СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИЦИОННОЙ ГЕОМЕМБРАНЫ Российский патент 2025 года по МПК B32B5/12 B32B5/28 E02D31/02 

Изобретение относится к области производства геомембран, в частности к производству композиционной геомембраны, которая может быть использована для организации полной гидроизоляции, создания противофильтрационных экранов, а также разделительных, защитных, противоэрозионных прослоек.

Приставка «гео» определяет принадлежность мембран к категории геополимерных материалов, ориентирслойованных на применение в землеустроительных и ландшафтных работах разного уровня сложности. Материал характеризуется несложным монтажом, доступным для выполнения, в том числе в домашних условиях. Поэтому в настоящее время композиционные геомембраны набирают всё большие обороты и популярность на рынке.

Например, известен способ производства полиэтиленовой геомембраны с использованием пятислойной совместной экструзии (патент Китая №112356417, опубликовано 12.02.2021 г.), принятый за наиболее близкий аналог к заявляемому решению и заключающийся в том, что подготавливают сырье в нужных пропорциях, предварительно нагревают пятишнековый экструдер, далее в экструдеры добавляют дозированные сырьевые материалы в соответствии с требованиями обработки, с их помощью выполняют нагрев, плавление и пластификацию сырья, затем осуществляют экструзию через кольцевое отверстие матрицы, далее осуществляют раздув, охлаждение и формование, после чего выполняют тиснение, при этом в режиме текущего времени измеряют толщину, осуществляют расщепление и растягивание пленки, далее проводят вторичное тиснение, затем сматывают геомембрану, производят ее проверку, упаковку и складирование.

Недостатком рассмотренного способа производства геомембраны является отсутствие использования армирующих трещинопрерывающих нитей, лент и волокон. Геомембрана, полученная таким способом, при эксплуатации постоянно подвергается растяжению и сжатию, что может привести к ее расслоению и, как следствие, к сдвигам слоев сооружения. Все это свидетельствует о недолговечности такого материала и его низкой надежности при эксплуатации конструкции, а именно при воздействии на геомембрану других элементов конструкции (грунт, песок, бетон, мелкофракционный каменный материал и т.д.), а также при влиянии климатических и температурных воздействий.

Кроме того, у рассмотренного материала не решена задача по обеспечению его сцепления с мелкофракционными грунтами, что может привести к скольжению конструктивных слоев и разрушению конструкции, в которой используется геомембрана. Следует отметить, что многие производители ориентируются на материал и его свойства и забывают, что геомембрана прежде всего является частью сооружения, а значит она постоянно взаимодействует с другими строительными материалами.

Известен способ производства композиционной геомебраны (патент РФ №2825655, опубликовано 28.08.2024 г.), принятый за наиболее близкий аналог к заявляемому решению, заключающийся в том, что на первом этапе получают верхний и нижний слои основы из полимерного нетканого полотна, состоящего из ориентированных элементов армирования, полученных из термопластичного полимера и скрепленных между собой, на втором этапе формируют армирующий сердечник, состоящий из ориентированных элементов армирования, полученных из термопластичного полимера и скрепленных между собой, на третьем этапе соединяют между собой верхний, нижний слои основы и армирующий сердечник посредством нанесения расплавленного полимера или смеси из термопластичных полиолефинов, для чего на первой стадии третьего этапа верхний слой основы устанавливают на первый вал перемоточной машины, при этом на второй вал перемоточной машины устанавливают армирующий сердечник, после чего протягивают оба слоя через систему валов перемоточной машины и соединяют указанные слои геомембраны расплавленным полимером или смесью расплавленных термопластичных полиолефинов с получением композиционного слоя первой стадии, затем на второй стадии третьего этапа на первый вал перемоточной машины устанавливают нижний слой основы, а на второй вал перемоточной машины устанавливают указанный композиционный слой первой стадии, затем протягивают оба указанных слоя через систему валов перемоточной машины и соединяют их расплавленным полимером или смесью расплавленных термопластичных полиолефинов с получением композиционного слоя второй стадии.

В качестве ориентированных элементов армирования верхнего и нижнего слоев основы геомембраны используют нити и волокна, которые получают из гранулированного термопластичного полимера путем формования волокон и нитей из расплава полимера экструзионным способом с последующей вытяжкой и формированием холста. При этом используют аэродинамическую вытяжку ориентированных волокон и нитей верхнего и нижнего слоев основы геомембраны. Ориентированные волокна и нити верхнего и нижнего слоев основы геомембраны могут скреплять между собой термическим или механическим способом. На верхний и нижний слои основы геомембраны могут наносить текстуру для увеличения сцепления с мелкофракционными грунтами и инертными, несвязными строительными материалами.

В качестве ориентированных элементов армирования сердечника используют волокна или нити, которые получают из гранулированного термопластичного полимера. При этом ориентированные волокна или нити армирующего сердечника геомембраны скрепляют между собой термическим или механическим способом.

В качестве смеси термопластичных полиолефинов могут использовать полиэтилен, полипропилен, или смесь полиэтилена и пропилена.

Использование ориентированных элементов армирования (волокон и нитей) в составе материала верхнего и нижнего слоев основы геомембраны, полученных из термопластичного полимера и скрепленных между собой, позволяет исключить неконтролируемое растяжение и сжатие в этих слоях материала, которые, по сути, образуют внешние слои, непосредственно контактирующие со слоями сооружения и испытывающие нагрузку.

Главная цель такого ориентирования волокон и нитей - упрочнение материала и повышение устойчивости к механическим воздействиям (Интернет-ресурс https://studfile.net/preview/8968549/page:26/, опубликовано 22.08.2019 г., просмотрено 13.04.2024 г.).

Волокна и нити, используемые в составе верхнего и нижнего слоев основы геомембраны, обладают разными механическими свойствами и необходимы для обеспечения прочности материала при воздействии разнонаправленных внешних нагрузок.

Все это позволяет обеспечить лучшую сцепку геомембраны с поверхностью конструкции, где она используется, и «внедриться» в ее состав в качестве слоя, который полностью адаптируется под сооружение, что повышает долговечность и надежность использования как полученной геомембраны, так и конструкции в целом.

Использование ориентированных элементов армирования (волокон или нитей) в составе материала армирующего трещинопрерывающего сердечника геомембраны, полученных из термопластичного полимера и скрепленных между собой, позволяет сформировать наиболее прочный слой, располагаемый внутри формируемого композиционного материала, который максимально «сдерживает» деформационные изменения геомембраны длительное время.

Волокна или нити в составе армирующего трещинопрерывающего сердечника обладают разными механическими свойствами и необходимы для обеспечения наибольшей прочности материала при воздействии разнонаправленных внешних нагрузок со стороны как слоев композиционного материала, так и конструкции, в состав которой входит геомембрана.

Последовательное соединение слоев геомембраны с использованием именно двух последовательных стадий третьего этапа обеспечивает объединение всех слоёв композита с высокой адгезией в единый композиционный материал, что позволяет исключить расслаивание геомембраны при сдвиговых нагрузках в конструкциях и сооружениях и обеспечить повышенную надежность использования материала в течение всего срока его эксплуатации.

Однако рассмотренный способ является технологически сложным, трудозатратным и затянутым по времени, так как после получения композиционного слоя первой стадии его нужно намотать на один из валов перемоточной машины, который использовался для получения этого слоя, при этом также нужно намотать нижний слой основы на другой задействованный вал, и только после этого можно пропустить оба указанных слоя через систему валов для их скрепления между собой (см. фиг. 1). Все это снижает эффективность производства.

Технической проблемой настоящего изобретения является создание способа изготовления композиционной геомембраны, позволяющего повысить эффективность его производства при сохранении характеристик надежности геомебраны по ее зацеплению с составляющими частями сооружения в течение всего срока службы.

Техническим результатом является упрощение процесса производства композиционной геомембраны.

Технический результат достигается при использовании способа производства композиционной геомембраны, заключающегося в том, что на первом этапе получают верхний и нижний слои основы из полимерного нетканого полотна, состоящего из ориентированных элементов армирования, полученных из термопластичного полимера и скрепленных между собой, на втором этапе формируют армирующий сердечник, состоящий из ориентированных элементов армирования, полученных из термопластичного полимера и скрепленных между собой, на третьем этапе соединяют между собой верхний, нижний слои основы и армирующий сердечник посредством нанесения расплавленного полимера, для чего на первой стадии третьего этапа верхний слой основы устанавливают на первый вал перемоточной машины, при этом на второй вал перемоточной машины устанавливают армирующий сердечник, после чего протягивают оба слоя через систему валов перемоточной машины и соединяют указанные слои геомембраны расплавленным полимером с получением композиционного слоя первой стадии, затем на второй стадии третьего этапа на третий вал перемоточной машины устанавливают нижний слой основы, после чего протягивают композиционный слой первой стадии и нижний слой основы через систему валов перемоточной машины и соединяют их расплавленным полимером с получением композиционного слоя второй стадии.

В частном случае, в качестве ориентированных элементов армирования верхнего и нижнего слоев основы геомембраны используют нити и волокна.

В частном случае, в качестве ориентированных элементов армирования сердечника используют волокна или нити.

В частном случае, ориентированные волокна и нити верхнего и нижнего слоев основы получают из гранулированного термопластичного полимера путем формования волокон и нитей из расплава полимера экструзионным способом с последующей вытяжкой и формированием холста.

В частном случае, используют аэродинамическую вытяжку ориентированных волокон и нитей верхнего и нижнего слоев основы геомембраны.

В частном случае, ориентированные волокна и нити верхнего и нижнего слоев основы геомембраны скрепляют между собой термическим или механическим способом.

В частном случае, на верхний и нижний слои основы геомембраны наносят текстуру для увеличения сцепления с мелкофракционными грунтами и инертными, несвязными строительными материалами.

В частном случае, ориентированные волокна или нити армирующего сердечника получают из гранулированного термопластичного полимера.

В частном случае, ориентированные волокна или нити армирующего сердечника геомембраны скрепляют между собой термическим или механическим способом.

Использование дополнительного третьего вала, на который наматывают нижний слой основы, а также дополнительной системы валов перемоточной машины, позволяет сразу соединить нижний слой основы и полученный композиционный слой первой стадии, таким образом сделав производство геомебраны непрерывным процессом. То есть в таком случае получается устранить этап, когда необходимо было тратить время, освобождать первый и второй валы перемоточной машины и отдельно наматывать на них композиционный слой первой стадии и нижний слой основы.

Такое конструктивное нововведение позволяет сократить цикл производства геомембраны, упростить производство и снизить трудоемкость, при этом сохранив прочностные и надежностные характеристики геомембраны в течение всего срока ее службы.

На фиг. 1 показана реализация способа согласно наиболее близкому аналогу.

На фиг. 2 показана реализация способа согласно заявляемому способу.

На фиг. 3а и 3б приведена таблица с физико-механическими показателями композиционной геомембраны, полученной при реализации заявляемого способа.

На фиг. 1 на первый вал 1 перемоточной машины устанавливают верхний слой основы 2, на второй вал 3 перемоточной машины устанавливают армирующий сердечник 4, после чего указанные слои 2 и 4 протягивают через систему валов 5 перемоточной машины с получением композиционного слоя первой стадии 6. Далее на первый вал 1 устанавливают нижний слой основы 7, а на второй вал 3 - композиционный слой первой стадии 6. Затем протягивают нижний слой основы 7 и композиционный слой первой стадии 6 через систему валов 5 перемоточной машины с получением итогового композиционного слоя второй стадии 8.

Согласно фиг. 2, заявляемый способ предусматривает следующее. На первый вал 1 перемоточной машины устанавливают верхний слой основы 2, на второй вал 3 перемоточной машины устанавливают армирующий сердечник 4, после чего указанные слои 2 и 4 протягивают через систему валов 5 перемоточной машины с получением композиционного слоя первой стадии 6. Далее на третий вал 9 устанавливают нижний слой основы 7, после чего протягивают композиционный слой первой стадии 6 и нижний слой основы 7 через систему валов 10 перемоточной машины с получением итогового композиционного слоя второй стадии 8.

Более подробно заявляемый способ производства геомембраны реализуется следующим образом.

На первом этапе получают верхний и нижний слои основы геомембраны из полимерного нетканого полотна, состоящие из ориентированных нитей и волокон, полученных из гранулированного термопластичного полимера путем формования нитей и волокон из расплава полимера экструзионным способом.

При этом плавление полимера в экструдере производят при температуре 130-300°С, фильтрацию расплава осуществляют при температуре 130-300°С.

Ориентированные волокна и нити получают с использованием прядильной балки при температуре 130-300°С и фильерного блока при температуре 130-300°С.

Также используют аэродинамическую вытяжку с частотой вращения вентилятора обдува 1500-2000 об/мин, где охлаждают волокна и нити до температуры 15-30°С.

Далее нити и волокна верхнего и нижнего слоев основы геомембраны скрепляют между собой термическим или механическим способом.

При этом для улучшения сцепления со всеми видами грунтов на верхний и нижний слои геомембраны наносят текстуру. Для этой процедуры используют каландр с температурой 100-300°С.

Далее на втором этапе формируют армирующий сердечник, состоящий из нитей или волокон, скрепленных между собой термическим или механическим способом и полученных из расплава гранулированного термопластичного полимера, скреплённого по тканой или вязальной, или нетканой технологии.

При этом плавление полимера в экструдере производят при температуре 130-300°С, фильтрацию расплава осуществляют при температуре 130-300°С.

Затем на третьем этапе соединяют слои основы геомембраны и армирующий сердечник посредством расплава полимера.

Соединение слоев основы геомембраны и армирующего сердечника обеспечивает формирование не менее двух самостоятельных гидроизоляционных слоёв геомембраны.

Третий этап реализуют в две стадии.

На первой стадии на первый вал перемоточной машины устанавливают верхний слой основы из полимерного нетканого полотна, на второй вал перемоточной машины устанавливают армирующий сердечник.

Гранулированный полипропилен и полиэтилен засыпают в дозатор, с помощью которого, согласно требуемой пропорции, смесь дозируют в смеситель экструдера. По мере продвижения в цилиндре экструдера при температуре 110-400°С гранулы полимера расплавляют, а расплав гомогенизируют.

После расплава полимер фильтруют при температуре 110-400°С и передают в плоскощелевую сопловую головку, нагретую до температуры 110-400°С. Здесь полимер растекается и распределяется по всей ширине головки.

Выдавленный расплав полимера наносят на верхний слой основы, который поступает с первого вала. При этом со второго вала поступает слой армирующего сердечника. Указанные слои охлаждают на охлаждающем валу до температуры 15-50°С и далее подают на систему валов перемоточной машины, чтобы все три слоя склеились, уплотнились и объединились между собой.

Таким образом, происходит склеивание горячим расплавленным полимером верхнего слоя основы из полимерного нетканого полотна и армирующего сердечника с получением композиционного слоя первой стадии.

На второй стадии третьего этапа на третий вал перемоточной машины устанавливают нижний слой основы из полимерного нетканого полотна.

Гранулированный полипропилен и полиэтилен засыпают в дозатор, с помощью которого, согласно требуемой пропорции, его дозируют в смеситель экструдера. По мере продвижения в цилиндре экструдера при температуре 110-400°С гранулы полимера расплавляют, а расплав гомогенизируют.

После этого расплав полимера фильтруют при температуре 110-400°С и передают в плоскощелевую сопловую головку, нагретую до температуры 110-400°С. Здесь полимер растекается и распределяется по всей ширине головки.

Выдавленный расплав полимера наносят на нижний слой основы, который поступает с третьего вала, и указанный композитный слой, полученный на первой стадии и поступающий с системы валов. Указанные слои охлаждают на охлаждающем валу до температуры 15-50°С.

Далее нижний слой основы с третьего вала и композиционный слой первой стадии подают на систему валов перемоточной машины, чтобы все слои склеились, уплотнились и объединились между собой.

В результате осуществляют склеивание посредством горячего расплавленного полимера нижнего слоя основы из полимерного нетканого полотна и композитного слоя, полученного на первой стадии, с образованием композитного материала, состоящего из нескольких слоёв «верхний слой - расплавленный полимер - сердечник - расплавленный полимер - нижний слой основы».

Далее полученную композиционную геомембрану подают на узел обрезки кромки материала для получения нужной номинальной ширины, после с помощью направляющих валов подают геомембрану на автоматический намотчик. Затем готовую композиционную и текстурированную при необходимости геомембрану в рулонах передают на участок автоматической перемотки, резки и упаковки.

Марка композиционной геомембраны зависит от плотности основы, прочности армирующего сердечника и толщины заливки расплавленного полимера.

Благодаря инновационному подбору полимеров и сочетанию различных форм этих полимеров (нити, волокна, ленты и т.д.), материал обладает следующими свойствами, функциями, назначениями в конструкциях различных сооружений:

- высокой стойкостью к механическим повреждениям при контакте с грунтами;

- высокой водоупорностью и гидрофобностью, а также полным отсутствием впитывания воды и смачивания, что обеспечивает полную гидроизоляцию соединений полотен и высокую стойкость к низким температурам (морозоустойчивость);

- качественным сцеплением геомембраны со всеми видами грунтов при наличии на слоях ее основы текстуры, что исключает создание слоя скольжения в сооружениях;

- высокой прочностью геомембраны, которая обеспечивает не только гидроизоляцию, но и армирование конструкции, что увеличивает несущую способность сооружения;

- надежностью противофильтрационного экрана в конструкциях и сооружениях ввиду многослойной структуры геомембраны и наличия нескольких гидроизоляционных слоёв, которые позволяют прерывать несквозные повреждения без нарушения общей гидроизоляции;

- защитой строительных конструкций, зданий и сооружений от проникновения воды (гидроизоляция);

- исключением расслаивания материала при сдвиговых нагрузках в конструкциях и сооружениях за счет соединения всех слоёв геомембраны с высокой адгезией в единый композиционный материал;

- высокой прочностью и эластичностью создаваемого гидроизоляционного слоя, обладающего химической и биологической стойкостью за счет использования в геомембране смеси разных полимеров.

Полученная при реализации способа композиционная мембрана применяется в водоемах чистой воды, в накопителях твердых и жидких бытовых и промышленных отходов, в накопителях промышленных сточных вод, в водоотводных траншеях, в биологических прудах, в накопителях дождевых сточных вод, в прудах-отстойниках, в бассейнах-испарителях, в полигонах буровых отходов, в хвостохранилищах, в золоотвалах теплоэлектростанций, в шламохранилищах, в навозохранилищах, в противопожарных водоемах, в конструкциях транспортного строительства, для гидроизоляции зданий, в том числе от напорных грунтовых вод, а также при строительстве, ремонте, реконструкции (автомобильных дорог, железных дорог, аэродромов, площадок различного назначения (спортивных, под кусты скважин и т.д.), прокладке трубопроводов, гидротехнических сооружений в других областях строительства.

Полученная геомембрана соответствует требованиям ГОСТ 12.1.007. Производится из нетоксичных материалов. Ее использование при комнатных и атмосферных условиях не требует специальных мер предосторожности. Геомембрана не оказывает вредного воздействия на организм человека при непосредственном контакте.

Изобретение относится к области производства геомембран, в частности к производству композиционной геомембраны, которая может быть использована для организации полной гидроизоляции, создания противофильтрационных экранов, а также разделительных, защитных, противоэрозионных прослоек. Способ заключается в том, что на первом этапе получают верхний и нижний слои основы из полимерного нетканого полотна, состоящего из ориентированных элементов армирования, полученных из термопластичного полимера и скрепленных между собой, на втором этапе формируют армирующий сердечник, состоящий из ориентированных элементов армирования, полученных из термопластичного полимера и скрепленных между собой, на третьем этапе соединяют между собой верхний, нижний слои основы и армирующий сердечник посредством нанесения расплавленного полимера, для чего на первой стадии третьего этапа верхний слой основы устанавливают на первый вал перемоточной машины, при этом на второй вал перемоточной машины устанавливают армирующий сердечник, после чего протягивают оба слоя через систему валов перемоточной машины и соединяют указанные слои геомембраны расплавленным полимером с получением композиционного слоя первой стадии, затем на второй стадии третьего этапа на третий вал перемоточной машины устанавливают нижний слой основы, после чего протягивают композиционный слой первой стадии и нижний слой основы через систему валов перемоточной машины и соединяют их расплавленным полимером с получением композиционного слоя второй стадии. Изобретение обеспечивает упрощение процесса производства композиционной геомембраны. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ производства композиционной геомембраны, заключающийся в том, что на первом этапе получают верхний и нижний слои основы из полимерного нетканого полотна, состоящего из ориентированных элементов армирования, полученных из термопластичного полимера и скрепленных между собой, на втором этапе формируют армирующий сердечник, состоящий из ориентированных элементов армирования, полученных из термопластичного полимера и скрепленных между собой, на третьем этапе соединяют между собой верхний, нижний слои основы и армирующий сердечник посредством нанесения расплавленного полимера, для чего на первой стадии третьего этапа верхний слой основы устанавливают на первый вал перемоточной машины, при этом на второй вал перемоточной машины устанавливают армирующий сердечник, после чего протягивают оба слоя через систему валов перемоточной машины и соединяют указанные слои геомембраны расплавленным полимером с получением композиционного слоя первой стадии, затем на второй стадии третьего этапа на третий вал перемоточной машины устанавливают нижний слой основы, после чего протягивают композиционный слой первой стадии и нижний слой основы через систему валов перемоточной машины и соединяют их расплавленным полимером с получением композиционного слоя второй стадии.

2. Способ производства по п. 1, заключающийся в том, что в качестве ориентированных элементов армирования верхнего и нижнего слоев основы геомембраны используют нити и волокна.

3. Способ производства по п. 1, заключающийся в том, что в качестве ориентированных элементов армирования сердечника используют волокна или нити.

4. Способ производства по п. 2, заключающийся в том, что ориентированные волокна и нити верхнего и нижнего слоев основы получают из гранулированного термопластичного полимера путем формования волокон и нитей из расплава полимера экструзионным способом с последующей вытяжкой и формированием холста.

5. Способ производства по п. 2, заключающийся в том, что используют аэродинамическую вытяжку ориентированных волокон и нитей верхнего и нижнего слоев основы геомембраны.

6. Способ производства по п. 1, заключающийся в том, что на верхний и нижний слои основы геомембраны наносят текстуру.

7. Способ производства по п. 3, заключающийся в том, что ориентированные волокна или нити армирующего сердечника получают из гранулированного термопластичного полимера.