Алюминиевые композитные панели

Согласно ГОСТ Р 59040—2020 «Листы алюминиево-композитные для элементов облицовки зданий и сооружений. Технические условия», алюминиево-композитный лист (АКЛ) определяется как «многослойный листовой плоский материал, устойчивый к воздействию пламени, наружные слои которого выполнены из ленты из алюминия и алюминиевых сплавов, а внутренний слой представляет собой композицию из полимера и антипиренов на основе минеральных наполнителей с заданными свойствами»^[1]. В стандарте разграничиваются два вида изделий: панель алюминиево-композитная — плоский элемент облицовки, выполненный из АКЛ, и кассета алюминиево-композитная — объёмный элемент облицовки, выполненный из АКЛ^[1].

В зарубежной практике распространены обозначения ACP (aluminium composite panel) и ACM (aluminium composite material). Европейская классификация огнестойкости материала сердечника панелей основана на стандарте EN 13501-1, в котором выделяются классы: A1 (негорючий), A2 («условно негорючий»), B («ограниченно горючий»), C и ниже^[5].

Условное обозначение АКЛ в России включает сокращённое наименование продукции, торговую марку производителя, класс (А или В), обозначение цвета, материал финишного слоя покрытия, габаритные размеры и номер стандарта. Пример: АКЛ Марка А/RAL9006/FEVE/1220×4000 ГОСТ Р 59040—2020^[1].

Идея создания композитного материала на основе алюминия и полимера зародилась в 1960-х годах, когда швейцарские исследователи предложили концепцию соединения алюминиевых сплавов с иными веществами. В 1968 году немецкие компании BASF и Alusuisse совместно разработали технологию производства алюминиево-полимерных панелей. В 1969 году на заводе в городе Зинген (Германия) было начато серийное производство продукции под торговой маркой Alucobond^[3][6].

Первоначально АКП применялись преимущественно в транспортной промышленности — для обшивки поездов и летательных аппаратов, — где были востребованы их малая масса и высокая жёсткость. С конца 1980-х годов панели стали массово использовать в качестве наружной облицовки зданий^[3]. В 1986 году в Зингене была запущена вторая производственная линия, а к 1999 году мировой объём продаж АКП достиг 80 миллионов квадратных метров в год^[6].

В 1990-е годы производство алюминиевых композитных панелей было налажено в Китае, США, Франции, Швейцарии и других странах. В России первые заводы были открыты в 2005 году: в Калуге (торговая марка «Алкотек») и Красноярске (марка «Алюком»). По состоянию на 2020-е годы в стране действует около 15 производств, наиболее известные марки — Buildex, Grossbond, Kraspan и другие^[6].

В 2020 году в России был принят национальный стандарт ГОСТ Р 59040—2020, впервые установивший единые технические условия на алюминиево-композитные листы для облицовки зданий и сооружений^[1].

АКП представляет собой многослойную структуру, состоящую из следующих элементов (от лицевой к обратной стороне)^[1]:

1. Защитно-декоративное покрытие лицевой стороны — двух- и более слойное лакокрасочное покрытие с финишным слоем на основе полиэфирных (PE), поливинилиденфторидных (PVDF) или фторэтиленвинилэфирных (FEVE) смол.
2. Наружный слой лицевой стороны — лента из алюминия и алюминиевых сплавов толщиной не менее 0,4 мм.
3. Клеевой слой.
4. Внутренний слой (сердечник) — полимерная композиция с антипиренами на основе минеральных наполнителей.
5. Клеевой слой.
6. Наружный слой обратной стороны — алюминиевая лента той же толщины.
7. Защитное или защитно-декоративное покрытие обратной стороны.

На лицевую поверхность дополнительно наносится защитная полиэтиленовая плёнка толщиной не менее 35 мкм, удаляемая после монтажа изделия^[1].

Типичная конструкция панели, используемой в фасадах, включает два алюминиевых листа толщиной по 0,5 мм, между которыми располагается сердечник толщиной около 3 мм, в сумме — 4 мм^[4][5]. Согласно ГОСТ Р 59040—2020, стандартные размеры АКЛ составляют: толщина — 4 ± 0,2 мм, ширина — от 800 до 1600 мм, длина — от 1200 до 6000 мм^[1].

Для изготовления наружных слоёв используют ленту из алюминиевых сплавов марок АМг2, АМг3, АМц по ГОСТ 4784. Поверхность алюминиевых слоёв может подвергаться дополнительной механической обработке — брашированию или тиснению^[1].

ГОСТ Р 59040—2020 устанавливает две группы свойств — для класса А и класса В. Основные параметры приведены в таблице^[1]:

Стойкость к удару бойка массой 1 кг при падении с высоты 100 мм — отсутствие трещин и разрушения (для обоих классов)^[1].

Ключевое различие классов состоит в максимально допустимой теплоте сгорания внутреннего слоя: для класса А — не более 3 МДж/кг, для класса В — не более 10 МДж/кг^[1].

Предполагаемый срок службы защитно-декоративного покрытия в условиях промышленной атмосферы умеренно-холодного климата составляет: не менее 20 лет для покрытий на основе полиэфирных смол (PE) и не менее 30 лет для покрытий на основе PVDF и FEVE смол^[1]. Гарантийный срок службы самого АКЛ — не менее 10 лет от даты производства^[1].

АКП эксплуатируются в температурном диапазоне от минус 50 °С до плюс 80 °С, в условиях неагрессивной, слабоагрессивной или среднеагрессивной среды^[1].

К эксплуатационным преимуществам АКП относят малую массу (3—8 кг на 1 м²), высокую жёсткость, хорошую звукоизоляцию, устойчивость к ультрафиолетовому излучению, коррозионную стойкость, а также разнообразие декоративных решений, включая имитацию текстур дерева и камня^[2][3]. К недостаткам относят неремонтопригодность (для замены одной кассеты зачастую необходимо снимать несколько соседних) и относительно высокую стоимость монтажа «под ключ»^[2].

Производство АКЛ осуществляется методом непрерывного ламинирования (экструзионного формования). Процесс включает следующие основные этапы:

1. Подготовка алюминиевой ленты: размотка рулона, очистка поверхности, нанесение грунтовочного и финишного лакокрасочного покрытия (рулонная окраска, coil coating), сушка в печи.
2. Формирование внутреннего слоя: подготовка полимерной композиции (смеси полиолефинов с антипиренами и минеральными наполнителями), подача в экструдер.
3. Ламинирование: совмещение двух предварительно окрашенных алюминиевых лент с экструдированным полимерным сердечником в непрерывном ламинационном прессе при определённой температуре и давлении. Клеевой слой обеспечивает прочное сцепление между металлом и полимером.
4. Охлаждение, правка и резка листов на заданные размеры.
5. Нанесение защитной полиэтиленовой плёнки на лицевую поверхность.
6. Контроль качества, упаковка и маркировка.

При производстве используют алюминиевые сплавы марок АМг2, АМг3, АМц; полимерную композицию с антипиренами; клеевые материалы; лакокрасочные материалы с финишным слоем на основе PE, PVDF или FEVE смол^[1]. Состав полимерной композиции (соотношение полиэтилена, гидроксида алюминия, гидроксида магния и иных компонентов) определяет класс панели и, как правило, является коммерческой тайной производителя^[5].

Предприятие-изготовитель обязано при освоении производства проводить типовые испытания по всем показателям стандарта, а также проводить периодические испытания не реже одного раза в три года^[1].

Основной сферой применения АКП является устройство навесных вентилируемых фасадов (НВФ). Панели широко используются для строительства и реконструкции жилых, административных, общественных и промышленных зданий^[7]. Применение НВФ позволяет эффективно решать задачи тепловой защиты и архитектурно-художественной выразительности зданий^[7].

Отделка фасадов панелями из композитных материалов особенно эффективна для зданий, возводимых в районах с сейсмической активностью, поскольку лёгкая облицовка значительно снижает массу наружных стен и, следовательно, величину сейсмических нагрузок^[7]. Экспериментальные исследования, проведённые в НИУ МГСУ совместно с ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко, показали высокую сейсмостойкость навесных фасадных систем с облицовкой из АКП (до 7—9 баллов по шкале MSK-64)^[7].

Помимо фасадов, АКП применяются:

• в интерьерной отделке (перегородки, подвесные потолки);
• для изготовления рекламных конструкций, вывесок и баннеров;
• в транспортном машиностроении (обшивка вагонов, автобусов);
• при оформлении входных групп зданий^[2].

Материал позволяет формировать сложные объёмные геометрические конструкции: листы АКП поддаются резке, гибке, фрезерованию и сверлению. Из листов фрезеруются кассеты, которые крепятся на алюминиевую подконструкцию вентилируемого фасада^[2].

В соответствии с частью 11 статьи 87 Федеральный закон от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», в зданиях и сооружениях I—III степеней огнестойкости (кроме малоэтажных жилых домов до трёх этажей) не допускается выполнять отделку внешних поверхностей наружных стен из материалов групп горючести Г2—Г4, а фасадные системы не должны распространять горение^[8]. Для использования в системах НВФ применяют АКП класса горючести не ниже Г1^[9].

ГОСТ Р 59040—2020 разделяет АКЛ на два класса пожарной безопасности. Класс А характеризуется более жёсткими требованиями: теплота сгорания внутреннего слоя — не более 3 МДж/кг, группа дымообразующей способности — не ниже Д1, токсичность — не ниже Т1. Для класса В допускается теплота сгорания до 10 МДж/кг, дымообразование — Д2, токсичность — Т2^[1].

Одной из главных причин распространения огня по вентилируемым фасадам является применение АКП с сердечником на основе полиэтилена (PE) без достаточного количества антипиренов, относящихся к группам горючести Г3 (нормально горючие) или Г4 (сильно горючие)^[9][8]. Полиэтилен обладает высокой теплотой сгорания; при воздействии огня он плавится и стекает каплями, распространяя пламя на нижние этажи^[4]. Химическая структура полиэтилена сходна со структурой бензина, при горении в расплавленном состоянии он выделяет значительное количество тепла^[4].

Экспериментальные исследования Гонконгского политехнического университета (Khan et al., 2021) показали, что даже панели с огнезащитным сердечником классов A2 («условно негорючий») и B («ограниченно горючий») могут воспламеняться при облучении тепловым потоком свыше 35 и 25 кВт/м² соответственно, после отслоения лицевого алюминиевого листа^[5]. Пиковая интенсивность тепловыделения (HRR) таких панелей может превышать аналогичный показатель для древесины и ПВХ^[5]. Разрушение конструкции АКП при пожаре — отслоение алюминиевого слоя, размягчение, растрескивание, термический изгиб — дополнительно усиливает пожарную опасность^[5].

Ряд крупных пожаров продемонстрировал опасность применения горючих АКП на фасадах:

• 2006, Астана — пожар на 35-этажном здании «Транспорт Тауэр»: огонь за короткое время охватил фасад от 30-го этажа до кровли^[9].
• 2007, Москва — пожар на здании «Дукат-Плейс III» (ул. Гашека): полоса пламени распространилась по фасаду 15-этажного здания с 9-го этажа до крыши^[9].
• 2007, Владивосток — пожар на жилом комплексе «Атлантис»: огонь лавинообразно распространялся вниз по фасаду^[9].
• 2009, Пекин — пожар на башне TVCC комплекса CCTV^[3].
• 2015, Дубай — возгорания на Torch Tower и Address Hotel^[3].
• 2017, Лондон — пожар в жилом доме Гренфелл-тауэр: 72 погибших. Расследование установило, что облицовка из алюминиевых композитных панелей с полиэтиленовым сердечником стала главным фактором стремительного распространения огня по фасаду^[4][3].
• 2018, Тюмень — пожар в 9-этажном жилом доме: 1 погибший, 43 квартиры повреждены, 160 человек эвакуированы. На фасаде были применены АКП группы горючести Г3 или Г4 без противопожарных рассечек и обрамлений оконных проёмов^[8].

После пожара в Гренфелл-тауэр правительство Великобритании обязало владельцев выявить все здания с АКП высотой более 18 м, а в 2019 году объявило о полном финансировании работ по демонтажу и замене небезопасной облицовки на частных жилых зданиях выше 18 м^[3]. В декабре 2022 года в Великобритании вступил в силу запрет на использование горючих алюминиевых композитных панелей с полиэтиленовым сердечником на фасадах зданий^[4].

В России Департамент государственного жилищного и строительного надзора Свердловской области после пожара в Тюмени (2018) рекомендовал застройщикам: требовать от поставщиков паспорта качества с указанием пожарно-технических характеристик и протоколами испытаний; при отсутствии документации — проводить испытания на горючесть образцов из поставленной партии в аккредитованной лаборатории; не допускать замены материалов без согласования с держателем системы^[8].

Среди мер, направленных на снижение пожарной опасности АКП на уже существующих зданиях, — замена горючих панелей на негорючие аналоги, а также установка противопожарных рассечек (firebreaks) между секциями облицовки для прерывания распространения пламени по фасаду^[3][8].