Производство сэндвич-панелей: структура, наполнение, особенности монтажа

Сэндвич-панели относятся к универсальным строительным материалам, которые используют при возведении и отделке стен и перегородок, сборке кровли промышленных и коммерческих объектов. В них удачно сочетаются свойства прочности, теплозащиты и звукоизоляции, а поставка в виде готовых модулей заводской готовности ускоряет и упрощает монтаж строений, который производится по принципу конструктора. Они изготавливаются на высокоточных линиях и отлично стыкуются. Поэтому сэндвич-панели часто применяют в случаях, когда требуется возвести здание в короткие сроки. Из них строят каркасные дома, ангары, больницы, овощехранилища, производственные цеха, автомойки, склады, лыжные базы, гаражи, школы и различные модульные сооружения.

Структура материала

Название материала, который был изобретен в США в 30-х годах прошлого века, происходит от английского слова sandwich, что переводится как «многослойный бутерброд». Сэндвич-панель трехслойного типа включает следующие компоненты:

• наружную облицовку — предназначена для защиты наполнителя от воздействия атмосферных факторов и является лицевой поверхностью фасада или крыши;
• утеплитель — служит для сохранения тепла и гашения звуков;
• внутреннюю облицовку, которая обычно обращена внутрь здания и предназначена для предохранения наполнителя от воздействия параметров воздуха помещения;
• замки для герметичного соединения смежных панелей при монтаже;
• клей, который скрепляет облицовочные листы с утеплителем.

При производстве сэндвич-панелей в России каждое изделие обтягивается самоклеящейся защитной пленкой.

Виды по назначению

Заводы по производству сэндвич-панелей выпускают следующие модели изделий:

• стеновые;
• кровельные.

Эти разновидности отличаются толщиной утеплителя, высотой волны профиля, формой замочного соединения. Их объединяет долговечность (срок службы до 40 лет) и скорость монтажа.

Кровельные версии используют для сборки скатных крыш на деревянном или металлическом каркасе. Они успешно защищают здания от влаги, ветра и утечек тепла. Тепловая защита обеспечивается благодаря низкой теплопроводности и большой толщине сэндвич-панелей. Чтобы крыша выдерживала снеговые нагрузки и давала возможность передвигаться по кровле при монтаже и обслуживании, панели имеют высокий профиль волны. Герметичность соединения смежных панелей обеспечивает проверенный веками фальц или замок Roof-Lock. Производство сэндвич-панелей некоторых модификаций не предусматривает нанесение финишных покрытий. Их роль выполняет гидроизоляционная мембрана, которую наплавляют после завершения монтажа крыши.

Из стеновых сэндвич-панелей собирают наружные стены и межкомнатные перегородки. Между собой они соединяются замковым соединением шип-паз или Zip-lock. Иногда эти изделия применяют при устройстве межэтажных перекрытий и полов на первых этажах. В отличие от кровельного варианта, профиль стеновых панелей изготовляют с мелкой волной трапециевидной или V-образной формы. У некоторых разновидностей профиль отсутствует. Эти гладкие стеновые плиты используют при строительстве внутренних перегородок.

Модели для кровельных работ выпускают толщиной 50–250 мм, шириной 1 м и длиной до 13 м. Производство стеновых сэндвич-панелей предусматривает их изготовление в более широком диапазоне по ширине листа: 1, 1,15 и 1,2 м. При этом диапазоны толщин и длин те же, что и у кровельных изделий.

В отдельную категорию можно выделить акустические панели, которые предназначены для гашения шума. Эффект достигается за счет отражения звуковых волн от металлической перфорированной облицовки и характеристик наполнителя, в качестве которого используются звукоизоляционный материал и гидроизоляционная пленка. Спектр применения таких облицовочных плит — это устройство перегородок в производствах, отличающихся высоким уровнем шума, а также сооружение ограждающих конструкций вдоль автомагистралей.

Материалы для изготовления

При изготовлении сэндвич-панелей заводы используют различные типы утеплителя, облицовки и защитного покрытия. От свойств материалов зависят технические характеристики и условия применения изделий. Расскажем о каждом из этих компонентов подробнее.

Облицовка

Для производства облицовочных плит сэндвича используют:

• листовую сталь;
• пластик;
• гипсокартон;
• OSB.

При сборке скатных крыш и фасадов каркасных строений используют металлические сэндвич-панели с двухсторонней облицовкой, которые изготовляют из тонколистовой оцинкованной стали или профнастила.

Панели с пластиковой облицовкой применяют для отделки внутреннего интерьера офисных помещений, торговых центров, кинотеатров. Поверхности имеют красивый вид и не требуют дополнительной отделки.

Гипсокартонные плиты хорошо подходят для сооружения внутренних перегородок.

Панели, облицованные ориентировано-стружечными плитами, относятся к универсальному варианту: их применяют как внутри, так и снаружи помещения. Благодаря прочности и жесткости конструкции из OSB используют при строительстве наружных стен, внутренних перегородок, межэтажных перекрытий. Наружные поверхности таких строений отделывают сайдингом и другими фасадными материалами, а внутренние декорируют гипсокартоном или вагонкой.

Комбинированные изделия с одной стороны оклеены металлическим листом, а с другой — пластиком, гипсокартоном или OSB. Такие модификации применяют при устройстве внутренних перегородок. Некоторые версии оборудованы внутренним кабель-каналом для удобства прокладки электрических коммуникаций.

Утеплитель

Наполнитель, заключенный между облицовочными листами, придает строительному сэндвичу теплоизоляционные, звукоизоляционные и противопожарные свойства. В качестве прослойки используются:

• пенополиуретан. Является самым эффективным теплоизолятором (теплопроводность 0,02 Вт/м °С). Материал не требует гидроизоляции из-за отсутствия открытых пор, стоек к воздействию микроорганизмов, механическим и термическим деформациям. К другим его достоинствам относятся хорошая адгезия и легкость обработки. Главный недостаток этого полимера — высокая горючесть;
• пенополиизоцианурат. Данный наполнитель является улучшенной версией пенополиуретана, к перечисленным плюсам которого добавилась стойкость к воздействию огня. Это свойство материал приобрел благодаря полимеризации входящих в него компонентов под воздействием открытого пламени. К минусам пенополиизоцианурата относятся высокая цена и необходимость защиты от воздействия УФ-излучения и осадков;
• минеральная вата. Самый распространенный теплоизолятор. Основные преимущества материала — высокая тепло- и звукоизоляция, паропроницаемость, огнестойкость, экологичность. Главный минус — склонность к влагонасыщению. Водопоглощение достигает 600 %. Намокшая вата имеет высокую теплопроводность и вес, теряет свои теплоизоляционные качества. Поэтому требуется ее влагоизоляция. В составе сэндвич-панели утеплитель обязательно закрывается облицовкой, а при монтаже здания контролируется герметичность замковых соединений и доборных элементов. К другим недостаткам ваты относится старение материала, которое сопровождается утратой теплозащитных свойств. А более высокий удельный вес по сравнению с другими типами наполнителей повышает нагрузку на фундамент. Монтаж панелей с минеральной ватой производится только при отсутствии дождя и требует применения средств защиты органов дыхания;
• стекловолокно. В быту этот материал именуют стекловатой, и он сходен по многим свойствам с минеральной ватой. К недостаткам стекловолокна относится склонность к водонасыщению, которое достигает 150 % от массы, а также уменьшение толщины при укладке в лежачем положении до 25 % от начального значения. Также наполнитель требует организации ветрозащиты, так как волокна могут выветриваться при обдуве ветровым потоком. Перечисленные минусы приводят к тому, что стекловата редко используется в сэндвич-панелях;
• пенополистирол. Благодаря низкой теплопроводности и водонепроницаемости материал широко используется в кровельных и стеновых сэндвич-панелях. К недостаткам относятся деструкция под действием УФ-излучения, размягчение при температуре >1000 °С, горючесть и подверженность нападению птиц.

Для улучшения качеств наполнителя его иногда составляют из разных материалов, которые укладывают послойно между облицовочными листами. Например, если использовать пенополистирол и минеральную вату, склеенные полиуретановым клеем, то первый компонент придает комбинированной сэндвич-панели теплоизоляционные и прочностные качества, а второй — стойкость к воздействию открытого пламени.

Защитное покрытие

На поверхность изделий наносят полимерный слой для предотвращения повреждения от воздействия окружающей среды и механических факторов. Производители предлагают следующие варианты покрытий:

• пурал. Применяется для защиты сэндвич-панелей, устанавливаемых внутри и снаружи помещений. Материал изготовляют на основе полиуретана, поэтому он обладает стойкостью к коррозионному разрушению, воздействию УФ-излучения, агрессивных сред, щелочей и изменению температуры в пределах от –15 до +120 °С. Толщина наносимого слоя составляет 50 мкм;
• пластизоль. Материал получен из ПВХ и пластификаторов. Покрытие позволяет наносить защитный слой толщиной 180–200 мкм на изделия со сложной конфигурацией. Отлично работает при деформациях основы и предохраняет поверхность от царапин и ржавчины. Применяется для внутренних конструкций (температурный диапазон — от +10 до +60 °С);
• полиэстер. Наиболее популярный материал для защиты изделий, применяемых внутри помещений (при температуре не ниже –10 °С), благодаря высокой твердости, малой толщине (25 мкм) и низкой цене. Надежно сохраняет прочностные свойства при нагревании до +120 °С;
• полидифторионад. В отличие от перечисленных вариантов покрытий, данная версия обладает повышенной стойкостью к низким температурам. Его наносят на изделия, эксплуатируемые снаружи здания при температуре от –60 до +120 °С. Другие плюсы состоят в малой толщине слоя (25 мкм), высокой устойчивости к химическим и механическим воздействиям, а также к коррозионному разрушению.

Стойкость к коррозии для полиэстера составляет 500 часов, а для остальных упомянутых покрытий — в два раза выше.

Замковые соединения

От качества замков зависит плотность стыков смежных панелей, а следовательно, тепловая защита, огнестойкость, герметичность и долговечность здания. Производят эти элементы в заводских условиях. В процессе изготовления формируют нужную геометрию края сэндвич-панели.

В зависимости от назначения и вида наполнителя различают несколько типов замков:

• пазогребневый. Используется в изделиях с утеплителем из полиуретана и пенополиизоцианурата (PIR/PUR). Конструкция соединения зависит от толщины сэндвич-панелей: двойной или одинарный шип-паз. Стыковка происходит «по пене», что позволяет убрать мостики холода и обеспечить замкнутый теплоизоляционный контур при возведении энергоэффективного здания. Узел также подходит для сооружения морозильных камер;
• Z-Lock. Наиболее распространенный тип соединения стеновых сэндвич-панелей с металлической облицовкой. Подходит для горизонтального и вертикального монтажа. Разновидностями конструкции являются замки с прямым и лабиринтным стыком по утеплителю. На соединяемые поверхности плит при сборке наносят силиконовый герметик или используют специальный шнур для снижения утечек тепла;
• Secret-Fix. Секретный замок получил свое название из-за отсутствия видимых элементов крепления, которые скрыты за облицовкой. Поэтому такая конструкция востребована при сборке наружных стен, от которых требуется эстетическая привлекательность и прочность соединения;
• Roof-Lock. Модель используется для соединения кровельных сэндвич-панелей. Замок представляет собой сочетание двух способов крепления: в нижнем листе выполнен стык по схеме Z-Lock, а в верхней облицовке прокатан профилированный гребень. При сборке панели соединяются внахлест, что гарантирует тепловую изоляцию и герметичность крыши;
• фальцевый замок. В сэндвич-панелях используется продольный двойной фальц, что придает соединению герметичность и компенсирует температурное расширение стальных листов.

Если монтаж производится по деревянной обрешетке, то исключаются все мостики холода из-за низкой теплопроводности древесины.

Этапы производства

Последовательность технологических операций зависит от вида утеплителя и набора оборудования для производства сэндвич-панелей. Изготовление производится в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Предварительно готовят утеплитель. Минеральную вату собирают в отдельные заготовки с ориентацией волокон вдоль панели, которые затем раскладывают между облицовками. Такая технология повышает прочность готовых изделий. Пенополистирол нарезают на требуемые размеры и помещают между облицовочными листами.

Последовательность процесса производства металлических сэндвич-панелей:

• рулон стали устанавливают на разматывающем барабане;
• пропускают прокат через валки, которые формируют профиль и замки;
• устанавливают нижнюю облицовку на сборочный стенд и наносят клеевой состав;
• укладывают наполнитель и наносят на него клеевой состав;
• устанавливают верхнюю облицовку (операция на автоматизированных линиях производится специальным устройством, которое захватывает лист и укладывает его на утеплитель, а в полуавтоматическом режиме это действие выполняется вручную);
• заготовки помещают под пресс.

Процесс производства сэндвич-панелей с пенополиуретановым наполнителем выглядит иначе. Профилированные листы облицовки закрепляют на неподвижном основании. В зазор между ними подают пенополиуретан в жидком состоянии. После полимеризации и затвердевания полимера его приклеивают к стальной облицовке.

Особенности монтажа

Строительный сэндвич не является несущим элементом здания. Это обшивка, которая крепится к стальному или деревянному каркасу либо к бетону. Благодаря малому весу сэндвича часто применяют свайно-винтовой фундамент, что ускоряет строительство и делает возможным возведение строения в любое время года.

Каркас строения рассчитывается до сантиметра с учетом размеров облицовочных плит, поэтому до начала строительства разрабатывается подробный проект. В сэндвич-панелях недопустимо нарезание штроб или отверстий, электропроводку прокладывают снаружи. При монтаже следует аккуратно обращаться с панелями, использовать правильный крепеж и герметики, а также соблюдать заданную последовательность операций, что требует привлечение квалифицированных специалистов. Нарушения технологии сборки приводят к постоянному выпадению конденсата, нарушению эксплуатационных характеристик здания или его разрушению.

Перед началом установки панелей с них снимают пленку, на металлический каркас наносят антикоррозионное покрытие, а деревянный пропитывают огнебиозащитным составом.

При монтаже стеновых сэндвич-панелей используют два способа:

• вертикальный — установку плит начинают с нижнего угла. Сэндвичи выставляют по вертикальному уровню.
• горизонтальный — панели при сборке выравнивают по предварительно нанесенной горизонтальной разметке.

Чтобы не деформировать замки, их канавки заполняют герметиком перед стыковкой плит. Вертикальные швы уплотняют минеральной ватой и монтажной пеной. Между горизонтальными рядами устраивают компенсационный шов, чтобы плиты не деформировались при изменении температуры. Сэндвич-панели крепятся к каркасу специальными метизами с шагом, заданным в проекте.

Сборка кровли начинается с нижнего края крыши и выполняется горизонтальным или вертикальным методом. Для плотной стыковки края панелей зачищают от наполнителя на глубину 5–10 мм. Крепление плит производят с помощью кровельных саморезов.

Из чего складывается цена

Основную долю стоимости сэндвич-панелей составляют материалы, используемые при производстве изделий. Рассмотрим, за что платит покупатель и на чем можно сэкономить при покупке.

Критерии, которые учитывает производитель при ценообразовании:

• толщина облицовки. Стандартный параметр для стального листа составляет 0,5 мм. Однако часто строительные компании заказывают панели с большей толщиной стали (0,6–0,7 мм) для увеличения длины перекрываемого пролета. Это приводит к соответствующему удорожанию изделия, но экономит затраты при устройстве металлоконструкции. Недобросовестные изготовители используют тонкий металл, поэтому цена у них может быть ниже, но при этом уменьшается несущая способность панелей;
• вид наполнителя. Используемые утеплители имеют различные свойства и стоимость, преимущества и недостатки. Низкие цены имеют материалы с маленьким сроком службы: минеральная вата и пенополистирол. Их выгодно применять при сооружении временных построек. Чтобы повысить долговечность здания, необходимо обратить внимание на более дорогие материалы: пенополиизоцианурат и пенополиуретан;
• клеевой состав. Слабо влияет на ценообразование, так как стоимость клея не превышает 5 % от цены квадратного метра изделия;
• упаковка. Чтобы сохранить внешний вид продукции, каждую панель из металла перед профилированием закрывают пленкой. А чтобы ее свойства остались неизменными в процессе транспортировки и при производстве такелажных и монтажных работ, применяют качественную и дорогую пленку;
• объем заказа. Этот показатель напрямую влияет на отпускную цену, так как производитель заинтересован в загрузке оборудования на длительный срок без его перенастройки и т. д.;
• сезонность. Наибольший объем закупок панелей производится в течение апреля — декабря. В период с января по март производственные линии обычно не загружены, и у покупателя есть возможность сэкономить на покупке за счет низких цен и сезонных скидок.

Кроме материалов, в себестоимость продукции для расчета цены включают зарплату, налоговые отчисления, затраты на электроэнергию, амортизацию оборудования, транспортные и другие заводские расходы.