КРОВЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

Область техники
Полезная модель относится к кровельным материалам, в частности, к гибким кровельным материалам.
Уровень техники
Известны кровельные материалы со слоистой структурой, например, рубероид, состоящий из трех основных слоев - картона в качестве основы, битумного слоя с гладкой поверхностью с обеих сторон картона и дополнительного слоя - посыпки (www.gudron.ru), а также кровельный материал, из которого изготавливается гибкая черепица SHINGLAS (Руководство по применению в скатных крышах гибкой черепицы «ТехноНИКОЛЬ». М.: ЗАО «ТехноНИКОЛЬ», 2002 г., стр.3-4), основу которого составляет стеклохолст, с пропиткой 1 из модифицированного битума, с нанесенным с двух сторон покровным битумным слоем. У последнего кровельного материала с одной стороны поверх покровного слоя имеется слой крупнозернистой базальтовой посыпки, с другой стороны поверх покровного слоя имеется самоклеящееся покрытие в виде гладкого слоя морозостойкой битумно-полимерной массы, покрытое легкосъемной силиконизированной пленкой. При устройстве кровли с применением таких материалов они недостаточно равномерно прогреваются и не полностью приклеиваются к основанию кровли (между кровельным материалом и основанием могут оставаться пузырьки воздуха, могут возникать перекосы кровельного материала и т.п.), что снижает качество покрытия, получаемого с использованием этих кровельных материалов.
Наиболее близким техническим решением является битумный кровельный листовой материал (патент US 52327963, приоритет 10.07.89), содержащий битумный слой, на одну из двух противоположных сторон которого нанесен термоактивируемый адгезивный слой, покрытый тонкой пластиковой пленкой. Адгезивный слой выполнен в виде структуры параллельных желобков и непрерывных ребер, чередующихся между собой, причем расстояние между желобками составляет не менее 10 мм. Желобки, в частности, могут располагаться в направлении по длине кровельного материала. В
сечении, ортогональном поверхности кровельного материала и его длине, желобки и ребра адгезивного слоя имеют форму равносторонних треугольников. При использовании кровельного материала он нагревается, например, горячим воздухом со стороны адгезивного слоя до расплавления пластиковой пленки. Верхушки ребер размягчаются и расплавляются, но при этом, из-за неравномерности распределения нагрева, ребра деформируются, могут измениться по высоте и по форме. В разогретом состоянии, без пластиковой пленки кровельный материал накладывается адгезивным слоем на основание кровли и прижимается к основанию. Кровельный материал сцепляется с основанием, но из-за деформации и малой площади контакта с основанием происходит неполное и недостаточно качественное соединение кровельного материала с основанием. Это ограничивает возможности применения такого кровельного материала.
Недостатком известного технического решения является невысокое качество соединения кровельного материала с защищаемой поверхностью.
Целью предлагаемой полезной модели является повышение качества соединения кровельного материала с защищаемой поверхностью за счет оптимального распределения точек адгезии.
Раскрытие полезной модели
Поставленная цель достигается за счет того, что в кровельном материале, содержащем основу в виде волокнистого полотна с пропиткой, имеющую первую и вторую большие поверхности, два покровных слоя, расположенных на указанных первой и второй больших поверхностях, и профилированный слой с углублениями и выступами, расположенный на одном из указанных покровных слоев, а также пленку, расположенную на указанных выступах с образованием пустот между указанной пленкой и указанным профилированным слоем, указанные выступы выполнены так, что их поверхность, обращенная в противоположную сторону от указанной основы, имеет вид фрагмента гладкой поверхности второго порядка.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами (фиг.1-3), где изображены кровельный материал и схема его изготовления. На фиг.1 показан вид кровельного материала в разрезе, на фиг.2 показана схема изготовления кровельного материала, на фиг.3 показан фрагмент процесса изготовления кровельного материала.
Осуществление полезной модели.
Описание кровельного материала.
На фигурах в порядке возрастания номеров по часовой стрелке обозначены: пропитка 1, волокнистое полотно 2, покровные слои 3, основа 4, профилированный слой 5, выступы 6, углубления 7, пленка 8, покровная масса 9, заготовка 10, направляющие валы 11, обжимные валы 12, профилирующий вал 13, прижимной вал 14, отрезной станок 15, рулон 16, намоточное устройство 17, устройство нанесения пленки 18, обрезное устройство 19, устройство орошения 20, выравнивающее устройство 21, вторая покровная ванна 22, нагревательная установка 23, вяжущая масса 24, первая покровная ванна 25, пропиточно-покровная ванна 26, размоточный станок 27, эмульсия 28, ребра 29, первая большая поверхность 30, вторая большая поверхность 31, пустоты 32.
Кровельный материал (фиг.1) состоит из основы 4, профилированного слоя 5 и пленки 8. Слои в кровельном материале располагаются параллельно друг другу в следующем порядке: основа 4, профилированный слой 5, пленка 8.
Основа 4 выполнена в виде волокнистого полотна 2 (окружностями показаны волокна), которое пропитано пропиткой 1, с нанесенными с обеих больших поверхностей (первой 30 и второй 31) идентичными покровными слоями 3.
Дополнительно покровные слои 3 могут содержать посыпку, расположенную слоем поверх них с прикреплением частиц посыпки к ним и/или с проникновением отдельных частиц посыпки вглубь покровных слоев 3 (на фигурах посыпка не показана).
На одной из больших поверхностей (в описываемом примере реализации на второй большей поверхности 31) основы 4 поверх покровного слоя 3 расположен профилированный слой 5, выполненный из покровной массы 9. Профилированный слой 5 имеет поверхность, образованную чередованием выступов 6 и углублений 7.
Выступы 6 в направлении, обращенном в противоположную от основы 4 сторону, имеют форму фрагмента гладкой поверхности второго порядка (И.Н.Бронштейн, К.А.Семендяев. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВУЗов. - М: Наука, 1980, с.329, 451).
Выступы 6 могут иметь форму, например, фрагмента гладкой поверхности второго порядка с центром симметрии - эллипсоида (сплющенного эллипсоида вращения, вытянутого эллипсоида вращения, сферы) или фрагмента гладкой поверхности второго порядка, не имеющей центра симметрии - цилиндра
(эллиптического цилиндра, гиперболического цилиндра (его части, сечением которой является одна ветвь гиперболы), параболического цилиндра).
В данном случае под фрагментом гладкой поверхности второго порядка имеется ввиду ее часть, которая образована отсеканием плоскостью от всей указанной поверхности и является меньшей долей указанной поверхности. При этом целесообразно, чтобы проекция точек фрагмента поверхности второго порядка, являющейся поверхностью выступа 6, не выходила за пределы основания выступа 6.
В случае гладкой поверхности второго порядка с центром симметрии (эллипсоида) образованная отсеканием часть может иметь, например, куполообразную или каплеобразную форму.
В случае гладкой поверхности второго порядка, не имеющей центра симметрии (цилиндра), секущая плоскость выбирается параллельной центральной оси цилиндра, с тем, чтобы отсеченная этой плоскостью часть была неразрывна. При этом отсеченная часть данной поверхности располагается так, что ее центральная ось параллельна второй большей поверхности 31.
В данном случае каждый выступ 6 имеет форму половины прямого кругового цилиндра (под прямым круговым цилиндром понимается цилиндр, основанием которого является круг, а его образующие перпендикулярны к плоскости основания), с ориентацией центральной оси данного цилиндра параллельно длине куска кровельного материала и второй большей поверхности 31. Все выступы 6 идентичны по форме и размерам, расположены параллельно друг другу в продольном направлении (здесь и далее по тексту под продольным понимается направление по длине куска кровельного материала). Между каждыми двумя близлежащими выступами 6 (за исключением выступов 6, находящихся у краев кровельного материала) расположено углубление 7.
Высота выступов 6 зависит от толщины кровельного материала и от типа смесей, используемых для его производства. Под высотой выступов 6 понимается расстояние от наиболее заглубленной в профилированный слой 5 точки углубления 7 до наиболее выступающей точки выступа 6.
Все углубления 7 идентичны по форме и размерам, ориентированы в продольном направлении. Углубления 7 в данном случае имеют форму прямых канавок, имеющих по всей протяженности одинаковый профиль (например, угловой, дугообразный и т.п.).
Основа 4 и профилированный слой 5 сцеплены между собой за счет адгезии, и, возможно, за счет частичной диффузии в местах их соприкосновения.
Пленка расположена поверх профилированного слоя 5 таким образом, что она закрывает профилированный слой 5 по всей площади. При этом пленка 8 соприкасается с наиболее возвышающимися частями выступов 6 и сцеплена с ними. В местах, где под пленкой 8 находятся углубления 7, между ней и углублениями 7 имеются пустоты 32.
Примеры изготовления кровельного материала и его применения, иллюстрирующие частные случаи реализации полезной модели
Кровельный материал изготавливается следующим образом. В начале технологического процесса приготавливается заготовка 10 основы 4 в виде волокнистого полотна 2. В качестве основы 4 могут использоваться, например, стеклохолст, стеклоткань, полиэфирное полотно, в данном случае использовалась стеклоткань. Смотанная заготовка 10 основы 4 фиксируется в размоточном станке 27 и с помощью подъемного устройства поднимается на нужную высоту. Пропитка 1 разогревается, помещается в пропиточно-покровную ванну 26. Пропитка 1 должна обладать свойствами, обеспечивающими вытеснение из заготовки 10 основы 4 газовых и жидкостных включений (во избежание в дальнейшем порчи основы 4), упрочнение основы 4 и ее улучшенные адгезионные характеристики (для прочного сцепления основы 4 с другими составляющими кровельного материала). Для получения указанных свойств в качестве пропитки 1 используется, например, битум или битумно-полимерная смесь, в данном случае используется битумно-полимерная смесь. Заготовка 10 основы 4 протягивается по направляющим валам 11 (например, с помощью электромеханического привода) через разогретую пропитку 1 в пропиточно-покровной ванне 26, и таким образом заготовка 10 основы 4 пропитывается пропиткой 1, из нее удаляются влага и газовые пузырьки. На выходе из пропиточно-покровной ванны 26 основа 4 обжимается с помощью обжимных валов 12 для удаления остатков невпитавшейся пропитки 1.
После этого пропитанная заготовка 10 основы 4 пропускается по направляющим валам 11 через разогретую вяжущую массу 24 в первой покровной ванне 25, где на первую 30 и вторую 31 большие поверхности заготовки 10 основы 4 наносятся покровные слои 3 из вяжущей массы 24. Покровные слои 3 предназначены для защиты основы 4 от внешних воздействий, и, помимо этого, покровный слой 3, расположенный со стороны первой большей поверхности 30, может способствовать более прочному сцеплению основы 4 с наносимыми поверх нее другими слоями. В качестве вяжущей массы 24 может использоваться, например, битумно-полимерная смесь.
Дополнительно покровные слои 3 могут содержать посыпку, которая наносится поверх вяжущей массы 24 на первую 30 и вторую 31 большие поверхности основы 4, причем со стороны первой большей поверхности 30 наносится посыпка с крупными частицами (например, гранитная или базальтовая крошка), со стороны второй большей поверхности 31 наносится посыпка с мелкими частицами (например, мелкозернистый песок). Посыпка наносится слоем на основу 4 в устройстве нанесения посыпки (на фигуре не показано) так, что ее частицы впечатываются в поверхность вяжущей массы 24 и/или частично располагаются в ней.
В том случае, когда посыпка не применяется, покровный слой 3, расположенный на первой большей поверхности 30, полностью покрывается поверх защитным слоем (например, полиэтиленовой пленкой) в устройстве нанесения защитного слоя (на фигурах не показано). Защитный слой сцеплен с покровным слоем 3 и оберегает его от внешних воздействий.
После этого основа 4 пропускается через нагревательную установку 23, в которой одна из ее больших поверхностей (в данном случае вторая 31) с помощью газовых горелок разогревается до 70°С. Такой нагрев осуществляется с целью лучшего сцепления основы 4 с наносимой на нее в дальнейшем покровной массой 9.
Затем основа 4 с разогретой второй большей поверхностью 31, протягивается по направляющим валам 11 во второй покровной ванне 22 через покровную массу 9, и тем самым на ее вторую большую поверхность 31 наносится указанная покровная масса 9. В частности, покровная масса 9 может содержать битум или битумно-полимерную смесь, т.е. смесь битума и полимерного модификатора (например, полиолефины, атактические и изотактические полипропилены, дивинилстирольные термоэластопласты).
Битумы, используемые в качестве компонента пропитки 1, вяжущей массы 24 и покровной массы 9, представляют собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов нефти и их гетеропроизводных, содержащих кислород, серу, азот и металлы (ванадий, железо, никель, натрий и др.). Основные компоненты нефтяных битумов - асфальтены, смолы и нефтяные масла. Первые обусловливают твердость битумов, вторые - цементацию и эластичность, третьи служат разжижающей средой для смол и асфальтенов. Как правило, в производстве кровельных материалов применяются твердые и полутвердые битумы. (Уильям Л.Леффлер. Переработка нефти. 2-е изд., пересм. Пер. с англ. - М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 003, с.143-148; БСЭ. 3-е изд. - М.: Сов. Энциклопедия, 1969)
Применение в качестве пропитки 1, вяжущей массы 24 и покровной массы 9 битума с полимерным модификатором (например, с одним из указанных) значительно
улучшает основные потребительские характеристики кровельного материала - водонепроницаемость, гибкость на холоде (морозостойкость), теплостойкость, прочность при растяжении, жесткость.
Основа с нанесенной на нее покровной массой 9 пропускается через выравнивающее устройство 21 (в данном случае - трубчатый обогреваемый шабер), где осуществляется выравнивание нанесенной покровной массы 9 по толщине.
Затем основа 4 с нанесенной на нее покровной массой 9 пропускается через поддерживающие валы, и далее пропускается через профилирующий вал 13 и прижимной вал 14, образующие пару (в других случаях реализации прижимной вал 14 может отсутствовать) (фиг.3). При этом покровная масса 9, нанесенная на вторую большую поверхность 31 основы 4, контактирует с поверхностью профилирующего вала 13, прижимной вал 14 прижимает основу 4 к поверхности профилирующего вала 13. Поверхность профилирующего вала 13 выполнена с ребрами 29 такой формы, что образованный ими рельеф является зеркальным отображением рельефа получаемого профилированного слоя 5. Во избежание налипания разогретой покровной массы 9 на профилирующий вал 13 его поверхность выполнена хромированной. В этих же целях рядом с профилирующим валом 13 установлено устройство орошения 20, с помощью которого на поверхность профилирующего вала 13 из ряда форсунок напыляется эмульсия 28 (в данном случае использовалась мыльная эмульсия).
При прижатии покровной массы 9, нанесенной на вторую большую поверхность 31 основы 4, к поверхности профилирующего вала 13 во время его вращения, ребра 29 формируют в покровной массе 9 рельеф из углублений 7 и выступов 6. В этот же интервал времени профилирующий вал 13 охлаждает получаемый профилированный слой 5, сохраняя тем самым неизменным сформированный рельеф.
Формирование поверхности профилированного слоя 5 может осуществляться и другими способами, например, прорезыванием остывшей покровной массы 9 вращающимся охлаждаемым валом или выдавливанием углублений 7 с помощью тонких струй паровоздушной смеси, подающейся через форсунки под давлением.
Как было сказано выше, рельеф профилированного слоя 5 представляет собой регулярное чередование выступов 6 и углублений 7 указанной формы, расположенных параллельно друг другу и ориентированных в продольном направлении. Но возможны другие варианты исполнения рельефа профилированного слоя 5 кровельного материала, например: в виде регулярного чередования углублений и куполообразных выступов одинаковых или разных размеров; в виде выступов, чередующихся с углублениями в произвольном порядке или по произвольному закону и т.п.
Затем кровельный материал пропускается через обрезное устройство 19, в котором производится снятие излишков покровной массы 9 по краям основы 4 с профилированным слоем 5.
После этого поверх профилированного слоя 5 в устройстве нанесения пленки 18 накладывается пленка 8. В данном случае в качестве пленки 8 используется силиконизированная полимерная пленка толщиной 10 мкм. Пленка 8 прилипает к наиболее возвышающимся частям выступов 6, при этом между пленкой 8 и углублениями 7 образуются пустоты 32.
В результате получается готовый кровельный материал с нанесенным на вторую большую поверхность 31 профилированным слоем 5 из покровной массы 9, закрытым поверх пленкой 8. В готовом кровельном материале высота выступов 6 составляет 3 мм, расстояние между каждыми двумя близлежащими выступами 6 составляет 4 мм. В других вариантах исполнения высота выступов 6 может быть как постоянной, выбранной из интервала 0,5-3 мм, так и изменяющейся в пределах указанного материала, а расстояние между выступами может быть менее 4 мм. Как было установлено экспериментально, при большем расстоянии между выступами 6 и меньшей высоте выступов 6 не сохраняется рельеф профилированного слоя 5 при покрытии кровельным материалом основания, что снижает надежность сцепления кровельного материала с основанием.
На заключительном этапе изготовления готовый кровельный материал разрезается на отрезном станке 15, с помощью намоточного устройства 17 формируются рулоны 16 заданной длины, каждый рулон 16 упаковывается в пленку 8. Рулоны 16 готового кровельного материала размещаются на поддонах и скрепляются, например, упаковочной лентой.
Устройства, с помощью которых изготавливается кровельный материал, и промежуточные состояния кровельного материала в процессе изготовления на фиг.2, 3 показаны условно.
Кровельный материал используется, например, при устройстве кровли для ее гидроизоляции. Для закрепления кровельного материала на основании кровли с него удаляется пленка 8. В частности, пленка 8 удаляется оплавлением с помощью газовой горелки (в других случаях может применяться, например, жидкотопливные горелки, источник горячего воздуха и т.п.). Поскольку пленка 8 над углублениями 7 соприкасается только с воздухом, то происходит более быстрое и полное сгорание пленки 8. Под воздействием пламени газовой горелки разогревается профилированный слой 5 кровельного материала.
Профилированный слой 5 имеет увеличенную площадь поверхности, контактирующей с пламенем горелки или горячим воздухом в начале технологического процесса, т.к. пленка 8 соприкасается с выступами 6 по большей площади, и, следовательно, при нагреве и расплавлении пленки 8 на выступах 6 образуется увеличенная площадь, подготовленная к соединению с основанием.
При такой форме поверхности выступов 6 происходит более равномерное распределение нагрева по их поверхности. При этом нижние слои выступов 6 прогреваются существенно меньше, т.к. распределение тепла идет по увеличивающейся площади. Поэтому основа 4 кровельного материала, к которой непосредственно прилегают нижние слои, меньше разогревается, уменьшается вероятность повреждения волокнистого полотна 2 основы 4 и усадки кровельного материала при возможном перегреве основы 4. Это способствует сохранению структуры кровельного материала неизменной и повышает качество покрытия, выполняемого с использованием данного кровельного материала.
Помимо этого, при укладке данного кровельного материала требуется меньше топлива. Как установлено экспериментально, в зависимости от погодных условий и температуры окружающего воздуха экономия составила от 15 до 50% топлива, необходимого для укладки квадратного метра кровельного материала.
Кровельный материал накладывается разогретым и частично расплавленным профилированным слоем 5 на основание кровли и нажатием со стороны первой большей поверхности 30 прижимается к основанию кровли. Выступы 6 профилированного слоя 5 своими расплавленными частями надежно приклеиваются к основанию. При этом рельеф профилированного слоя 5 сохраняется, и в процессе укладки кровельного материала по углублениям 7 происходит отвод излишков воздуха, находящегося между основанием и кровельным материалом, что способствует более качественному присоединению его к основанию.
В целом сочетание всех признаков предлагаемой полезной модели кровельного материала (выполнение кровельного материала с основой 4 в виде волокнистого полотна 2 с пропиткой 1, с двумя покровными слоями 3, расположенными на указанных первой 30 и второй 31 больших поверхностях основы 4, с расположением на одном из покровных слоев 3 профилированного слоя 5 с углублениями 7 и выступами 6 указанной формы, с пленкой 8, расположенной на выступах 6 с образованием пустот 32 между пленкой 8 и профилированным слоем 5) способствует оптимальному распределению точек адгезии в кровельном материале и повышает качество соединения кровельного материала с основанием.