Предел прочности на растяжение поликарбоната
Технические характеристики монолитного поликарбоната
Монолитный поликарбонат — сплошной лист из полимера без внутренних пустот, по характеристикам заменяющий обычное силикатное стекло. Имеет хорошую ударопрочность 20-21 кг. на м2, а также хорошо поглощает ультрафиолетовые лучи.Монолитный поликарбонат обладает гибкостью, прозрачностью и относительно низкой горючестью. Листовой монолитный поликарбонат является самым прочным из всех существующих на мировом рынке и производящихся в промышленных масштабах прозрачных материалов, что обеспечивает востребованность литого поликарбоната в большинстве производственных сфер деятельности. Фактический срок службы монолитного поликарбоната составляет 15 лет. Монолитный поликарбонат широко применяется в строительстве, автомобилестроении, производстве мебели, медицине, в производстве оружия, пищевой индустрии, производстве спортивных товаров и средств защиты, в компьютерной сфере: носители информации и множестве других сфер.
Поликарбонатные плиты имеют защитные свойства, предохраняющие их от воздействия солнечной радиации.
Цена на монолитный поликарбонат здесь.
Преимущества монолитного поликарбоната:
- самая высокая прочность из промышленных прозрачных материалов (в 250 раз прочнее стекла)
- относительно небольшой вес (в 10 раз легче стекла)
- высокая степень прозрачности (до 88%)
- защитные свойства: стойкость к воздействиям окружающей среды и воздействию химических препаратов
- легкость в обработке, гибкость, пластичность, легкость очистки.
СВОЙСТВА МАТЕРИАЛА
Свойства | Единица измерения величина | Величины |
Плотность | кг/м3 | 1,180 |
Влагопоглощение | % | 0,15 |
Предел прочности при растяжении | МПа | 65 |
Предел текучести при растяжении | МПа | 60 |
Удлинение в текучей стадии | % | 6 |
Максимальное удлинение при разрыве | % | >90 |
Модуль упругости при растяжении | МПа | 2000 |
Модуль упругости при изгибе | МПа | 2600 |
Предел текучести при изгибе | МПа | 100 |
Ударная прочность | Дж | 800 |
Твёрдость по Роквеллу | 125 | |
Диапазон температуры при длительном воздействии | оС | -75 до +100 |
Диапазон температуры при кратковременном воздействии | оС | -75 до +120 |
Температура теплового прогиба | оС | 130 |
Температура теплового размягчения | оС | 150 |
Коэффициент линейного термического расширения | 10-5/оС | 6,5 |
Теплопроводность | Вт/м*оК | 1,26 |
Светопроницаемость | % | 89 |
СВЕТОПРОНИЦАЕМОСТЬ
Листы монолитного поликарбоната полностью отражают вредное ультрафиолетовое и большую часть инфракрасного излучения. При этом пропускается около 90% видимого спектра.
ХИМИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ
Монолитный поликарбонат не реагирует со строительными материалами, неорганическими солями, метиловым спиртом и минеральными кислотами.
СТОЙКОСТЬ К КЛИМАТИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ
Листы монолитного поликарбоната выдерживают температурные режимы любых климатических зон.
ТЕРМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Диапазон температур, в пределах которого монолитного поликарбоната сохраняет свои свойства: от -75 до 100 0С. Кроме того, материал может выдерживать кратковременный нагрев до 120 0С. Температурное расширение монолитного поликарбоната больше чем у стекла. Это следует учитывать при установке листов.
Способы обработки монолитного поликарбоната
РЕЗКА. В большинстве случаев используется дисковая пила для прямых разрезов и ленточная пила или лобзик для резки по кривой линии. Возможна лазерная резка. Для резки с помощью высокоскоростных циркулярных пил, рекомендуемая скорость вращения диска — 4000 об./мин. Для резки необходимо использовать диски, изготовленные из быстрорежущей стали или армированные твердым сплавом.
СВЕРЛЕНИЕ производителя при помощи стационарного или мобильного сверлильного станка с использованием специальных сверл для легких металлов из быстрорежущей стали повышенной производительности. Необходимо следить, за гладкостью краев просверленного отверстия во избежание образования трещин. В случае глубокого сверления рекомендуется часто поднимать сверло с целью извлечения стружки и ограничения нагрева материала.
При ФРЕЗЕРОВАНИИ наилучшие результаты достигаются применением машин с фрезами небольшого диаметра и высокой скоростью вращения. Скорость вращения зависит от диаметра и количества канавок, при этом целесообразно применять охлаждение струёй воздуха. Необходимо предусмотреть удаление стружки. Фрезерование позволяет произвести следующие операции:
разрез; фрезерование выемок; гравировка; выравнивание кромки.
ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ. Срезанные края и матовую поверхность можно качественно отполировать с помощью полировального круга и полировочной пасты. Очистка поверхности материала производится теплой водой с применением мягкого моющего средства, не содержащего растворителей. Использование абразивных веществ не допускается.
ФОРМОВАНИЕ. Перед формованием лист необходимо просушить во избежание образования пузырей. Как правило, при большом содержании влаги достаточно 24 часов сушки. Охлаждение отформованных изделии производится равномерно и не слишком быстро во избежание внутренних напряжении изделия. Изделие необходимо оставить на матрице до его охлаждения до температуры 60-70 0С. Отформованные и изделия перед их взаимодействием с растворителями, краской, липкой лентой должны быть подвергнуты термическому кондиционированию с целью снижения напряжений. Следует избегать перегрева и переохлаждения изделия и формы, большой скорости растяжения, превышения давления воздуха, соприкосновения формуемого листа с формой перед формованием при высокой температуре.
Источник
1. Минимальный радиус изгиба, м:
R мин. = (150¸175)∙t,
где t – толщина листа.
2. Коэффициент линейного термического расширения
6,5¸7,2х10-5 1/К, т.е. при изменении температуры на 1ºС каждый линейный метр листа уменьшается или увеличивается во всех направлениях на 0,065¸0,072 мм. При этом коэффициент линейного термического расширения листов бронзового, синего и бирюзового цветов вдвое выше, чем у прозрачных и опаловых листов.
Минимальный допуск на тепловое расширение (как по длине, так и по ширине листа) проводится исходя из разницы температур в течение года.
Пример расчета: при монтаже листа в жесткую конструкцию длиной 1м и при разнице температур в течение года 70°С (от -25°С до +45°С) зазор между листом и конструкцией равен 4,55мм (0,065х1х70 = 4,55 мм).
3. Химическая стойкость
Поликарбонатный лист успешно используется в сочетании с различными строительными материалами и составами для остекления. Принимая во внимание сложность химической совместимости, все дополнительно применяемые материалы, вступающие в контакт с поликарбонатом, должны быть предварительно испытаны.
Поликарбонат обладает высокой стойкостью в отношении многих химически активных сред. Он не подвержен воздействию большинства неорганических и органических кислот, окислительных и восстановительных агентов, кислотных и основных солей, алифатических углеводородов, спиртов, моющих средств, жиров и смазочных масел. Химическая стойкость ПК зависит от концентрации химикатов и от температуры окружающей среды при воздействии. После длительного нахождения в воде при температуре выше 60˚С, например, ПК реагирует на контакт с некоторыми растворителями, водными и спиртовыми растворами щелочей, газообразным аммиаком и аминами. Следует избегать составов для чистки стекла, содержащих аммиак, так как они разрушают поликарбонат. Поликарбонат растворим в технических растворителях: этиленхлориде, тетрахлорэтане, метакрезоле и пиридине.
В таблице 1 представлены данные химической устойчивости ПК к некоторым веществам.
1. Хорошая стойкость поликарбоната к химическим веществам (см. таблицу 1), не влияет на его свойства независимо от длительности воздействия, температуры и нагрузки.
2. Очистка деталей из поликарбоната производится метиловым или изопропиловым спиртом, мягкими мыльными растворами, гептаном или гексаном. Очистка не должна производиться с помощью частично гидрированных углеводородов, кетонами, такими как ацетон и метилэтилкетон, сильными кислотами или алкалинами, такими как гидроокись натрия. 3. Для очистки поликарбонатного листа от краски (граффити) используйте растворитель уайт-спирит без содержания ароматических углеводородов, изопропанол.
3. Не рекомендуется тереть поверхность листа при помощи щеток, металлизированной ткани или другими абразивными материалами.
4. Оптические свойства поликарбонатных листов
Поликарбонат обладает высокой светопроницаемостью, так, для сотового поликарбоната этот показатель в зависимости от толщины листа достигает 90%, что зачастую превышает светопроницаемость стандартных акриловых стекол.
5. Звукоизоляционные свойства
Шум образуется в результате давления воздушных волн и измеряется длиной волны и её частотой. Единицей измерения шума является децибел, причем, до 60 дБ шум считается негромким, от 65 до 90 дБ — значительным, а свыше 90 дБ — разрушительным. Известно, что эффект снижения шума достигается за счет увеличения массы задерживающего шум сооружения, либо за счет увеличения воздушной прослойки между такого рода сооружениями. Уровень снижения шума структурными поликарбонатными листами различных толщин от 4 до 16 мм составляет от 18 до 23 дБ.
Сравнение звукоизоляции одинарного остекления монолитным листом Stronex и стеклом
При применении вместе с обычным стеклом на расстоянии > 50 мм, монолитные листы значительно снижают звукопропускание, особенно низкочастотное, например городской шум.
6. Теплоизоляционные свойства
Как и большинство других прозрачных полимерных материалов, листовой поликарбонат служит прекрасным заменителем силикатного стекла и может использоваться при остеклении, особенно защитном. При этом основным эксплуатационным показателем служит теплоизоляция, характеризующаяся коэффициентом теплопередачи (К).
Многостеночная структура листов поликарбоната предоставляет значительные преимущества там, где теплоизоляция является основным требованием. Поликарбонатные листы дают существенную экономию энергии (до 50%), затрачиваемой на отопление или кондиционирование, по сравнению со стеклами аналогичной толщины, так как поликарбонат обладает меньшей по сравнению с этими материалами теплопроводностью, а воздух, содержащийся в пространстве между ребрами жесткости (стенками), является прекрасным теплоизолятором, обеспечивающим сохранение температурного режима в помещении.
Даже самые тонкие листы структурного поликарбоната (4 мм) почти в 2 раза превосходят по степени теплоизоляции простое остекление. Листы толщиной 8 ммсопоставимы со стеклопакетом, листы 16-25 мм превосходят показатели термоизоляции стеклопакетов с тройным остеклением.
Сравнительный коэффициент теплопередачи структурных поликарбонатных листов и стекла
Сравнительная масса материалов для остекления со структурными поликарбонатными листами
Сравнительный коэффициент теплопередачи монолитных поликарбонатных листов и стекла
Из таблицы видно, что для всех толщин коэффициент теплопередачи К в случае монолитного поликарбоната ниже, чем у стекла. Таким образом, потери тепла в помещении и проникновение тепла или холода извне через ограждающие конструкции в зданиях с поликарбонатным остеклением будут меньше, чем при использовании обычного стекла.
Зависимость коэффициента теплопередачи от толщины стекла и монолитного поликарбоната при двойном остеклении
Зависимость коэффициента теплопередачи от толщины стекла и монолитного поликарбонатаStronex при тройном остеклении
7. Изменение технических характеристик ПК в зависимости от используемого сырья, температуры окружающей среды
Технические характеристики поликарбонатных листов не изменяются в зависимости от применяемого сырья и соответствуют данным, приведенным в ТУ на продукцию.
Поликарбонат сохраняет эксплуатационные характеристики в диапазоне температур от – 400С до 1200С.
Сравнительные характеристики, преимущества и недостатки поликарбоната и аналогичных материалов
Источник
В основном поликарбонат используют для устройства покрытий прозрачных теплиц, веранд. Его популярность также связана с высокой несущей способностью. Этот материал в 200 раз прочнее стекла. Кроме того, он отличается упругостью и пластичностью. Основными видами нагрузок, воспринимаемыми кровлей, являются снеговая и ветровая. Известно, что в различных регионах России выпадает много снега. Поэтому ответ на вопрос, сколько выдержит сотовый поликарбонат, волнует почти всех застройщиков.
Виды поликарбоната и их характеристики
Прежде чем ответить на вопрос, какую нагрузку выдерживает поликарбонат, отметим два вида материала – листовой и сотовый. Первый из них представляет собой сплошной монолитный листовой материал, расчетные параметры которого зависят только от его толщины. С сотовым или ячеистым поликарбонатом дело обстоит немного иначе, так как в зависимости от производителя материал может иметь различную структуру по поперечному сечению. Это важно, так как несущая способность сотового поликарбоната на растяжение и сжатие может отличаться, а при работе на изгибающую нагрузку возникает и растягивающее, и сжимающее напряжение.
Сразу оговоримся, что основная нагрузка, на которую рассчитывается поликарбонат – снеговая нагрузка. Ветер работает на срыв и только снижает нагрузку, а собственный вес настила незначительна и не играет большой роли. Отметим, что согласно СНиП территория России разделена на 8 районов.
Основное усилие на который рассчитывается сотовый поликарбонат – нагрузка на метр квадратный. Расчетными параметрами являются предел прочности и модуль упругости при растяжении, сжатии, изгибе. Предел прочности сотовой панели составляет от 60 до 110 МПа, модуль упругости – 2300-2500 МПа.
Расчет плоского настила
Расчет поликарбоната для плоского настила сводится к определению максимального расстояния между опорами, при котором получается минимальный прогиб, а предельно допустимые величины по прочности не превышаются. При этом поликарбонатная панель рассматривается как простая балка, работающая на изгиб. Расчетная схема может быть представлена как двухопорная, так и многоопорная конструкция. Несущая способность монолитного поликарбоната рассчитывается по следующему алгоритму:
- определяется момент сопротивления – W = bh2/6 (в общем случае определяется суммарный момент сопротивления составляющих поперечного сечения – W = ∑bh2/6);
- рассчитывается максимальный изгибающий момент по формуле М = WR, где R – расчетное сопротивление на изгиб;
- определяется расстояние между опорами по формуле l = √(8M/q) при двух опорах и l = √(12M/q), если количество опор при одинаковых расстояниях между ними превышает число 2;
- рассчитывается момент инерции – Iz = ∑(bh3/12 + y2F);
- определяется прогиб листа – f = 5ql/384EI.
Как видим, для монолитных листов расчет ведется по упрощенной формуле, а несущая способность поликарбоната сотового характеристики поперечного сечения определяются как сумма отдельных частей (ячеистые панели можно расчленить на несколько двутавров). При этом каждый расчетный параметр рассчитывается в отдельности и затем суммируется. Например, для двутавра момент сопротивления – это суммарный показатель стенки и двух полок.
Формулы показывают, что при двухопорной расчетной схеме максимальное расстояние между опорами снижается, а прогиб – увеличивается. Это связано с тем, что при увеличении количества опор изменяется расчетная схема. При двухопорной схеме имеет место шарнирное соединение, которое никак не воспрепятствует прогибу. Многопорная расчетная схема – это комбинация шарнирного соединения на крайних опорах и жесткого защемления на средних. Это свидетельствует о том, что чем больше количество опор, тем большую нагрузку может выдержать настил, так как происходит перераспределение напряжений на пролетах.
Выводы
Предлагаемая методика позволяет рассчитать по допустимым деформациям поликарбонат, нагрузка на который определяется согласно нормативным данным. По результату расчета можно подобрать листы необходимой толщины, максимальное расстояние между элементами обрешетки.
Источник
Оказывается, у так давно полюбившегося отечественному потребителю поликарбоната, очень интересная история появления. Изобрел его, причем абсолютно случайно, немецкий химик Альфред Айнхорн, усиленно работавший над созданием болеутоляющего препарата. В ходе проводимого ученым эксперимента образовался осадок полиэфиругольной кислоты, который для ученого вовсе не был желанным. В итоге этот продукт сочли ненужной примесью, и он надолго выпал из поля зрения ученых. Однако через 60 лет в Германии и США почти в одно и то же время полимерный пластик был снова открыт, что и дало новую жизнь этому высокотехнологичному материалу. Выпуск этого полимера в промышленном масштабе был налажен с 1960 г. Особенно ценным качеством монолитного и сотового видов этого материала является его прочность, благодаря которой он нашел широкое применение в различных отраслях хозяйства: строительстве, медицине и т.д.
Прочность различных видов
Там где бессильным оказывается стекло, на выручку приходит намного более прочные поликарбонатные листы. Они и на разрыв, и на сгиб оказываются несравненно лучшими, нежели применяемые до этого времени материалы. Не стоит забывать и химической стойкость полимерного пластика ко многим агрессивным веществам.
Показатели прочности поликарбонатных листов настолько впечатляют, что вначале это кажется невозможным. Например, лист материала, толщина которого в пределах 3-4 мм более чем в 200 раз прочнее обычного стекла и разбить его даже ударом тяжелого молотка весьма проблематично.
Сотовый материал
В последние годы производители начали усиленно применять поликарбонатные полотна для оборудования тепличных сооружений различного назначения. И все благодаря их повышенной прочности. Для производства теплиц по большей части используется структурный или сотовый вариант полимера, который позволяет сооружать конструкции арочного типа без угрозы последующего их разрушения.
На заметку: Некоторую опасность для поликарбонатного покрытия представляют ветра повышенной интенсивности и сильные снегопады.
Прочность структурного поликарбоната во многом зависит от толщины самого листа. Обычно ответственные производители предупреждают о том, для какого типа конструкций предназначена каждая отдельная модификация сотового полимера. Продукт толщиной 4 мм может быть использован для оформления витрины, в то время как лист 16-милимметровой толщины — это чисто кровельный вариант. Нормальная толщина поликарбоната под теплицы равна 6 мм, при том, что предел прочности на изгиб не более 95 МРа. И только экономия может заставить приобрести для обшивки теплицы поликарбонат толщиной 4 мм. Данный вариант не оправдан, особенно при большой вероятности мощных снегопадов и разрушительных ветров.
Приятно отметить, что даже если перед нами более прочный поликарбонат, чем обычный, это ни в коей мере не оказывает влияния на его вес. Применяя легкий структурный полимер можно существенно снизить затраты на сооружении несущего каркаса любой конструкции: теплицы, козырька, навеса и др. Благодаря небольшому весу полимерного термопласта каркас можно смастерить из алюминиевых элементов, не подверженных ржавлению. Период эксплуатации теплицы такого образца может исчисляться десятками лет.
Монолитный поликарбонат
Величина прочности монолитного поликарбоната тоже очень приличная. Это касается и ее показателя на изгиб. Панели такого образца широко применяются для сооружения крупных объектов, к примеру, куполов. Наряду с высокой прочностью высокая степень шумопоглощения монолитного поликарбоната стала причиной его использования для обустройства специальных барьерных ограждений вдоль крупных автомагистральных трасс. Вдобавок к этому они служат преградой для проникновения на проезжую часть диких животных.
Важная деталь: Высокая степень устойчивости к механическому воздействию позволяет использовать монолитные поликарбонатные панели в строительстве зданий, а также изготавливать из них защитные средства, например, щиты для полицейских.
Перечислим еще несколько вариантов использования литых панелей:
- Витрины торговых точек.
- Обустроенные пешеходные переходы.
- Стекла автомобилей.
- Уличное освещение.
- Рекламные сооружения.
- Автомобильные фары и др.
Итог
И так, имея дело с данным термопластом, мы получаем возможность убедиться самостоятельно в том, что хорошая несущая способность монолитного поликарбоната является результатом гармоничного сочетания жесткости, прочности и высокой устойчивости к ударному воздействию. Также отличают его хорошие оптические свойства, минимальное водопоглощение и высокое электрическое сопротивление.
Видео про ударные испытания монолитных листов
Источник