، هزینه، وزن و مناسب بودن آن برای کاربردهای خاص ساختمان را تعیین می کند. هسته استاندارد برای برنامه های غیر آتش نشانی است پلی اتیلن کم چگالی که دارای چگالی تقریباً 0.92 تا 0.95 g/cm³ و شاخص محدود کننده اکسیژن تقریباً 17٪ است، به این معنی که در شرایط جوی معمولی به راحتی می سوزد. . پانل های PE-core اکثر پانل های آلومینیومی کامپوزیت مورد استفاده در سطح جهانی در تابلوسازی، دکوراسیون داخلی و برنامه های غیر قابل تنظیم خارجی را تشکیل می دهند. فناوری هسته جایگزین برای کاربردهای درجه آتش، یک هسته پر از مواد معدنی است که در آن ماتریس پلی اتیلن با بارگذاری می شود. 30 تا 70 درصد وزنی پرکننده‌های معدنی ضد حریق - معمولاً تری هیدروکسید آلومینیوم یا دی هیدروکسید منیزیم - که گرما را از طریق تجزیه گرماگیر جذب می‌کنند، بخار آب را آزاد می‌کنند که گازهای احتراق را رقیق می‌کند و یک لایه زغال سنگ سرامیکی باقی می‌گذارد که هسته نسوخته را عایق می‌کند. . این پانل‌های هسته FR پر از مواد معدنی به شاخص اکسیژن محدود بالای 30% دست می‌یابند که مواد را به عنوان خود خاموش‌شونده طبقه‌بندی می‌کند و می‌توانند الزامات ASTM E84 کلاس A، EN 13501-1 کلاس B-s1-d0 یا استانداردهای ملی آتش‌سوزی معادل را برآورده کنند. سومین نوع هسته که کمتر رایج است، یک هسته آلومینیومی موجدار یا لانه زنبوری است که برای کاربردهای تمام فلزی با سفتی بالا استفاده می شود که در آن سازگاری انبساط حرارتی بین پوست و هسته مورد نیاز است.

تاریخچه آتش سوزی و واکنش نظارتی

محیط نظارتی جهانی برای پانل‌های آلومینیومی کامپوزیت پس از چندین آتش‌سوزی ساختمان‌های مرتفع که در آن پانل‌های هسته پلی‌اتیلن روی روکش‌های بیرونی به گسترش سریع شعله عمودی کمک کردند، اساساً تغییر کرد. این حوادث منجر به بازنگری‌های گسترده کد که اکنون استفاده از پانل‌های کامپوزیت هسته پلی‌اتیلن را در روکش‌های بیرونی ساختمان‌های بالاتر از یک آستانه ارتفاع معین - معمولاً 18 متر یا چهار طبقه، بسته به حوزه قضایی ممنوع می‌کند. . لازمه جایگزینی این است که پانل های روکش خارجی باید دارای یک هسته FR پر از مواد معدنی باشند یا باید از ساختار جایگزین مانند ورق آلومینیوم جامد یا مواد روکش غیر قابل احتراق متفاوت باشند. الزامات آزمایشی خاص بسته به کشور متفاوت است: در ایالات متحده، استاندارد مربوطه NFPA 285 برای آزمایش مونتاژ دیوار چند طبقه در مقیاس کامل است. در بریتانیا و بسیاری از کشورهای مشترک المنافع، BS 8414 است. در اتحادیه اروپا، طبقه بندی EN 13501-1 در کدهای ملی ساختمان ذکر شده است. نتیجه عملی برای تعیین‌کننده‌ها این است که مواد اصلی باید از طریق گزارش‌های آزمایشی شخص ثالث خاص به برند پانل و مدل مشخص‌شده تأیید شود، نه اینکه از ادبیات محصول عمومی فرض شود.

سیستم های پوشش و طیف دوام PVDF در مقابل پلی استر

پوسته‌های آلومینیومی روی یک پانل آلومینیومی کامپوزیت با یک روکش معماری پوشش داده شده‌اند که حفظ رنگ پانل، حفظ براقیت، مقاومت در برابر گچ و محافظت در برابر خوردگی را در طول دهه‌ها قرار گرفتن در معرض بیرونی تعیین می‌کند. سیستم پوشش بر روی سیم پیچ آلومینیومی قبل از اینکه به یک پانل کامپوزیت لمینیت شود، با استفاده از یک فرآیند پوشش کویل پیوسته که اعمال می شود، اعمال می شود. پیش تصفیه پوشش تبدیل کرومات و به دنبال آن یک لایه آغازگر و یک لایه رویی، که هر کدام در دمای اوج فلز 230 تا 250 درجه سانتیگراد پخت می شوند. . شیمی پوشش بالایی به دو خانواده اصلی تقسیم می شود. پوشش‌های پلی‌وینیلیدین فلوراید، که معمولاً به‌صورت ترکیبی 70 درصد PVDF / 30 درصد رزین اکریلیک فرموله می‌شوند، استانداردی برای کاربردهای معماری بیرونی هستند. و دارای گارانتی 15 تا 30 ساله در برابر محو شدن رنگ و گچ می باشد. پیوند کربن و فلوئور در PVDF یکی از قوی‌ترین پیوندهای شیمیایی در شیمی آلی است و در برابر تخریب ناشی از اشعه ماوراء بنفش، باران اسیدی و اسپری نمک مقاومت می‌کند. پوشش های پلی استر اعم از پلی استر استاندارد یا پلی استر اصلاح شده با سیلیکون، قیمت کمتری دارند و برای کاربردهای داخلی یا برای تابلوهای بیرونی با عمر مفید کمتری بین 5 تا 10 سال استفاده می شوند. محدوده رنگ موجود در PVDF نسبت به پلی استر باریکتر است زیرا نیازهای پخت در دمای بالا PVDF ترکیب شیمیایی رنگدانه ای را که از نظر حرارتی پایدار هستند محدود می کند، به همین دلیل است که قرمزهای روشن، نارنجی و زرد فقط در فرمول های پلی استر موجود هستند.

روش‌های ساخت و تکنیک شیار و تا کردن

پانل های آلومینیومی کامپوزیت به عناصر معماری در درجه اول از طریق تکنیک شیار و تا کردن، که در آن یک شیار V شکل از طریق پوسته آلومینیومی و بیشتر هسته به پشت پانل کشیده می‌شود و پوسته آلومینیومی جلو و یک لایه نازک از مواد هسته را دست نخورده باقی می‌گذارد تا به عنوان یک لولا عمل کند. . سپس پانل در امتداد این خط شیار خم می شود تا یک گوشه صاف و صاف با شعاع خمشی که با ضخامت مواد باقی مانده تعیین می شود، تشکیل شود. عمق مسیر بسیار مهم است: خیلی کم است و چین به عقب باز می شود یا پوست جلویی را ترک می کند. خیلی عمیق است و بیت روتر به سطح آلومینیومی جلویی ضربه می زند یا به آن نفوذ می کند و یک خط قابل مشاهده روی صفحه تمام شده ایجاد می کند. عمق مسیریابی صحیح برگ می زند 0.3 تا 0.4 میلی متر مواد - اساساً پوسته آلومینیومی جلو به علاوه تقریباً 0.1 میلی متر هسته - دست نخورده در زیر شیار . زاویه شیار V زاویه گوشه تمام شده را تعیین می کند: یک شیار 90 درجه یک گوشه 90 درجه ایجاد می کند، یک شیار 135 درجه یک بازگشت 45 درجه ایجاد می کند. عرض شیار، انتخاب ابزار و نرخ تغذیه باید با ضخامت پانل و نوع هسته مطابقت داشته باشد. هسته‌های پلی‌اتیلن با نرخ‌های تغذیه بالاتری نسبت به هسته‌های FR پر از مواد معدنی، که ساینده‌تر هستند و برای حفظ کیفیت لبه در طول دوره‌های تولید به ابزارهای مسیریابی کاربید یا الماسی نیاز دارند، مسیری تمیز دارند. پس از تا شدن، گوشه را می توان با براکت های زاویه ای آلومینیومی که به گوشه داخلی با چسب ساختاری چسبانده شده است، تقویت کرد تا سختی بیشتری ایجاد کند و از باز شدن گوشه تحت چرخه بار باد جلوگیری کند.

مسیریابی CNC و نیاز به استخراج گرد و غبار

فرآیند V-grooving حجم قابل توجهی از غبار مواد هسته تولید می کند که هم مزاحم و هم خطر آتش سوزی بالقوه است. گرد و غبار هسته پلی اتیلن قابل احتراق است و هنگامی که در هوا با غلظت مناسب معلق شود، می تواند یک ابر گرد و غبار انفجاری را تشکیل دهد. گرد و غبار هسته ای پر از مواد معدنی FR سنگین تر و کمتر قابل احتراق است اما برای راه ها و یاتاقان های ماشین ابزار ساینده است. را ایستگاه مسیریابی باید مجهز به سیستم جمع‌آوری گرد و غبار با کارایی بالا باشد که قبل از اینکه در هوا پخش شود، از نقطه‌ی ابزار جمع‌آوری می‌کند. و گرد و غبار جمع آوری شده باید طبق مقررات محلی برای زباله های قابل احتراق یا معدنی در صورت لزوم دفع شود. مجرای استخراج گرد و غبار برای مسیریابی هسته پلی اتیلن باید به زمین و چسبانده شود تا الکتریسیته ساکن را از بین ببرد، و سطل جمع آوری گرد و غبار باید تخلیه شود و عناصر فیلتر طبق برنامه ای تمیز شوند که از تجمع مواد قابل احتراق در داخل سیستم جمع آوری گرد و غبار جلوگیری می کند.

انبساط حرارتی و حرکت پانل که باید در نظر گرفته شود

پانل های آلومینیومی کامپوزیت با تغییرات دما منبسط و منقبض می شوند و میزان حرکت در درجه اول توسط پوسته های آلومینیومی تعیین می شود. را ضریب انبساط حرارتی برای آلومینیوم تقریباً 2.4 × 10-5 در درجه سانتیگراد است، به این معنی که یک پانل 3 متری که در معرض نوسان دمای 60 درجه سانتیگراد بین شب زمستان و خورشید تابستان قرار می گیرد، طول آن تقریباً 4.3 میلی متر تغییر می کند. . این حرکت باید در طراحی مفصل پانل و در سیستم اتصال قرار گیرد. پانل هایی که به طور صلب در چندین نقطه بدون اجازه انبساط ثابت شده اند، هنگام گرم شدن بین نقاط ثابت به سمت بیرون کمانش می کنند - حالت شکستی که به عنوان کنسرو روغن شناخته می شود که پس از وقوع دائمی است زیرا پوسته های آلومینیومی در فشرده سازی تسلیم می شوند و وقتی سرد می شوند به حالت صاف بر نمی گردند. عرض مشترک استاندارد برای سیستم های پانل کامپوزیت از محدوده 10 تا 20 میلی متر ، با اتصال گسترده تر برای رنگ های تیره تر مشخص شده است که انرژی خورشیدی بیشتری را جذب می کند و به دمای بالاتری می رسد. سیستم اتصال معمولاً از ترکیبی از لنگرهای نقطه ثابت استفاده می کند که در برابر بار باد مقاومت می کنند و لنگرهای نقطه لغزشی که امکان حرکت حرارتی را فراهم می کنند، با نقاط ثابت در خط مرکزی پانل به طوری که انبساط به طور متقارن به سمت هر دو لبه قرار می گیرد. مسیریابی و تا شدن لبه‌های پانل در نوارها یا سینی‌ها، رفتار انبساط حرارتی را تغییر می‌دهد: سینی کاملاً تا شده با برگرداندن در هر چهار لبه، سفت‌تر از یک صفحه تخت است و ممکن است به عرض اتصالات و فاصله اتصال متفاوتی نسبت به صفحه تختی که از آن ساخته شده است نیاز داشته باشد.

طراحی بار باد و جداول دهانه که فاصله پیوست را تعیین می کنند

طراحی ساختاری یک سیستم روکش پانل آلومینیومی کامپوزیت توسط جداول دهانه ای تنظیم می شود که حداکثر فاصله مجاز بین نقاط اتصال را برای ضخامت پانل، نوع هسته و فشار باد طراحی مشخص می کند. الف پنل 4 میلی‌متری PE با پوسته آلومینیومی 0.5 میلی‌متری، که در چهار لبه با قاب محیطی در مراکز 600 میلی‌متری پشتیبانی می‌شود، معمولاً می‌تواند در برابر فشار باد طراحی 1.5 تا 2.0 کیلو پاسکال با محدودیت انحراف L/60 مقاومت کند. . افزایش ضخامت پانل به 6 میلی متر یا کاهش مراکز فریم به 400 میلی متر، ظرفیت بار باد را به طور متناسب افزایش می دهد. حد انحراف نه به دلیل شکست ساختاری - پانل های کامپوزیتی بسیار انعطاف پذیر هستند و تحت بار باد شکسته نمی شوند - بلکه به دلیل قابلیت سرویس دهی تعیین می شود: انحراف بیش از حد باعث موجی قابل مشاهده در نور بازتاب شده می شود و می تواند اتصالات پانل را فراتر از محدوده درگیری آب بند هوا باز کند. جداول دهانه توسط سازندگان پانل منتشر شده و مختص هر ساخت پانل است. یک جدول دهانه برای یک پانل هسته پلی اتیلن را نمی توان روی یک پانل با هسته FR اعمال کرد، زیرا هسته پر از مواد معدنی مدول برشی متفاوتی دارد که بر رفتار خمشی پانل تأثیر می گذارد. خود سیستم اتصال - معمولاً اکستروژن‌های آلومینیومی با پرچ، پیچ یا چسب به پانل - نیز باید برای بار باد طراحی شود و بست‌ها باید فاصله لبه‌ای کافی در پوسته آلومینیومی داشته باشند تا از پارگی تحت فشار باد منفی که پانل را به بیرون از ساختمان می‌کشد، جلوگیری کند.

روش‌های اتصال و جایگزین باندینگ چسب

روش سنتی برای مونتاژ عناصر پانل کامپوزیت ساخته شده - مانند نوار کاست، کانال های سفت کننده و گیره ها - بستن مکانیکی با پرچ های کور آلومینیومی یا پیچ های فولادی ضد زنگ است. بست مکانیکی قابل اطمینان و قابل بازرسی است، اما بارهای نقطه‌ای را در هر بست ایجاد می‌کند، سرهای بست را روی صفحه یا پشت صفحه نمایان می‌کند و می‌تواند با الزامات زیبایی‌شناختی کارهای معماری پیشرفته ناسازگار باشد. یک روش جایگزین که برای برنامه های پرمیوم پذیرفته شده است چسباندن چسب ساختاری با استفاده از چسب های دو قسمتی اپوکسی یا اکریلیک که به طور خاص برای اتصال آلومینیوم فرموله شده اند. . چسب به صورت مهره ای پیوسته در امتداد اتصال بین پانل و پروفیل اتصال اعمال می شود و مونتاژ تا زمانی که چسب به قدرت دست زدن برسد ثابت می شود. یک اتصال چسبی با طراحی مناسب، بار را به‌جای تمرکز بر روی نقاط اتصال مجزا، به‌طور پیوسته در امتداد خط اتصال توزیع می‌کند، که امکان استفاده از پوسته‌های آلومینیومی نازک‌تر را بدون فرورفتگی بست‌ها فراهم می‌کند و پل حرارتی ایجاد شده توسط بست‌های فلزی را از بین می‌برد. سیستم چسب باید برای پوشش پانل خاص تایید شود زیرا اتصال به سطح پوشش ایجاد می شود، نه به آلومینیوم خالی، و انرژی سطح پوشش و چسبندگی به زیرلایه آلومینیوم استحکام باند نهایی را تعیین می کند. الف حداقل مقاومت برشی لبه 5 مگاپاسکال بر روی سطح پانل پوشش داده شده واقعی یک معیار پذیرش معمولی برای اتصال چسب سازه اتصالات پانل کامپوزیت است.

استانداردهای صافی و معیارهای پذیرش بصری

مسطح بودن پانل های آلومینیومی کامپوزیت نصب شده با مشاهده بصری در شرایط نوری خاص ارزیابی می شود و معیارهای پذیرش در استانداردهای صنعتی مانند AAMA 508 و EN 438-6 تعریف شده است. سطح پانل، هنگامی که در یک زاویه مایل تحت نور پراکنده طبیعی یا نور مصنوعی مشابه مشاهده می شود، نباید نشان داده شود. کنسرو روغن، به عنوان موج یا امواج مرئی که تصاویر منعکس شده را مخدوش می کند، با دامنه بیش از 2 میلی متر در هر 300 میلی متر طول پانل تعریف می شود. . عیوب موضعی مانند فرورفتگی، چین یا فرورفتگی بست که از فاصله 3 متری در شرایط دید عادی قابل مشاهده است قابل قبول نیست. مسطح بودن یک پانل کامپوزیت با کیفیت پوسته های آلومینیومی، یکنواختی هسته، پارامترهای فرآیند لمینیت و روش های جابجایی و نصب تعیین می شود. پانلی که در حین جابجایی روی گوشه ای افتاده است، یا پانلی که با نقاط اتصال آن خارج از صفحه نصب شده است، عیوب صافی را نشان می دهد که به جای مربوط به ساخت، مربوط به نصب است. این تمایز مهم است زیرا مسئولیت اصلاح بر عهده طرف های مختلف است و بازرسی صافی باید پس از اتمام نصب پانل انجام شود و پانل ها تابع شرایط باد و دمای طراحی خود هستند، نه در هنگام نصب که ممکن است به طور موقت پانل ها توسط نیروهای جابجایی و تراز تحت فشار قرار گیرند.

عمر سرویس و ضمانت پوشش به عنوان یک شاخص عملکرد

عمر مفید یک سیستم پانل آلومینیومی کامپوزیت در درجه اول به دلیل دوام پوشش روی پوسته آلومینیومی خارجی است، زیرا خود آلومینیوم و مواد هسته ذاتاً در برابر تخریب محیطی مقاوم هستند. الف پنل با روکش PVDF نصب شده در یک محیط غیر دریایی و غیر صنعتی می تواند انتظار داشته باشد که رنگ و براقیت خود را در شرایط گارانتی بین 20 تا 30 سال حفظ کند. ، پس از آن گچی تدریجی و محو شدن رنگ قابل اندازه گیری است اما لزوماً از نظر زیبایی شناختی قابل اعتراض نیست. بنابراین، ضمانت پوشش یک شاخص عملکرد معنی‌دار است: سازنده‌ای که 20 سال ضمانت یکپارچگی، رنگ و براقیت فیلم را روی یک روکش PVDF ارائه می‌دهد، این پوشش را از طریق هوازدگی تسریع‌شده گسترده تا معادل آن دوره خدمات تأیید کرده است. گارانتی همچنین نشانگر مقاومت پوشش گچ است: گچینگ تخریب رزین در سطح پوشش است که ذرات رنگدانه را آزاد می کند که می توانند به صورت پودر رنگی پاک شوند و نشان دهنده آغاز مرحله پایان عمر پوشش است. پانلی که به طور قابل توجهی شروع به گچ زدن کرده است، هنوز از نظر ساختاری دست نخورده است، اما ظاهر آن همچنان رو به زوال خواهد بود، و پوشش مجدد یک پانل کامپوزیت به طور کلی در مقایسه با جایگزینی، مقرون به صرفه نیست. عمر ساختاری پانل - یکپارچگی پیوند بین پوسته‌های آلومینیومی و هسته - معمولاً از عمر پوشش بیشتر می‌شود، و یک پانل 30 ساله با پوشش گچی ممکن است هنوز از نظر ساختاری قابل استفاده باشد، اگرچه حذف و جایگزینی به جای ملاحظات ایمنی به‌جای ملاحظات زیبایی‌شناختی انجام می‌شود.