Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Цех по производству изделий из полимербетона на основе полиэфирной смолы ПН-1

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)

кафедра строительных материалов и специальных технологий

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу: «Технология отделочных и изоляционных материалов на основе полимербетонов».

тема: «Цех по производству изделий из полимербетона на основе полиэфирной смолы ПН-1».

Выполнил: Данилов М.Н.

студент гр. 563

Руководитель проекта: Иноземцева С.А.

Новосибирск 2010

Пояснительная записка к курсовому проекту

по курсу: «Технология отделочных и изоляционных материалов на основе полимербетонов».

тема: «Цех по производству изделий из полимербетона на основе полиэфирной смолы ПН-1. П_год = 4,0 тыс. м³ в год».

КП.ПСМиК.05-ПЗ.Р-2010

Проектная разработка

КП.ПСМиК.05-ПЗ.Р-2010

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………	1
1 НОМЕНКЛАТУРА ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ ………………………………….	4
2 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ …………………………………………………………….	5
3.1 Связующее вещество …………………………………………………………………	5
3.2 Инициатор твердения …………………………………………………………………	8
3.3 Ускоритель твердения ………………………………………………………………...	8
3.4 Заполнитель …………………………………………………………………………...	8
3.5 Наполнитель …………………………………………………………………………...	9
3 ВЫБОР СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИМЕРБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ …………	10
3.1 Выбор способа производства ………………………………………………………...	10
3.2 Описание технологии производства …………………………………………………	11
4 РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПОТОКА ……………………..	13
4.1 Состав полимербетона ………………………………………………………………..	13
4.2 Режим работы цеха ……………………………………………………………………	14
4.3 Материальный поток ………………………………………………………………….	15
5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СКЛАДОВ ………………………………………………………...	17
5.1 Склад сырья …………………………………………………………………………...	17
5.2 Склад готовой продукции ……………………………………………………………	18
6 ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕТОНОСМЕСИТЕЛЬНОГО УЗЛА ……………………………	20
7 РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ …..	21
7.1 Формы ………………………………………………………………………………….	21
7.2 Камера тепловой обработки ………………………………………………………….	23
8 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ………………………………………………………………….	24
9 ОХРАНА ТРУДА …………………………………………………………………………..	26
ЛИТЕРАТУРА ………………………………………………………………………………...	29

ВВЕДЕНИЕ

Повышение требований к эксплуатационным характеристикам строительных изделий способствовало разработке целого ряда новых композиционных материалов.

В настоящее время широко используются материалы, сочетающие важнейшие свойства природных высокопрочных материалов с относительно простыми способами получения конструктивно сложных изделий. Одной из разновидностей таких материалов являются полимербетонные композиции.

Полимербетоном называют искусственный композиционный материал, представляющий собой затвердевшую смесь полимерного связующего, заполнителей, мелкодисперсного наполнителя и специальных добавок.

Полимерные связующие – это синтетические или природные органические вещества, способные самопроизвольно или под действием различных факторов (веществ-отвердителей, температуры и др.) переходить из жидкого состояния в твердое, и как в жидком состоянии, так и после отвердевания, имеющие хорошую адгезию к другим материалам.

Полимерные связующие в исходном состоянии могут быть высокомолекулярными веществами – так называемыми олигомерами или низкомолекулярными веществами – мономерами. Однако все они в процессе отвердевания переходят в высокомолекулярные полимерные вещества.

В зависимости от отношения к нагреванию и потенциальной способности к укрупнению (сшивке) молекул различают термопластичные и термореактивные вещества.

Термопластичные вещества при нагревании переходят из твердого состояния в жидкое (плавятся), а при охлаждении вновь затвердевают, причем такие переходы могут повторяться много раз.

Термореактивными называют вещества у которых переход из жидкого состояния в твердое происходит необратимо.

В качестве связующего в полимербетоне обычно применяются фурановые, полиэфирные, эпоксидные, фенолоформальдегидные смолы; иногда используются кумароноинденовые, поливиниловые смолы и некоторые другие полимеры.

Заполнителями служат кварцевые и керамзитовые пески, гравий, щебень, керамзит, перлит, бой кирпича, бетона, стекла и вообще зернистые материалы, в том числе вторичного использования.

В целях снижения расхода связующего и стоимости изделий, а также для регулирования их свойств в полимербетон вводят мелкодисперсный наполнитель с размером частиц менее 0,15 мм (баритовая, кварцевая, андезитовая мука и др.).

Степень наполнения полимербетонной композиции минеральными наполнителями и заполнителями может доходить до 90-95 % массы.

В состав полимербетона могут входить также пластификаторы, растворители, разбавители, порообразователи, ПАВ, антипирены, красители и т.п.

Рациональный выбор связующего, наполнителей, заполнителей и добавок позволяет получать полимербетоны с необходимыми свойствами. Теоретические основы подбора составов полимербетонов рассматриваются исходя из условий достижения наибольшей плотности и наименьшего расхода синтетического связующего при сохранении высоких показателей прочностных и других физико-механических свойств материала.

Приготовление полимербетонных смесей является в большей мере физико-химическим, чем технологическим процессом. Это обуславливает повышенные требования к качеству и составу исходных материалов, точности дозировок и соблюдению технологического режима и последовательности операций.

По сравнению с традиционными бетонами на минеральном вяжущем полимербетоны обладают следующими преимуществами: сравнительно кратковременным циклом изготовления, более высоким пределом прочности при изгибе и растяжении, повышенной трещиностойкостью, стойкостью к воздействию большинства промышленных агрессивных сред и окружающей среды, стойкостью к истиранию, хорошей адгезионной способностью ко многим строительным материалам. Не маловажным преимуществом полимербетона является его абсолютная водонепроницаемость, обеспечивающая высокую морозостойкость.

Инертность полимербетонов по отношению к агрессивным химическим средам является одним из определяющих качеств среди общего перечня их положительных свойств. Химическая стойкость полимербетонов находится в непосредственной зависимости от химической стойкости связующего, наполнителей и заполнителей, их физико-механического взаимодействия в контактной зоне, плотности структуры в целом, а также технологических условий получения и эксплуатации.

Высокие показатели физико-механических свойств наполненных полимерных композиций могут быть получены при условии достаточной прочности адгезионных связей синтетического связующего с поверхностью наполнителей и заполнителей.

Полимербетон называют «искусственный камень» из-за его прочности и внешнего сходства.

Полимербетоны значительно дороже обычного бетона. Однако благодаря некоторым, не присущим обычным бетонам свойствам (например, высокой и универсальной химической стойкости), полимербетоны успешно применяются в специальном строительстве: конструкциях зданий химической и пищевой промышленности, при устройстве полов промышленных и общественных зданий с тяжелыми условиями эксплуатации и др.

В настоящее время область применения полимербетонов непрерывно расширяется. Полимербетоны с мелким заполнителем применяются в качестве гидроизоляционных и защитных покрытий. Из полимербетонов с лёгким заполнителем, например керамзитовым или перлитовым песком, изготавливаются теплоизоляционные плиты. Полимербетоны используются также для изготовления неармированных тонкостенных изделий и различных строительных конструкций. Благодаря своим декоративным свойствам полимербетон широко используется как отделочный материал.

1 НОМЕНКЛАТУРА ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ

В проектируемом цехе изготавливаются подоконные доски (ТУ 21-26(1)-175-88) из полимербетона на основе полиэфирной смолы ПН-1. Номенклатура выпускаемых цехом изделий приведена в таблице 1.

Таблица 1

Номенклатура выпускаемых цехом изделий

Марка изделия	Габаритные размеры, мм			Расход полимербетона на одно изделие, м³	Доля в объеме произв. цеха, %
Марка изделия	L	B	H	Расход полимербетона на одно изделие, м³	Доля в объеме произв. цеха, %
ПД-1	1500	400	20	0,0120	40
ПД-2	1500	600	20	0,0180	40
ПД-3	1600	400	20	0,0128	20

Производительность цеха равна 4000 м³ полимербетона в год.

Усредненный объем изделия, м³:

где	V_i	–	объем изделия каждой марки, м³;
	n_i	–	доля выпуска изделия каждой марки в общем объеме выпуска продукции, %.

Производительность по каждому виду изделий приведена в таблице 2.

Таблица 2

Производительность по каждому виду изделий

Марка изделия	Годовая производительность
Марка изделия	м³	шт
ПД-1	1600	133333
ПД-2	1600	88888
ПД-3	800	62500
Всего	4000	284721

2 ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ

Для приготовления полимербетона используются следующие материалы: связующее вещество – полиэфирная смола ПН-1, заполнитель – кварцевый песок, наполнитель – мраморная мука, отвердитель – гипериз, ускоритель твердения – нафтенат кобальта.

2.1 Связующее вещество

Смола ПН-1 (ГОСТ 27952-88) относится к классу полиэфирмалеинатных смол.

Полиэфирмалеинаты – продукты реакции поликонденсации многоатомных спиртов с ненасыщенными двухосновными органическими кислотами или их ангидридами.

Полиэфирная смола ПН-1 – продукт поликонденсации диэтиленгликоля с ангидридом малеиновой кислоты:

n(HO-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH) + n(HOOC-CH=CH-COOH) →

H-[-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-OC-CH=CH-CO-]n-OH + (2n-1)H₂O.

Ненасыщенная полиэфирмалеинатная смола, получаемая в результате этой реакции, является олигомером.

Для уменьшения реактивности и увеличения эластичности вводятся двухосновные кислоты: фталевая, себациновая, адипиновая и др. Для уменьшения вязкости композиции в нее вводятся небольшие количества одноосновных органических кислот или одноатомных высокомолекулярных спиртов.

Полиэфирмалеинаты, получаемые при взаимодействии малеиновой кислоты с диэтиленгликолем, способны к полимеризации и сополимеризации.

Отверждение полиэфирной смолы происходит в результате реакции сополимеризации полиэфирмалеината с жидким мономером при нагреве или под действием инициаторов и ускорителей.

В качестве мономера в смоле ПН-1 используется стирол, который одновременно является растворителем.

Ненасыщенный полиэфир, растворенный в стироле, в присутствии отвердителя и ускорителя твердения превращается в твердый полимер без выделения побочных продуктов реакции. Вследствие этого изготовление различных изделий на основе этой смолы не требует применения высоких давлений и температур.

В результате реакции сополимеризации происходит соединение линейных цепочек полиэфира «сшивающими мостиками» образованными молекулами мономера. При этой реакции полиэфирная смола отверждается с образованием твердого продукта, имеющего пространственное строение. Полиэфирмалеинаты – термореактивные смолы.

Реакция сополимеризации полиэфира со стиролом под действием инициирующих добавок сопровождается значительным экзотермическим эффектом.

В качестве инициатора твердения используются следующие вещества: гипериз (гидроперекись изопропилбензола), перекись метилэтилкетона в диметилфталате, раствор октоата кобальта в стироле, перекись циклогексана, перекись бензоила и др.

Вкачестве ускорителя твердения используется 10%-й раствор нафтената кобальта в стироле или диметиланилин.

Полиэфирные насыщенные смолы в композиции со стиролом и инициатором твердения склонны к преждевременному повышению вязкости вследствие процесса полимеризации. В целях предотвращения этого явления в композицию при изготовлении вводятся специальные ингибиторы: гидрохинон, хингидрон и др. Ингибитор должен, с одной стороны, препятствовать преждевременному загустеванию состава при нормальной температуре, но не тормозить реакцию полимеризации при повышенной температуре, когда это необходимо по условиям производства.

Инициатор и ускоритель твердения вводятся в композицию непосредственно перед употреблением, так как компаунд сохраняет свою текучесть весьма ограниченное время (от нескольких минут до нескольких часов, в зависимости от состава смолы, количества отвердителя и ускорителя твердения, температуры).

Во избежание загорания и взрыва запрещается смешивания инициатора и ускорителя твердения. Отверждающие добавки необходимо вводить поочередно: сначала инициатор, затем после смешивания со смолой добавляется ускоритель.

Характерная рецептура связующего на основе полиэфирмалеинатной смолы ПН-1, частей по массе:

смола ПН-1 – 100;
гипериз – 3-4;
нафтенат кобальта (10%-ный раствор в стироле) – 8.

Основные характеристики полиэфирмалеинатной смолы ПН-1 приведены в таблице 3.

Таблица 3

Основные характеристики смолы ПН-1

Показатель	Значение
Плотность при 20 °C, г/см³	1,12-1,15
Вязкость при 25 °C по ВЗ-246 (диам. 6 мм), с	16-31
Жизнеспособность при 20 °C, мин	60-120
Время желатинизации при 25 °C, мин	5-28
Время полного отвердевания, сут	5-7
Максимальная температура в процессе отверждения, °C	160
Содержание стирола, %	30-33
Свойства отвержденной смолы
Предел прочности при сжатии, МПа	130-140
Предел прочности при растяжении, МПа	40-65
Предел прочности при изгибе, МПа	50-70
Относительное удлинение при растяжении, %	3-6
Модуль упругости при изгибе, МПа·10³	2,2-2,8
Удельная ударная вязкость, кДж/м²	6-10
Твердость по Бринеллю, кгс /см²	8-12
Объемная усадка, %	8,5-9,2
Теплостойкость по Мартенсу, °C	45-55
Теплостойкость по Вика, °C	85-120
Водопоглощение за 24 ч, %	0,03-0,05

Полиэфирная смола ПН-1 представляет собой прозрачную жидкость от светло-желтого, желтого или темно-желтого цвета без посторонних включений.

Смола ПН-1 является полиэфирной смолой общего назначения. Она имеет среднюю реакционную способность, обладает низкой вязкостью, изделия из полиэфирной смолы ПН-1 имеют повышенную ударную прочность. Легко окрашивается в различные цвета.

2.2 Инициатор твердения

В качестве инициатора твердения используется гипериз (гидроперекись изопропилбензола).

Гипериз – прозрачная маслянистая жидкость светло-желтого цвета с резким устойчивым запахом.

Изопропилбензола гидропероксид – взрывоопасное вещество. Гипериз бурно разлагается при взаимодействии с окислами свинца и различными кислотами.

Во избежание взрыва запрещается хранить в непосредственной близости и смешивать с ускорителем твердения – нафтенатом кобальта.

2.3 Ускоритель твердения

В качестве ускорителя твердения используется 10%-й раствор нафтената кобальта в стироле.

Содержание кобальта в зависимости от марки может варьироваться от 0,6 до 2,0 %. Ускорители с наибольшим процентным содержанием кобальта применяются для отверждения смол с низкой реакционной способностью.

Плотность при 20ºС – 0,90-0,95 г/см³.

Ускоритель представляет собой маловязкую жидкость от розового до темно-фиолетового цвета.

Во избежание взрыва запрещается хранить в непосредственной близости с перекисными инициаторами (например, гипериз).

2.4 Заполнитель

В качестве заполнителя для полимербетона используется кварцевый песок (ГОСТ 8736-93).

Истинная плотность песка составляет 2500 кг/м³, а насыпная – 1560 кг/м³. Модуль крупности – 2,01.

2.5 Наполнитель

В качестве наполнителя используется мраморная мука (микрокальцит).

Микрокальцит или микромрамор – это минеральный мелкодисперсный наполнитель, получаемый механическим измельчением обычного природного белого мрамора.

Визуально микрокальцит представляет собой белое порошкообразное вещество.

По химическому составу является карбонатом кальция. Содержание СаСО₃ не менее 97 %. Остаток представляют собой примеси, представленные незначительным количеством силикатов, оксидов железа, алюминия, серы и графита.

Основные характеристики микрокальцита приведены в таблице 4.

Таблица 4

Основные характеристики микрокальцита

Показатель	Значение
Содержание СаСО₃, %	97-99
Содержание Fe₂O₃, %	< 0,1
Содержание нерастворимых в HCL веществ, %	< 0,4
Содержание веществ, растворимых в воде, %	< 0,3
Содержание летучих веществ (влажность), %	< 0,5
Водородный показатель pH	9-11
Плотность насыпная, г/см³	1,38-1,45
Плотность истинная, г/см³	2,7-2,8
Коэффициент преломления	1,60
Твердость по шкале Мооса	3
Белизна, условные ед.	> 96
Маслоемкость, г (на 100 г порошка)	18-19
Удельная поверхность, м²/г	1,5-2,1
Наибольший размер частиц (d 98%), мкм	50
Средний размер частиц(d 50%), мкм	15-20

3 ВЫБОР СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИМЕРБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

3.1 Выбор способа производства

Существует несколько способов производства полимербетонных изделий.

Линейные стенды применяются при изготовлении массивных сложных форм, длинномерных изделий и изделий со сложной напрягаемой арматурой, требующей анкерные устройства, захваты и мощные механизмы натяжения.

Кассетный способ находит широкое применение в крупнопанельном домостроении для изготовления внутренних стеновых панелей и панелей перекрытия.

Поточно-агрегатная технология получила наибольшее распространение в производстве железобетонных изделий. Основное ее преимущество – универсальность и возможность быстрой переналадки линии с выпуска одного вида изделий другой. Способ позволяет обеспечить высокую степень механизации основных операций.

Конвейерный способ организуется по замкнутой конвейерной линии с принудительным ритмичным или непрерывным перемещением форм в процессе изготовления изделий. Этот способ наиболее целесообразен при изготовлении большого количества однотипных изделий или при большом их разнообразии. Конвейерная технология позволяет более компактно расположить оборудование, более рационально использовать производственные площади.

Принимается конвейерная технология.

3.2 Описание технологии производства

Складские помещения для хранения компонентов полимербетона находятся в отдельном помещении (пристройка к основному цеху). Со склада сырье подается через дозаторы в смеситель литьевой машины. Жидкие компоненты (смола ПН-1, инициатор отверждения, ускоритель) подаются по трубопроводам, а песок и мраморная мука – винтовым конвейером.

Полимербетонная масса готовится в смесителе литьевой машины. Из литьевой машины готовая масса подается непосредственно в формы, перемещающиеся по рольгангу.

Полиэфирная смола перед подачей в смесительную головку подогревается до 50-60 °C в самой установке.

Для формования полимербетонной смеси используются горизонтальные формы из нержавеющей стали со шлифованной поверхностью. Разделительная смазка в сочетании с такими формами позволяет получать изделия с поверхностью не требующей дополнительной обработки. В качестве разделительного слоя используется грунтовая паста или пчелиный воск, наносимый на форму вручную.