Изготовление кровельного материала на основе бутилового регенерата

Размещено на http://www.allbest.ru/

77

Введение

В настоящее время в России осуществляется широкомасштабное строительство промышленных и жилых зданий, мостов, туннелей, дорог, магистральных трубопроводов, гидротехнических и других сооружений. Для обеспечения всех этих видов деятельности необходимо большое количество полимерных строительных материалов, причем требования к ним непрерывно повышаются.

Кровля является одним из важнейших и ответственных конструктивных элементов здания. Основное ее назначение - защита здания от проникновения атмосферных осадков. Один из путей решения проблем технологичности устройства кровли, повышения ее надежности и долговечности - это применение полимерных материалов.

Поставленные задачи можно решить: созданием новых высококачественных изделий; разработкой современной высокоэффективной технологии и комплекса технологического оборудования для их изготовления, обеспечивающих высокую культуру производства и отвечающих требованиям современного производства; совершенствованием методов испытаний и испытательной техники, позволяющих дать надежную оценку качества изделий и технологических процессов производства, а потому в новых условиях повышение знаний в области проектирования изделий, оснастки и оборудования приобретает первостепенное значение. Рост производства резиновой промышленности обусловливает повышенные требования особенно к массовым изделиям, которые должны обладать высоким качеством и малой себестоимостью, так как в современном производстве стоимость материалов составляет более 70 % себестоимости изделий.

Цель работы - разработка экономичной рецептуры и перспективного технологического процесса производства 500000 квадратных метров современного кровельного материала.

1. Литературный обзор

Кровельные материалы предназначены для защиты здания от проникновения атмосферных осадков. Современные здания и сооружения массового строительства имеют главным образом плоские и малоуклонные крыши, в то время как в котеджном строительстве в основном применяют скатные кровли. Один из путей решения проблем технологичности устройства кровли, повышения ее надежности и долговечности - это применение полимерных материалов. Полимерные кровельные и гидроизоляционные материалы позволяют получать разнообразные по цветовой гамме покрытия, способствуют созданию оригинальных конструкций зданий и сооружений, внедрению новых форм (куполов, оболочек, складок, сфер и др.).

В мировой практике строительства существует много различных конструкций кровель, которые классифицируют по ряду признаков, например по используемым материалам, конструктивным особенностям, геометрии, принципам крепления материала, назначению и т.д.

В данном курсовом проекте нашли отражение выработанные перспективные конструкции материалов и технологии их изготовления, которые представляют наибольший интерес для практики и теоретических исследований основных эксплуатационных характеристик.

Актуальность работы. Эластомерные кровельные и гидроизоляционные материалы находятся в ряду постоянного спроса. Поэтому, постановка настоящего исследования, направленного на создание производства эластомерных кровельных и гидроизоляционных материалов на существующем оборудовании резиновой промышленности и удовлетворяющих требования потребителей, является вполне актуальной.

Выбор того или иного кровельного материала зависит от многих факторов: тип здания, тип конструктивных особенностей несущих элементов крыши, вкус заказчика, традиции и климатические особенности данного региона, финансовые возможности заказчика и другие.

1.1 Обзор кровельных материалов для скатной кровли

Архитекторы, во многом формирующие вкусы заказчика, все больше тяготеют к черепичным или подобным черепичным покрытиям. Это традиционная керамическая черепица, а также цементно-песчаная, полимер-песчаная, металлопластиковая, алюминиевая, стеклянная, так называемая, шинглс-гонтовая мягкая кровля под черепицу. В пассажах торговых рядов, в зимних садах и оранжереях, в фонарях верхнего света промышленных зданий все больше применяются светопрозрачные покрытия из акрилового, бикарбонатного стекла, стеклопластика, кварцевого (закаленного) стекла.

Черепица - широко применяемый штучный кровельный материал. Глиняная или керамическая черепица - это один из старейших кровельных материалов. В последние годы появились новые кровельные материалы, такие как относительно дешевая полимер-песчаная черепица и дорогостоящая алюминиевая.

Поскольку черепицу крепят к обрешетке только одним краем, кровля обладает способностью свободного перемещения отдельных частей. Это позволяет такой кровле воспринимать деформации, вызванные осадкой сооружения, ветровым давлением и т.д.

Достоинствами черепичной кровли являются: огнестойкость; долгий срок службы; высокая декоративность.

Недостатками являются: большая масса, что требует мощной стропильной конструкции; необходимость придания кровле большого уклона для обеспечения быстрого стока воды; невозможность механизации работ по устройству кровли.

Работа по монтажу такой черепицы сравнима со стоимостью самого материала. К тому же черепица материал хрупкий, иногда разбивается градом и камнями. Некачественный обжиг снижает морозостойкость черепицы, так как накопленная влага в порах, переходя в лёд, разрывает черепицу на морозе.

На строительном рынке России можно без труда приобрести современное покрытие для кровли, так называемую металлочерепицу. Это листы оцинкованной стали, покрытые полимерными составами. Кроме того, широко применяются пазогребневые несущие металлопластиковые листы различного профиля.

Такие листы выполняются из стали методом штамповки или роликовой обработки при непрерывном процессе. При этом гарантируется точное повторение рисунка, все складки рисунка одинаковы. В металлочерепице сочетаются традиционно красивый черепичный рисунок и экономичность, которая достигается за счет низкой материалоемкости (легкости) кровельных длинномерных листов промышленного изготовления и несложного монтажа.

В качестве исходного материала в металлочерепице применяется холоднокатонная сталь толщиной, как правило - 0,5 мм. После прокатки стальной лист подвергается с обеих сторон горячей оцинковке, при этом поверхность становится устойчивой к воздействию коррозии и восприимчивой к нанесению следующего слоя методом пассивации. Далее на пассивированную поверхность наносится защитная краска - праймер, а затем слой пластика, выдерживающий воздействие солнечных лучей и колебаний температур.

На рынке кровельных материалов можно приобрести "металлочерепицу" до 30 цветов. Масса 1 кв.м такого кровельного покрытия не превышает 5 кг. Стоимость 1 кв.м кровли с учетом ее высокого качества и долговечности вполне сопоставима со стоимостью кровли, изготовленной традиционными способами. Такие кровли легко монтируются, как из готовых листов, длина которых достигает 7 м, так и из "картин", производимых на специальной установке непосредственно на строительной площадке.

Эти металлочерепичные покрытия достаточно огнестойки и долговечны. Снег не скапливается на их гладкой поверхности, а само покрытие надежно защищает крышу от протечек весной, так как талая вода не просачивается сквозь покрытие. Поверхность покрытия остается чистой, ни листья, ни мох не пристают к кровле. Она отлично противостоит как промышленным выбросам, так и суровому климату. Рассчитана она минимум на 50 лет эксплуатации.

Не менее важным техническим решением являются легкие огнестойкие металлические кровельные панели заводской готовности. Они представляют собой многослойную конструкцию из стального профилированного листа, приформованного к нему слоя трудносгораемого высокоэффективного пенопласта и припененного рулонного полимерного материала Элон или кровлелон. Применение таких панелей позволяет увеличить срок службы кровельного покрытия до ремонта в 4-5 раз, сократить трудозатраты и сроки монтажа покрытия в 5-8 раз, уменьшить нагрузку на конструкцию каркаса здания в 3-4 раза, производить монтаж покрытия с кровлей в любой климатической зоне в течение всего года.

В последние годы на рынке появились прозрачные и полупрозрачные светопропускающие кровельные волнистые листы и пластины на основе ПВХ, в частности, марок ондуклер фирмы "Ондулин" (Франция) и валовойма фирмы "Икопал" (Финляндия). Последние изготовляют длиной 3-6 м, шириной 20 см и толщиной 1,5 мм. Материалы характеризуются морозостойкостью и устойчивостью к УФ-излучению. Они выдерживают снеговые нагрузки и соответствуют первому классу по стандарту пожарной безопасности sPs 4190. ПВХ пластины предназначены для устройства кровель в общественных зданиях, коттеджах, флигелях, а также для обустройства балконов, стоянок для машин и др.

Плоские и гофрированные листы из жестокого ПВХ, дублированного декоративными ПВХ пленками, выпускает ОАО "Мосстройпластмасс". Кровельный ПВХ материал изготовляется на импортном оборудовании методом экструзии ПВХ основы. Он отличается малой массой, высокой прочностью, пожаростойкостью, устойчивостью к кислотным и щелочным средам, УФ-излучению.

Кровельные панели могут быть изготовлены с пенопластовым утеплителем. Долговечность кровельного материала - не менее 30 лет. Плоские листы можно использовать для облицовки стен помещений с повышенной влажностью, декорирования балконов, для рекламных вывесок и др.

Анализ тенденций в производстве и применении кровельных материалов свидетельствует о том, что имеет место устойчивая динамика увеличения производства современных, выполненных по новейшим технологиям материалов, например, таких как цементно-песчаная (бетонная) черепица, металлопластиковые кровельные листы "под черепицу", которые значительно более долговечны. Изделия "мягкой кровли" типа Изопласт, Филиизол на основе стеклоткани, полиэстера и модифицированные битумы вытесняют традиционно применяемый рубероид, пергамин, толь. Особенность современного кровельного строительства - возврат к традиционно применяемым в России медным кровельным покрытиям, деревянному гонту.

1.2 Обзор кровельных материалов для плоской кровли

Мягкая кровля в настоящее время является, пожалуй, одним из самых популярных вариантов покрытий для плоской крыши. Существуют несколько видов мягкой кровли в зависимости от того материала, который используется для ее изготовления:

мягкая кровля из рулонных материалов;

мягкая кровля из бесшовных материалов;

мягкая кровля из полимерных кровельных мембран.

Широко используемые в настоящее время покрытия из рубероида недолговечны и сгораемы. Связано это с тем, что у кровельных материалов на битумном связующем - процесс деструкции, вызывающий появление трещин, в основном связан с окислением составляющих битума (масла переходят в смолы, которые в свою очередь превращаются в асфальтены, карбены, карбоиды - высокомолекулярные соединения с большой атомной массой).

В модифицированном битуме, содержащем пластики и эластомеры (приблизительно 70 % битума + 30 % полимера), такие как АПП (атактический полипропилен), ИПП (изотактический полипропилен), СБС (стирол-бутадиен-стирол) процессы деструкции значительно замедлены. В результате, по сравнению с традиционно применяемыми кровельными материалами на нефтебитуме (рубероиды, пергамины), современные материалы на модифицированном битуме служат в несколько раз дольше (20-30 лет без ремонта).

Изменилась и основа рулонных кровельных материалов (РКМ). На смену бумажному картону пришли стеклохолст (стеклоткань) или полиэстер (в ряде случаев упрочненный стеклотканью). Такие материалы имеют значительно большую массу, чем традиционные (3-6 кг/кв.м против 1-2 кг/кв.м).

Применение высококачественных составляющих, увеличение их количества на единицу площади покрытия в несколько раз, естественно, увеличивает и их стоимость. Однако современные материалы служат значительно дольше. Кроме того, вместо нескольких слоев традиционных материалов, как правило, кладется один слой (максимум 2 слоя). В результате значительные начальные трудозатраты на покупку материалов наплавляемой мягкой кровли окупаются за счет длительной безремонтной эксплуатации.

В строительстве применяются кровельные материалы на основе эластомеров (полиизобутилена, бутилкаучука, хлоропрена, тройного этилен-пропиленового каучука, хлорсульфополиэтилена и др.) и термопластов (поливинилхлорида, поливинилфторида, этилена, его сополимеров и др.).

Выпускаются листовые и пленочные кровельные материалы (толщиной 0,8-2 мм), изготовляемые на заводах резинотехнических изделий, а также жидкие составы (дисперсии, мастичные композиции), зачастую состоящие из нескольких компонентов, которые смешиваются перед нанесением на кровлю в построечных условиях.

Рулонные материалы на основе полиизобутилена выпускаются за рубежом под названиями репанол, преонол, опанол, неосид и др. Они могут изготавляться армированными и дублированными со стекло- или полимерными основами и формируют кровельное покрытие способом свободной укладки.

Материалы на основе бутилкаучука, хлоропренового каучука и хлорсульфополиэтилена (ХСПЭ) выпускаются с упрочнением различными основами (из стеклянного, полиэфирного волокна, включая нетканые материалы).

Опыт применения этих материалов в строительстве в течение 35 лет подтвердил их превосходные качества: стойкость к озону, УФ-излучению, химическим реагентам, цветостойкость.

Перспективным материалом для устройства кровель является тройной этилен-пропиленовый каучук с диеновым мономером (СКЭПТ, за рубежом -ЭПДМ). Вулканизаты на его основе, выполненные в виде рулонных материалов, обладают комплексом свойств, соответствующих современным требованиям к кровельным материалам. По экспертным оценкам, СКЭПТ (или ЭПДМ) - один из дешевых и доступных каучуков. Более чем 20-летний опыт эксплуатации однослойных кровель на его основе в США, Европе, Японии подтвердил их высокую надежность.

Компания Firestone Building Products - мировой лидер по производству однослойных кровельных покрытий, изготовляемых из ЭПДМ. Она выпускает полный спектр однослойных систем на базе ЭПДМ, который включает широкие резиновые полотнища, самоклеящиеся ленты для заделки швов, адгезивы, герметики, очистители, стойкие к коррозии крепежные элементы, материалы для устройства дополнительной гидроизоляции в местах примыканий и другие изделия, удовлетворяющие требованиям самых высоких стандартов в строительной индустрии.

Однослойные мембраны из ЭПДМ развесом 1,4 кг/м² при толщине 1,15 мм характеризуются высокими прочностью на разрыв и прокол, абразивной стойкостью, 300%-м удлинением, стойкостью к значительным перепадам температур (от -70 до +100°С) и длительному воздействию озона (при отсутствии каких-либо признаков старения). Кровельные полотнища изготавливают шириной до 15 м и длиной до 60 м.

Компания выпускает кровельные системы ЭПДМ четырех основных типов: балластную (в том числе для инверсионных кровель), полного приклеивания, а также системы MAS и BIS с механическим креплением.

В нашей стране также ведутся работы по созданию перспективного ассортимента рулонных и мастичных материалов на основе эластомеров и термопластов: бутилкаучука, хлорсульфополиэтилена (ХСПЭ), тройного этиленпропиленового каучука с диеновым мономером (СКЭПТ), поливинилхлорида (ПВХ) и др.

ОАО "Полимерстройматериалы" разработаны и внедрены в производство эластомерные материалы: гидробутил, армогидробутил и армокровлелон (на основе ХСПЭ и бутилкаучука), бутилон и ВСП-55 (на основе бутилкаучука), элон и элон-1 (на основе СКЭПТ) и др.

Уникальным комплексом физико-технических и эксплуатационных свойств обладает трудногорючий полимерный материал кровлелон (на основе ХСПЭ и ПВХ), отвечающий современным требованиям пожарной безопасности и являющийся материалом XXI века. Кровлелон отличается легкостью, прочностью (12 МПа), влагонепроницаемостью, устойчивостью к разрывам и истиранию, высокой эластичностью (от -40 до +130°С), стойкостью к химическим биологическим воздействиям. Основное назначение материала - кровли промышленных зданий и сооружений, эксплуатирующихся в особо опасных условиях (атомные станции, ТЭЦ, нефте- и газоперерабатывающие предприятия и др.), а также гидроизоляционная защита сооружений. Посредством термосварки полотнищ из кровлелона монтируются индустриальным способом сборные кровельные и гидроизоляционные ковры.

Наиболее распросраненным и перспективным направлением применения эластомерных кровель из СКЭПТ (ЭПДМ) в США, Италии, Венгрии являются сборные кровельные ковры, изготавливаемые в заводских условиях.

В России впервые сборные кровельные ковры были разработаны и внедрены ОАО "Полимерстройматериалы" в содружестве с трестом "Усинскстрой" из материалов Армогидробутил и Армокровлелон. Сборные кровельные ковры являются одним из перспективных решений устройства кровель в районах Севера, а также в районах с повышенной влажностью. Ковровые покрытия из эластомерных материалов могут быть выполнены по влажному основанию и в условиях низких температур. Свободно уложенные ковры (размером на секцию от 250 до 400 м²), пригруженные гравием, позволили создать надежное решение устройства и эксплуатации однослойных кровель взамен многослойных рубероидных.

ФПГ "Нефтехимпром" создан рулонный полимерный материал КРОМЭЛ (на основе СКЭПТ), предназначенный для устройства кровельных покрытий и гидроизоляции фундаментов, мостов, тоннелей, мелиоративных систем, сантехнических кабин и др. В зависимости от условий эксплуатации могут быть использованы различные модификации материала (однослойный, армированный, со светоотражающим слоем, с клеящим слоем). Наряду с высокими технологическими характеристиками и долговечностью (до 25 лет) КРОМЭЛ вдвое дешевле импортных аналогов. Материал был применен в качестве гидроизолирующего слоя в легких негорючих сэндвич-панелях.

Рулонный эластомерный материал КРЭП (отвержденный и не вулканизированный) применяется для устройства однослойного кровельного ковра и гидроизоляции фундаментов зданий, дамб, плотин, каналов, бассейнов, тоннелей и др. Поставляется в комплекте с клеящими и герметизирующими составами и светозащитной краской. Материал КРЭП разработан Институтом механики сплошных сред Уральского отделения РАН.

Рулонный кровельный материал рукрил (на основе бутадиенового каучука СКН-26) создан специалистами ЗАО "Химический завод" (г. Реж). Он предназначен для устройства и ремонта однослойной кровли промышленных, гражданских и жилых зданий и сооружений, а также для устройства гидроизоляции подземных сооружений. Срок службы материала - 25 лет. Рукрил идеально подходит для крыш сложной конфигурации, эксплуатируемых в любых климатических зонах страны. Монтаж кровельного ковра производится с помощью клеящей гидроизоляционной мастики уникром (на основе синтетических каучуков). Среди достоинств материала рукрил - возможность проведения кровельных работ в любое время года. Используя в качестве гидроизоляции рукрил и мастику уникром, а в качестве утеплителя экструзионный пенополистирол, можно устраивать инверсионные кровли.

Отечественной компанией 'Термопласт" разработан и внедрен в массовое производство широкий спектр материалов, предназначенных для устройства кровельных покрытий, гидроизоляции и антикоррозионной защиты.

Разработанная компанией технология получения смесевых терпоэластопластов путем переработки термопластов (полиэтилена, полистирола, полипропилена и др.), каучуков, наполнителей и специальных добавок позволяет использовать в качестве исходного сырья как первичные материалы, так и отходы.

Создана и внедрена в производство серия термоэластопластов, обладающих свойствами термопластов и резин. На их базе производятся рулонные, листовые и штучные материалы, имеющие срок службы не менее 10-15 лет в любых климатических условиях. Материалы эластичные, атмосферостойкие (от -50 до +120°С) и предназначены для устройства и ремонта кровель любого типа.

Бикапол устраивается с помощью мастики или механического крепления, рубизэл и арбизэл (армированный негниющей основой) наклеиваются с использованием растворителя. Материалы фольгобикапол и фольгобизэл покрыты с лицевой стороны фольгой (медной, алюминиевой и др.) различных оттенков, что повышает их декоративные свойства и позволяет использовать при реставрации памятников старины, строительстве и ремонте уникальных архитектурных объектов.

Рулонные материалы могут выпускаться с фигурными краями, что дает возможность создавать на кровле фактурный рисунок и совершенствовать архитектурный облик здания в целом.

Среди термопластичных полимерных материалов наибольшее распространение получили листы и пленки на основе поливинилхлорида (ПВХ). В мировой практике им отдается предпочтение по сравнению с эластомерными материалами из-за высокой прочности и огнестойкости. Важным технологическим преимуществом является их способность свариваться с образованием прочного водонепроницаемого шва.

Большую популярность получили пленки трокал из пластифицированного ПВХ фирмы "Диамит Нобель" (Германия), а также материалы марок Интертем фирмы "Интерпластика" (Австрия), СРЕ фирмы "Партек" (Финляндия) и сериафил фирмы "Протан" (Финляндия). Материалы вырабатываются цветными, армированными, дублированными, с защитными слоями и без них. Специально разработанные машины фирмы "Динамит Нобель" позволяют осуществлять процесс сварки швов со скоростью 20 м/мин (против 1-3 м/мин при ручной сварке).

Для устройства и ремонта плоских и скатных (до 15°) кровель, а также гидроизоляции зданий и сооружений предназначен разработанный ОАО "Полимерстройматериалы" рулонный трудногорючий ПВХ материал пикром. Он устойчив к воздействию промышленных газов, что позволяет эксплуатировать его в промышленных зонах. Для плоских крыш возможна укладка материала путем прижатия парапетными блоками или посредством полосовой приклейки. Полотна могут быть сварены в ковры горячим воздухом или путем контактного нагрева.

К новому поколению следует отнести также рулонные кровельные материалы на основе полиолефинов, в частности мембрану GenFlex ТРО фирмы GenFlex Rooffing Systems (США). Основу мембраны составляет смесь этиленпропиленового каучука (70%) и полипропилена (30%), а также армирующий слой стеклоткани. Швы мембран соединяются при помощи горячего воздуха, что повышает их прочность, а также скорость и безопасность проведения кровельных работ. Мембрана характеризуется высокой прочностью, деформативностью и эластичностью при отрицательной температуре (до -55°С), низким водопоглощением и высокой пароизолирующей способностью. Она рекомендуется для устройства однослойных кровель (плоских и с уклоном) в различных климатических зонах (температуроустойчивость от -55 до +100°С). Работы по ее укладке можно производить круглосуточно без потери качества. Мембрана GenFlex ТРО применима для всех известных видов кровельных систем - балластных, инверсионных, механически закрепляемых и полностью приклеиваемых.

Влагозащитные мембраны фундалин для внешней и внутренней изоляции фундаментов, подземных конструкций, а также покрытий полов и стен выпускает французская фирма Onduline International.

Фундалин - это упругая жесткая мембрана, предназначенная для создания многофункциональной системы защиты от воздействия паров, грунтовых вод, подвижек, вибрации и т.п. Мембрану изготовляют из двухслойного 0,6-миллиметрового листа на основе полиэтилена высокой плотности. На одной стороне материала имеются выпуклости высотой 8 мм, благодаря которым между мембраной и изолируемой поверхностью создается воздушный зазор, что способствует эффективному распределению давлений водяного пара или грунтовых вод по всей поверхности. Фундалин характеризуется прочностью, стойкостью к воздействию химикатов, грибков, бактерий, температуроустойчивостью (от -30 до +80°С), простотой монтажа (крепится с помощью гвоздей со специальными шайбами). [2]

В настоящее время все большую популярность на рынке кровельных материалов завоевывают бесшовные материалы. Пожалуй, самым популярным из них является мастика. Другое название мастики - материалы для наливных кровель. При работе с мастикой не требуется особой квалификации, так как покрытие наносится, как обычная краска. Важно еще и то, что мастики, помимо их прямого назначения, можно использовать как клеящий состав для кровельного покрытия из рулонных материалов, а также для ремонта всех видов старых кровель.

Мастика - это жидкая вязкая однородная масса, которая после нанесения на поверхность и отвердевания превращается в монолитное покрытие.По составу мастики делят на битумные, битумно-полимерные и полимерные мастики. Кроме основного составляющего в мастики могут входить также растворители, наполнители и различные добавки.

По составу мастики делятся также на однокомпонентные мастики и двухкомпонентные мастики.

Однокомпонентные мастики основаны на растворителях, которые при воздействии воздуха или паров воды (полиуретановая мастика) испаряются и кровля затвердевает.

Двухкомпонентные мастики хранятся дольше, так как в них нет растворителей, и представляют собой малоактивные в химическом отношении составы.

Преимущества мастичного покрытия:

на поверхности не образуется стыков и швов (отсюда название - кровля из бесшовных материалов);

современные мастики можно наносить на влажную и даже мокрую поверхность или на ржавую поверхность без предварительной зачистки;

мастика обладает высоким уровнем адгезии ко всем видам материалов;

за счет высокой степени адгезии и паропроницаемости пленки, при воздействии на мастику водяных паров не происходит вздутия.

Недостатки мастичного кровельного покрытия непросто добиться необходимой толщины изолирующей пленки, особенно при неровностях и больших уклонах крыши.

Высокой газонепроницаемостью отличаются резины на основе бутилкаучука (БК) и полиизобутилена, но они недостаточно стойки к УФ-излучению. Достоинством резины на основе хлоропрена является их негорючесть, но они, в связи с диеновой природой, менее долговечны, чем резины на основе высоконасыщенных эластомеров. Резины на основе ХСПЭ обладают хорошей стойкостью к УФ-излучению и озону, огнестойкостью и долговечностью. Однако такие материалы весьма дороги и поэтому используются ограниченно.

Наиболее эффективно проявили себя в качестве кровельных рулонных материалов резины на основе СКЭПТ [1]. Они отличаются высокой газонепроницаемостью, водостойкостью и стойкостью к УФ-излучению и озону, могут эксплуатироваться в любых климатических зонах, вплоть до Арктики, их долговечность -- не менее 20 лет. Этот каучук наиболее дешевый и хорошо совместим с наполнителями без существенной потери свойств.

Долговечность покрытий на основе эластомерных материалов (по результатам эксплуатации на конкретных объектах) значительно выше, чем у битумных и битумно-полимерных кровельных покрытий и составляет 15--30 лет.

Для прогнозирования долговечности рулонных кровельных материалов на основе малонасыщенных эластомеров обычно используют несколько режимов ускоренного старения:

термическое старение при температуре 80-- 116°С в течение 8--4 недель соответственно;

старение растянутых до определенной фиксированной деформации образцов в условиях УФ-об лучения;

--старение в среде озона при поддержании его постоянной концентрации [2].

Наибольшее влияние на долговечность материалов оказывает строение резинового покрытия -- природа эластомера и наполнителя, тип образующихся в процессе вулканизации поперечных связей и условия эксплуатации.

1.3 Обзор технологии изготовления

Наиболее привлекательными для нас, с точки зрения технологии изготовления, являются полимерные кровельные материалы изготавливаемые на существующем полимерном оборудовании.

Рассмотрим известные технологические способы изготовления рулонных материалов способных использоваться для производства полимерных кровельных материалов.

Изготовление резиновых смесей на основе каучуков БК, СКЭПТ и регенерата РБП не представляет никаких трудностей на серийных резиносмесителях. Для изготовления термопластичных смесей с использованием полиэтилена - на серийном резиносмесителе применена станция терморегулирования с использованием замкнутого цикла оборота теплоносителя и возможностью его подогрева паром.

Процесс каландрования как однослойных, так и двухслойных покрытий без затруднений можно осуществлять на серийном 4-х валковом каландре применяемом в резиновой промышленности. Питание зазоров каландра резиновой смесью можно осуществлять, как с подогревательных вальцов, так и червячной машиной МЧХВ-160. Последний вариант более предпочтителен по затратам электроэнергии и площади.

Процесс вулканизации кровельных материалов представляет наибольшие затруднения из-за необходимости создания высокой температуры вулканизации и большой длительности процесса.

Непрерывная вулканизация на барабанных вулканизаторах с прессующей лентой

Барабанные вулканизаторы [2], применяемые для вулканизации технической пластины, ковриков и других изделий в виде пластин неограниченной длины, имеют горизонтальный барабан диаметром от 0,7 до 2 м и длиной от 1,25 до 2.0 м, обогреваемым паром давлением 0,5-0,6 МПа (5-6 кгс/см²) или с помощью электрического тока. К поверхности барабана плотно прижимается бесконечная стальная лента, охватывающая приблизительно 3/4 его окружности. Бесконечная стальная лента охватывает также поверхность верхнего и нижнего прижимных валов и натяжного барабана.

Техническая пластина с раскаточного устройства подается между поверхностью вулканизационного барабана и лентой и прессуется под действием давления, создаваемого лентой. Давление ленты (0,45-0,70 МПа) штоком гидравлического цилиндра и могут перемещаться в горизонтальном направлении. Огибая горячую поверхность барабана, пластина плотно прижимается к его поверхности лентой, нагревается и вулканизуется.

Главными органами барабанного вулканизатора является обогреваемый барабан 1, прессующие и натяжные барабаны 2, 4, 6 и гибкая лента 5, огибающая все барабаны (рис. 1.9а). Изделия подлежащее вулканизации, поступает в зазор между поверхностью барабана 1 и поверхностью ленты 5. По мере движения, в результате контакта с нагретым барабаном изделие нагревается и вулканизуется. Под прессовка изделия осуществляется за счет вытяжении ленты при помощи натяжного барабана 4 и за счет изменения межцентрового расстояния между осями барабанов 1 и 6, 1 и 2. В вулканизаторе с двумя лентами (рис. 1.9 б) число барабанов увеличивается до шести, из них два являются обогреваемыми. Изделие размещается, прессуется и вулканизуется в пространстве между лентами. С целью интенсификации нагрева изделия через ленту на некоторых вулканизаторах устанавливаются инфракрасные излучатели 5. Вулканизатор с двумя лентами и двумя обогреваемыми барабанами значительно производительнее (1,2).

Схема установки одного из барабанных вулканизаторов показана на рис. 1.10. Натяжные ленты 10 обеспечивается барабаном 12 и гидравлическим устройством 11. Верхний 5 и нижний. Прижимные барабаны закреплены в подшипниках и с помощью регулировочных винтов могут устанавливаться в нужном положении. Вулканизатор оснащает двумя компенсаторами 3.Давление ленты обеспечивает прессование изделия и предотвращает образование пор.

При выпуске изделий, имеющих на поверхности рисунок, поверхность барабана гравируют.

Вулканизацию прорезиненных тканей при высокой температуре можно проводить на агрегатах, на которых ткани нагревают инфракрасными лучами.

Благодаря значительной проникающей способности инфракрасных лучей создают условия для равномерного прогрева ткани по всей толщине. В результате примерно вдвое сокращается продолжительность вулканизации и улучшается качество продукции.

Непрерывная вулканизация в воздушной атмосфере с применением токов сверхвысокой частоты (СВЧ)

Вследствие низкой теплопроводности резиновых смесей и материалов нагрев всей массы заготовки происходит медленно, а теплота не рационально расходуется на возмещение потерь в окружающую среду и на повышение температуры массы оборудования [2]. Указанные недостатки в значительной степени устраняются при использовании электронагрева за счет явления поляризации атомов и молекул диэлектрика, помещенного в высокочастотное электрическое поле. Этот способ называют диэлектрическим нагревом, высокочастотной электротермией, нагревом в микроволновом поле и т.д. В последнее время, данный способ нагрева стал внедряться в производстве неформовых изделий. Диэлектрический нагрев обладает значительными преимуществами, так как позволяет: концентрировать очень большие мощности в малых объемах материала; получить равномерный нагрев материала с низкой теплопроводностью при большой интенсивности; легко осуществлять избирательный нагрев; легко регулировать температурный режим; осуществить более полную механизацию и автоматизацию технологических процессов.

Суть диэлектрического нагрева состоит в следующем. Под влиянием электрического поля, имеющиеся в материале заряды, связанные межмолекулярными силами, ориентируются или смещаются в направлении поля. Смещение связанных зарядов под действием внешнего электрического поля принято называть поляризацией. Переменное электрическое поле вызывает непрерывное перемещение зарядов молекул вслед за изменениями направлений электрического поля. Это перемещение молекул происходит с некоторым «трением» и нагревом материала. В диэлектриках имеется также небольшое количество свободных зарядов, которые создают ток проводимости, обусловливающий выделение дополнительной теплоты в материале. Различные материалы нагреваются не одинаково интенсивно, так как в зависимости от природы материала изменяется энергия, затрачиваемая на поляризацию данного диэлектрика и на создание тока проводимости. Зависимости активной мощности, выделяющейся в виде теплоты в теле, помещенном в электрическом поле, от параметров поля и электрических свойств материала, выражается уравнением:

P₀ = 0,55fE² Э tg д

Где Р₀ - мощность, выделяемое в единице объема диэлектрика, Вт/см;

f - частота электрического поля, МГц;

Е - напряженность электрического поля, кВ/см;

Э - относительная проницаемость диэлектрика;

tg д - тангенс угла диэлектрических потерь.

Из этого уравнения следует, что интенсивность нагрева можно регулировать, изменяя параметры электрического поля: частоту и напряженность. Наибольший эффект дает повышение напряженности, так как нагрев пропорционален квадрату напряженности поля. Однако напряженность нельзя повышать безгранично вследствие того, что при очень высоких потенциалах может произойти пробой. Для обеспечения необходимой надежности напряженность электрического поля устанавливают на уровне 60 - 75? пробивной напряженности. Таким образом, реальным путем ускорения разогрева остается повышение частоты поля.

Наряду с преимуществами этот метод обладает и существенным недостатком, поскольку в поле токов высокой и сверхвысокой частоты достигается нагрев только полярных каучуков и резиновых смесей, обладающих достаточной полярностью. Возможности широкого его использования без специальной корректировки состава резиновых смесей ограничены.

Применяемые в отечественной и зарубежной резиновой промышленности линии [2] для непрерывного изготовления профильных резиновых изделий построены с учетом наиболее эффективного использования сверхвысокочастотного нагрева. Система нагрева в поле токов сверхвысокой частоты (СВЧ) является частью всей вулканизационной установки и предназначена для предварительного нагрева заготовки до температуры вулканизации и создания условий, обеспечивающих начало реакции.

Установка подогрева заготовки в поле токов СВЧ (рис. 1.11) состоит из двух последовательно расположенных круглых волноводов, подключенных к двум генераторам (магнетронам) мощностью по 2,5 кВт каждый, работающим на частоте 2450 МГц. В волноводах резиновая заготовка подогревается до температуры вулканизации за счет преобразования микроволн в теплоту. Заготовка, подлежащая нагреву, перемещается внутри волноводов на ленте транспортера из стекловолокна с фторопластовым защитным покрытием, выполненной так, что имеется возможность регулирования ее положения относительно энергетического центра аппарата. Для защиты персонала работающего на установке от вредного воздействия ультравысокочастотных полей, установка снабжается экранами, а также фильтрами гасящими радиопомехи. С целью предотвращения вспышек материала в случае обрыва заготовки на входе и выходе в волноводы установлены фотоэлементы, блокирующие включение электроэнергии в зависимости от перекрытия луча проходящим профилем. Для удобства обслуживания волноводы имеют продольный разъем и соединены шарнирно, подача электроэнергии блокируется концевыми выключателями, так что включение возможно только при закрытых волноводах. Удаление летучих газов и паров из материала заготовки при ее нагреве производится путем принудительной циркуляции и продувки воздуха через волноводы (15).

Вулканизатор представляет собой аппарат туннельного типа и служит для завершения процесса вулканизации. Внутри камеры вулканизатора размещена лента транспортера, работающего синхронно с транспортером волноводов. В камеру подается горячий (около 200°С) воздух. Вентилятор, воздухопроводы и калорифер расположены внизу под камерой. Стенка камеры покрыты тепловой изоляцией.

Вулканизация длинномерных заготовок (типа профильных уплотнителей) на поточной линии можно проводить, применяя предварительный подогрев шприцованной заготовки токами сверхвысокой частоты.

Нагревание резиновых заготовок, помещенных в электрическое поле сверхвысокой частоты (СВЧ), обеспечивает ряд преимуществ перед обычным медленным нагревом заготовок горячим воздухом:

1) регулируемый нагрев заготовок;

2) быстрый нагрев, позволяющий сократить продолжительность пребывания смеси в вязкотекучем состоянии, что способствует сохранению формы сложных профилей.

Интенсивность нагрева резиновых смесей различного состава неодинакова.

Достаточно быстро нагреваются смеси на основе полярных каучуков, которые за 30-40с могут нагреется до 200°С, в то время как смеси на основе неполярных каучуков нагреваются за 3,5 мин только до 50-70°С. Для увеличения интенсивности нагревания неполярных каучуков используют в резиновых смесях в сочетании с полярными.

На скорость нагревания влияет тип технического углерода (сажи); при применении печных саж ПМ-50, ПМ-75, ПМ-100 нагревание происходит более интенсивно. Интенсивность нагревания токами СВЧ практически регулируется изменением частоты электрического поля.

Токи СВЧ технически более удобно применять для предварительного нагревания заготовок, окончательная вулканизация которых производится в вулканизаторах туннельного типа в среде горячего воздуха. Линия для непрерывного изготовления длинномерных профильных резиновых изделий с подогревом в поле токов сверхвысокой частоты (СВЧ) с вулканизацией в туннельном вулканизаторе горячим воздухом. Основные узлы: вакуумная червячная машина 2 с питателем 1; приемный транспортер 3; микроволновые нагреватели (СВЧ - система) 5; вулканизатор 7; охлаждающая ванна 8; отборочно - режущее устройство 9 - компенсатор и станок для резки готовых изделий на отрезки заданной длины.

Вулканизатор представляет собой аппарат туннельного типа и служит для завершения процесса вулканизации. Внутри короба, с надежно изолированными в тепловом отношении стенками, размещена лента транспортера, работающего синхронно с транспортером волноводов.

В коробе циркулирует горячий воздух. Вентилятор, воздухопроводы и калорифер расположены внизу под коробом. Отборочно-режущее устройство скомпоновано с компенсатором; последний необходим в связи с тем, что станок для мерной резки готовых изделий, в отличие от всех предыдущих, работает в дискретном (периодическом) цикле.

Нагреватель состоит из двух последовательно расположенных трубчатых волноводов мощностью 2,5 кВт (частота тока 3000 МГц, напряжение не выше 8000В). Заготовка перемещается внутри волноводов с помощью транспортерной ленты из стеклянного волокна. Газы и поры из волноводов удаляются с помощью вентиляции. [1].

Непрерывная вулканизация в среде жидкого теплоносителя

Этот способ вулканизации длинномерных изделий получил широкое распространение при изготовлении профильных уплотнителей.

В связи с тем, что жидкий теплоноситель одновременно является вулканизационной средой, к нему предъявляются следующие требования: стойкость к температурам вулканизации, низкое давление паров (для уменьшения потерь теплоносителя и создания благоприятных санитарно - гигиенических условий труда), минимальная токсичность, малое воздействие на оборудования и отсутствие вредного влияния на резиновые смеси, минимальная пожароопасность, низкая стоимость и недефецитность. Кроме того, он должен обладать хорошей растворимостью в воде (для обеспечения лёгкой и эффективной отмывки после вулканизации), невысокой плотностью (для облегчения погружения в него вулканизуемых изделий) и низкой температурой застывания (для уменьшения уноса из аппарата с изделиями и связанных с этим потерь теплоносителя).[3].

Наиболее часто в качестве жидкого теплоносителя применяют глицерин, ксилитан и расплавы солей. К недостаткам глицерина относится; гигроскопичность, окисляемость и способность выделять при высоких температурах акролеин, действующий на слизистую оболочку глаз. Глицерин можно применять при температурах вулканизации до 140?С.

Ксилитан (моноангидрид пятиатомного спирта - ксилитан) представляет собой более вязкую чем глицерин жидкость, он более стоек и может применятся при температурах вулканизации до 150 - 155?С. Глицерин и ксилатин применяют в качестве вулканизационной среды при вулканизации трубок, профильных и губчатых уплотнителей.

Расплавы солей являются мало токсичными веществами и могут применяться в открытых вулканизационных аппаратах. Часто для вулканизации в расплаве солей используют эвтектическую смесь нитрат - нитритных солей (СС - 4) с температурой плавления около 141?С следующего состава: KNO₃-53%, NaNO₃-7%, NaNO₂-40%. Плотность расплава равна 2000 кг/м³ (2г/см³) [2].

Линии для непрерывного изготовления профильных изделий, основным аппаратом которых являются вулканизаторы с жидкими теплоносителями, работающие без давления, в современном резиновом производстве занимают ведущее место. Это обуславливается высокой эффективностью теплообмена между высокотемпературным теплоносителем и нагреваемой резиновой заготовкой и исключительной простотой аппаратурного оформления установки. Поточные линии для вулканизации монолитных длинномерных изделий в жидком теплоносителе независимо от особенностей конструкции и применяемого теплоносителя включают: червячный пресс с системой вакуумирования, вулканизационный аппарат (в виде ванны), устройство для отмывки, охлаждения, протягивания и отбора готовых изделий. Рассмотрим это оборудование на примере линии с вулканизатором 3 в расплаве солей (СС - 4). В состав линии (рис 1.6) входят следующие основные узлы: вакуумная червячная машина 1, промежуточный транспортёр 2, отмывочно - охладительное устройство 4, протягивающее устройство 5, отборочное устройство 6. Заготовка профилируется в головке вакуумной червячной машине. Вакуумирование резиновой смеси в процессе экструзии позволяет устранить порообразование внутри изделия при свободной вулканизации. Таким образом, вакуумная червячная машина является неотъемлемой частью линии для изготовления монолитных профилей. При изготовлении пористых изделий использование вакуумной машины не обязательно, однако это требует более строгого контроля за содержанием влаги в исходных материалах при изготовлении смеси, а также использования влагопоглотителей.

Непосредственно за червячной машиной установлены приёмный ленточный транспортёр и вулканизатор с расплавленной солью. После вулканизатора установлено отмывочно - охлаждающее устройство.

Вулканизатор представляет собой ванну сварной конструкции, обычно из нержавеющей стали. С наружной стороны дно ванны обогревается электронагревателями, объединёнными в три секции. Контроль работы каждой секции электронагревателей осуществляется термопарами, установленными соответственно секциям нагрева по длине ванны. Ванна заполняется сплавом СС - 4 (53% KNO₃ + 7% NaNO₃ + 40% NaNO₂), который расплавляется до температуры 200 - 250?С. Ванна укреплена на раме сварной конструкции, снаружи закрыта кожухами с тепловой изоляцией. С одной стороны кожуха по всей длине установлены остеклённые дверки, создающие сквозной доступ к рабочей зоне аппарата. В верхней части кожуха смонтированы два транспортёра (для погружения и перемещения профиля в теплоносителе). Поскольку плотность теплоносителя превышает плотность резины, перемещения профиля осуществляется нижней ветвью ленты транспортёра, опущенной в расплав на 10 - 40 мм. Диаметр барабанов транспортёров - 500 мм, длина каждого транспортёра 4 - 4,5 м, лента из нержавеющей стали толщиной 0,3 - 0,5 мм.

Вулканизация на машинах и в аппаратах периодического действия

К аппаратам периодического действия для вулканизации рулонных материалов, например конвейерной ленты, относят прессы специальной конструкции. Которые имеют специальные приспособления для растягивания ленты и охлаждения концов пресс-формы с целью исключения перевулканизации мест повторно попадающих в пресс-форму при следующем цикле вулканизации. кровля строительство материал

Прессы для вулканизации транспортерных лент и плоских приводных ремней

Для вулканизации транспортерных лент и плоских приводных ремней конечной длины применяются рамные и колонные гидравлические прессы большой мощности. Такие прессы представляют собой как бы ряд обычных прессов, поставленных вплотную и имеющих общие вархние плиты, один подвижный стол и общие паровые плиты (рис.1.12). Собранная лента (или ремень) из рулона 1 протягивается между двумя вулканизационными плитами 3 и 6, отпрессовывается с помощью гидравлических приводов 11--12, вулканизуется и закатывается в рулон 9. Для предотвращения вытяжки транспортерной ленты или ремня в процессе эксплуатации перед вулканизацией их подвергают растяжению от 4 до 8% первоначальной длины. С этой целью участок лепты 7 между плитами зажимается посредством гидравлических механизмов 2 и 8 и с помощью гидравлических механизмов 13 и 10 подвергается вытяжке. Верхняя траверса 4 соединяется с гидравлическими цилиндрами 11 посредством рам 5 (или колонн).

Современные прессы подобного рода имеют длину плит 10м. и полезную ширину 1,2; 1,6; 2,0; 2,5 и 2,9 м; прессовое усилие составляет соответственно 3200, 4200, 5200, 6500 и 7500 тс; вес прессов равен 125, 155, 195, 267 и 319 тс [2].

На всех прессах обогрев плит производится с помощью пара, подаваемого отдельно для каждых 3--4 м2 плиты. С целью предотвращения перевулканизации участка ленты, попадающего дважды между обогреваемыми плитами, на одном конце плиты па расстоянии 200--300 мм. устраивают сквозные каналы, по которым пропускают охлаждающую воду.

При вулканизации ремней и транспортерных лент с резиновыми прокладками на плиты пресса укладываются стальные линейки шириной от 50 до 100 мм. Эти линейки предотвращают растекание резиновой смеси и обеспечивают отпрессовку боковых сторон ремней и транспортерных лент. Толщина линеек на 0,3--0,5 мм меньше толщины изделий, поступающих на вулканизацию. Эти линейки после вулканизации в момент раскрытия пресса отодвигаются от ленты в сторону с помощью рычажных механизмов, установленных сбоку подвижного стола и неподвижной верхней траверсы по всей их длине. При этом лента освобождается и легче протаскивается между плитами. В момент замыкания плит планки с помощью этих же механизмов возвращаются на свое место.

Для вулканизации состыкованных ремней применяют так называемые челюстные прессы. Рама такого пресса имеет форму кривого бруса и обеспечивает возможность закладки ленты между плитами сбоку.

1.4 Патентная проработка

Для разработки данного курсового проекта использованы следующие патентные разработки:

Номер патента:2114878 Пластоэластомерная композиция, полимерная смесь для вулканизации и способ получения вулканизованной пластоэластомерной композиции.

Суть изобретения:Пластоэластомерную композицию, обладающую высоким эластическим восстановлением при сохранении свойств термоэластопластических сплавов, получают нагревом полимерной смеси до 160-240oC. Полимерная смесь включает полимерную основу, масло, вулканизующие агенты, вулканизующие добавки. Полимерная основа состоит из полипропилена, полиизобутилена, этилен-пропилен-диенового тройного сополимера, полибутадиена и этилен-пропиленового каучука.

Номер патента:2113445 Способ получения термопластичной резиновой композиции.

Сутьизобретения: Изобретение относится к получению термопластичных резиновых композиций и может быть использовано в резино-технической промышленности. В способе получения термопластичной резиновой композиции смешение ингредиентов осуществляют в две стадии: на первой стадии производят смешение латекса карбоксилсодержащего бутадиеннитрильного каучука с латексом пластика на основе сополимера, содержащего 20,0 - 27,3 мас.% звеньев акрилонитрила, 23,0 - 31,1 мас.% звеньев бутадиена и 48,0 - 52,0 мас.% звеньев стирола(метилстирола), и антиоксидантом аминного и/или фенольного типа в соотношении 1 - 10 : 1 : 0,02 - 0,30 по сухому веществу соответственно, полимерную смесь выделяют из латекса и обезвоживают; на второй стадии в полимерную смесь вводят на вальцах или в резиносмесителе при 80 - 130^oC оксид или гидроксид двухвалентного металла, выбранного из группы, включающей цинк, магний, кальций, пластификатор и дополнительно бутадиен(изопрен)стирольный термоэластопласт с индексом расплава 4 - 14 г/10 мин при 190^oC в количестве 1 - 10 мас.ч. на 100 мас. ч. полимерной смеси. На второй стадии можно дополнительно вводить аминный антиоксидант в количестве 0,5 - 3,0 мас.ч. на 100 мас.ч. полимерной смеси. В качестве карбоксилсодержащего бутадиеннитрильного каучука можно использовать сополимер, содержащий 14-30 мас.% звеньев акрилонитрила, 10-30 мас. % звеньев стирола, 48-54 мас. % звеньев бутадиена и 2-10 мас. % звеньев метакриловой кислоты. Изобретение позволяет упростить технологию получения термопластичной резиновой композиции и улучшить ее литьевые свойства.

2. Общая часть

2.1 Обоснование места строительства

На выбор площадки строительства цеха по производству 500 тыс. м² кровельного материала повлияли следующие факторы:

- наличие сырья, в основном потребляемого в больших количествах: это регенерат бутиловый, мел и кордное волокно.