Сетка для армирования грунта, имеющая большую площадь поверхности и высокий предел прочности при растяжении, способ и устройство для ее изготовления (варианты) - RU2189317C2
Код документа: RU2189317C2
Описание
Изобретение касается сеток для армирования грунта, имеющих большую площадь поверхности и высокий предел прочности при растяжении, способа и устройства для их непрерывного изготовления и их применения в качестве дренажных и армирующих сеток.
Сетки этого типа применяют, например, для закрепления шоссейных и железнодорожных сооружений, закрепления грунта, стабилизации склонов и закрепления сооружений для изоляции свалок.
С конца 1970-х гг. во всем мире нашли широкое применение так называемые сетки для армирования грунта "Тенсар" (зарегистрированное наименование), изготавливаемые фирмой "Нетло".
Для изготовления сеток этого типа экструдированные полиэтиленовые или полипропиленовые полотна перфорируют с постоянным интервалом. Нагретые полотна растягивают либо в продольном направлении (однослойно), как это описано в патенте Великобритании 2073090, либо в продольном и поперечном направлениях (двуосно), как это описано в патенте Великобритании 2035191. Растягивание заставляет беспорядочно расположенные молекулы полимера принимать упорядоченное и выровненное положение в направлении растягивания. Этот способ позволяет увеличить предел прочности при растяжении и жесткость сеток для армирования грунта. Дальнейшее усовершенствование этих сеток описано в US-A 4618385 (Мерсер). Однако проблемой, связанной с этими сетками для армирования грунта, является невозможность равномерного растягивания материала полотен, так что у сеток, растянутых этим способом, прочность по отношению к весу на квадратный метр в определенной степени является неудовлетворительной.
Для улучшения отношения прочности к весу на квадратный метр в DE-C 37310 (Акзо) описывается способ изготовления сеток для армирования грунта, при котором вначале изготавливают и растягивают полосы, содержащие два слоя из полимеров, имеющих разные температурные интервалы плавления (молекулярно-ориентированные двухкомпонентные полосы). Затем полосы поперечно укладывают рядами таким образом, что сторона полос, имеющая более низкий температурный интервал плавления, опирается на другую такую сторону. Получаемую конструкцию затем подвергают воздействию температуры, которая выше температурного интервала плавления полимера, имеющего более низкий температурный интервал плавления, но ниже температурного интервала плавления полимера, имеющего более высокий температурный интервал плавления. В результате, полосы соседних рядов в местах пересечения соединяются полимером с низким температурным интервалом плавления.
В заявке на патент Великобритании 2314802 (Мерсер) описывается сходный способ. В этом документе во введении к описанию в отношении предшествующего уровня техники говорится, что компания "Сигноуд" производит сетки для армирования грунта из молекулярно-ориентированных полиэфирных лент, которые с одной стороны покрыты пластмассой, имеющей более низкую температуру плавления (двухкомпонентные ленты). Затем эти двухкомпонентные ленты поперечно укладывают одну поверх другой таким образом, чтобы они в местах пересечения опирались друг на друга теми сторонами, которые имеют низкую температуру плавления. После этого сваривают места пересечения.
Недостатком этих сеток для армирования грунта является неудовлетворительная прочность соединения в местах пересечения, которая предопределяется полимерным компонентом с более низкой температурой плавления.
Для устранения этого недостатка в вышеупомянутой заявке на патент Великобритании 2314802 (подана 2 июля 1996 г. и опубликована 14 января 1998 г. ) предлагается способ, при котором также используются молекулярно-ориентированные двухкомпонентные полосы, но с тем изменением, что в полотне сетки одна нижняя двухкомпонентная полоса и одна верхняя двухкомпонентная полоса расположены в направлении технологического процесса, конкретнее таким образом, что после введения поперечных полос эти две полосы всеми своими поверхностями опираются друг на друга теми сторонами, которые имеют более низкую температуру плавления. Затем при введенных поперечных полосах нижние двухкомпонентные полосы в каждом случае соединяют с верхними двухкомпонентными по всей их поверхности посредством пламенной сварки или сварки горячим воздухом.
Хотя этот способ позволяет увеличить прочность соединения в месте пересечения, он в отношении материалов имеет тот недостаток, что для изготовления двухкомпонентных полос необходимы два разных полимера и что в каждом случае для образования соответствующей части сетки требуются две двухкомпонентные полосы.
Задачей настоящего изобретения является создание сетки для армирования грунта, которая имеет большую площадь поверхности и высокий предел прочности при растяжении и изготовлена сваркой однослойных, однородных, молекулярно-ориентированных прутков, имеющих высокий предел прочности при растяжении и лишенных каких-либо дополнительных покрытий, таким образом, что, с одной стороны, достигается удовлетворительная прочность соединения в сваренных местах пересечения пластмассовых прутков без придания значительной молекулярной ориентации, т. е. достигается прочность при растяжении пластмассовых прутков в местах пересечения и, с другой стороны, имеется возможность обеспечить экономичную производительность.
Эта задача достигается использованием однослойных, однородных, молекулярно-ориентированных пластмассовых прутков с высоким пределом прочности при растяжении и применением способа вибрационной сварки для одновременной сварки при одинаковых условиях и под давлением множества последовательно расположенных мест пересечения, расположенных около и позади друг друга однослойных, однородных молекулярно-ориентированных пластмассовых прутков, которые имеют высокий предел прочности при растяжении и пересекают друг друга, будучи прерывисто сваренными вместе.
Вибрационная сварка представляет собой сварку трением, при которой места пересечения уложенных друг на друга пластмассовых прутков пластицируют без внешнего подвода тепла, а скорее посредством прямого превращения энергии трения в тепло. Для этой цели пластмассовые прутки в местах их пересечения заставляют вибрировать с такими частотами и амплитудами, чтобы поверхности размягчались и таким образом сваривались вместе под высоким давлением. Следовательно, основной особенностью вибрационной сварки является возвратно-поступательное движение для создания трения так, чтобы теплота плавления действовала только на поверхности прутков при потере молекулярной ориентации лишь на поверхности пластмассовых прутков. Кроме того, преимуществом этого способа являются короткие периоды нагрева и охлаждения, так как нагрев происходит только на поверхностях, так что возможна короткая продолжительность цикла, позволяющая достигнуть желаемой экономичной производительности, т.е. согласно изобретению можно изготовить сетки для армирования грунта, имеющие большую площадь поверхности, например, с общей шириной 5 м и расстоянием между пластмассовыми лентами от центра ленты до центра ленты приблизительно 3 см при производительности, по меньшей мере, 2,5 м в минуту.
Первоначально это не считалось возможным, так как предполагалось, что при ожидаемом давлении на поверхности, равном приблизительно 1,5 Н/мм2, и ширине пластмассовых прутков, например, 12 мм при размере ячейки 3 см и количестве свариваемых мест пересечения приблизительно 5000 потребовались бы усилия приблизительно в 1000000 Н, что делало бы совершенно невозможным выполнение контролируемой сварки. Кроме того, предполагалось, что при вибрациях с частотой от 60 до 300 Гц и одновременной сварки большого количества мест пересечения происходило бы разрушение деталей машины.
Однако было обнаружено, что при соответствующей конструкции сварочных столов повышенной прочности возможно допущение этих усилий и, следовательно, можно одновременно сваривать, например, от 500 до 8000 мест пересечения.
Существенным фактором, делающим возможным это усовершенствование, явилась разработка согласно изобретению нового вибрационно-сварочного устройства, оснащенного вибрационным столом с большой площадью поверхности, которое может быть использовано для одновременной сварки, по меньшей мере, 100 мест пересечений, предпочтительно до 500 мест пересечений, соответствующими основаниями и соответствующими системами контроля и создания давления, и устройства для подачи прутков, по крайней мере, в 100 мест пересечения, предпочтительно вплоть до 500 мест пересечения. Множество этих новых вибрационно-сварочных устройств устанавливают вблизи друг друга и заставляют одновременно вибрировать при равных режимах давления и одинаковых амплитудах и частотах. Амплитуды и частоты регулируют таким образом, чтобы амплитуды находились в интервале от 0,5 до 2,5 мм, предпочтительно от 1 до 2 мм, и частоты - в диапазоне от 60 до 300 Гц, предпочтительно от 150 до 180 Гц. Устройство для вибрационной сварки имеет, по меньшей мере, одно вибрационно-сварочное устройство.
Так как вибрационно-сварочное устройство согласно изобретению можно использовать для сварки от 100 до 500 мест пересечения в зависимости от расстояния между местами пересечения и ширины прутков, что до сих пор считалось неосуществимым, настоящее изобретение позволяет изготавливать сетки для армирования грунта, имеющие большую площадь поверхности и любую желаемую ширину, предпочтительно ширину от 3 до 6 м, устанавливая вблизи друг друга соответствующее количество вибрационно-сварочных устройств согласно изобретению.
Прутки, подаваемые в продольном направлении, т.е. в направлении технологического процесса и называемые ниже продольными прутками, предпочтительно подают параллельно друг другу и с равными расстояниями между собой. Прутки, простирающиеся поперек продольного направления и называемые ниже поперечными прутками, предпочтительно укладывают под прямыми углами к продольному направлению, помещая на продольные планки, при этом продольные и поперечные прутки предпочтительно образуют квадратные или более или менее удлиненные прямоугольные отверстия сетки. Конечно, поперечные прутки могут также пересекать параллельные продольные прутки под углом от 45 до 90o.
Расстояния между продольными прутками, с одной стороны, и поперечными прутками, с другой стороны, могут быть выбраны по желанию и предпочтительно в пределах от 10 до 100 мм, в частности в пределах от 20 до 80 мм, при измерении от одного бокового края прутков до их другого бокового края.
Способ изготовления сеток для армирования грунта согласно изобретению, имеющих большую площадь поверхности, заключается в том, что некоторое количество пластмассовых прутков размещают в направлении технологического процесса, а соответствующее количество пластмассовых прутков - в направлении, поперечном к нему, таким образом, чтобы общая ширина сетки для армирования грунта была от 3 до 6 м, предпочтительно 5 м, и общая длина от 25 до 500 м, предпочтительно от 50 до 100 м.
Пластмассовые прутки, используемые согласно изобретению, являются либо квадратными в поперечном сечении предпочтительно с длиной сторон от 2,0 до 6,0 мм, в частности от 2,5 до 4,5 мм, либо прямоугольными в поперечном сечении предпочтительно шириной от 5 до 40 мм, в частности 10 мм, 12 мм или 16 мм, и толщиной от 0,4 до 2,5 мм, в частности от 1,0 до 1, 5 мм.
Согласно конкретному варианту выполнения изобретения в качестве продольных прутков используют пластмассовые прутки, которые шире и/или толще поперечных прутков.
Предпочтительно используют термопласты, включая сложные полиэфиры (ПЭ), например полиэтилентерефталат (ПЭТФ), полиолефины, например полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) или полипропилен (ПП), полиамиды (ПА), например ПА 6 и ПА 66, и поливиниловые спирты (ПВС).
В частности, применяемыми термопластами являются полиэтилентерефталат (ПЭТФ) или полипропилен (ПП). Чтобы обеспечить по возможности высокий предел прочности при растяжении, степень вытяжки в случае использования ПП должна быть самое большее 1:15, предпочтительно 1:9-1:13. В случае использования ПЭТФ подходящей является максимальная степень вытяжки, равная 1:10, предпочтительно 1: 6-1: 8, при которых под действием максимальной растягивающей силы могут быть достигнуты удлинения от 5 до 20%.
Предел прочности пластмассовых прутков предпочтительно составляет между 300 и 800 Н/мм2, причем пластмассовые прутки могут быть гибкими или жесткими.
Так как взаимодействие между армирующей сеткой и грунтом основано на создании сил трения между грунтом и сеткой, то прутки сетки на их верхних и/или нижних сторонах предпочтительно могут быть снабжены выдавленными профильными элементами, которые увеличивают фрикционный контакт с грунтом.
Возможными выдавленными элементами являются, например, ромбовидные элементы глубиной от 0,05 до 0,5 мм. Однако глубина выдавленных элементов должна быть между 0,5% и 30% толщины пластмассовых прутков. Например, при использовании пластмассового прутка толщиной 1,5 мм глубина выдавленного элемента на одной стороне может быть равной 0,15 мм.
Примерами других возможных выдавленных элементов
являются:
- продольные пазы,
- поперечные пазы,
- сотовые элементы с шипами,
- выступы, шипы и т.п.
- или сочетания вышеупомянутых выдавленных элементов.
Далее изобретение объясняется на основе нижеследующих данных, которые, однако, приводятся в качестве примера без создания какого-либо ограничения.
Экструдируют пластмассовые прутки с высоким пределом прочности при растяжении, используя экструдер горизонтальной конструкции с автоматическим устройством для фильтрования расплава.
Используя множество растягивающих стендов, трубопроводы для горячего воздуха и распылительные трубопроводы с устройствами для отклонения прутков, с большим растягивающим усилием растягивают пластмассовые прутки, причем при этом процессе происходит молекулярная ориентация.
С помощью намоточных машин экструдированные и растянутые пластмассовые прутки сматывают в бобины при длине прутков, например, вплоть до 15000 погонных метров.
Для того, чтобы далее использовать пластмассовые прутки с высокой прочностью при растяжении для изготовления сеток для армирования грунта, имеющих большую площадь поверхности при ширине предпочтительно 3,0 -6,0 м, в частности 5,0 м, бобины укладывают на бобинодержатели. Приемные устройства для отдельных бобин предпочтительно содержат тормозное устройство для обеспечения того, что бобины разматывают контролируемым образом. При рабочей ширине 5,0 м и принимаемом расстоянии от центра одного пластмассового прутка до центра следующего пластмассового прутка в 30 мм и при использовании пластмассовых прутков шириной 10 мм потребовалось бы 167 приемных устройств.
Однако, как упоминалось выше, для дренажных тюфяков могут быть также выбраны другие расстояния в пределах от 10 мм до 100 мм, так как, например, для дренажных тюфяков эти расстояния предпочтительно уменьшают до приблизительно 10 мм и менее для обеспечения стабильного по напору режима стока в дренажной системе.
Как уже упоминалось, все пластмассовые прутки, подлежащие укладке в продольном направлении, предпочтительно располагают параллельно друг другу.
Пластмассовые прутки, которые простираются в продольном направлении (в направлении технологического процесса) (продольные прутки), принимают посредством приемного устройства. Приемное устройство содержит устройство для поперечной резки, которое отделяет продольные прутки при смене бобины, и соединительное устройство для автоматического соединения новых продольных прутков с оставшейся частью старых продольных прутков. Для этой операции соединения предпочтительно используют устройства для ультразвуковой или вибрационной сварки.
Пневматические тормоза обеспечивают, что отдельные продольные прутки втягиваются в приемное устройство контролируемым образом. Приемное устройство сконструировано таким образом, что при последующей операции сварки обеспечивается непрерывное напряженное состояние в отдельных продольных прутках.
Пластмассовые прутки, которые располагаются поперек продольных прутков (поперечные прутки), укладывают с помощью укладочной головки. Предпочитается, чтобы одновременно можно было укладывать до 50 поперечных прутков. Укладочная головка сконструирована таким образом, что при прохождении над продольными прутками она может укладывать до 50 поперечных прутков, предпочтительно в обоих направлениях.
Во время операции укладки отдельные тормоза обеспечивают, что напряжение в отдельных поперечных прутках остается постоянным.
Уложенные поперечные прутки с помощью гусеничных тянущего и отодвигающего механизмов отдельного сварочного устройства подводятся к местам пересечения в сетке. Этот гусеничный тянущий механизм в каждом случае содержит нижнюю, неподвижную двухрядную ленту и две горизонтально движущиеся двухрядные ленты. Для обеспечения достаточного давления между двумя двухрядными лентами с целью создания напряжения в поперечных прутках имеется напорный шланг под направляющей нижней цепи, который прижимает нижнюю гусеничную ленту к верхней гусеничной ленте.
Одновременно движущиеся режущие устройства разрезают уложенные, напряженные поперечные прутки непосредственно перед их перемещением в сварочное устройство.
Устройство для вибрационной сварки содержит, например, 10 вибрационно-сварочных устройств, которые расположены вблизи друг друга и имеют каждая большую вибрационную плиту (стол) с объединенными с ней вибрационной рамкой, приводными источниками энергии, пультом с цепью регулирования амплитуды и устройством для ограничения вибрации. Размеры отдельных вибрационно-сварочных устройств составляют, например, 475 х 720 мм, так что все 10 вибрационно-сварочных устройств вместе позволяют за одну операцию выполнять, например, от приблизительно 4000 до приблизительно 8000 отдельных сварных швов. Эту сварочную операцию предпочтительно проводят в диапазоне между 60 и 300 Гц, в частности между 150 и 180 Гц, и при амплитудах вплоть до 2 мм.
10 вибрационно-сварочных устройств имеют каждое цельную станину. На 10 сварочных столах расположено 10 соответствующих нижних инструментов, которые для выполнения сварки в каждом случае поднимают четырьмя гидроцилиндрами. В месте расположения сварочных инструментов используют разделительные гребенки для направления пластмассовых прутков.
После выполнения сварочной операции готовая сетка с большой площадью поверхности может быть посредством главного приемного устройства подана на участок покрытия, например, неткаными, ткаными или вязаными тканями или листами, с целью изготовления композитных изделий, содержащих, например, сетку и нетканый материал и используемых в качестве пластмассовых дренажных элементов или разделительных и армирующих элементов. Эта операция следует непосредственно за изготовлением сетки для армирования грунта. Нанесение покрытия на одну или обе стороны можно выполнять посредством нагретого инструмента, горячего воздуха, клея и т.д. После операции нанесения покрытия композитные изделия направляют к режущему и намоточному устройству.
Сетки согласно изобретению, которые покрыты листами, очень подходят в качестве брезента для груза и грузовых автомобилей и покрытия для временных крыш.
Кроме их основных областей применения, упомянутых во введении, сами сетки согласно изобретению могут быть также использованы для сооружения изгородей для защиты от животных, изгородей, используемых при разведении животных, или ограждений на строительных площадках, а также ограждений для защиты от лавин или камнепада.
Реферат
Согласно изобретению сетки для армирования грунта имеют большую площадь поверхности и высокий предел прочности при растяжении, а также раскрыт способ и устройство для их изготовления и их использование в качестве дренажных и армирующих сеток и в качестве ограждений. Описывается способ непрерывного производства сеток для армирования грунта, которые имеют большую площадь поверхности и содержат термопластовые прутки, пересекающие друг друга и соединенные вместе сваркой в местах их пересечения друг с другом. В способе используют однослойные, однородные, молекулярно-ориентированные пластмассовые прутки с высоким пределом прочности при растяжении и, применяя вибрационную сварку, одновременно прерывисто сваривают их в множестве мест пересечения, расположенных позади и около друг друга. В этом способе используют новое устройство для вибрационной сварки, содержащее в зависимости от требуемой толщины, по меньшей мере, одно вибрационно-сварочное устройство, которое может быть применено для одновременной сварки, по меньшей мере, 100 мест пересечения, предпочтительно вплоть до 500 мест пересечения и до 8000 мест пересечений. Каждое вибрационно-сварочное устройство оснащено вибрационным столом с большой площадью поверхности. Технический результат способа и устройства по изобретению - создание сетки для армирования грунта для достижения удовлетворительной прочности соединения в сваренных местах пересечения пластмассовых прутков без придания значительной молекулярной ориентации 4 с. и 15 з.п.ф-лы.
