ПОЛИМЕРНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПАНЕЛЕЙ

Конструкция и размеры панели, принятые варианты стыкования и крепления не оказывают существенного влияния на технологию изготовления конструкций, вызы­вая лишь корректировку отдельных переделов. Однако принятая технология изготовления неизбежно оказыва­ет большое влияние па проектирование конструкций и при конструировании необходимо ориентироваться на определенную технологию изготовления.

В настоящее время способы изготовления многослой­ных изделий с пенопластовым средним слоем сводятся к следующим:

Предварительно изготовленные наружные обшивки склеивают с пенопластом или согопластом;

Пенопласт покрывают термореактПвным армирован­ным материалом;

Композицию в виде гранул или жидкой пены вспени­вают между готовыми обшивками;

Изготовляют панель «одностадийно» — оформление наружной обшивки, образование среднего пенопласто­вого слоя и соединение их происходит одновременно.

Изготовление конструкций склеиванием готовых эле­ментов. Наиболее распространенным способом изготов­ления крупногабаритных трехслойных панелей с приме­нением пластмасс является склеивание их из отдельных готовых элементов (слоев); способ наиболее прост и не требует сложного оборудования.

В зависимости от вида материала и размеров пане­ли технологический процесс их изготовления может не­сколько отличаться. При изготовлении панелей с гото­выми наружными слоями в виде листового асбестоце­мента, алюминия, стеклопластика и других материалов технологический процесс упрощается, сокращаются от­дельные переделы и операции. Наиболее сложным яв­ляется изготовление конструкций с наружным слоем из стеклопластика. Он складывается из следующих опера­ций: пзготоплеиие стеклопластика дли наружного слоя панели; подготовка блоков пенопласта или сотопласта и внутреннего слоя панели — древесностружечных плит, асбестоцемента и др; сборка и склеивание панели (из­готовление клеевой композиции, склеивание элементов панели).

Панель изготовляют на специальном столе с разъем - поп бортоспасткой для оформления отбортопкп по псри-
метру панели и оконному проему; оформляющую по­верхность образуют алюминий, стекло, стеклопластик.

Изготовление стеклопластика для наружного слоя панели методом ручного или механизированного кон­тактного формования с пневматическим нанесением компонентов стеклопластика'на форму включает: под­готовку формы (нанесение антиадгезионного состава); подготовку полиэфирного связующего (введение ини­циирующих и пигментирующих добавок); укладку и пропитку стеклонаполнителя; установку закладных де­талей; отверждение стеклопластика.

Для предотвращения прилипания изделия к форме и обеспечения удобного съема рабочую поверхность фор­мы покрывают разделительными (антиадгезиоипыми) слоями, например пленкообразующими растворами по­ливинилового спирта, растворами полиметилсилоксапов.

Стеклопластик окрашивают, пропитывая стеклона - полнитель окрашенной полиэфирной композицией. По­лиэфирный полимер окрашивают, вводя в него опре­деленную порцию пасты, приготовленной растиранием сухого пигмента или красителя с полиэфирным полиме­ром. Количество пасты зависит от интенсивности окрас­ки изделия.

Для отверждения в полимер непосредственно перед пропиткой наполнителя при тщательном перемешивании вводят инициатор, ускоритель и соускоритель (если та­ковой применяется). Жизнеспособность активированно­го полимера 60—100 мин. Скорость отверждения стек­лопластика может меняться в достаточно широких пре­делах в зависимости от применяемых инициирующих до­бавок.

Армирующий стеклонаполнитель раскраивают по размерам.

На рабочую поверхность формы наносят с помощью кисти или распылителя тонкий слой активированного окрашенного полимера. Затем послойно укладывают стеклонаполнитель, пропитывая его жидкой полиэфир­ной композицией и обязательно уплотняя. Компоненты стеклопластика — рубленое стекловолокно и полиэфир­ную композицию — можно наносить на форму с по­мощью пневмораспылительной установки. На отформо­ванный неотверждеиный стеклопластик устанавливают закладные детали для крепления и навешивания пане­лей.

Древесностружечные плиты, асбестоцемент или дру­гой материал для внутреннего слоя панелн, блоки пе­нопласта или сотопласта опиливают по размерам. Скле­иваемые поверхности наружных слоев и блоки пенопла­ста покрывают топким слоем клеевой композиции и ук­ладывают. Элементы панели склеивают обычно при кон­тактном давлении с применением вакуума и прессов. Для ускорения отверждения клеевой композиции при­меняют пироэлектропрогрев или прогрев токами высо­кой частоты. С формы панели снимают с помощью тол­кателей или электротельферов, закрепляя крюк тельфе­ра за специальные петли, ввинчиваемые в закладные детали.

При описанном технологическом процессе наиболее трудоемкой является операция изготовления егеклонла - стнкового слоя панели методом контактного формования с ручной укладкой стеклонаполнителя на рабочую по­верхность формы.

Более производительным является нанесение стекло - наполнителя вместе со связующим на форму нпевмо- распылнтелыюй установкой, однако операция уплотне­ния рыхлонанесенного слоя весьма трудоемка.

Формование стеклопластиков иа машинах непре­рывного действия ускоряет и упрощает процесс изготов­ления панели. Однако такой стеклопластик имеет срав­нительно низкие прочностные характеристики и, что очень важно, вследствие ограниченных по ширине раз­меров может использоваться только в панелях ленточ­ного типа.

Существуют разного типа непрерывные установки, изготовляющие трехслойные конструкции из блоков пе­нопласта или сотопласта, алюминия, стеклопластика, асбестоцемента [58, 177, 290].

Изготовление конструкций оклеиванием готового пе­нопластового сердечника термореактивным армирован­ным материалом. Метод основан на использовании за­ранее изготовленных пенопластовых сердечников, на ко­торые наносят тсрморсактнппое армированное связую­щее.

При изготовлении конструкций малых размеров при­меняют метод «самоформования»: па предварительно изготовленный сердечник из пенопласта напрессовыва­ют оболочку ш стеклопластика па наружную поверх­ность пенопласта укладывают необходимое количество пропита иного связующим стеклонаполнителя и затем
при прогреве в форме связующее полимеризуется, пено­пласт расширяется и стеклопластик припрессовывается к пенопласту [2].

Трехслойные панели для строительства и судострое­ния с наружными слоями из полиэфирного стеклопла­стика и внутренним слоем из феноло-формальдегидного пенопласта, пенополиуретана, пенополивинилхлорида изготовляют укладывая пропитанный связующим стек­лонаполнитель на соответствующей формы заготовку из пенопласта [161, 189].

Для усовершенствования процесса изготовления кон­струкций пенопластовый сердечник с поверхностными канавками облицовывают в форме с обеих сторон арми­рующим волокнистым материалом. Затем в замкнутую форму вводят термореактивпый полимер (например, полиэфирную композицию), который проходит через ка­навки и пропитывает армирующий материал, поскольку пенопласт имеет замкнутые ячейки, и потому оказывает большее сопротивление просачиванию через него связу­ющего по сравнению со слоями армирующего материа­ла [175].

Пенопластовый сердечник может быть оформлен в процессе изготовления конструкций из жидкой вспени­вающейся композиции или предварительно вспененных гранул термопластичного материала. На оформляющие поверхности формы укладывают армирующий наполни­тель и после замыкания формы в нее вводят гранулы термопластичного вспененного материала. Затем под давлением в армирующий наполнитель нагнетают тер­мореактивное связующее. При нагревании гранулы тер­мопластичного материала вспениваются, термореактив­ный полимер отверждается и готовое изделие удаляют из формы [159].

Плиты покрытий из армоцемента и феноло-формаль­дегидного пенопласта изготовляют следующим образом: на специальной оснастке формуют нижний слой из армо­цемента с отгибанием. вертикальных ребер, укладывают сердечник (или блоки) из феноло-формальдегидного пенопласта и затем формуют верхний армоцементный лист с отгибанием ребер. После отверждения армоце­мента изделие снимают с оснастки [18]

Существуют установки непрерывного действия для изготовления панелей по этому методу: на бесконечную ленту конвейера последовательно наслаивают различ­

Ные компоненты и материалы конструкции. На ленту конвейера напыляют армирующий волокнистый напол­нитель и полимер, например, полиэфирный, и затем на­кладывают блоки пенопласта или сотопласта, поверх которых может быть нанесен второй слой армирующего материала и полимера {109].

Изготовление конструкций при вспенивании компози­ции в виде гранул или пены между готовыми обшивка­ми. Широко применяется бесклеевой метод изготовления панелей, заполненных пенопластом. Исходную компози­цию в виде гранул или пены вводят в полость заранее изготовленной силовой конструкции и затем вспенивают; композиция многократно увеличивается в объеме, скле­иваясь при этом с наружными обшивками.

При изготовлении конструкций различают вспенива­ние без давления, при низком давлении и при высоком давлении. При вспенивании без давления в полость фор­мы вводят количество композиции, необходимое для точ­ного заполнения полости. При вспенивании с низким давлением (до 1,5 кгс! см2) употребляют незначительное избыточное количество вспенивающейся композиции. В этом случае адгезия пенопласта к обшивкам заметно улучшается. Процесс вспенивания при высоком давле­нии (до 5 кгс/см2 включительно) применяется в основ­ном для производства конструкций строительного наз­начения, так как обычно для строительных деталей тре­буется более прочный пенопласт. Чтобы противостоять развивающемуся при вспенивании давлению, необходи­мо применение надежных поддерживающих форм.

В зависимости от вида конструкций, объемного веса пенопласта, необходимого при вспенивании давления при заполнении вспенивающейся композиции применя­ют вертикальное или горизонтальное расположение кон­струкции. При вертикальном расположении получают пенопласт с меньшим объемным весом.

Технологический процесс складывается из следую­щих основных операции:

Подготовки внутренней поверхности конструкции; приготовления вспенивающейся композиции; заполнения внутренней полости конструкции вспени­вающейся композицией.

Поверхность заполняемой пенопластом конструкции очищают от ныли, например, с помощью сжатого возду­ха ЛАагериа. ч наружного слоя, с которым склеивается пенопласт, может быть предварительно обработан аб­разивом для улучшения адгезии и покрыт слоем клея, например, полиэфирного. Вспенивающаяся композиция наливается на еще неотвержденный полиэфир [185].

Композицию готовят, смешивая определенное коли­чество вспенивающегося полимера со вспенивающими и отверждающими добавками. Количество композиции и активирующих добавок варьируется в зависимости от кратности вспенивания полимера, необходимого объем­ного веса пенопласта, давления вспенивания и пр.

Компоненты композиции можно смешивать в смеси­телях периодического действия и в специальных уста­новках непрерывного действия, которые состоят из емко­стей для полимера и инициирующих добавок, дозирую­щих шестеренчатых насосов для подачи компонентов, смесительной головки.

Формы для изготовления панелей могут иметь раз­ную конструкцию и изготовляться из металла, дерева, стеклопластика и др. Разработаны специальные, выдер­живающие развивающееся при вспенивании давление формы, состоящие из нескольких сменных поддонов и запирающей крьгшки, в которые укладывают или закре­пляют вдоль бортов наружные слои панели и при необ­ходимости арматуру (трубы, электропроводку и пр.) и вводят вспенивающуюся композицию. После окончания процесса вспенивания и отверждения пенопласта кры­шку формы поднимают и укладывают на другой поддон [188, 196, 197, 203, 204].

Как известно, для создания более жестких конструк­ций используют армированный пенопласт, склеенный с листовыми или другими армирующими элементами, рас­положенными в определенном порядке. В строительстве применяются сотопласты, в которых армирующие стен­ки сот соединены между собой в жесткий каркас пено­пластом [43]. Образующиеся при вспенивании феноло - формальдегидных, полиуретановых и других полимеров пенопласты могут быть армированы сотопластом, кото­рый укладывают на жидкое связующее и вспенивают затем в ячейках сот [195, 202], а также рубленым волок­ном (вспенивающаяся композиция перемешивается с рублеными хлопковыми, найлоиовыми, стеклянными во­локнами, которые при вспенивании в хаотическом поряд­ке раздвигаются к наружным слоям) [199].

Для повышения прочностных свойств пенопласта, увеличения огнестойкости во вспенивающиеся компози­ции могу г быть добавлены гранулированные негорючие вещества [187], графит и др. [185, 198].

Па использовании вспенивающихся феноло-формаль- дегидных, мочевино-формальдегндиых, пенополиурета - новых композиций основано действие многих установок по непрерывному производству многослойных конструк­ций со средним пенопластовым слоем: на транспортер

Подают листы наружных слоев, а затем ингредиенты для вспенивающейся композиции.

Установка для производства трехслойных конструк­ций толщиной до 100 мм со средним слоем из пенополи­уретана и облицовкой из ткани, рубероида, пленок и других рулонных материалов и жестких листовых мате­риалов (металла, стеклопластика, асбестоцемента) по­казана на рис. 74. Вспенивающуюся композицию нано­сят иа нижний облицовочный слон нз специальной сме­сительной головки. По завершении процесса вспенива­ния, по до окончания процесса отверждения, слой обра­зующегося пенопласта подают под верхний конвейер, где накладывается верхний облицовочный слой. По выходе нз конвейера получаемую панель нарезают на отрезки требуемой длины - Конвейер снабжен боковыми ограни­чителями, которые позволяют получать панели разной толщины. Торцовые боковые стороны панели оформля­ют, загибая облицовочный материал, если используются рулонные материалы, или укладывая в форму сиециаль - ные жесткие элементы до заливки вспенивающейся ком­позиции. Плита верхнего конвейера выполнена из от­дельных пластин, управляют которыми прн помощи сжатого воздуха, что дает возможность варьировать да­вление на панель по длине. Для ускорения отвержде­ния пенопласта установка снабжена системой нагрева инфракрасными лучами. Установка обеспечивает дости­жение высокой степени адгезии между пенопластом и облицовками [ПО, 162, 186, 190,203].

Аналогичные установки применяются для получения панелей с наружными слоями из готового стеклопласти­ка [191] или волокнистых слоев в виде стеклохолста, минеральных волокон, которые после вспенивания пено­пласта пропитывают полимером [184].

Для обеспечения лучшей адгезии образующегося пе­нопласта к наружным облицовочным слоям наружные облицовочные листы в процессе непрерывного изготов­ления с внутренней стороны покрывают слоем клейкой композиции [222].

Существуют установки для непрерывного изготовле­ния слоистых конструкций с армированным пенопласто­вым слоем. На облицовочные листы в виде тонкой плен­ки наносят пенополиуретановый состав. Находящиеся на определенном фиксированном расстоянии один от друго­го листы проходят через зону армирования, в которой армирующие элементы (например, стержни) направля­ются с той же скоростью вдоль движения листов и вхо­дят в пространство между ними.

Листы и армирующие элементы направляются в зону вспенивания, где образуется пенопласт. Затем панель проходит через зону сжатия, в которой под депствием определенного давления ей придается требуемая толщи­на [163].

Пенополиуретановый средний слой может быть ар­мирован также волокнами. Непрерывно под| отопляе­мую смесь полиуретана охлаждают до прекращения вспенивания и ровным слоем наносят на <нижнюю дви­жущуюся ленту конвейера. Пенопласт между лентами конвейера подогревают до температуры вспенивания. Па­раллельно верхней и нижней поверхностям образующе­гося пенопласта вводят слой гибких разрозненных воло­кон, придающих пенопласту дополнительную прочность. Волокна вводят до начала вспенивания комнонщпн. Угол введения регулируют. Затем ленту конвейер i не­сколько сжимают, чтобы выдавить излишек смолы и впрессовать вспенивающуюся композицию в пространст­во между волокнами и вокруг волокон. Пенопласт сох­раняет обычную пористость в промежутке между волок­нами [172]. Для армирования пенопластового слоя при продвижении наружных листов между ними до образо­вания пенопласта из жидкой вспенивающейся компози­ции вводят ребра жесткости. В результате получают слоистую панель, в которой вспененный слой связан с об­лицовочными листами и ребрами жесткости [165].

Армированный пенополиуретан повышенной прочно­сти можно получить следующим образом. Вспенивающу­юся композицию подают между непрерывно перемеща­ющимися наружными листами, каждый из которых опи­рается на ролик с регулируемой температурой. После вспенивания и отверждения пенополиуретановой компо­зиции при воздействии на нее тепла конструкцию из пе­нопласта и облицовочных листов разрезают на множе­ство узких частей равной ширины. Каждую из получен­ных частей поворачивают на 90°, после чего эти части спрессовывают и склеивают друг с другом, в резуль­тате чего образуется сердечник из пенополиуретана, ар­мированный множеством равноудаленных параллель­ных отрезков листа. Облицовочные листы наслаивают на верхнюю и нижнюю поверхности сердечника [173].

Изготовление конструкций одностадийным способом с одновременным образованием пенопластового слоя и формованием наружных слоев. Применяемые в послед­ние годы пенопласты заливочного типа — пенополиуре­таны, феноло-формальдегидные и другие композиции — позволяют изготовлять трехслойные панели с пенопла­стовым заполнением и одним или двумя наружными сло­ями из стеклопластика в одну стадию с комплексным использованием развивающегося при вспенивании давле­ния н выделяющегося при отверждении тепла.

Давление, развивающееся при вспенивании компози­ции в полости формы, может использоваться не только для обеспечения надежной адгезии образующегося пено­пласта к соседним слоям конструкции, но и для уплот­нения рыхлого слоя неотвержденного стеклопластика.

Тепло, выделяющееся, например, прн отверждении резольиого феноло-формальдегидного пенопласта или пенополиуретана, может способствовать значительному ускорению процесса отперждеиня термореактпвного сви - зующего наружного слоя, сокращая время изготовления конструкции в целом.

Метод особенно удобен при изготовлении изделий сложной конфигурации из стеклопластика и пенопласта (рис. 75). На внутреннюю поверхность формы, предва­рительно обработанную антиадгезионным составом, на­носят композицию стеклонаполнителя и активированного

Связующего. Затем форма смыкается и внутрь ее пода­ют вспениваемую композицию. Если изготовляется па­нель с внутренним слоем из готового листового матери­ала, например асбестоцемента, древесностружечной пли­ты и т. д., то этот слой укладывают на форму после на­несения композиции стеклонаполнителя со связуюшим.

Закладные детали, предназначенные для крепления, навешивания и монтажа панели на несущие конструк­ции здания, могут устанавливаться на неуплотиеипый стеклопластиковый слой до укладки листового наружно­го слоя или прикрепляться к последнему и укладывать­ся в форму вместе с ним.

Заполненную таким образом форму устанавливают в специальное зажимное устройство, способное проти­востоять развивающемуся при вспенивании давлению, и выдерживают до завершения процесса вспенивания и отверждения пенопластового слоя панели. После отвер­ждения стеклопластикового слоя панель извлекают из формы. Давление во внутренней полости конструкции при вспенивании композиции зависит от химического со­става вспениваемой композиции, количества ее, конфи­гурации изделия, объемного веса образующегося пено­пласта и других факторов и может регулироваться в до­статочно широких пределах, достигая довольно значи­тельных величин—10—15 кгс/см2. Псе другие парамет­ры процесса—температуру, скорость вспенивания и от­верждения и др.-—можно регулировать, подбирая соот­ветствующие исходные материалы и их соотношения. Оп­тимальное давление составляет 2—5 кгс/см2, при таком давлении образуется пенопласт, обладающий малой теп­лопроводностью и достаточно хорошей прочностью. Од­новременно достигается высокая прочность стеклопла­стика и надежное соединение слоев панели. При боль­шем давлении, обеспечивающем незначительное повы­шение прочности, конструкция «поддерживающих» форм очень усложняется [53, 87].

Так как вспениваемая композиция может проникать между волокнами армирующего материала наружного слоя, между слоем армирующего материала со связую­щим и вспенивающейся композицией прокладывают изо­лирующий слой — пленочный материал или специальное лаковое покрытие, образующее тонкую гибкую пленку на поверхности волокнистого наполнителя. Лаковые по­крытия представляют собой растворы или суспензии по­лимеров в высоколетучем растворителе, например ра­створы нитрата целлюлозы, винилацетата и др. [168, 193].

В каждом конкретном случае конструкция оснастки для изготовления панелей может быть различной, но во всех случаях она весьма проста. Конструкционными ма­териалами для формы могут быть дерево, металл, стек­лопластик или их сочетания. Весьма удобными, особен­но при изготовлении изделий сложной конфигурации, являются формы, оформляющая поверхность которых выполнена из стеклопластика. Стеклопластиковый под­дон для формы изготовляют на деревянном или гипсо­вом макете с последующей обработкой. Для изготовле­ния макета можно использовать листовое стекло, слоис­тый пластик, гофрированные металлические листы и пр.

Таким образом, «одностадийный» метод состоит в одновременном образовании пенопластового слоя и, по крайней мере, одного m наружных слоев из термоцеак - тпвного связующего, армированного или неармирован - ного. Поскольку образование пенопластового н наруж­ного слоя идет одновременно, на их границе не возника­ет внутренних напряжений и качество изделий улучша­ется.

Этот способ производства может быть периодическим н непрерывным.

Разработаны установки для непрерывного производ­ства многослойных конструкций одностадийным спосо - 2 3 h 5 1

Бом: на бесконечную ленту транспортера разматывает­ся целлофан, наносится необходимой толщины слой руб­леного волокна и активированное термореактнвное свя­зующее, затем подается вспенивающаяся композиция (рис. 76). Одновременно иа верхнюю ленту конвейера наносят рубленое волокно, термореактивное связующее, вспенивающуюся композицию. Затем» композиция вспе­нивается, образуя средний пенопластовый слой, и одно­временно оформляются и отверждаются наружные сте - клопластиковые слои. По выходе с конвейера панель на­резается на отрезки 'необходимой длины. На установке могут быть получены панели с оформленными торцовы­ми сторонами. В качестве термореактивных связующих для наружных слоев конструкции применяют полнэфир - ные, эпоксидные и другие полимеры, которые армируют стеклянными или минеральными волокнами.

Разработанные в настоящее время технологические способы и оборудование позволяют изготовлять панели из пластмасс или с применением пластмасс, например пенопластов, практически любых размеров и различной конфигурации.