Производство плит из пенополиуретана

Саратовский государственный технический университет

Строительно-архитектурно-дорожный институт

Кафедра: «Производство строительных изделий  и конструкций» 
 
 
 
 

Производство  теплоизоляционных  плит из пенополиуретана

Пояснительная записка к курсовому проекту  по дисциплине

«Технология теплоизоляционных строительных материалов и изделий» 
 
 
 
 
 

Содержание

Реферат              3

Введение             4

1. Анализ существующих технологий производства изделий  
1. Номенклатура, характеристика изделия     7
2. Состав сырьевой смеси        14
3. Выбор и обоснование технологического способа производства  17
4. Новое в производстве изделия      19
2. Технологическая часть
1. Режим работы предприятия       22
2. Расчет производительности предприятия     23
3. Подбор состава сырьевой смеси      24
4. Расчет потребности предприятия в сырьевых материалах  25
5. Выбор потребного количества технологического оборудования 27
6. Расчет складов сырьевых материалов и готовой продукции  29
7. Разработка технологии производства     30
3. Контроль производства и качества выпускаемой продукции   34
4. Охрана труда на предприятии       35
5. Теплотехнический расчет ограждающей конструкции    38

Заключение           41

Список  литературы          42

Реферат

       Данный  курсовой проект состоит из пояснительной  записки, содержащей 42 листов печатного текста, основанного на 5 литературных источниках, и графической части, состоящей из одного листа формата А1. Пояснительная записка включает в себя 12 таблиц. 
 
 

             Ключевые слова: теплоизоляционный материал, технология производства, состав сырьевой смеси, контроль производства, пенополиуретановые панели, теплоизоляция. 
 
 

             Целью данного курсового  проекта былоразработать технологическую линию и запроектировать предприятие по производству теплоизоляционных плит из пенополиуретана производительностью           70000 м³/год. В проекте приведены информация о выпускаемом изделии, сырьевых материалах, выбранной технологии производства, а также технологическая часть, в которой произведены все необходимые для проектирования расчеты. 

Введение

       Одна  из самых острых проблем в мире – экономия и эффективное использование  энергоресурсов. Особенно это актуально  для нашей страны, имеющей протяженные  территории в северных и умеренных  широтах. Из-за недостаточной теплозащиты  зданий в год теряется до 45 % всех энергоресурсов. Ущерб исчисляется  многими миллиардами рублей. По оценкам  специалистов Госстроя, только для  жилищного сектора требуется 30 миллионов  кубометров эффективных утеплителей  в год. А в России пока производится 8 миллионов кубометров различных  теплоизоляционных материалов в  год.

       Все более широкое распространение среди теплоизоляционных материалов получают газонаполненные полиуретаны (пенополиуретаны). В силу своей технологичности, во всем мире заслужено, признан полимером № 1.

       Высокая технологичность обуславливает  широкий спектр применения ППУ:

       1. Холодильная техника (тепло-, хладоизоляция  бытовых и торговых холодильников  и морозильников, складов-хранилищ  пищевых и сельхозпродуктов);

       2. Транспортная холодильная техника  (тепло-, хладоизоляция авторефрижераторов, железнодорожных вагонов – рефрижераторного  типа «термос»);

       3. Строительство быстровозводимых  промышленных и гражданских объектов (теплоизолирующая и несущая способность  жестких ППУ в составе сендвич-конструкций);

       4. Строительство и капитальный  ремонт жилых зданий, индивидуальных  домов, коттеджей (теплоизоляция наружных стен, внутренняя изоляция кровли, изоляция оконных проемов, дверей и т.д.);

       5. Промышленное и гражданское строительство  (наружная гидро-и теплоизоляция  кровли жестким ППУ методом  напыления);

       6. Трубопроводный транспорт (теплоизоляция  мазуто- и нефтепроводов, высокоэффективная  изоляция низкотемпературных трубопроводов  на объектах химии методом  заливки под предварительно смонтированный  кожух);

       7. Тепловые сети населенных пунктов  (теплоизоляция жестким ППУ трубопроводов  горячего водоснабжения при новой  прокладке или при капитальном  ремонте с использованием различных  технологических приемов методами  заливки и напыления).

       Нанесенная  таким образом изоляция позволяет  создать монолитное, полностью гидроизолирующее покрытие трубы. Дополнительной защиты не требуется – только покраска для защиты от прямых солнечных лучей.

       В мире существует ряд показателей, которые  свидетельствуют о степени развитости государства. Северная Америка потребляет 5 кг полиуретанов на душу населения, Азия – 0,6 кг, Япония – 4 кг, Европа со средним  Востоком и Африкой потребляют 1,8 кг, в самой Европе в среднем  около 4 кг, а в России – чуть меньше 1 кг.

       В России еще до сих пор многие не верят, что ППУ – материалы  с отличными теплоизоляционными свойствами. В Западной Европе в 2000 году было выпущено 85 млн. кв. м панелей, из них 95 % с ППУ утеплителем. Работы на заводах не останавливались даже в летний период, поскольку был  большой спрос на эти панели. В  России происходило все наоборот – бум был на панели с минеральной ватой.

       Есть  такой показатель: условная экономия энергии через 50 лет. Если ППУ при  эксплуатации могут достигнуть этого  срока, то срок жизни минваты –  максимум 15 лет. В условной экономии между этими материалами существенная разница. Цена конструкции, когда мы сравниваем ППУ и минвату, практически  одна и та же. Только вес конструкции  с минватой больше, стоимость монтажных  работ значительно выше, разрешающая  нагрузка составляет примерно 20-30 % разрешающей  нагрузки ППУ.

       Если  сравнивать данные по применению различных  теплоизоляционных материалов в  строительстве за 2003 год, то ППУ в  Европе составляют 7-8 %, в России – 1 %. Доля ППУ в составе панелей  в Европе – 95 %, в России – 5 %.

       Комментарии излишни, но безграничный потенциал  использования пенополиуретана  в России бесспорен.[4]

       1. Анализ существующих  технологий производства  изделий

1.1. Номенклатура, характеристика изделия

       ППУ панели теплоизоляционные представляют собой плиты, выполненные из жесткого пенополиуретана. Они изготавливаются как с прямыми углами, так и с замками «в четверть» для удобства крепежа и дополнительного увеличения теплоизоляционных характеристик.

       ППУ панели имеют однородную структуру по всему объему. Допускаются небольшие воздушные полости от 2 до 5 мм.

       ППУ панели изготавливаются как без покрытия, так и с односторонним и двухсторонним покрытием. Покрытие ППУ панелей позволяет увеличить их прочностные характеристики и защитить от воздействия ультрафиолета. В качестве покрытия применяются крафт-бумага, фольга, армофол, стеклопластиковая ткань.

       Как и все изделия из жесткого пенополиуретана, ППУ панели обладают минимальной теплопроводностью. Коэффициент теплопроводности ППУ панелей составляет 0,21 Вт/(м·K). Такие панели отличаются небольшим весом, поэтому монтаж ППУ панелей не вызывает большого труда. Жесткий пенополиуретан, из которого сделаны ППУ панели достаточно прочный, но не хрупкий. Он обладает неплохой эластичностью, выдерживая значительные нагрузки. ППУ панели изготавливаются из пенополиуретана, обладающего структурой с закрытой пористостью, поэтому такие изделия обладают минимальным паро- и влагопоглощением. ППУ панели достаточно прочные, но в то же время легко поддаются механической обработке. Благодаря этим свойствам, ППУ панели находят широкое применение в различных сферах строительства, производстве холодильного оборудования и других направлениях. ППУ панели эффективны при теплоизоляции как жилых, так и промышленных помещений. В отличие от напыления пенополиуретана, теплоизоляция с помощью ППУ панелей не зависит от температурного режима, погодных условий и не предусматривает защиты от аэрозольного тумана, возникающего при напылении. Панели из пенополиуретана имеют гладкую поверхность, поэтому такая теплоизоляция ППУ панелями образует одинаково ровную поверхность по всей площади.  

Рис. 1. Теплоизоляция жилых  зданий с помощью  ППУ панелей

       Такие панели почти не утяжеляют общую  конструкцию. Самый малый коэффициент  теплопроводности из всех известных  материалов, позволяет сократить  толщину самой изоляции, а как  следствие, экономия полезного объема. Такой полезный момент используется не только при теплоизоляции зданий и помещений, но и при производстве холодильного оборудования, бытовых  морозильных камер, холодильников, термоавтофургонов и т.п. Правильно  смонтированные ППУ панели будут служить не только превосходной тепло-, но и паро-, гидроизоляцией. ППУ панели не подвержены воздействию влаги, плесени, микроорганизмов и мелких грызунов. Панели из пенополиуретана экологически безопасны, безвредны для человека, животных и окружающей среды. Срок службы изделий из жесткого пенополиуретана составляет 20 лет, а срок службы защищенных от действия ультрафиолета ППУ панелей до 2 раз больше. 

       Геометрические  размеры, вид:

• длина (ширина) 2500х1600 мм;
• толщина изоляции 30 – 100 мм;
• оформленные продольные и поперечные стыки препятствуют возникновению «мостиков холода».

Таблица 1. Свойства теплоизоляционных ППУ панелей

ПРИМЕРЫ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ППУ  ПАНЕЛЯМИ 

Утепление грунтов оснований

Рис.2. Утепление грунтов оснований

ППУ панелями 

1. Отмостка 
2. Обратная засыпка 
3. ППУ панели 
4. Стена подвала 
5. Фундамент 
6. Щебень 
7. Грунт 
8. Песок 
9. Гидроизоляция 
10. Цементно-песчаная стяжка 
 

Утепление подвалов и фундаментов

Рис.3. Утепление подвалов и фундаментов

ППУ панелями 

1. Обратная засыпка 
2. Стена подвала 
3. Фундамент 
4. Песок 
5. Щебень 
6. ППУ панели 
7. Полиэтиленовая пленка 
8. Бетонное основание под пол 
9. Гидроизоляция 
10. Цементно-песчаная стяжка 
 

Полы  по грунту

Рис. 4. Утепление  полов по грунту

ППУ панелями (способ 1)

1. Цементно-песчаная стяжка 
2. Гидроизоляция мастичная 
3. Армированная цементно-песчаная стяжка 
4. Электронагревательный элемент 
5. Полиэтиленовая пленка 
6. ППУ панели 
7. Плита перекрытия 
 

Рис. 5. Утепление  полов по грунту

ППУ панелями (способ 2)

1. Цементно-песчаная стяжка 
2. Полиэтиленовая пленка 
3. ППУ панели 
4. Плита перекрытия 
 
 

Полы  над холодными  подвалами и проездами

Рис.6. Утепление полов над холодными перекрытиями ППУ панелями

1. Цементно-песчаная стяжка 
2. Гидроизоляция мастичная 
3. Армированная цементно-песчаная стяжка 
4. Электронагревательный элемент 
5. Полиэтиленовая пленка 
6. ППУ панели 
7. Плита перекрытия 
 

Полы  с подогревом

  Рис.7. Полы с  подогревом и ППУ  панелями

  1. Бетонный пол 
  2. Армированная цементно-песчаная стяжка 
  3. Фольгоизол по битумной грунтовке 
  4. Полиэтиленовая пленка 
  5. ППУ панели 
  6. Цементно-песчаная стяжка 
  7. Уплотненный песок 
  8. Бетонная подготовка с электронагревателями 
  9. Цементно-песчаная стяжка 
10. Гидроизоляция 
11. Стяжка из бетона под гидроизоляцию 
12. Уплотненный грунт 
13. Грунт 

Стены

Рис.8. Теплоизоляция стен ППУ панелями (способ 1)

1. Кирпич 
2. Обрешетка 
3. ППУ панели 
4. Сетка строительная 
5. Штукатурка 
 
 
 
 

Рис.9. Теплоизоляция  стен ППУ панелями (способ 2)

1. Панель навесного фасада 
2. ППУ панели 
3. Механическое крепление плиты 
4. Кирпич 
5. Внутренняя штукатурка 
 
 
 
 

Рис.10. Теплоизоляция  стен ППУ панелями (способ 3)

1. Кирпич 
2. ППУ панели 
3. Кирпич 
4. Внутренняя штукатурка 
 
 
 
 
 

Инверсионные  кровли

Рис.11. Теплоизоляция  крыш зданий при помощи

ППУ панелей (способ 1)

1. Растительный слой 
2. Фильтрующий слой из геотекстиля 
3. Щебень 
4. Противокорневой слой из геотекстиля 
5. ППУ панели 
6. Точечная приклейка теплоизоляции 
7. Гидроизоляция 
8. Уклонообразующая цементно-песчаная стяжка 
9. Плита перекрытия 
 

Рис.12. Теплоизоляция  крыш зданий при помощи

ППУ панелей (способ 2)

1. Камень брусчатый 
2. Слой песка 
3. Слой щебня 
4. Фильтрующий слой из геотекстиля 
5. ППУ панели 
6. Гидроизоляция 
7. Цементно-песчаная стяжка 
8. Плита перекрытия 

Покрытие  из профнастила по балкам

Рис.13. Теплоизоляция  крыш зданий при помощи

ППУ панелей (способ 3)

1. Стена 
2. Парапет 
3. Дополнительные слои 
4. Основной кровельный ковер 
5. Уклонообразующая стяжка 
6. ППУ панели 
7. Пароизоляция 
8. Плита перекрытия

Рис.14. Теплоизоляция крыш зданий при помощи

ППУ панелей (способ 4)

1. Профилированный лист 
2. ППУ панели 
3. Прогон 
4. Балка перекрытия 
 
 
 

Мансарды

Рис.15. Утепление  мансарды с помощью  ППУ панелей

1. Потолочная рейка 
2. Внутренняя отделка потолка 
3. Пароизоляция 
4. ППУ панели 
5. Кровельный материал 
6. Гидроизоляционная пленка 
7. Стропила 
8. Движение воздуха 
 
 
 

Таблица 2. Сравнение ППУ панели с альтернативным

теплоизоляционным материалом

       [4]

1.2. Состав сырьевой смеси

       Пенополиуретаны получают беспрессовым методом в  результате взаимодействия диизоцианатов  с полиэфирами в присутствии соответствующих катализаторов, воды, эмульгаторов и других добавок.

       Выбор диизоцианата для получения пенополиуретана  обусловливается следующими основными требованиями: реакционной способностью; температурой его плавления; доступностью и стоимостью; токсичностью.

       Наибольшее распространение для получения пенополиуретанов нашли толуилендиизоцианаты (смесь изомеров 2,4 и 2,6 ), замещенные диизоцианаты (ДУДЭГ и ДУДЭГ-2), полиизоцианаты.

       Для получения пенополиуретанов обычно применяют простые и сложные полиэфиры с концевыми гидроксильными группами и малым кислотным числом (<5).

       Для получения жестких пенополиуретанов используют разветвленные полиэфиры, изготовляемые поликонденсацией дикарбоновых кислот с триодами или смесью триолов и диолов. Обычно в качестве карбоновых кислот применяют смеси (адипиновой и фталевой кислот; адипиновой и себационовой и др.) Широкое применение для получения жестких пенопластов нашли и простые полиэфиры.

       Для изготовления самозатухающихпенополиуретанов в качестве полиэфирного сырья применяют фосполиолы– фосфорсодержащие олигомеры с количеством фосфора не менее 10% и групп ОН – 10-15%.

       Процесс образования пенополиуретанов протекает в присутствии катализаторов, благодаря которым появляется возможность согласовывать реакции образования полиуретана, его вспенивания и отверждения. В качестве катализаторов можно применять различные вещества: третичные амины (триэтиламин, триэтаноламин, диметилбензиламин), щелочи, соли жирных и органических кислот, феноляты натрия, соединения олова и др.

       В качестве эмульгаторов техническое  применение получили следующие вещества: эмульгаторы ОП-7 и ОП-10, эмульгаторВНИИЖа, эмульгаторSiили КЭП.

       Кроме указанных выше компонентов в  состав композиции для получения  пенополиуретанов могут входить дистиллированная вода, газообразователи (фреоны 11 или 113), регуляторы пористости (ализариновое, парафиновое или силиконовое масла), антипирены (трехокись сурьмы Sb₂O₃, поливинилхлорид, трихлорэтилфосфатOP—(OC₂H₄Cl)₃,винифос–β, β'-дихлорэтиловый эфир винилфосфиновой кислоты и др. вещества), органические красители.

       Рецептуры для получения эластичных и жесткихпенополиуретановнепрерывным методом, выбранным для рассмотрения в данном курсовом проекте, приведены в табл. 3.

       Следует отметить, что приведенные в табл. 3 рецептуры являются ориентировочными, так как в зависимости от качества и вида применяемых компонентов они требуют уточнения и опытной проверки на вспенивание.[1] 

Таблица 3. Рецептура для  получения пенополиуретанов (об. ч)