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

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

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.

                                                                                     $ADVBT_1$