В данной статье вся информация и расчеты приводятся на примере ПВХ, однако, они в равной степени касаются и любых других листовых полимерных материалов, использующихся вне помещений.
Цвет поверхности листа
Для изготовления рекламных и строительных конструкций рекомендуется применять пластики светлых цветов – белого, светло-серого, пастельных оттенков, т. к. большие по площади темные участки поглощают значительное количество солнечной радиации, сильно нагреваются и по этой причине могут необратимо деформироваться. В связи с тем, что ПВХ является термопластичным полимером, влияние температуры поверхности будет иметь большое значение. Чем темнее цвет и чем выше температура поверхности, тем значительнее размерные изменения (тем больше увеличивается длина).
Рис. 1. Кривая изменения температуры поверхности листов ПВХ в зависимости от их цвета при максимальной температуре воздуха 36°С
Изменение линейных размеров листа
При использовании вне помещений листы ПВХ подвергаются значительным перепадам температур. Размеры синтетического материала существеннее меняются в таких условиях, чем размеры листов из дерева или металла. При установке рекламных щитов, отделке наружных стен и т. п. всегда следует принимать во внимание тепловое расширение. Для всех термопластичных материалов изменение длины при изменении температуры характеризует коэффициент линейного теплового расширения, значения которого можно узнать из технической документации. Для ПВХ он составляет 0,08 мм/м°С. ПВХ не впитывает влагу, поэтому изменение длины можно рассчитать с высокой точностью, в отличие от таких, например, материалов, как акриловое стекло или поликарбонат, которые подвержены дополнительным движениям, зависящим от влажности воздуха. Изменение длины зависит от максимальной ожидаемой температуры поверхности и длины листа. Используя коэффициент линейного теплового расширения и зная цвет поверхности можно рассчитать диапазон изменения длины по следующей формуле:
ΔL = L × α × Δt,
где
ΔL – изменение длины, мм L – длина листа в нормальных условиях (при +20 °С), м α – коэффициент линейного теплового расширения, мм/м°С Δt – разность температур, °С
В качестве базовой температуры следует принять температуру при установке. Повышение температуры вызывает расширение (увеличение длины), понижение температуры – сжатие (уменьшение длины). Расчет возможного сжатия основывается на минимальной температуре воздуха в холодное время года в соответствии с климатической картой. Изменение длины ΔL может быть найдено также путем обращения к диаграмме, приведенной ниже.
Рис. 2. Диаграмма зависимости изменения длины листа ПВХ под влиянием перепада температур
По оси Х располагаются значения длины L листа (м), по оси Y – значения изменения длины ΔL (мм), по оси Y1 – значения разности температур Δt (°С).
Пример 1
ΔL = 1,5 м × 0,08 мм/м°С × 60 = 7,2 мм
Изменение длины листа длиной 1,5 м при перепаде температур в 60 °С составит 7,2 мм.
Пример 2
ΔL = 3,0 м × 0,08 мм/м°С × 60 = 14,4 мм
Изменение длины листа длиной 3 м при перепаде температур в 60 °С составит 14,4 мм.
Рекомендации относительно крепления листов
1. Листы, размещаемые на сплошных стенах
В случае размещения листов на сплошных стенах необходимо обеспечить достаточную вентиляцию с тыльной стороны листа. Для эффективного движения воздуха и во избежание перегрева термопластичного материала следует предусмотреть отступ от стены 2 – 4 см.
2. Большие по площади знаки и конструкции
Крупногабаритные конструкции предусматривают обеспечение высокой размерной стабильности всех элементов. Наиболее подходящим для таких целей материалом является вспененный ПВХ толщиной 19 мм (в некоторых случаях материал 10 мм также может быть использован). Экстремальные условия эксплуатации с высокой степенью вибрации и ударными нагрузками, которым, например, подвергаются рекламные бортовые щиты на стадионах, также требуют применения материалов большой толщины – вспененного ПВХ 19 мм или компактного 8 мм.
3. Отдельно стоящие конструкции
Крупногабаритные рекламные знаки, у которых пластиковая поверхность занимает большую площадь, требуют установки специальной обрешетки, позволяющей обеспечить материалу необходимую устойчивость к ветровым нагрузкам.
Винтовое соединение
Естественные изменения длины листов, используемых на улице, требуют такой системы крепления, которая позволяла бы материалу свободно расширяться и сжиматься при колебаниях температуры. Одним из таких методов является крепление при помощи винтов. В этом случае используются круглые или продольные отверстия с учетом необходимого для движения пластика зазора между ножкой винта и краем отверстия (при креплении пластика внутри помещений, где перепады температур незначительны, диаметру отверстия достаточно превышать диаметр ножки винта на 1 – 2 мм). Рекомендуются винты с круглой или полукруглой головкой. Винты с конической шейкой использовать не следует, т. к. они могут заклинивать в отверстиях и затруднять движение, вызванное расширением/сжатием. Винты должны затягиваться таким образом, чтобы лист имел достаточный ход между точками крепления. Круглые и продольные отверстия необходимо закрывать большими шайбами: они не дают головке винта проваливаться в отверстие. Продольные отверстия рекомендуются для крепления листов длиной более 1,5 м.Рис. 3. Иллюстрация винтового крепления
Подоснова позволяет обеспечить необходимую циркуляцию воздуха.
Расстояния между точками закрепления в зависимости от толщины листа
Толщина листа, мм
Расстояние между винтами, мм
2
≈ 150 – 200
3
≈ 200 – 300
4
≈ 400 – 500
5
≈ 500
6
≈ 500
10
≈ 500
19/24/30
≈ 500
Необходимые расчеты для винтового крепления листов ПВХ
Пример 1 – круглые отверстия
Рекламное панно, выполненное из листа вспененного ПВХ белого цвета, размером 1500 х 1000 х 10 мм, должно быть закреплено на вентилируемой основе при помощи винтов. Необходимо определить изменение линейных размеров листа под действием перепадов температур и диаметр отверстий, которые необходимо будет просверлить.
1. Диаметр ножки винта a выбирается равной 5 мм, длина ножки винта должна быть достаточной для обеспечения надежного крепления листа к стене и необходимого зазора между листом и стеной.
2. Изменение длины ΔL (основное изменение происходит вдоль линии экструзии):
L – длина листа в нормальных условиях (при +20°С), L = 1,5 м α – коэффициент линейного теплового расширения, α = 0,08 мм/м°С Δt – температурный перепад –15 – +45°С (нижний предел температурного диапазона выбирается в соответствии с минимальной температурой воздуха в холодное время года в той климатической зоне, в которой монтируется вывеска, верхний предел – по графику (рис. 1), дающему возможность определить степень нагрева поверхности пластика в зависимости от его цвета), Δt = 60 °С.
ΔL = L × α × Δt ΔL = 1,5 м × 0,08 мм/м°С × 60 = 7,2 мм
Вместо этого расчета для получения значения общего изменения длины можно воспользоваться диаграммой, приведенной выше (рис. 2).
3. Диаметр отверстия в точке неподвижного закрепления:
d1 = a + k, k = 2 (коэффициент рекомендуется производителями листовых полимерных материалов) d1 = 5 мм + 2 = 7 мм
В случае использования темных цветов поверхности, в особенности черного, величина k должна быть равна четырем, т. к. поглощение тепла темными поверхностями происходит интенсивнее. Точка неподвижного закрепления выбирается посредине верхней линии расположения винтов.
4. Расстояние между винтами около 50 см (в соответствии с вышеприведенной таблицей).
5. Диаметр отверстия, допускающего движение d2:
(чтобы найти это значение, необходимо учесть, что изменение длины уменьшается наполовину в каждую сторону от точки неподвижного закрепления)
d2 = ΔL : 2 + a d2 = 7,2 : 2 + 5 = 8,6 мм = 9 мм (округление дробных значений диаметра отверстия до целых должно производиться в большую сторону).6. Расстояние R от края листа до центра отверстия должно быть в 2,5 раза больше диаметра отверстия.
R = 2,5 × d2 R = 2,5 × 9 = 22,5 мм (не менее)
7. Расстояние от стены до листа – 2-4 см (чем поверхность темнее, тем это расстояние должно быть больше).
Рис. 4. Иллюстративный чертеж крепления
Пример 2 – продольные отверстия
Как и в примере 1 используется лист вспененного ПВХ, но размер листа в данном случае 3000 х 1000 х 10 мм.
1. ΔL = 3 м × 0,08 мм/м°С × 60 = 14,4 мм Подробный расчет приведен в примере 1, также можно воспользоваться диаграммой (рис.2).
2. Диаметр ножки винта: а = 5 мм
3. Расстояние между винтами – около 50 см (табличное значение).
4. Диаметр отверстия в точке неподвижного закрепления:
d1 = 7 мм (расчет см. в примере 1)
Несмотря на то, что отверстия для закрепления выполняются продольными (вдоль линии экструзии), в точке неподвижного закрепления отверстие остается круглым.
5. Высота h отверстия, допускающего движение: (допуск по высоте отверстия достаточно принять равным 3 мм, т. к. в направлении, перпендикулярном линии экструзии, расширение/сжатие происходит в значительно меньшей степени, чем в направлении экструзии, т. е. вдоль листа).
h = a + 3 мм h = 5 + 3 = 8 мм
6. Длина l отверстия, допускающего движение:
l = ΔL : 2 + a l = 14,4 : 2 + 5 = 12,2 мм (округляется до 13 мм)
Рис. 5. Продольное отверстие
7. Расстояние от края листа до центра отверстия:
R = 25 мм, не менее (расчет см. в примере 1)
8. Расстояние от стены до края листа – 2-4 см.
Рис. 6. Иллюстративный чертеж крепления
Изготовление продольных отверстий при длине листа ≥1,5 мм технологически является более правильным, но если существуют затруднения в их исполнении, можно без особого ущерба использовать вариант крепления, приведенный в примере 1. Однако стоит заметить, что в таком случае отверстия могут быть настолько велики, что это будет портить внешний вид вывески.
Рамное крепление
Другая возможность крепления пластиков для будущей эксплуатации на улице – рамное крепление с помощью металлических U-образных профилей, что можнет быть особо предпочтительным для крупногабаритных вывесок. Асиметричные U-образные профили показали себя наиболее подходящими для этой цели. Как и в других случаях, должно приниматься во внимание движение листов в результате расширения/сжатия. Необходимо, чтобы конструкция хорошо вентилировалась. Соединения с учетом размерных изменений пластика должны рассчитываться в соответствии с вышеприведенными графиком (рис. 1) и диаграммой (рис. 2).
Пример 3
Большая вывеска состоит из нескольких белых листов ПВХ размером 3000 х 1000 х 10 мм (19 мм), заключенных в раму из U-образного профиля.
Необходимо принимать во внимание следующие подвижные соединения:
– H-образное соединение между листами; – боковой край рамы; – верхний край рамы.
Заданные температурные условия (как в предыдущих примерах): минимальная температура – -15 °С; максимальная температура поверхности – +45 °С (для белого цвета); диапазон температурных изменений – 60 °С; температура отсчета (температура установки) – +20 °С.
В данном примере необходимо выяснить насколько лист будет расширяться и насколько сжиматься. Для этого следует произвести следующий элементарный расчет.
Сужение происходит в температурном диапазоне от -15 °С до +20 °С, Δt = 35 °С. Расширение происходит в температурном диапазоне от +20 °С до +45 °С.По длине листа
Изменение при сжатии: ΔL = 3 м × 0,08 мм/м°С × 35 °С = 8,4 мм. Изменение при расширении: ΔL = 3 м × 0,08 мм/м°С × 25 °С = 6 мм. Общее изменение длины листа – 14,4 мм.
По ширине листа
Изменение при сжатии: Δb = 1 м × 0,08 мм/м°С × 35 °С = 2,8 мм. Изменение при расширении: Δb = 1 м × 0,08 мм/м°С × 25 °С = 2 мм. Общее изменение ширины листа – 4,8 мм.
Следует принимать во внимание температуру в момент установки и рассчитывать параметры подвижных соединений в соответствии с ней.
Залишити відповідь