Перейти на главную страницу
Эдуард Пантюхов
«Более 25 лет на рынке организаций загородного домостроения»

Строительные площадки

О производстве и применении термопластичных древесно-полимерных композитов

21 век - это век композиционных материалов. Своего рода очередная материальная революция, подготовленная всем развитием века прошлого.Природные и даже синтетические материалы в их естественном виде уже не вполне удовлетворяют требования конструкторов, архитекторов и технологов. Поэтому сама суть, существо композитов заключается в том, что в сочетании разных материалов проявляются их лучшие стороны и в той степени, в которой это нужно для каждого конкретного применения.

Что такое древесно-полимерный композит ?

Не каждый знает, что древесно-полимерный композит - это и фанера и древесностружечные и волокнистые плиты, клееные балки и т.п. Так что деревообработчики вовсе не плетутся в хвосте научно-технического прогресса .

Действительно, сегодня невозможно представить индустриальное деревообрабатывающее производство без этих замечательных материалов, а скоро они будут еще лучше. Но каждый раз когда мы пытаемся изготовить из них изделия с более или менее развитой формы, мы сталкиваемся с проблемой , о которой мы упомянули в шутливом начале статьи. То есть их необходимо опиливать, фрезеровать и шлифовать, в чем собственно говоря и заключается большая часть современной деревообработки. Здесь сосредотачивается значительная доля трудозатрат , капиталовложений и т.д. Плиты так же мало похожи на глину, как и древесина натуральная. И все же, оказывается, выход есть. И найден он там, где мы его и ждали.

В результате нескольких десятилетий исследований, опытно-конструкторских и технологических работ за рубежом сравнительно недавно были созданы древесно-полимерные композиты на термопластичном связующем ( ДПКТ), пригодные для промышленной переработки. В США и Канаде организовано их крупномасштабное производство.

Результаты этих работ теперь означают возможность выдавливать из смеси измельченной древесины и пластика любые формы с производительностью, свойственной пластмассовой индустрии и свойствами материала находящимися посредине между пластмассой и деревом. Больший процент древесины - больше похоже на дерево, меньший - больше похоже на пластмассу. По некоторым причинам, европейские компании довольно долго игнорировали это направление, однако сейчас европейское промышленное производство древесных композитов уже начато и ожидается его беспрецендентный рост.

По разным источникам, объем мирового производства древесно-полимерных композитов на основе термопластичных смол , изготавливаемых методом экструзии , назовем их сокращенно ДПК-ТЭ, составил в 2002 году около 520 тыс. тонн на сумму около 750 миллионов долларов США. ( Для сравнения, эта сумма приблизительно соответствует годовому выпуску отечественной мебели ) Ожидается, что объем продаж ДПКТЭ в мире в 2006 превысит 1,5 млрд. долларов США, т.е. темпы роста составят около 20 процентов в год. Скажем прямо. Игнорировать эти цифры было бы крайне не дальновидно.

Области применения древесно-полимерных композитов

Наиболее характерные области применения изделий промышленно изготавливаемых в настоящее время из ДПКТ приведены в табл. 1

Таблица 1. Области применения ДПКТ


Строительные элементы

  • Настилы
  • Балюстрады
  • Оконные и дверные профили
  • Сайдинги и аксессуары
  • Штакетник
  • Кровля

Автомобильные детали

  • Внутренние панели
  • Прокладки дверей и крыш
  • Крышки на запасное колесо
  • Короба
  • Подъемные полки
  • Полы грузовиков
  • Спинки сидений

Конструкционные элементы

  • Тротуары
  • Пирсы
  • Морские сваи, переборки
  • Перила
  • Железнодорожные детали
  • Противошумовые барьеры
  • Опалубка для бетонных работ

Промышленные и потребительские применения

  • Садовые конструкции
  • Поддоны, тара
  • Оборудование спортивных и детских площадок
  • Парковые скамьи, столы, емкости для мусора
  • Кабельгоны
  • Мебель и ее элементы

В настоящее время, более 50 % в общем производстве ДПКТ занимают декинг-продукты.

Нужно пояснить, что такое "декинг" ?

Для российского рынка " декинги " , пока, неизвестная группа товаров. "Декинг" - это перебравшаяся на сушу высококачественная палубная доска, ставшая в США и Канаде важным элементом прибрежной и Декинг из древесно-полимерного композита приусадебной архитектуры. Моряки знают, что дек - это палуба или часть палубы.

Дек – это веранда, часто довольно широкая и длинная, обычно окаймленная перилами, которая примыкает к дому на уровне первого или второго этажа. Это, фактически, продолжение, или расширение дома. На деке отдыхают, покачиваясь в креслах-качалках, приветственно помахивая руками проходящим или проезжающим соседям. На деке играют дети. На деках жарят мясо для собравшейся компании, на деках собираются и болтают гости, потягивая вино и пиво. И вот для этих самых деков и предназначены в первую очередь композиционные доски".

Однако вспомним, справедливости ради, и традиционные российские бревенчатые мостовые и дощатые тротуары в северных городах и наших лесных поселках.

Ясно только, что какой бы хорошей эта доска не была, без специальной защиты в подобных условиях долго она не простоит. Но сильные антисептики и фунгициды токсичны, а обычный пластик слишком дорог. Поэтому декинги, изготавливаемые экструзией из древесно-полимерных композитов, стали на американском рынке локомотивом развития этой технологии.

Подробнее о декингах см. специальную заметку История декингов

По имеющимся сведениям, сферы применения ДПКТ постоянно расширяются, например цветочные горшки, косметические карандаши , мерительные инструменты , ручки инструментов , панели для ванных , офисные аксессуары , футляры для музыкальных инструментов ) , декоративные коробки и т.д. Можно полагать, что по мере создания производственных мощностей и совершенствования технологии, экструдируемые и формуемые ДПК на термопластичных связующих будут вскоре применены и в др. областях техники - сельскохозяйственном и общем машиностроении, судостроении, и т.д. , с учетом их физико-механических , декоративных и др. свойств.

Важно заметить, что производство начатое с освоения изделий для уличного применения, в последнее время уверенно прикладывает усилия к освоению и интерьерного пространства ( полы, панели, двери, мебель и т.п). Не за горами композитный дом, со всем его конструкциями, наружным и внутренним убранством. Подробнее о декинге в интерьере

Состав древесно-полимерного композита

Древесно-полимерные композиционные материалы, предназначенные для переработки методом экструзии, состоят из трех основных компонентов:
- частиц измельченной древесина;
- синтетических или органических термопластичных полимеров или их смеси;
- комплекса специальных химических добавок ( модификаторов ) , улучшающих технологические и другие свойства композиции и получаемой продукции.

Свойства древесно-полимерных композитов

Свойства получаемого композита определяются свойствами полимерной матрицы, свойствами частиц древесины и характером связей и взаимодействий между ними. Количество древесины в композите ( по весу ) находится от 50 до 80 процентов. Иногда такие материалы называют супернаполненными полимерами. Последние исследования, проведенные в 2003 г. свидетельствуют о принципиальной возможности изготовления композита долей древесины до 90 процентов. Нужно только заметить, что хотя увеличение доли древесины, как правило, приводит к уменьшению стоимости готовой продукции, для композитных материалов самоцелью, вероятно, не должно быть, или по крайней мере не во всех случаях.

В состав композиции могут входить опилки, а так же другие растительные волокна, например: пенька , лен , сизаль , кенаф , рисовая шелуха, ореховая скорлупа и даже солома.

В производстве ДПК-Т могут использоваться любые термопластичные полимеры и их смеси, однако на практике применяются три группы термопластичных смол : Полиэтилен (PE ) , Полипропилен (PP) и Поливинилхлорид (PVC). Из них, по объемам теперешнего применения, полиэтилен занимает 70 %, а остальное, - примерно пополам PP и PVC. В нашей стране производство этих пластмасс налажено не плохо, в т.ч. на экспорт и оно продолжает развиваться. Наряду со смолами заводского изготовления, ряд американских компаний уже приступил к использованию в производстве ДПКТ пластиковых промышленных и бытовых отходов ( упаковочной пленки, бутылок и т.п. ).

Для управления свойствами ДПКТ и технологическим процессом в его состав вводят различные добавки-модификаторы : антиокислители, антимикробные средства, поверхностно-активные вещества , связующие вещества, противоударные модификаторы, смазочные материалы, температурные стабилизаторы, пигменты , огнезащитные средства , светостабилизаторы. Есть примеры использования и вспенивающих агентов, обеспечивающих снижение плотности композитов.

Еще одним направлением, реализуемым в производстве ДПКТ, является применение, в качестве связующих, биологических полимеров, например зерновых крахмалов, отходов кожевенного и бумажного производств и т.п. Помимо дешевизны, они создают возможность изготовления легко утилизируемых биоразлагаемых композитов.

Все ДПКТ пригодны к повторному использованию в тех же процессах. То есть в них, с начала и до конца реализуется формула:" Отходы - в доходы".

Внешний вид древесно-полимерных композитов

По внешнему виду ДПКТ с высоким содержанием древесины более всего напоминает МДФ или твердую ДВП, а с малым ее количеством - пластмассу.

Композит может окрашиваться в массе или подвергаться лакокрасочной отделке обычными красками и эмалями, или облицовываться синтетическими пленками или натуральным шпоном.

Существует технология покрытия ДПК тонким облицовочным слоем пластмассы, или даже нескольких пластмасс, непосредственно в процессе его выдавливания в экструдере. Эта технология, широко распространенная в пластиковой индустрии называется со-экструзия или ко-экструзия.

Физические cвойства древесно-полимерных композитов

По физическим и механическим свойства ДПКТ, так же занимает промежуточное положение между деревом и пластмассой, см. табл. 2

Физические и механические свойства ДПКТ. Таблица 2

Наименования показателей, ед. измерения

Значения

Плотность [кг/дм3]

1,0- 1,4

Временное сопротивление [MPa]

15 - 50

Модуль упругости при растяжении [GPa]

4- 8

Сопротивление изгибу [MPa]

25 - 60

Модуль упругости при изгибе [GPa]

3 - 6

Относительное удлинение при растяжении [%]

0,5 - 1

Ударная вязкость по Charpy [KJ/m2]

3 - 4

Некоторые фирмы добавляют в композицию пенообразователь. В этом случае плотность композита может снижаться до 0,7 -0,9 кг/дм3.

Многие рецептуры ДПКТ обладают исключительной стойкостью к атмосферному и биологическому воздействию. Некоторые фирмы - изготовители ДПКТ предоставляют гарантии на 10 - 50 лет эксплуатации готовых изделий на улице, без специальной защиты, т.е. устойчивости к воздействию влаги, света, грибков и насекомых. Большинство производимых ДПК могут принимать в себя небольшое количество ( 0,1 - 4 % ) влаги не теряя при этом формы и прочности и восстанавливать прежние свойства при высыхании без коробления. В отличие от металлоконструкций ДПКТ не ржавеют.

ДПКТ обрабатываются теми же инструментами, что и древесина. Материал легко пилится, строгается, сверлится и т.п. Превосходно удерживает гвозди, скобы, шурупы. Некоторые рецептуры поддаются склеиванию, а другие можно сваривать, подобно пластмассе. Ценным технологическим свойством является возможность гнутья деталей в подогретом виде, подобно пластикам.

Профили из ДПК могут эффективно комбинироваться с металлическими или стеклопластиковыми прфилями ( полосами, трубами, уголками, таврами и т.п. ) для создания очень прочных и жестких конструкций. Полагаю, что со временем он станет популярен и в машиностроении, наряду с текстолитом и ламинированной фанерой.

Новая технология позволяет легко изготавливать детали даже такой формы, которые не просто или крайне затруднительно изготовить из натуральной древесины и плитных материалов.

Размеры современных экструдеров позволяют изготавливать изделия различных размеров, например от мелких декоративных профилей, до изделий шириной более метра, например крышек столов и строительных дверных полотен.

Технология производства древесно-полимерных композитов

Приведем классическую схему производства ДПКТ

  • измельчение древесины
  • сушка измельченной древесины
  • дозирование компонентов
  • смешивание компонентов
  • прессование изделия
  • обрезка по длине и, при необходимости, разрезание по ширине.

Видно, что она, в общих чертах, совпадает с производством ДСП. Но реализуется она на оборудовании скорее химического типа, т.е. пластмассовой промышленности.

Это дает свои преимущества. Оборудование весьма компактно и для его размещения не нужны большие площади. Оно легко поддается механизации и автоматизации. Такое предприятие может быть эффективным, даже при сравнительно небольшой мощности, т.е. не сравнимым с масштабами завода ДСП или МДФ. В изготовлении ДПКТ исключительно высока производительность труда. Конечно, оно не может быть и совсем маленьким ( домашним). Все таки это производство.

Преимущества новой технологии могут быть реализованы только на основе квалифицированных и проверенных решений в технике, технологии и эксплуатации. На сегодняшний день, подобными решениями в мире владеют очень не многие фирмы и специалисты, а конкретные технические приемы и рецептуры хранятся , как правило, в секрете и охраняются патентами.

Могут ли ДПКТ потеснить традиционные плитные материалы ? Напротив! Сочетание термопластичных композитов и плит создает дополнительные возможности в эффективном применении плитных материалов , особенно плит уменьшенных толщин. Я бы сказал, что это материал, которого давно ждали и конструкторы, и архитекторы и производственники. Необходимо только эти возможности понять и правильно их реализовать.

По материалам сайта Сетевая Академия Мебели


Дополнительно

Highslide JS
Highslide JS
Highslide JS
Highslide JS
Highslide JS
Highslide JS
Highslide JS
Highslide JS
Highslide JS
Highslide JS
Highslide JS
Highslide JS
Highslide JS
Highslide JS
Качество наших услуг - это мировой опыт «RBC USA, INC.»