Древесно-полимерные композиты




Европейский рынок древесно-полимерных композитов (ДПК) молодой: например, в 2002 году в Германии было всего четыре предприятия по производству этих материалов. Зато в 2007 году их стало более двух десятков.

В Европе за год производят только 40-50 тыс. тонн, тогда как в Северной Америке объем производства древесно-полимерных композитов достиг 700 тыс. тонн. До конца нынешнего десятилетия ожидается значительный рост рынка, по некоторым оценкам - втрое.

Расширение производства ДПК в США стало возможным благодаря успешному выходу на рынок нового материала для строительства дощатых террас, которыми американцы обычно окружают свои дома. В 90-х годах доски для них стали изготовлять из смеси древесных частиц и термопластичных полимеров - с этого и начался "древесно-полимерный бум".

С чего их делают

Основные составляющие термопластичной древесно-полимерной композиции - это измельченная древесина, полимер и специальные добавки.

Кроме древесины наполнителями могут быть доли однолетних растений (соломы, льна, сизаля, кенафу, рисовой шелухи) и отходы целлюлозно-бумажного производства. Связующие компоненты - полиэтилен, полипропилена, поливинилхлорид, полистирол и другие термопластичные полимеры, температура плавления которых ниже 200 º С, в том числе и вторичные, полученные из бытовых или промышленных отходов. В некоторых композитах применяют и вещества природного происхождения: лигнин, казеин, крахмал и т.п.

Возникает вопрос, а сколько чего давать? Процентное содержание древесины или другого сырья с наличием целлюлозы в зависимости от требований к конечному продукту, от 49 до 95%. Например, материалы строительного назначения (доски, оконные и дверные профили, покрытие крыши), обычно содержат больший процент полимера, что придает им устойчивость к воздействию влаги, грибков и насекомых. Если изделие из ДПК должен выдерживать большую нагрузку, прочность можно повысить, добавляя небольшое количество химических волокон. Для изделий, применяемых в интерьере, - мебели, полу, настенном покрытии - самое важное качество поверхности, способность материала "дышать", визуальная идентичность древесины. Соответственно доля древесины в таких композициях значительно выше.

Специальные добавки (аддитивов), хотя и составляют небольшой процент в рецептуре смеси, однако имеют решающее влияние и на поведение древесно-полимерной массы при переработке, и на свойства конечного продукта (прочность, внешний вид, долговечность. В смесь для производства ДПК входят вещества, улучшающие адгезию древесины с полимером, красители, антиокислители, стабилизаторы, повышающие устойчивость материала к воздействию света и температуры, антимикробные и противогрибковые добавки и т.д.

Для повышения тепло-и звукоизоляции и уменьшения веса в состав композиции придают агенты, пенятся.

В зависимости от типа машин и вида будущей продукции возможны разные варианты подготовки сырья: использование полуфабриката в виде гранул или готовой порошковой смеси, включая полимер, наполнитель и необходимые добавки.

Сравнению с наполнителями, которые традиционно используются в производстве пластиков, таких как двуокись кремния, мел, каолин, тальк, стеклянные и химические волокна, древесина имеет ряд особенностей. Плотность древесной дисперсной массы в виде муки, частей или волокон меньше - соответственно, при загрузке сырья большего объема, возможно, придется модернизировать узел загрузки. Свойства древесины, ее влажность и химический состав отличаются меньшей стабильностью. При прохождении через экструдер полимерная композиция должна содержать минимальное количество влаги, иначе при нагревании образуются пузырьки пара, которые приведут к появлению внутренних и внешних дефектов изделия. Несколько лет назад одной из необходимых требований для производства ДПК был уровень влажности древесной массы не выше 2%. Если вспомнить, что древесина гигроскопична, то это означает, что сырье должно быть высушена или непосредственно перед загрузкой в экструдер или высушенная и герметично упакована.

Усложняет процесс и "термочувствительность" древесины. При перегреве она термически деградирует, что негативно сказывается не только на прочности, но и на внешнем виде изделия: на поверхности появляются бурые пятна. Стоит отметить и слабую адгезию древесины и термопластичных материалов. Для получения продукта с достаточной прочностью необходимо увеличить силы сцепления этих разнородных материалов, что может быть достигнуто увеличением площади взаимного контакта при тоньше измельчении древесных частиц.

Однако за последние годы ситуация кардинально изменилась: в ответ на требования рынка, который активно развивается, были найдены технические решения, которые снимают или уменьшают первоначальные ограничения по условиям производства.

Методы

1.Екструзия

Сейчас более 95% изделий из ДПК в мире производят методом экструзии.

Экструзия - это непрерывный процесс, заключающийся в протискуванни материала с высокой вязкостью в жидком состоянии из формувальгий инструмент (екструзивну головку, фильеру), с целью получения изделия с поперечным сечением необходимой формы. В индустрии экструзия применяется с 30-х годов. Таким методом изготовляют различные погонажные изделия: трубы, профили, листы, пленки, оболочки кабелей и т.п., а также гранулы. Основным технологическим оборудованием при этом экструдеры. Экструдер состоит из нескольких основных узлов: силового привода, узла загрузки сырья, оснащенного подогревателя корпуса, рабочего органа (шнека), содержащийся в корпусе, и екструзивнои головки, а также контрольно-измерительных и регулировочных приборов (системы задания и поддержания температурного режима и т.п.) . Экструзионная головка корпус, обогревается, формовочный инструмент с отверстием, например, щелью, которая сужается к центру, или канала определенного сечения.

В производстве различных видов продукции используются как одношнекови, так и двошнекови машины: первые простые в изготовлении и дешевле, однако материал, перерабатывается в этих экструдерах, не всегда хорошо смешивается. Двошнекови машины имеют более сложную конструкцию, в результате чего дороже, енергомисткиши. Но они обеспечивают точное дозирование, адаптацию к различным видам сырья, лучше перемешивают материал и обеспечивают высокое качество конечного продукта.

2.Инжекцийне формирования.

Этот технологический процесс называется также "литья под давлением". Он уже несколько десятилетий применяется для формирования изделий из термопластичных полимеров.

В общих чертах технология выглядит так: полимерная смесь в виде гранул, таблеток или порошка подается из бункера в нагретый цилиндр, где она размягчается, затем с помощью гидравлического поршня дозированная количество расплавленной смеси впрыскивается под давлением в форму. Она должна быть слегка нагретая, чтобы обеспечить равномерное растекание пластического материала. После заполнения форму охлаждают, например, циркулирующей водой, открывают и вынимают готовое изделие.

Весь этот цикл может быть повторен многократно в ручном или автоматическом режиме. Неоспоримым преимуществом технологии является высокая производительность. Однако оборудование для инжекционного формирования очень дорогое, используется для изготовления крупных изделий сложной формы, а технология требует слишком совершенной техники и детальной проработки всех нюансов процесса.

Например, если производство простого полиэтиленовой посуды, пищевых контейнеров и было налажено еще в послевоенные годы, то первые моноблочные стулья научились отливать лишь в конце 60-х.

Первые изделия из ДПК, полученные методом инжекционного формования, появились на рубеже нынешнего века. Это были декоративные элементы, которые предложили на рынок американские производители древесно-полимерных декинг-продуктов - материалов для сооружения террас. Идея состояла в том, чтобы кроме досок и профилей, делать соответствующие по цвету и структуре наконечники, "колпаки" для балюстрад, цоколи и украшения. И экструзия, и Инжекционное формирования позволяют точно соблюдать заданных размеров изделий - благодаря этому набор строительных деталей из древесно-полимерного материала можно превратить в готовую постройку почти так же, как составляют элементы в детском пластмассовом конструкторе.

Сначала древесно-полимерные изделия, полученные с помощью инжекционного формирования были простыми, а содержание древесины в них колебался от 25 до 40%. Практика показала, что по сравнению с экструзией литья под давлением выдвигает ряд дополнительных требований к смеси, которую перерабатывают. Чтобы в процессе формирования обеспечить равномерное распределение расплавленной массы, должны быть однородно измельченные древесные частицы. Производители должны тщательно контролировать влажность сырья, а поскольку процесс формирования происходит в закрытой форме, лучшим видом сырья есть готовые гранулы. Если для экструзии ДПК порода древесины не имеет принципиального значения, то при литье под давлением разница в абразивных свойствах, в содержании танинов и смолы могут повлиять на то, как станет вести себя древесно-полимерная масса, От состава сырья зависит и то, насколько рабочая поверхность формы станет поддаваться коррозии.

Однако после длительного периода разработок и испытаний, американцы все-таки усовершенствовали рецептуру древесно-полимерной смеси и к 2003 году наладили производство деталей из ДПК методом литья под давлением. В 2004 году Инжекционное формирования уже применяли почти десяток североамериканских производителей декинг-продуктов (при этом рецептуры смесей держали в тайне): 60-процентное содержание древесины тогда считался рекордным.

Выпуск изделий из Бенедикт методом инжекционного формования, стартовав в начале нынешнего века, стал расти быстрыми темпами.

В отличие от Северной Америки, где методом инжекционного формирования изготавливают преимущественно декинг-продукты, в Европе метод литья под давлением чаще используют мебельщики и производители деталей для интерьера. В связи с этим европейские древесно-полимерные композиты должны больше разноплановых рецептур: обычно содержание древесины в них значительно больше. Часто используют волокна однолетних растений, активно разрабатывают композиции с применением полимеров биологического происхождения.

3. Ротационное формирование.

Если при использовании экструзии, инжекции изделие формируется под давлением, то ротационное формирование основано на другом принципе - на действия центробежных сил в сочетании с адгезией. Дозированную по объему или массе порцию материала загружают в полостную металлическую форму, которую герметично закрывают и вращают в одной или нескольких плоскостях и одновременно нагревают - вследствие материал гомогенизируется и образует на внутренней поверхности формы горячее тонкое монолитное покрытие. Затем, продолжая вращения, форму охлаждают в специальной камере, а после охлаждения останавливают, открывают и вынимают готовое изделие.

Так производятся округлые полостные изделия - и не только из полимерных, но и из других материалов: великомирна пластиковая тара, резиновые мячи, игрушки, шоколадные яйца. Для производства мебели эта технология относительно новая - ее стали применять уже в нынешнем веке в Италии.

Возможность получать крупногабаритные предметы сложной замкнутой формы и многослойные конструкции является одним из преимуществ этого технологического процесса. Важно то, что готовые изделия не имеют внутренних напряжений, что в них одинаковая толщина стенок. Среди других преимуществ этого метода - простота и дешевизна оборудования, безотходность производства. Основным недостатком ротационного формования считается долго продолжительность процесса - 20 минут.

Производство плит

Оборудование для производства - модифицированная версия линии непрерывного прессования древесных плит.

Сначала полиэтилен, полученный из вторичного сырья, и древесные стружки смешивают и формируют в виде разрыхленного ковра толщиной около 15 см. Через эту смесь продувают горячий воздух, размягчает полимер и уменьшает толщину ковра в два-три раза. Разогретый ковер стальной лентой продвигается в пресс с охлаждающей установкой, где формируется плита толщиной от 0,6 до 2 см с характерным древесным узором, пригодна для дальнейшего отделки, в том числе и покраски.

Действующая производственная линия была установлена в 2003 году на заводе компании BoiseCascadeу штате Вашингтон. Продукцию предполагалось использовать для изготовления облицовочных досок, однако через реструктуризацию BoiseCascade промышленный выпуск так и не начали.

Другой метод изготовления плит - с использованием ленточного проходного пресса, - разработала немецкая компания PallmannMaschinenfabrik совместно с TechnopartnerSamtronic (TPS) i Schilling-KnobelGmbH. По этой технологии (запатентованная название-P-Line ™) с древесного муки или волокон и полимера (например, полиэтилена высокой плотности) сначала изготавливают гранулы при помощи специальной машины, так называемого "палтрудера. Полученный гранулированный полуфабрикат под небольшим давлением прессуется в плиту между двумя подвижными стальными лентами с термостойким покрытием из стекла и тефлона, проходя последовательно зоны нагрева и охлаждения. Величина зазора между лентами определяет толщину плиты - от 2 до 20 мм, а ширина ее может быть задана в пределах от 1200 до 2200 мм. Благодаря способности вяжущего материала размягчаться при нагревании, эти плиты в дальнейшем пригодны для термоформингу, например, для получения сгибов, трехмерных поверхностей, нанесение тисненой рисунка т.д.








Последние обьявления
Login
Логин:  
Пароль:  
 
Для того, что бы получить дополнительные возможности в системе, Вам надо пройти регистрацию . Регистрация бесплатная

Древесно-полимерные композиты - www.PromWood.com
Пользователи OnLine: 
Die Geschichte der Forstwirtschaft | Holzbearbeitung | Holzarten | Holztrocknung | Maschinen und anlagen | Finishing holz | Biokraftstoff | Holzkohle | Forest Directory | Охота