Архитектурный текстиль и его виды. Изучение свойств



Приведены характеристики архитектурного текстиля. Выполнены испытания образцов текстиля для фасадов на разрыв, химическую стойкость, гибкость и деформации при отрицательных температурах. Исследования показывают перспективность применения архитектурного текстиля для условий Сибири.

Ключевые слова: архитектурный текстиль, ПВХ-мембрана, испытание полотен

Архитектурный текстиль преимущественно применяется для отделки фасадов и покрытия кровли. В виду малой плотности (0,590–0,830г/м2), способности защищать конструкцию от воздействия окружающей среды, лёгкости в монтаже и эксплуатации, а также уникальных эстетических свойств активно используется в строительстве большепролетных зданий и сооружений [1].

Архитектурный текстиль делится на два вида: «умный» текстиль и технический текстиль [4].

«Умный» текстиль является концептуальным материалом. Его получают путем наложения нескольких слоев с добавлением различных покрытий, обладающих специальными свойствами, которые могут различно менять свойства основного материала. Примером «умного» текстиля являются покрытия, способные аккумулировать солнечную энергию. Умный текстиль делится на три группы, различных по взаимодействию с окружающей средой:

Таблица 1

Вид «умного» текстиля	Взаимодействие сокружающей средой
Пассивный	Ощущает
Активный	Ощущает, реагирует
Разумный (англ. very smart)	Ощущает, реагирует, адаптируется

Технический текстиль представляет собой материал, произведенный с помощью специального оборудования, также к нему могут быть добавлены различные химические присадки, которые влияют на его физические свойства. Нити, из которых производится текстильный материал, бывают трех типов:

‒ натуральные: производят из природных волокон, таких как шерсть, хлопок, джут;

‒ синтетические — на основе обычных полимерных волокон. В строительстве используют полипропилен, полиэстер, полиэтилен, поливинилхлорид, полиамид, арамиды;

‒ высокоэффективные: дорогие полимерные материалы (кевлар, тефлон и пр.) и неорганические (карбоновые, стеклянные и керамические нити). Они обладают высокими прочностью, модулем упругости, устойчивостью к температурным и химическим воздействиям. [4]

Рис. 1. Tensotherm™ with Nanogel®

Полотно может быть тканым, вязаным и нетканым.

В способе ткачества нити расположены либо перпендикулярно друг другу, либо под углом, значение которого варьируется от 45 до 60 градусов. Данный способ является наиболее популярным в строительстве, так как полотно, произведенное данным способом, способно выдерживать большие нагрузки.

В способе вязания полотно изготавливается из одной или нескольких нитей путем изгибания их в петли и соединения петель друг с другом.

Нетканый текстиль отличается тем, что у него формируется плоская, гладкая поверхность химическим, механическим или термальным способами. Текстиль, произведенный данным способом, преимущественно используется в дренажных системах. [16]

Для расширения функциональных возможностей материала и защиты его от воздействия окружающей среды проводят ламинирование нитяного каркаса основы, ориентируясь на назначение материала: кровельный, фасадный и другие виды текстиля. Но технология производства, в целом, одинакова: в процессе нанесении покрытия методом экструзии нитяную основу растягивают на определенную величину в разных направлениях для придания текстилю прочной механической стойкости, крайней поверхностной плоскостности, что в целом обеспечивает стабильность размеров при эксплуатации.

Слои, как правило, состоят из композитных материалов, из которых в строительстве наиболее популярным является поливинилхлорид (ПВХ), текстиль, созданный с применением данного покрытия, называется ПВХ-мембраной [4]. Существует два типа ПВХ-мембраны: сплошная и перфорируемая. Они обладают схожими характеристиками, которые меняются в зависимости от модели. [Façade//SergeFerrari.URL:http://www.sergeferrari.com/wp-content/uploads/2014/04/GB_Stamisol_Bookfacade.pdf].

Таблица 2

Характеристики ПВХ-мембран

Плотность, г/м2	590–1000
Ширина полотна, м	1,80–3,00
Жёсткость (основа, ткань), Н/см	300–800
Прочность на разрыв (основа/ткань), Н	200–700
Горючесть	Г1
Срок эксплуатации, год	15–30
Светопропускаемость, %	10–17

В лаборатории кафедры Строительных материалов НГАСУ(Сибстрин) были проведены испытания двух видов мембран: преднатяженной ПВХ-мембраны Serge Ferrari Precontraint 602S2 и перфорированной Serge Ferrari Stamisol FT381.

Первая мембрана предназначена для устройства покрытий, тентов, навесов [Garcia M. // Architextiles. — 2006. — № 76. — С.]. Она представляет собой преднатяженную в обоих направлениях основу из нитей полиэстера, покрытую для свариваемости и самоочистки покрытия слоями ПВХ с добавкой поливинилиденфторида (ПВДФ) [8]. Мембрана является светопрозрачной, но не пропускает ультрафиолетовое излучение. Мембрана Stamisol FT381 представляет собой перфорированную ПВХ-пленку для фасадных конструкций. Она состоит из преднатяженной основы из полиэстера, покрытой поливинилхлоридом.

Таблица 3

Заявляемые характеристики исследуемых мембран

Характеристики	Serge Ferrari Precontraint 602S2	Serge Ferrari Stamisol FT381
Плотность, г/м2	620	600
Толщина, мм	0,62	1,1
Прочность на разрыв (основа/уток), Н/5см	2300/2300	3300/3300
Прочность на раздирание, Н	200/200	650/650
Удлинение под нагрузкой, %	<1	<1
Огнестойкость	Г1	Г1

1. Определение разрывной нагрузки.

Было испытано 5 образцов текстиля Serge Ferrari Precontraint 602S2. Средняя разрывная нагрузка составила 910 Н/5см. Полученное значение превосходит прочность на разрыв таких материалов как полипропилен (применяется в лёгких тентовых конструкциях), различных мембран, применяющихся в баннерных конструкциях.

Рис. 2. Испытание полотен на разрыв

Перфорированную мембрану не удалось испытать на разрыв, т. к. невозможно было зафиксировать пленку так, чтобы тонкие и толстые нити были зажаты с одинаковым усилием. При работе машины в определенный момент времени, соединения нитей в мембране начинали разрушаться, и сама мембрана «расходилась» на отдельные составляющие. Следует отметить, что соединения нитей в перфорированной мембране, можно сказать, являются «слабым местом». Прочность на раздирание по основе составила в среднем 630 Н, по утку 540 Н. Разрывная нагрузка для отдельной нити — 70Н.

2. Определение гибкости

Рис. 3. Определение гибкости полотна при минус 20°С

При проведении испытаний необходимо было убедиться, что на лицевой стороне мембран не появляется трещин при воздействии на них отрицательных температур (минус 20°С) и огибании стержней с различным радиусом закругления — от 25 до 3мм. Испытание проводилось 3 раза для каждой мембраны. Все образцы успешно прошли испытание — трещин не отмечено.

3. Деформации при отрицательной температуре

В испытании проверялось, на сколько изменится длина мембраны, при помещении ее в среду с низкой температурой (минус 25°С). Было испытано по 3 образца для каждой мембраны. Мембрана Stamisol FT 381 не претерпела деформаций. Мембрана Precontraint 602S2 укоротилась на 0,2 мм, т. е. деформации составили — 0,2 %.

4. Испытания на химическую стойкость

В данном испытании по 2 образца мембран были помещены в растворы с кислой, нейтральной и щелочной средой соответственно: в 5 % -й раствор серной кислоты (H₂SO₄), 10 % -й раствор хлорида калия (KCl) и 10 %-й гидроксида натрия (NaOH) на 20 дней. По истечении 20 дней извлекли образцы и визуально сравнили их с эталоном, из того же полотна и тех же размеров, что и исследуемые образцы.

Оба образца, помещенных в кислую среду, потеряли свой первоначальный вид. Образец под номером один приобрел желтый оттенок и стал более матовым, в то время как покрытие на лицевой стороне стало рыхлым, потеряло блеск. Образец под номером 2 потерял покрытие цвета «металлик» на лицевой стороне.

Образцы мембран, помещенных в щелочную среду, потеряли свой первоначальный вид. Первый образец ПВХ-мембраны потерял блеск. Образец перфорированной мембраны, помещенный в едкий натр, полностью потерял покрытие цвета металлик на лицевой стороне.

Образцы мембран, выдержанные в солевой среде, не изменились по сравнению с эталонными. Кроме изменений внешнего вида, других отклонений замечено не было.

Проведенные исследования мембран Serge Ferrari показывают пригодность архитектурного текстиля для условий Сибири, а также для покрытий помещений с коррозионными средами — строительства ангаров, складов, навесов.

Литература:

1. Garcia M. Architextiles. — Academy Press, 2006. — №. 76.
2. Flüeler Polymer Consulting GmbH — Zurich, Switzerland, 2005
3. Horrocks A. R., Anand S. C. (ed.). Handbook of technical textiles. — Elsevier, 2000.
4. Kuusisto T. K. et al. Textile in Architecture. — 2010.
5. Peter H. Flüeler. ETFE Membrane Structures: and What About Hail Impact Resistance — Swiss Federal Laboratories for Materials Testing and Research
6. Textile facade. Bioclimatic, 2015
7. http://www.fabricten.co.uk/pdf_download/technical/ferrari502-fabricten.pdf
8. http://www.sergeferrari.com/wp-content/uploads/2014/04/GB_Stamisol_Bookfacade.pdf
9. http://www.baytex.co.nz/vdb/document/141
10. http://www.svitapcz.ru/cd36255fc92c9a169a6fcb77e56c8e246cbe3eb6/
11. http://rustm.net/catalog/article/2165.html
12. http://www.pronatindustries.com/wp-content/uploads/2015/03/Norton-ETFE.pdf
13. https://www.etfe-film.com/files/etfe/pdf/Product-Information-NOWOFLON-ET-6235-Z-IR.pdf
14. http://en.giuliobarbieri.it/products/archive/pvc-top-cover/precontraint-502/ferrari-precontraint-502-pvc-top-cover
15. http://www.archi.ru/tech/news_44322.html
16. Textiles in civil engineering. Part 1 — geotextiles. Rankilor P. R. // Handbook of technical textiles. — Cambridge: Woodhead Publishing Ltd, 2000. — С. 358–372.