Производство полимерпесчаных изделий: оборудование, технологии и перспективы

Изделия из полимерпесчаных композитов производятся в России около 10 лет.

Большинство из них – это штучные строительные материалы сравнительно небольших размеров: плитка, черепица, бордюрный камень.

Однако прочность материала позволяет изготавливать и более массивные конструкции, такие как элементы декоративных ограждений, кольца для колодцев и септиков.

Технология производства полимерпесчаных изделий привлекательна еще и возможностью применения вторичного полимерного материала, который не требует глубокой очистки.

Дешевое сырье, востребованная продукция, налоговые льготы дают возможность открыть высокорентабельное предприятие, получать коммерческую выгоду и снизить нагрузку на окружающую среду.

Компоненты полимерпесчаной смеси

Одно из преимуществ полимерно-песчаных смесей – простота состава. Стандартной рецептуры не существует, каждый производитель разрабатывает ее на заводе самостоятельно, исходя из доступности компонентов.

Полимерпесчаный
композит состоит из:

1. Наполнителя. Чистый просеянный песок с крупностью фракции до 3 мм считается одним из лучших материалов. Он не должен содержать глины и пылевидных включений, которые снижают прочностные свойства готовых изделий. Негативным фактором, влияющим на качество смеси, считается повышенная влажность наполнителя: испарение во время подготовки смеси и формования готовых изделий приводят к образованию пустот. Возможно использование других минеральных наполнителей: гранитного отсева, кварцита, базальта, стекла, фарфора, боя керамического кирпича.
2. Пигмента. Технология производства полимерпесчаных изделий предполагает сквозное окрашивание, поэтому пигменты вводят в смесь. Возможно использование любых минеральных и органических красителей. Наиболее популярные: окись хрома, двуокись титана, железный сурик, кобальт синий. Основные критерии выбора: доступность, цена и устойчивость к ультрафиолету.
3. Связующего. Большинство мягких и жестких термопластичных полимеров подходят для производства полимерно-песчаных композиций. Чаще всего применяют полиэтилен высокого и низкого давления, полипропилен, ПЭТ, АБС-пластик. В качестве связующего может использоваться смесь нескольких пластиков. При этом необходимо следить, чтобы они имели приблизительно одинаковые температуры размягчения. Исходя из этого требования, необходимо избегать попадания в сырьевую смесь поликарбонатов, тетрафторэтилена (тефлона), других тугоплавких полимеров. Источниками полимерного связующего чаще всего выступают отходы производства (брак, обрезки, литники) и потребления (ТБО, использованная упаковка). В зависимости от комплектации, технологической линии могут использоваться неподготовленные, дробленые пластики или гранула. Большинство производителей отдают предпочтение вторичному грануляту, поскольку он дешевле.
4. Пластификаторов. Для увеличения подвижности смеси и облегчения процесса формования в смесь вводят дибутилфталат, трикрезилфосфат и им подобные вещества.
5. Армирования. Синтетические, органические и минеральные волокнистые материалы могут быть добавлены для увеличения прочности на растяжение и изгиб. Для армирования чаще всего используют асбест, хлопковые очесы, стеклянное и ацетатное волокно.

Среди нежелательных веществ, которые могут попасть в смесь, опытные производители отмечают машинные масла и алюминиевую фольгу.

Соотношение компонентов определяется путем изготовления и тестирования опытных образцов.

В состав смеси входят:

• 23 – 38% полимерного материала;
• 60 – 75 % наполнителя;
• до 2 % пигментов и прочих добавок.

Основные плюсы

Черепица полимерпесчаная обладает множеством достоинств. В процессе производства ее покрывают веществом, которое устойчиво к ультрафиолетовому излучению. Это указывает на то, что даже со временем цвет остается первозданным, а поверхность не выгорает. Материал превосходно справляется с резко континентальным климатом, он устойчив к морозам и способен выдержать около 200 циклов замораживания и оттаивания.

Если проводить сравнение с металлическими кровлями, то последние имеют эффект барабана. Черепица не корродирует, она устойчива к химическим веществам. Обладает водоотталкивающими характеристиками и исключает цветение кровли. Материал является диэлектриком, поэтому кровле не требуется молниезащита. Полотна легко укладывать, для этого мастеру не потребуется обладать специальными навыками. Даже если приходится работать с крышами сложных форм, то отходы будут минимальными. Кровля из полимерпесчаной черепицы может эксплуатироваться при точечной нагрузке в пределах от 150 до 360 кг.

Технология подготовки композита и производства изделий

Производство полимерпесчаной продукции включает в себя такие стадии:

1. Дробление и агломерация пластика. Этот этап можно пропустить, если использовать готовый вторичный гранулят.
2. Смешивание. Все сырьевые компоненты загружают в миксер и перемешивают.
3. Нагрев. Смесь песка и пластика нагревают до температуры 90-500 °C до получения пастообразной массы с однородной структурой.
4. Экструзия. Готовая к применению смесь выдавливается через отверстие в пресс-форму. Ее количество контролируется весами.
5. Прессование. Гидравлический пресс с настраиваемым усилием сжимает порцию композита и формирует готовое изделие.
6. Застывание в форме. Охлаждение бывает естественным или принудительным (водяным), в зависимости от конструкции пресс-форм.

После затвердевания изделия извлекают из форм и укладывают на горизонтальную поверхность, где они лежат до 24 часов, после чего отправляют на склад готовой продукции.

Укладка на сложных участках

1. Крыши сложных форм, например вальмовые с треугольными скатами, требуют более внимательной разметки. Ее нужно начинать с середины скатов, а на ребрах и в ендовах укладывать элементы по месту, при необходимости делая подрезку.

2. Перед укладкой черепицы в ендовах устанавливают внутренний желоб шириной 50-60 см из алюминия или оцинкованной стали. Его закрепляют таким образом, чтобы он обеспечивал герметичность этого участка. Еще один металлический элемент укладывают сверху – он выполняет и дополнительную герметизирующую, и декоративную функции.

3. Вдоль ендов укладывают черепицу так, чтобы осадки стекали по желобу, не попадая в подкровельное пространство. Для этого расстояние от оси желоба до края плитки должно быть 13-15 см.

4. Места примыканий к вентиляционным выходам, каминным трубам и прочему перед укладкой вокруг них черепицы отделывают специальными уплотнительными лентами из бутилкаучука.

Варианты комплектации оборудования

Два наиболее известных завода-производителя оборудования для полимерно-песчаной продукции — это ООО «Ассоциация предприятий БМП» (г. Вологда) и ПК «Полимерстрой18» (г. Ижевск).

Оба предприятия занимаются проектированием и поставками укомплектованных технологических линий в широком диапазоне производительности.

В базовый комплект оборудования входят:

1. Смеситель. Перемешивание компонентов сопровождается невысокими энергозатратами, однако от однородности смеси зависит качество готовой продукции. Многие предприниматели используют более дешевые миксеры общестроительного назначения. Однако такое решение может стать «узким местом», ограничивающим производительность. Специализированные модели снабжаются бункерами и ленточными конвейерами, способными обеспечить непрерывную подачу сырья на следующий этап производства. При использовании строительного миксера его приходится останавливать, а перегрузку выполнять вручную.
2. АПН (агрегат плавильно-нагревательный). Смесь сырья загружается в приемный бункер устройства и подается в рабочую камеру при помощи шнека. При этом происходит дополнительное перемешивание песка с полимерной крошкой. Рабочая камера условно разделена на зоны:
   предварительного нагрева и удаления влаги;
3. расплавления;
4. дегазации.
5. Вертикальный пресс. Для формовки изделий различной толщины и объема используются агрегаты с диапазоном усилий от 63 до 400 т. При выборе пресса стоит обратить внимание на размеры стола, величину и скорость хода поршня.

ПК «Полимерстрой18» предлагает 5 вариантов комплектации оборудования.

В состав технологической линии, предполагающей минимальное вложение средств, входят АПН мощностью 15 кВт и пресс с усилием 63 т.

Такая линия предполагает использование гранулы или дробленой пленки, позволяет выпускать небольшие по размерам изделия.

Увеличить номенклатуру и объемы производства можно за счет использования более мощных установок АПН (до 64 кВт), а также нескольких прессов.

Производитель предлагает ряд опций для снижения энергозатрат и повышения качества продукции: частотно регулируемый привод, ленточные и индукционные нагреватели.

Ассоциация предприятий БМП поставляет линии, в состав которых входят дробилка и агломератор, позволяющие готовить связующее самостоятельно из отходов, а также весы общего назначения.

Пример расчета

Дано: минеральная черепица «Франкфурт», уклон кровли – 25°, длина ската – 8760 мм.

Порядок действий:

1. Находим в табл. 1 значения PUT и LAT
2. Значение LAF для минеральной черепицы всегда равно 40 мм
3. Находим в табл. 4 значение LАср
4. Рассчитываем L
5. Определяем Nрасчетное
6. Округляем в большую и меньшую стороны
   Nбольшее = 26 рядов
7. Nменьшее = 25 рядов
8. Рассчитываем два соседних значения шага обрешетки (LA1 и LA2)
   LA1 = L/ Nбольшее = 8400 / 26 = 323 мм
9. LA2 = L/ Nменьшее = 8400 / 25 = 336 мм
10. Оцениваем допустимые значения шага обрешетки (LA) при уклоне 25° (табл.6.)

Ответ: LA1 находится в допустимом интервале, а LA2 выпадает из него, следовательно, нужно выбрать шаг LA1, он равен 323 мм.

Ассортимент продукции

Ассортимент продукции зависит от производительности технологической линии, усилия прессования и конфигурации пресс-форм:

1. Плитка. Прочностные характеристики полимерпесчаного композита позволяют производить изделия для мощения тротуаров, а также дорог с низкой транспортной нагрузкой. Наиболее популярные размеры плитки: 330 × 330, 500 × 500. Толщина в зависимости от расчетной нагрузки варьируется от 17 до 50 мм. Обычно производители полимерпесчаной плитки делают бордюры, ливневые желоба и другие элементы для мощения.
2. Черепица. Внешне материал практически не отличается от керамического аналога, но имеет значительно меньший вес. Масса одного элемента обычно составляет 2 — 2,5 кг, а нагрузка на стропильную систему в перерасчете на 1 м2 составляет 18 — 23 кг. Помимо рядовой, коньковой и ветровой черепицы, в ассортименте обычно имеются элементы для устройства отвода дождевой воды и задержания снега.
3. Канализационные колодцы. Заглубленные смотровые устройства для кабельной канализации и инженерных сетей, а также септики изготавливаются в виде сборных конструкций. Они состоят из дна, нескольких колец и люка. Пазогребневые соединения, при помощи которых элементы колодцев соединяются между собой, обеспечивают соосность установки, достаточную прочность для сопротивления давлению грунта и защиту от проникновения грунтовых вод. Кроме того, колодцы из полимерно-песчаного композита значительно легче бетонных аналогов, а потому проще в монтаже.
4. Элементы ограждений. Благодаря высокой подвижности полимерпесчаной смеси при всестороннем сжатии (во время прессования), из нее изготавливают детали для заборов, отличающиеся сложностью форм и высокими декоративными свойствами. В ассортименте большинства производителей есть садовые ограждения высотой 25 — 50 см, колпаки и парапеты для защиты кирпичной кладки, элементы заполнения, в том числе ажурные.

Из полимерпесчаной смеси также делают фасадные и цокольные панели, сайдинг и другие изделия.

Особенности материала

Впервые такая черепица появилась на рынке Европы вначале 90-х. Тогда разработчики искали замену керамической крыше, такую, чтобы она не сильно отличалась по внешнему виду от традиционного материала, но имела бы более высокие эксплуатационные характеристики. В связи со стремительным развитием полимерной промышленности, стали более тщательно изучать этот материал. В результате на рынке появилась полимерпесчаная черепица. Главное её отличие от обычной заключается в более высокой прочности в сочетании с меньшим объёмным весом. А не так давно производство полимерпесчаной черепицы стало доступно и в нашей стране.

Рентабельность

Для определения рентабельности необходимо рассчитать затраты на производство готовой продукции и приобретение оборудования, учесть спрос в своем регионе.

Стоимость технологической линии ООО «Ассоциация предприятий БМП» начинается от 2 млн. руб.

Однако можно найти и более дешевое оборудование на вторичном рынке.

При расчете себестоимости тротуарной плитки (как наиболее простого в производстве изделия) суммируют:

• затраты на сырье;
• тарифы на электроэнергию;
• зарплату мастеру и рабочим;
• плату за аренду производственных и складских площадей;
• налоги;
• транспортные расходы.

Расчеты специалистов показывают, что реальные затраты на производство 1 м2 тротуарной полимерпесчаной плитки составляют около 250 — 270 рублей, а среднерыночная цена составляет 500 — 550 рублей.

Таким образом, рентабельность может превышать 100 % порог. Окупаемость производства при односменной работе составляет до полугода. При двухсменном графике она сокращается вдвое.

Расчет количества горизонтальных рядов черепицы

Зная длину ската и определив положение верхнего и нижнего рядов обрешетки, легко рассчитать шаг обрешетки и, соответственно, количество горизонтальных рядов черепицы.

Для наглядности обратимся к расчетной схеме (рис. 5.).

Рисунок 5. Расчетная схема

Обозначения:

Lk – длина конструкции (ската);L –длина участка конструкции, равная сумме шагов обрешетки;PUT – расстояние между нижним краем черепицы первого ряда и нижним краем первого бруска обрешетки;LAT – расстояние между наружными краями первых двух брусков обрешетки;LA – шаг шаговой обрешетки;LAF – расстояние между коньком и обрешеткой.

Расчет шага обрешетки, обозначенного на схеме как LA, производится в 3 этапа.

1-й этап: расчет общей длины ската, равной сумме шагов обрешетки (L).

На этом этапе нужно рассчитать общую длину ската от наружного края второго снизу ряда обрешетки до наружного края верхнего ряда.

Для всех моделей черепицы, кроме керамической черепицы «Опал» и «Изумруд»: L= Lk – LAT– LAF«Опал»:L = Lk – LAT – LAF – 120«Изумруд»:L = Lk – LAT – LAF – 180

2-й этап: определение расчетного количества шагов обрешетки (Nрасчетное)

Для этого нужно разделить найденную длину L на табличное значение среднего шага обрешетки (табл. 4 и 5).

Разновидности элементов

При установке полимерпесчаной кровли используются следующие элементы:

1. Рядовая черепица — это прямоугольные элементы, которые применяют непосредственно по всей площади крыши строящегося здания. У них идентичные размеры и боковые замки, поэтому имеется возможность соединения деталей так, чтобы как можно лучше предотвратить протекание из-за возможных осадков. В верхней части рядовой черепицы располагаются отверстия для крепежа, а с обратной стороны элемента сделаны специальные зацепы, которые способствуют облегчению монтажных работ. Ее размеры: длина — 410 мм, ширина — 315 мм.
2. Коньковые элементы используют при состыковке боковых элементов крыши. От грамотно уложенной коньковой черепицы зависит правильность укладки остальных элементов кровли. Параметры их таковы: длина — 330 мм, ширина — 210 мм
3. Ветровые элементы — это доборные элементы, которые играют декорирующую роль, скрывая под собой слои утеплителя. Благодаря им под полимерпесчаное покрытие не задувается ветер, а чердачное пространство надежно защищено от попадания влаги.

Производственный процесс

В состав полимерной черепицы входит около семидесяти процентов кварцевого песка, двадцать пять процентов полимера, и около пяти процентов различных добавок и красителей.

Всю технологию производства можно разделить на шаги:

• Подготовительный процесс полимеров. Если используется готовый полиэтиленовый гранулят, то процесс упрощается. А если это вторичная переработка, то они сначала подвергаются измельчению.
• Сушка. Все компоненты должны быть высушенными;
• Для повышения каких-либо свойств, пластичности, стойкости к огню и т. д., используются добавки;
• Гранулированный пластик смешивается с другими компонентами и все нагревается до состояния плавления;
• Разогретая смесь разливается по формам;
• Специальным прессом изделие штампуется под высоким давлением;
• После охлаждения формы изделия можно извлечь.

Сотрудники

Поскольку линии автоматизированные, то в штате следует предусмотреть оператора (его заработная плата в регионах составляет порядка 30-40 тысяч рублей/месяц), оператора ОТК, подсобного рабочего (з/п 20-30 тысяч рублей) и менеджера по продажам. Функции последнего в первое время может осуществлять сам владелец бизнеса.

Ведение бухгалтерской отчетности, если вы открыли ООО, можно передать на аутсорсинг – это порядка 5-10 тысяч рублей.

Производство канализационных люков может работать в 2 смены продолжительностью 12 часов, изготавливая за это время около 50 единиц продукции.

ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ за смену

• Дробилка производительностью 300 кг\ч потребляет 22 кВт\ч. Для производства смеси в количестве 3 072 кг необходимо 755 кг полимера. Для его приготовления дробилка проработает 2,5 часа и потребит энергии при этом 55 кВт.
• АПН — 29 кВт/час при разогреве, при работе круглосуточно при разогретом АПН потребление уменьшается в 4-ре раза т.е расчет : 7,25 кВт х 24 часа = 174 кВт/сутки
• Пресс гидравлический – 5,5 кВт/час. При формовке изделия программа на прессах рассчитана на потребление эл. Энергии в режиме подъема и опускания верхнего пуансона, при формовке эл. Энергия не потребляется. Время хода ползуна равна 40 секунд за сутки 96штук х 40 сек. = 3 840 сек. = 64 мин. = 1,07часа работы пресса
• Потребление за сутки 5,89 кВт.
• Пресс гидравлический — 11 кВт/ час потребление за сутки: 11,77 кВт
• Смеситель — 5,5 кВт/час 1 замес – 3 мин. Перемешивает 0,5 тонны за один перемес. За смену 3,072 тонн смеси на 96 шт люков . За сутки 18,4 мин. Потребление электроэнергии 1,83 кВт.-
• Освещение — 12 кВт/час

Итого потребление электроэнергии за сутки составляет 260,49 кВт/сутки, смена за 12 часов 130,25 кВт.

Стоимость электроэнергии за 1кВт/ч — 4,03 руб. Таким образом, стоимость электроэнергии составляет 525 руб. За 12 часов при производстве 48 люков. Расход на 1 люк составит 11руб.

Амортизация оборудования устанавливается предприятием самостоятельно

Себестоимость одного люка

Создание обрешетки

Обрешетка под композитную черепицу выполняется при помощи деревянных брусков 50х50 мм в разрезе, если между опорами не более одного метра (в случае большего расстояния сечение делается больше). Ее располагают по направлению снизу вверх. Нижний брусок фиксируется на отступе в 20 мм от крайнего звена контробрешетки и выполняет функцию закрепления первого ряда. Их лучше соединять на звеньях контробрешетки, а длина каждого из них должна превышать длину, равную расстоянию 2 пролетов между опорами.

Требуется выдержать расстояние в 370 мм между нижними гранями деталей. Это нужно для создания замка между смежными листами покрытия, обеспечения качественной защиты от попадания влаги, защиты от порывов ветра и для эстетичности.

Cовет. Для соблюдения условий изготовьте подходящие шаблоны из любых материалов.

Расстояние от верхнего ряда обрешетки до гребня не регламентируется. Длину стропила желательно подбирать равной длине цельного куска материала. Бруски обрешетки, предназначенные для укладки гребня, устанавливаются с двух сторон от него на расстоянии 13 см. Коньковые бруски, предназначенные для установки ребровых коньков, изначально следует обтесать и прикрепить с обеих сторон от него, отступая по 12 см.

При наличии ендовы части обрешетки располагаются по обоим краям от линии ендовы на отступе в 180 мм.

Каналы продаж

Вашими клиентами являются управляющие компании, предприятия городского жилищно-коммунального хозяйства, частные строительные фирмы. Необязательно потенциальные клиенты должны быть из вашего города – активно пробуйте заходить в другие регионы, предлагайте более интересные условия сотрудничества.

Крупные закупки на десятки миллионов рублей совершаются по системе тендеров. Для участия в конкурсах нужно зарегистрироваться на соответствующих сайтах, где публикуются сведения о госзакупках и запросах коммерческих предприятий и заявить о своем желании поучаствовать в Другой метод продаж – это телефонные звонки, переговоры и встречи.

Также не следует отказываться от рекламы своего продукта в интернете.

Преимущества полимерной плитки

Полимерпесчаная плитка состоит из следующих компонентов:

• кварцевого песка (3/4 от состава);
• полиэтилена высокого давления (25% от состава);
• незначительной части других продуктов нефтепереработки.

Такой состав делает материал пластичным и устойчивым к негативным внешним воздействиям.

К достоинствам продукта следует отнести

• долговечность – полимерное покрытие служит до 30 лет;
• устойчивость – материал не боится морозов, влаги, больших нагрузок, жидкостей, содержащих кислоту и масла;
• декоративность – плитка часто изготовляется любой формы. При этом она часто имеет глянцевую, матовую или структурированную поверхность. А также при изготовлении полимерной плитки, мастера могут использовать широкую цветовую гамму;
• отсутствие токсичных испарений при попадании прямых солнечных лучей;
• многократное использование и легкий ремонт при повреждении;
• легкость при очистке покрытия (плитка легко моется);
• широкая область применения. Полимерпесчаную плитку используют в качестве декоративного покрытия частного двора, парковок, площадок и тротуаров в общественных местах.