ポリカーボネート屋根パネルの材料特性

 

ビスフェノール A とホスゲン (COCl₂) の反応から得られる熱可塑性ポリマーであるポリカーボネート (PC) は、1958 年に商業的に導入されて以来、建築の窓ガラスや屋根の用途の状況を根本的に変えてきました。屈折率 1.586、比重 1.20 g/cm3、使用温度範囲が -40 度から +120 度にわたるこの材料は、建設資材の階層の中で独特の地位を占めており、単位面積あたりの重量は約半分でありながら、フロートガラスの約 250 倍の耐衝撃性を実現します。

誰も予想していなかったスタジアムのキャノピー問題

それで何が起こったかは次のとおりですポリカーボネート屋根それがすべてを変えた。

1980 年代から 90 年代初頭にかけて、建築家は大きな透明な屋根構造に関して同じ問題に遭遇し続けました。ガラスは重かったです。異常に重い、みたいな。厚さ 6 mm の標準的なフロート ガラスは 1 平方メートルあたり約 15 キログラムになります。それをサッカースタジアムに広げてみてください。構造用鋼の要件だけでも、ほとんどのプロジェクトは破産してしまいます。

しばらくの間、アクリル (プレキシガラス) が明らかな答えのように思えました。ガラスより軽く、適度に透明で、適度な耐紫外線性があります。しかし、必然的に誰かが石を投げました。あるいは雹が降ってきました。または、メンテナンス作業者が工具を落とした。すると突然、割れたパネルが下の群衆に雨のように降り注ぐのです。

ポリカーボネートは両方の問題を一度に解決しました。厚さは同じ6mm？ 1平方メートルあたり約7.2キログラム。そしてほとんど壊れません。 4kgの鋼球を9.5メートルの高さから3mmの固体ポリカーボネートシートに落としたテスト映像を見たことがある。 3回連続です。弾みました。シートは割れていませんでした。

これはマーケティング上の冗談ではなく、{0}}実際に素材がどのように動作するかです。

熱膨張で一日が台無しになる

ポリカーボネート屋根に関して施工業者が苦労して学んだことが 1 つあるとすれば、それは「物が動く」ということです。

線熱膨張係数は約 0.065 ～ 0.070 mm/m/degree です。これは鉄鋼の約 6 倍、ガラスの約 8 倍です。冬と夏の間で 55 度の温度変化が生じる長さ 10 メートルのパネルで計算を実行すると、約 36 mm の寸法変化が見られます。

所定の位置にしっかりとボルトで固定するまでは、それほど問題はありません。すると座屈してしまいます。反る。エッジにひび割れ。パネルが飛び出す-。経験豊富な屋根職人には必ず恐怖の話があります。

修正方法は複雑ではなく、-ファスナー用の大きな穴、フレーム端の適切なクリアランス、特殊な拡張プロファイル-を必要とします。ただし、計画が必要です。メーカーの設置ガイドを読んだことがありますが、熱膨張に関する警告は文字通り大文字で太字で書かれています。なぜなら、非常に多くの人が熱膨張に関する警告を無視しているからです。

以下は、問題が発生するまで誰もわざわざ計算しない計算式です。

ΔL = L × ΔT × K

ここで、L はシートの長さ、ΔT は温度差、K は膨張係数 (透明/白パネルの場合は 0.065) です。十分シンプルです。しかし、建設現場では毎年夏に屋根の座屈が発生し続けています。

多層壁と固体: 断熱材のトレードオフ-

ここが建築科学の観点から見て本当に興味深いところです。

固体ポリカーボネートは最大限の耐衝撃性と光学的透明性を実現します。光透過率は約 89-90%。事実上破壊不可能。でも熱的には？基本的には、屈折率が異なる 1 枚のガラスです。一般的な厚さの場合、R 値は約 0.9 ～ 1.0 です。

ツインウォール ポリカーボネート-空気室を形成する内部リブを備えた 2 枚の平行なシート-により、方程式が完全に変わります。標準的な 6 mm ツインウォール シートの R- 値は約 1.54 ～ 1.6 です。壁の断熱基準ではまだそれほど優れていませんが、固体ガラスよりは大幅に優れています。

次に、より深いマルチウォール構成に入ります。

収益の減少はすぐに明らかになります。ツインウォールから 5 ウォールに変更すると、断熱効果は 3 倍になりますが、その過程で光透過率の 3 分の 1 近くが失われます。-温室用途では、そのトレードオフが非常に重要です。-

UV 劣化: 5 年間の崖-

コーティングされていないポリカーボネートは、直射日光にさらされると 5 ～ 7 年以内に黄変し始めます。これは推測ではなく、-文書化された材料科学です。紫外線は光酸化によってポリマー鎖を分解し、「2015 年の安っぽい温室」を思わせる特徴的な琥珀色を作り出します。{3}

業界は数十年前、共押出成形による UV 保護層を使用してこの問題を解決しました。{0}通常、厚さは 50-80 ミクロンで、表面コーティングとして適用されるのではなく、製造中に接着されます。適切に UV 保護されたシートには、重大な光透過損失や色の変化に対して 10 ～ 15 年の保証が付いています。

しかし、ここで人々をつまずかせるのが、UV カットは通常片面のみであることです。

パネルを上下逆に取り付けますか?おめでとうございます。保証が無効になり、早期故障が保証されました。ほとんどのメーカーは UV 側にマークを付けていますが、誰もチェックしようとしない設置に遭遇したことがあります。パネルは約 18 か月間良好な状態でした。

表面に塗布された UV コーティング（共押出層とは対照的に）は、保護力が著しく劣ります。-コーティングに傷がついたり、磨耗したり、剥がれたりして、基材が露出したままになる可能性があります。購入する前に必ずUVカット方法を確認してください。

火災の挙動は複雑になる

ポリカーボネートは不燃性ではありません。-それはすぐにやめましょう。

ただし、それは自己消火性です。-火源を取り除くと、材料の燃焼が止まります。ほとんどの標準グレードは UL 94 V-2 または HB 定格-を達成しています。それほど素晴らしいものではありませんが、光透過性プラスチックの基本的な建築基準要件を満たしています。

材料は約150〜160度で柔らかくなります。火にさらされ続けると変形し、最終的には発火します。しかし重要なのは、下の表面に火が広がる可能性のある重大な炎の滴を生成せず、煙の発生も他の熱可塑性プラスチックと比較して比較的低いままです。

より高い防火性能が必要な用途向けに、難燃グレードが存在します。{0}これらは UL 94 V-0 (10 秒以内に自己消火)、さらには 5VA 定格を達成できます。トレードオフは何ですか?-通常、光学的透明度がいくらか低下し、コストが増加します。 FR グレードのポリカーボネートは、標準素材よりも約 35 ～ 50% 高価です。

ヨーロッパの建築基準ではユーロクラス システム (EN 13501-1) が使用されており、ポリカーボネートは通常、火災の延焼、煙の発生の少なさ、炎の飛沫の発生に対する B- 分類限定の寄与を達成しています。これはほとんどの屋根用途に許容されますが、地域の条例はさまざまであるため、指定する前に要件を必ず確認する必要があります。

なぜ温室がすべてを変えたのか

商業温室経営者は 1990 年代にポリカーボネートを大々的に発見し、その用途はほとんど理にかなっています。

ガラス温室はエレガントに見えます。また、雹嵐の際には割れ、単板ガラスから急激に熱を失い、重い構造フレームが必要となり、北部の冬の間暖房に多額の費用がかかります。-ポリエチレンフィルムはほとんどコストがかかりませんが、4 ～ 5 年以内に劣化し、断熱性はゼロになります。

ツインウォール ポリカーボネートが針に通します。野球ボールサイズの雹にも耐えられるほどの耐衝撃性。-十分な断熱性があり、単板ガラスと比較して暖房費を 30-40% 削減します。アルミフレームでも十分な軽さです。 10～15年の保証を保証するのに十分な耐久性。

光の拡散性は予想外の利点でした。ガラスが厳しい影やホットスポットを生み出すのに対し、多層ポリカーボネートは成長空間全体に入射光を散乱させます。一部の栽培者は、透明なグレージングと比較して植物の発育が改善されたと報告しています。-ただし、これに関する研究には多少の議論が残っていることは認めます。

災害のない掘削

堅牢なポリカーボネートを美しく加工します。ツインウォール構成?寛容さが減ります。

内部リブ構造は、本質的に固体材料ではなく複数の薄い膜に穴を開けることを意味します。速度が速すぎたり、圧力をかけすぎたり、間違ったビットを使用したりすると、入口または出口ポイントに亀裂が入ってしまいます。時には両方とも。

標準的な方法では、先端が鋭利な超硬ビットを使用し、送り速度を遅くし、吹き出しを防ぐためにシートをスクラップ材料で裏打ちすることが求められます。{0}波形プロファイルの場合は、谷ではなく常に波形の頂点で穴あけを行ってください。谷のファスナー穴に水が溜まると、最終的に漏れが発生します。

ここで熱膨張の問題が再浮上します。ネジ穴はファスナーの直径より少なくとも 3 mm 大きくする必要があります。そうしないと、夏に発生した 35mm の膨張は、固定ファスナーの周囲に亀裂が入る以外に行き場がありません。

POLYFAST システムのような特殊な屋根用ネジは、-取り付け時に大きな熱膨張穴を自動的に作成します。-一度の操作で穴あけと打ち込みを行います。標準的なセルフタッパーよりも高価です。-それだけの価値があります。

誰もが間違えるアクリルの比較

「ポリカーボネートかアクリルか？」

この質問は常に聞かれますが、通常はそれらが交換可能であるかのように組み立てられます。そうではありません。異なる素材。さまざまなプロパティ。さまざまな適切なアプリケーション。

アクリルは、特別なコーティングをしなくても優れた光学的透明性（光透過率 92% 対ポリカーボネートの . 88%）と優れた UV 耐性を備えています。また、表面にダメージを与えた後でも、研磨して透明度を取り戻すのが簡単です。絶対的な透明性が重要となる用途では、-美術館のディスプレイ、-高級小売店のガラス、光学部品-アクリルの方が合理的であることがよくあります。

しかし、アクリルは割れてしまいます。確かにガラスとは異なりますが、-より大きく、危険性の低い破片に砕けます。それでも、ガラスの耐衝撃性の 17 倍の向上は、ポリカーボネートの 250 倍に比べれば見劣りします。瓦礫の影響、天候への曝露、人の通行が現実的な懸念となる屋根用途では、この違いは決定的です。

アクリルは初期コストも低く、{0}同等のシート サイズのポリカーボネートよりも約 35% 低くなります。壊れたパネルを数年ごとに交換していると、その価格の利点はすぐに消えてしまいます。

寒い気候では、別の考慮事項が必要になります。アクリルは低温では著しく脆くなります。ポリカーボネートは、-40 度から +120 度の使用範囲全体にわたって耐衝撃性を維持します。北部の気候に対応する設備では、ほぼ例外なく、この理由だけでポリカーボネートが好まれます。

波形プロファイルと強度の増大

平坦なポリカーボネート シートは多くの用途に適しています。しかし、同じ素材を波状に波形にすると、見かけの強度が劇的に上がります。

波形は幾何学的剛性を生み出します。{0}これは、段ボールの驚くほど硬い構造の背後にあるのと同じ原理です。 0.8 mm 波形ポリカーボネート シートは、同じ材料の 3 mm 平らなシートよりもサポート間の距離を長くすることができます。軽量化は構造設計全体を通じて段階的に行われます。

工業用天窓や農業用建物は、まさにこの理由から波形プロファイルに大きく依存しています。波形パターンを既存の金属屋根に合わせると、基礎となる母屋の間隔を変更せずに半透明のライト パネルを統合できます。

波形プロファイルの温度範囲は通常、華氏 -40 度から華氏 +270 度 (およそ華氏 -40 度から +132 度) です。工業プロセスにさらされない事実上あらゆる屋外用途に十分な広さです。

ポリカーボネート屋根を実際に破壊するものは何ですか

 

雹ではありません。風ではありません。極端な温度ではありません。

不適切な洗浄や化学物質への曝露は、気象現象よりも多くの故障を引き起こします。

ポリカーボネートは芳香族溶剤に溶解します。アセトン、トルエン、ベンゼン-これらは曇り、ひび割れを起こし、最終的には材料を破壊します。一般的な窓用洗剤、特にガラス用に配合されたものには、アンモニアやその他の適合しない化学物質が含まれていることが多いことに気づくまでは、当然のことのように思えます。

安全な洗浄手順: 中性洗剤と水、柔らかい布またはスポンジを使用し、研磨剤を使用せずにこすってください。それでおしまい。メーカーによっては、頑固な残留物に対して希釈イソプロピル アルコールを使用することを承認している場合があります。より強力なものには、明示的な材料互換性の検証が必要です。

高圧洗浄機もよくある間違いのひとつです。集中した水流により、水分が多壁チャンバー内に（エンドキャップや損傷したエッジを通して）押し込まれ、除去がほぼ不可能な内部藻類の増殖につながる可能性があります。低圧すすぎのみ。-

多層壁アプリケーションにおける結露の制御

断熱を提供する内部の空気室?湿気も閉じ込めます。

標準的な多層ポリカーボネート パネルは、ほこりや昆虫の侵入を防ぐために両端が密閉された状態で出荷されます。垂直ガラスに適しています。温度サイクルによって内部結露が発生する屋根用途では問題になります。

{0}内面の防滴コーティングは、-湿気を玉ではなくシート状にし、水をパネルの端に向けます。しかし、より根本的な解決策には、下端に通気性のあるテープ、上端にしっかりとしたテープを使用してエンド シールを適切に行う必要があります。-これにより、上からの雨の浸入を防ぎながら、湿気を下に逃がします。

この詳細を無視すると、最終的にはパネル構造内に水滴が浮遊し、光の透過が減少し、湿気の多い気候ではカビの成長を促進する可能性があります。

設置の傾斜は思っている以上に重要です

ポリカーボネート屋根の最小ピッチ: 5 度、絶対床。良好: 10 度以上。

これらの角度を下回ると、水が溜まるのは避けられません。ポリカーボネートの表面は完全に疎水性ではないため、汚れが蓄積するとダムが形成され、さらなる水分が閉じ込められます。滞留した水は紫外線による分解を促進し、接合部での藻類の成長を促進し、最終的には流水を容易に流すアザラシを通る経路を見つける可能性があります。

傾斜が急になると、雨天時の自浄作用も向上します。{0} 15 度以上では、ほとんどの破片は介入なしで洗い流されます。

保証について

基本的な UV 保護と光透過率の保証については、10 年が業界標準となっています。一部のプレミアム ブランドでは、15 年、さらには 25 年まで延長されます。細字部分をよく読んでください。

ほとんどの保証では物理的な損傷は (当然のことながら) 除外されますが、不適切な取り付け、互換性のないシーラント、化学物質への曝露、メンテナンス ガイドラインに従わないことによる損傷も除外されます。保証は、他のすべてを正しく行った場合に、材料の性能を保証します。成功したことを証明してください。幸運を祈ります。

優れたメーカーは、詳細な設置ドキュメントを提供しています。宗教的にそれに従ってください。遵守状況を写真で文書化します。請求を行う必要がある場合、これは非常に重要です。

本当の寿命の問題

ポリカーボネート屋根材の耐用年数は実際どれくらいですか？

正直な答え: 一般的な屋外用途では 10 ～ 20 年、高級素材と最適な条件を使用した場合は 25+ 年かかる可能性があります。屋内の日陰の場所に設置すると、軽く 30 年を超えることがあります。

決定要因は、UV 保護の品質、取り付けの正確さ、気候の厳しさ、メンテナンスの頻度、元の材料のグレードなど、予測可能な順序で実行されます。過酷な紫外線環境下で、ずさんな設置とメンテナンスのない無名メーカーの安価なパネルはありますか?許容できない黄ばみが発生するまでに 5 ～ 7 年かかります。プレミアム共押出シート-は温帯気候で​​適切に設置され、時々清掃されていますか?勤続20年というのは珍しいことではない。

ポリカーボネート屋根を絶対に使用すべき人

農業用の建物。温室。施設内の屋根付き通路。雹が発生しやすい地域のカーポート。-プールの囲い。居住者の安全が重要視される商業ビルの天窓。交通量の多い場所の上のひさし。-透明性要件と影響リスクにさらされるリスクを組み合わせたあらゆるアプリケーション。

この素材は、数十年にわたる現場での実績を通じてその地位を獲得しました。同等のコストで、光透過性、耐衝撃性、適度な断熱性の同じ組み合わせを実現できるものは他にありません。

してはいけない人

絶対的な光学的透明性が必要なプロジェクト。表面の傷が避けられず、外観が重要な用途。真の不燃性素材が必要な状況。-冷間曲げの限界を超える複雑な曲面形状が必要な設計。-ガラスまたは特殊な複合材がより優れた構造ソリューションを提供する、非常に長いスパンの設置。-

正直に言うと？適切な設置技術を学んだり、メンテナンス要件に従ったりする気がない人。ポリカーボネートは慎重な取り扱いに報い、不注意には罰を与えます。この材料は、設計パラメータの範囲内で素晴らしい性能を発揮しますが、それらのパラメータが無視されると予想どおりに失敗します。

持つ価値のある数字

楽しみにしている

ポリカーボネート業界は、日射制御のためのより高い耐火性、改善された耐傷性、優れた UV 安定性、強化された IR 反射を備えた特殊な配合物の開発を続けています。{0}エアロゲル-を充填した多層パネルは、半透明性を維持しながら断熱値を R-10 に近づけます。

これらの革新はどれも、主流の屋根用途から標準的な多層ポリカーボネートや固体ポリカーボネートに取って代わるものではありません。このベース素材は、ほとんどのプロジェクトで珍しい代替品を必要とするほどリーズナブルな価格帯で機能しすぎています。

商業的に導入されてから 60 年以上が経過した今でも、ポリカーボネートは、屋根を通して中を確認する必要があり、上から落ちてくるものは壊れないと確信する必要がある場合に実用的な選択肢です。この基本的な価値提案は、建築家が鋼鉄とガラス以外のものでスタジアムを拡張できることを初めて発見して以来、変わっていません。

化学は解決しました。応用例は証明されています。失敗はほとんどの場合人間によるものです。