複合アルミニウムパネル: コアの種類、耐火性、および製造

複合アルミニウムパネルは、単一のアルミニウムシートではなく、積層されたサンドイッチ構造です

複合アルミニウムパネル は、2 枚の薄いアルミニウム シートで構成される人工建築材料です。通常、 それぞれの厚さは 0.3 ～ 0.5 ミリメートル - 連続的な熱と圧力の下で、厚さ 2 ～ 5 ミリメートルの非アルミニウムコア材料に熱接合されます。 。得られるサンドイッチ パネルは通常、総厚が 3 ～ 6 ミリメートルで、同等の重量の固体アルミニウム シートよりもはるかに高い曲げ剛性を示します。アルミニウムスキンは引張強度、耐候性、建築用コーティングシステムに適した表面を提供し、コアはスキン間のせん断応力を伝達し、パネルの平坦性と耐衝撃性を提供します。この積層構造により、4 ミリメートルの複合パネルが 1.2 メートルのスパンにわたって完全に平坦な状態を維持できるのに対し、同じ重量の固体アルミニウム シートは、温度変化にさらされると目に見えるうねりや油の缶詰を示します。アルミニウムのスキンとコアの間の結合は、 連続熱可塑性接着フィルム (通常は変性ポリエチレンコポリマー) で、パネルの積層プロセス中に熱活性化され、15 N/25 mm を超える剥離強度を達成します。 ASTM D1781に従って試験した場合。

コア素材とPEパネルとFRパネルの基本的な違い

コア材料は複合アルミニウム パネルの特徴的なコンポーネントであり、コア タイプの選択によって、パネルの耐火性能分類、コスト、重量、および特定の建築用途への適合性が決まります。非耐火用途向けの標準コアは次のとおりです。 低密度ポリエチレン。密度は約 0.92 ～ 0.95 g/cm3、限界酸素指数は約 17% で、通常の大気条件で容易に燃焼します。 。 PE コア パネルは、看板、室内装飾、および規制されていない屋外用途で世界中で使用されている複合アルミニウム パネルの大部分を占めています。耐火用途向けの代替コア技術は、ポリエチレンマトリックスに鉱物を充填したコアです。 重量の 30% ～ 70% の難燃性鉱物フィラー (通常は三水酸化アルミニウムまたは二水酸化マグネシウム) が吸熱分解によって熱を吸収し、水蒸気を放出して燃焼ガスを希釈し、未燃のコアを断熱するセラミックの炭化層を残します。 。これらのミネラル充填 FR コア パネルは、材料が自己消火性であると分類される 30% を超える限界酸素指数を達成しており、ASTM E84 クラス A、EN 13501-1 クラス B-s1-d0、または同等の国家火災基準の要件を満たすことができます。 3 番目のあまり一般的ではないコア タイプは、波形またはハニカム アルミニウム コアで、スキンとコア間の熱膨張の互換性が必要な高剛性の全金属用途に使用されます。

火災の歴史と規制の対応

複合アルミニウムパネルに対する世界的な規制環境は、外装被覆材上の PE コアパネルが急速な垂直方向の延焼に寄与したいくつかの高層ビル火災の後、根本的に変化しました。これらの事件は、 法改正が広範囲に行われ、一定の高さの閾値（管轄区域に応じて通常は 18 メートルまたは 4 階建て）を超える建物の外装材に PE コア複合パネルを使用することが禁止されています。 。交換要件は、外装クラッド パネルが鉱物充填 FR コアを備えているか、固体アルミニウム シートや別の不燃性クラッド材料などの代替構造である必要があることです。具体的なテスト要件は国によって異なります。米国では、本格的な複数階の壁の組み立てテストに関連する規格は NFPA 285 です。英国および多くのイギリス連邦諸国では、BS 8414 です。欧州連合では、各国の建築基準法で EN 13501-1 分類が参照されています。指定者にとって実際的な結果は、一般的な製品文献から推測するのではなく、指定されているパネルのブランドとモデルに固有のサードパーティの試験レポートを通じてコア材料を検証する必要があるということです。

コーティングシステムと PVDF とポリエステルの耐久性スペクトル

複合アルミニウムパネルのアルミニウム外皮は、数十年にわたる屋外暴露にわたるパネルの色保持、光沢保持、チョーク耐性、および腐食保護を決定する建築仕上げでコーティングされています。このコーティング システムは、アルミニウム コイルを複合パネルに積層する前に、連続コイル コーティング プロセスを使用してアルミニウム コイルに適用されます。 クロム酸塩化成皮膜の前処理とそれに続くプライマー層とトップコート。それぞれ摂氏 230 ～ 250 度のピーク金属温度で硬化します。 。トップコートの化学的性質は 2 つの主要な系統に分かれます。 ポリフッ化ビニリデンコーティングは、通常 70% PVDF / 30% アクリル樹脂ブレンドとして配合されており、屋外建築用途の標準です。 色あせやチョークに対して 15 ～ 30 年の性能保証が付いています。 PVDF の炭素 - フッ素結合は有機化学において最も強い化学結合の 1 つであり、紫外線、酸性雨、塩水噴霧による劣化に耐性があります。 ポリエステルコーティング 標準的なポリエステルまたはシリコーン変性ポリエステルのいずれも安価で、屋内用途または屋外看板に使用されますが、耐用年数は 5 ～ 10 年と短いと予想されます。 PVDF で使用できる色の範囲は、ポリエステルよりも狭いです。これは、PVDF の高温硬化要件により、熱的に安定な顔料の化学的性質が制限されるためです。そのため、特定の明るい赤、オレンジ、黄色はポリエステル配合でのみ使用できます。

製造方法と溝折り技術

複合アルミニウムパネルは、主に建築要素に成形されます。 グルーブアンドフォールド技術。V 字型の溝がアルミニウムのスキンとコアの大部分を通ってパネルの背面に配線され、前面のアルミニウムのスキンとコア材料の薄い層はそのまま残され、ヒンジとして機能します。 。次に、パネルをこの溝のラインに沿って曲げて、残りの材料の厚さによって決まる曲げ半径で鮮明な直線のコーナーを形成します。ルーティングの深さは非常に重要です。浅すぎると折り目が跳ね返ったり、前面のスキンに亀裂が入ったりします。深すぎるとルータービットが前面のアルミニウム表面に傷を付けたり貫通したりして、仕上げ面に目に見える線ができてしまいます。正しい配線深さは次のとおりです。 0.3 ～ 0.4 ミリメートルの材料 (基本的に前面のアルミニウム外皮と約 0.1 ミリメートルのコア) が溝の下にそのまま残っています 。 V 溝の角度によって仕上がりのコーナー角度が決まります。90 度の溝は 90 度のコーナーを生成し、135 度の溝は 45 度の戻りを生成します。溝幅、工具の選択、および送り速度は、パネルの厚さとコアのタイプに一致させる必要があります。 PE コアは、鉱物を充填した FR コアよりも高い送り速度できれいに配線できます。FR コアは摩耗性が高く、生産期間中にエッジ品質を維持するには超硬またはダイヤモンド先端の配線ツールが必要です。折り畳んだ後、コーナーの内側のコーナーに構造用接着剤で接着されたアルミニウム製アングル ブラケットでコーナーを補強し、剛性を高め、風荷重サイクル下でコーナーが開くのを防ぎます。

CNC ルーティングと集塵要件

V 溝加工プロセスでは、迷惑なだけでなく火災の危険性もある大量のコア材料の粉塵が発生します。 PE コアダストは可燃性であり、適切な濃度で空気中に浮遊すると、爆発性の粉塵雲を形成する可能性があります。 FR 鉱物を充填したコアダストは重く、可燃性が低いですが、工作機械のウェイやベアリングを研磨します。の ルーティング ステーションには、切り粉が空中に飛び散る前にツール ポイントで捕捉する高効率の集塵システムが装備されている必要があります。 収集した粉塵は、可燃性廃棄物または鉱物廃棄物に関する地域の規制に従って適切に処分する必要があります。 PE コアをルーティングするための集塵ダクトは、静電気を消散するために接地および接着する必要があります。また、集塵システム内に可燃性物質が蓄積するのを防ぐスケジュールに従って、集塵ビンを空にし、フィルター エレメントを清掃する必要があります。

熱膨張とそれに対応する必要があるパネルの動き

複合アルミニウムパネルは温度変化に応じて伸縮し、その動きの量は主にアルミニウムのスキンによって決まります。の アルミニウムの熱膨張係数は摂氏 1 度あたり約 2.4 × 10⁻5 です。これは、長さ 3 メートルのパネルが冬の夜と夏の太陽の間で摂氏 60 度の温度変動にさらされた場合、長さが約 4.3 ミリメートル変化することを意味します。 。この動きは、パネル接合部の設計と取り付けシステムで対応する必要があります。膨張を許容せずに複数の点で強固に固定されたパネルは、加熱されると固定点間で外側に座屈します。これはオイル缶として知られる故障モードであり、アルミニウムの外皮が圧縮で降伏し、冷却しても平らに戻らないため、一度発生すると永続的になります。複合パネルシステムの標準的な目地幅の範囲は次のとおりです。 10～20ミリ 、より多くの太陽エネルギーを吸収し、より高いピーク温度に達する暗い色には、より広いジョイントが指定されています。取り付けシステムは通常、風荷重に耐える固定点アンカーと熱移動を可能にするスライド点アンカーの組み合わせを使用し、固定点はパネルの中心線に配置され、両端に向かって対称的に膨張が発生します。パネルの端をカセットまたはトレイにルーティングして折り畳むと、熱膨張の挙動が変化します。4 つの端すべてに折り返しがある完全に折り畳まれたトレイは、フラット パネルよりも硬く、製造元のフラット パネルとは異なる接合幅と取り付け間隔が必要になる場合があります。

風荷重設計とアタッチメントの間隔を制御するスパン表

複合アルミニウム パネル クラッディング システムの構造設計は、特定のパネル厚さ、コア タイプ、および設計風圧に対する取り付けポイント間の最大許容間隔を指定するスパン テーブルによって管理されます。あ 0.5 ミリメートルのアルミニウム外板を備えた 4 ミリメートルの PE コア パネルは、600 ミリメートルの中心で周囲フレームを備えた 4 つのエッジでサポートされており、通常、たわみ制限 L/60 で 1.5 ～ 2.0 kPa の設計風圧に耐えることができます。 。パネルの厚さを 6 ミリメートルに増やすか、フレーム中心を 400 ミリメートルに減らすと、それに比例して風荷重容量が増加します。たわみの制限は、構造的な破損によってではなく、複合パネルは延性が高く、風荷重を受けても破損しません。ただし、保守性によって設定されます。過剰なたわみは、反射光に目に見えるうねりを引き起こし、ウェザーシールの係合範囲を超えてパネルの接合部が開く可能性があります。スパン テーブルはパネル メーカーによって公開されており、各パネル構造に固有です。 PE コア パネルのスパン テーブルを FR コア パネルに適用することはできません。これは、鉱物充填コアのせん断弾性率が異なり、パネルの曲げ挙動に影響を与えるためです。取り付けシステム自体 (通常はリベット、ネジ、または接着剤でパネルに固定するアルミニウムの押し出し材) も風荷重に合わせて設計する必要があり、パネルを建物から外側に引っ張る負の風圧下での破れを防ぐために、留め具はアルミニウムの外皮に十分なエッジ距離を持たなければなりません。

接合方法と接着剤による接合の代替手段

カセットリターン、補強材チャンネル、クリートなど、加工された複合パネル要素を組み立てる従来の方法は、アルミニウムのブラインドリベットまたはステンレス鋼のネジを使用した機械的な固定です。機械的締結は信頼性が高く、検査可能ですが、各締結部分に点荷重が発生し、パネルの表面または背面に締結ヘッドが見える状態になり、ハイエンドの建築工事の美的要件と両立しない可能性があります。プレミアム アプリケーションで受け入れられている代替方法は次のとおりです。 アルミニウムの接着用に特別に配合された二液性エポキシまたはアクリル接着剤を使用した構造用接着剤の接着 。接着剤は、パネルと取り付けプロファイルの間の接合部に沿って連続ビード状に塗布され、接着剤が取り扱い強度に達するまでアセンブリを固定します。適切に設計された接着接合部は、荷重を個別の締結点に集中させるのではなく、接着線に沿って連続的に分散させるため、締結具のディンプルを発生させずにより薄いアルミニウムのスキンを使用できるようになり、金属製締結具によって生じる熱ブリッジが排除されます。接着システムは特定のパネル コーティングに対して検証する必要があります。接着は露出したアルミニウムではなくコーティング表面に対して行われ、コーティングの表面エネルギーとアルミニウム基板への接着力が最終的な接着強度を決定するからです。あ 実際の塗装パネル表面での最小重ねせん断強度 5 MPa は、複合パネルアタッチメントの構造用接着結合の一般的な合格基準です。

平面度の基準と視覚的許容基準

設置された複合アルミニウム パネルの平坦度は、特定の照明条件下での目視観察によって評価され、合格基準は AAMA 508 や EN 438-6 などの業界規格で定義されています。パネル表面は、拡散自然光または同等の人工照明の下で斜めの角度から見たときに、 オイルキャニング、反射画像を歪める目に見えるうねりまたは波紋として定義され、パネルの長さ 300 ミリメートルあたり振幅が 2 ミリメートルを超える 。通常の観察条件下で 3 メートルの距離から見える、へこみ、しわ、ファスナーのへこみなどの局所的な欠陥は許容されません。複合パネルの平坦度は、アルミニウム外板の品質、コアの均一性、積層プロセスのパラメーター、および取り扱いと設置手順によって決まります。取り扱い中にパネルが角に落ちた場合、または取り付けポイントが平面から外れた状態で設置されたパネルには、製造関連ではなく設置関連の平面度欠陥が見られます。この区別が重要なのは、修復の責任が異なる関係者にあり、平坦度検査はパネルの設置が完了し、パネルが設計の風や温度の条件にさらされた後に実行されるべきであり、取り扱いや位置合わせの力によってパネルに一時的な応力がかかる可能性がある設置中ではないからです。

性能指標としての耐用年数とコーティング保証

複合アルミニウムパネルシステムの耐用年数は、アルミニウム自体とコア材料が本質的に環境劣化に強いため、主に外部アルミニウム外皮のコーティングの耐久性によって左右されます。あ 非海洋、非工業環境に設置された PVDF コーティングされたパネルは、保証仕様内の色と光沢を 20 ～ 30 年間維持することが期待できます。 その後、徐々にチョーキングや色褪せが見られるようになりますが、必ずしも美的に不快なものではありません。したがって、コーティング保証は意味のある性能指標です。PVDF 仕上げのフィルムの完全性、色、光沢の 20 年間保証を提供するメーカーは、そのサービス期間と同等の広範囲にわたる促進耐候性を通してその仕上げを検証しました。保証は、コーティングの耐チョーク性の指標でもあります。チョーキングとは、コーティング表面の樹脂の劣化であり、着色された粉末として拭き取ることができる顔料粒子が放出され、コーティングの耐用年数が終了する段階の始まりを表します。著しく白亜化し始めたパネルは構造的には無傷ですが、外観は劣化し続けるため、複合パネルの再塗装は一般に交換に比べて経済的ではありません。パネルの構造的寿命、つまりアルミニウムの外板とコアの間の結合の完全性は通常、コーティングの寿命を超えており、チョークでコーティングされた 30 年前のパネルは構造的にはまだ使用可能ですが、取り外しや交換は安全性を考慮するよりもむしろ美観によって引き起こされるでしょう。