Слоистая цилиндрическая оболочка

Полезная модель относится к области строительства и может применяться при создании конструкций газоотводящих трактов различного назначения, в частности дымовых, вентиляционных труб и газоходов.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому объекту является слоистая цилиндрическая оболочка [1], наружная и внутренняя обшивки которой выполнены из плотного композиционного материала со стекловолокнистым армирующим заполнителем, пропитанным термореактивным связующим с низкой пористостью, а средний скрепленный с ними слой выполнен из минераловатного утеплителя. Благодаря такому комплексному сечению обеспечиваются достаточные несущая способность оболочки и теплоизолирующая способность ее стенки. Однако при случайном повреждении обшивок и за счет процессов массопереноса (который при влажных режимах эксплуатации конструкции может протекать даже через плотную внутреннюю обшивку) происходит накопление влаги внутри среднего слоя оболочки, что разрушает заполнитель или снижает его механические свойства, утяжеляет оболочку, а также ухудшает теплоизоляционные свойства её стенки.
Полезная модель решает задачу снижения накопления влаги внутри стенки оболочки в минераловатном среднем слое.
Техническая задача достигается тем, что слоистая цилиндрическая оболочка, включающая наружную и внутреннюю обшивки, между которыми расположен соединенный с обшивками слой из минераловатного утеплителя, согласно полезной модели, внутренняя обшивка выполнена из композиционного материала на основе стеклоткани, пропитанной эпоксидной смолой с отвердителем и ускорителем; наружная обшивка выполнена из композиционного материала на основе резольной фенолформальдегидной смолы без отвердителя, при этом для наружной обшивки применен внешний покрывной слой на основе ветровлагозащитной паропроницаемой полипропиленовой мембраны.
Для этого в слоистой цилиндрической оболочке, наружная и внутренняя обшивки которой выполнены из композиционного материала со стекловолокнистым армирующим наполнителем, а средний, скрепленный с ними, слой выполнен из минераловатного утеплителя, согласно заявляемой полезной модели, внутренняя обшивка выполнена на основе термореактивного полимерного связующего с низкой пористостью (например, полиэфирного или эпоксидного), а наружная обшивка - на основе резольного фенолформальдегидного связующего, при этом для нее в качестве армирующего наполнителя покрывного (внешнего) слоя вместо стекловолокна применена ветр-влагозащитная полипропиленовая паропроницаемая мембрана, например Изоспан А.
Такой состав слоев обеспечивает высокую химстойкость и герметичность внутренней обшивки, одновременно обеспечивая паропроницаемость и водонепроницаемость наружной обшивки. Удаление влаги из средних слоев оболочки происходит за счет ее испарения изнутри оболочки во внешнюю среду, что становится возможным благодаря высокой открытой пористости резольного фенолформальдегидного связующего, из которого выполнена наружная обшивка. Композитный материал на резольном фенолформальдегидном связующем и стекловолокнистом армирующем наполнителе является паро- и водопроницаемым, поскольку оба компонента обладают этими свойствами. При этом покровный (внешний) слой наружной обшивки остается паропроницаемым из-за одновременной паропроницаемости связующего и армирующего наполнителя и водонепроницаемым из-за водонепроницаемости армирующего наполнителя покровного (внешнего) слоя, выполненного из ветровлагозащитной паропроницаемой полипропиленовой мембраны.
Проницаемость отвержденного термореактивного фенолформальдегидного связующего, на котором выполняется наружная обшивка, обеспечивается тем, что вода, содержащаяся в резоле и образующаяся в процессе конденсации, испаряется при подъеме температуры до 80…100°С, в этом же температурном интервале происходит сшивание (отверждение) резольной смолы. При быстром подъеме температуры до 100°С испаряющиеся газообразные продукты способствуют созданию открытой мелкопористой структуры изделия [2, стр. 232]. Обычно при изготовлении стеклопластика на фенолформальдегидном связующем стараются уменьшить пористость за счет прессования, в предлагаемом решении слоистой оболочки прессование наружного слоя не выполняют, поэтому пористость сохраняется.
Поскольку резольное фенолформальдегидное связующее является трудногорючим, дополнительно за счет применения предлагаемого решения снижается горючесть конструкции.
На фиг. 1 показан поперечный разрез оболочки, на фиг. 2 - разрез А-А по фигуре 1.
Слоистая оболочка (фиг.1,2) имеет внутреннюю 1 и наружную 3 обшивки из композиционного материала и средний, скрепленный, например, за счет склейки, с ними слой 2 из минераловатного утеплителя. При этом внутренняя обшивка 1 выполнена на основе термореактивного связующего с низкой пористостью, например, эпоксидного, и полностью армирована стекловолокнистым наполнителем, а наружная обшивка 3 выполнена на основе резольного фенолформальдегидного связующего, и для нее в качестве армирующего наполнителя покрывного (внешнего) слоя 4 применена ветровлагозащитная паропроницаемая полипропиленовая мембрана, например, Изоспан А. Такой состав обшивок обеспечивает высокую химстойкость и герметичность внутренней обшивки 1, одновременно обеспечивая паропроницаемость и водонепроницаемость наружной обшивки 3, включающей паропроницаемый и водонепроницаемый покрывной внешний слой 4.
Удаление паров влаги в предлагаемой полезной модели из рыхлых средних слоев минераловатного утеплителя 2 происходит благодаря открытой пористости композиционного материала наружной обшивки 3, выполненного на основе резольного фенолформальдегидного связующего, формирующейся при его отверждении в диапазоне температур 80…100°С в результате испарения воды, появляющейся в качестве побочного продукта реакции отверждения, а также паропроницаемости ветровлагозащитной мембраны в покровном (внешнем) слое 4 наружной обшивки 3. При этом водонепроницаемость мембраны, армирующей покровный (внешний) слой 4 обшивки 3, обеспечивает защиту оболочки от проникновения атмосферной влаги.
Вследствие удаления влаги повышаются теплоизоляционные свойства стенки слоистой оболочки, а поскольку фенолформальдегидное связующее наружной обшивки 3 относится к трудногорючим материалам снижается горючесть конструкции.
Слоистая оболочка работает следующим образом.
При действии внешних механических нагрузок (таких как ветер, вес конденсата и др.) стенка оболочки работает как комплексное сечение: обшивки из композитных материалов 1,3,4, выполненные на термореактивных полимерных связующих и армирующих наполнителях, воспринимают нормальные усилия. Средний слой 2 из минераловатного утеплителя обеспечивает совместность работы внутренней 1 и наружной обшивки 3 с покрывным слоем 4 и воспринимает сдвигающие усилия, также средний слой 2 обеспечивает теплоизоляцию оболочки. При эксплуатации в режимах с высокой влажностью транспортируемой среды за счет процессов массопереноса и при случайном повреждении обшивок в среднем волокнистом минераловатном слое 2 может накапливаться влага. Однако, благодаря рыхлой структуре минераловатного заполнителя 2, высокой открытой пористости композиционного материала на основе резольного фенолформальдегидного связующего, который применен для наружной обшивки 3, паропроницаемости ветровлагозащитной паропроницаемой мембраны в покрывном слое 4 наружной обшивки 3 происходит удаление из среднего слоя наружу паров влаги, а от атмосферных осадков данный покрывной слой 4 защищает оболочку, благодаря свойствам мембраны пропускать пар и не пропускать воду.
По сравнению с прототипом, в заявляемой слоистой оболочке обеспечен выход влаги из внутренней обшивки 1, среднего слоя 2, наружной обшивки 3 и покрывного слоя 4 за счет испарения, в результате чего слоистая оболочка сохраняет теплоизоляционные свойства, более надежна и долговечна. Одновременно снижается горючесть конструкции слоистой оболочки, так как резольное фенолформальдегидное связующее наружной обшивки относится к трудногорючим.
Пример.
Предлагаемая полезная модель может быть применена в конструкции газохода котельной, который собирается из слоистых цилиндрических оболочек диаметром 1,5 м, изготавливаемых мокрой намоткой. Внутренняя обшивка 1 слоистой оболочкиимеет толщину 5 мм и выполнена из композиционного материала (стеклопластика), на основе стеклоткани Т23, пропитанной эпоксидной смолой ЭД20 (53% по массе) с отвердителем ИЗОМТГФА (44 % по массе) и ускорителем УП 606/2 (3% по массе). Такой стеклопластик отверждается при температуре 100°С и выше, и после отверждения представляет собой герметичный материал с низкой пористостью. Средний слой 2 такой оболочки имеет толщину 50 мм и выполнен из минераловатных плит на основе базальтового волокна марки Техноруф В, вматываемых между обшивками 1 и 3, которые склеиваются со средним слоем при отверждении. Наружная обшивка 3 слоистой оболочки выполнена из композиционного материала на основе резольной фенолформальдегидной смолы СФЖ-309, отверждаемой при температуре 80…100°С без добавления отвердителя. При этом покрывной (внешний) слой 4 обшивки 3, имеющей толщину 7 мм, выполнен на основе ветровлагозащитной паропроницаемой полипропиленовой мембраны Изоспан А и имеет толщину 2 мм (суммарная толщина наружной обшивки 3 составляет 7 мм).
Источники информации
1. Патент РФ на ПМ № 45333, заявлено 14.01.2005, опубл. 10.05.2005, бюлл. №13.
2. Фенольные смолы и материалы на их основе. - Пер. с англ. Под ред. Ф. А. Шутова, - М.: Химия, 1983-280 с. Ил.