У жидкой древесины много преимуществ. Поговорим о том, из чего она состоит, где ее можно использовать, на что обращать внимание при покупке этого материала, а также как сделать его самостоятельно.
Из чего делается жидкая древесина
Разумеется, настоящее дерево не может быть жидким. Такое словосочетание обозначает древесно-полимерный композит (ДПК) – новый строительный материал, в состав которого входят следующие компоненты:
- измельченная древесная основа (опилки, стружка и прочее),
- связующая часть (полиэтилен, полипропилен и так далее),
- присадки (аддитивы).
Причем самого дерева в ДПК может содержаться до 80 процентов. Причем это не свежесрубленный материал, а отходы от производства пиломатериалов. То есть при производстве ДПК фактически не пострадало ни одно дерево.
Прочность изделий из жидкой древесины иногда превышает даже показатели клееного бруса. Ведь в качестве связки в процессе изготовления выступают термопластичные полимеры, спекающие частички опилок и стружки в монолитную массу.
Ну а самым интересным компонентом это сплава являются присадки-аддитивы. Именно они берегут древесную основу от грибка, плесени и влаги. Именно они окрашивают изделия в приятный "древесный" цвет. А еще аддитивы позволяют вспенить ДПК, в результате чего получается легкая, но прочная масса.
Для смешения всех компонентов производителям ДПК нужно лишь нагреть состав до разжижения и спровоцировать эффект совместной полимеризации. После чего горячая масса заливается в форму. А после остывания этой отливки, в процессе которого допускается принудительное охлаждение, мы получаем готовый продукт – древополимер.
Где можно использовать ДПК
У древополимера есть свойства природных и рукотворных материалов. Он выглядит и пахнет как дерево и не гниет, не реагирует на температурные колебания и не разрушается под действием ультрафиолета как пластик.
Полученные из древопластика изделия нашли свое применение и в строительстве, и в дизайне. Из ДПК делают прекрасную основу для пола. Досками из жидкого дерева можно настелить даже открытую террасу. И они не будут коробиться или трескаться от холода и гнить от дождей или снега. А еще из древополимера можно отлить заготовки или детали для предметов меблировки. И они будут держать нагрузку лучше древесно-стружечных плит.
Кроме того, из ДПК делают элементы внешнего и внутреннего декора. Аддитивы не влияют на экологичность, полиэтилен использует даже пищевая промышленность, а дерево – это самый благоприятный вариант для здоровья человека из всех строительных материалов. Поэтому отделка из ДПК будет более уместна, чем пластиковые панели или виниловые обои. Хотя подобный вариант потребует хорошей вентиляции отделанного древопластиком помещения.
Вдобавок этот материал плохо горит и хорошо переносит соседство с кирпичом или бетоном. Там, где дерево начинает тянуть влагу и гнить, ДПК лежит и делает свое дело в течение 40-50 лет. Именно поэтому древопластик является очень перспективным отделочным материалом для внешних работ.
Словом, у натурального дерева есть только одно неоспоримое преимущество перед жидким аналогом – низкая стоимость. Доски и изделия из ДПК стоят немного дороже материалов из натуральной древесины. Однако с учетом того, что пиломатериалы с аналогичной долговечностью и прочностью можно получить только из ценных пород дерева, разница в цене выглядит не столь ошеломляющей, как казалось бы.
Как сделать ДПК своими руками
Для этого нужно предпринять следующее:- 1. Взять древесные опилки. Причем сорт основы тут не важен – можно брать и сосновую и дубовую стружку.
- 2. Засыпать измельченную древесину в кофемолку (желательно электрическую) и перемолоть ее на "муку".
- 3. Подготовить емкость для перемешивания. Это может быть и таз, и ведро, и небольшая банка.
- 4. Засыпать древесную "муку" в емкость и залить ее клеем ПВА. Причем, если вам нужна высокая прочность – используйте не канцелярские, а строительные составы или столярные клеи на их основе.
- 5. Взбить массу с помощью миксера до однородной консистенции. При больших объемах это может быть строительный миксер.
Если состав получается слишком жидким – нужно добавить опилок. Если вы получили очень густую массу – долейте клея ПВА.
Правда по вышеприведенному рецепту у вас получится не полноценный древопластик, а его аналог. Но по структуре и базовым качествам самодельный материал практически не будет отличаться от фабричного. Его можно применять для заделывания отверстий, колов и прочих дефектов в настоящем ДПК, а также для отливки декоративных элементов, не несущих эксплуатационную нагрузку.
При заделке дефектов самопальным ДПК применяется следующая технология: на место повреждения наносят и заполняют скол или отверстие полученной массой, используя резиновый шпатель для затирки швов в кафеле. После застывания остатки массы зашлифовываются мелкозернистой наждачкой и окрашиваются под цвет поверхности.
Для заливки самодельного ДПК в форму используют жидкий состав, напоминающий по консистенции раствор бетона. Причем для выдавливания пузырьков из отливки заполненная форма проходит вибростенд. После чего ее оставляют в покое до полного высыхания. Мелкие дефекты на поверхности отливки можно заполнить клеем или зашлифовать.
Осмотрите доску или другое изделие из жидкой древесины. Если на ее поверхности есть светлые точечки, то перед вами продукт сомнительного качества, поскольку такой дефект сигнализирует о некачественном помоле и замесе древесной муки. Под открытым небом такой продукт долго не проживет. Точечки начнут чернеть, притягивая гниль и влагу, спустя несколько лет эксплуатации.
Обратите внимание на фактуру изделия. Для отделки часто предпочитают брать гладкую, практически полированную поверхность. Для напольного покрытия гладкие доски нельзя использовать ни в коем случае, они очень травмоопасны. Лучше всего взять шероховатый вариант, даже с нанесенным рифлением.
Если это возможно, узнайте состав древесной муки, используемой в производстве ДПК. Лучший вариант – отходы древесины лиственных пород. Такие материалы плохо горят. А вот смолянистые хвойные породы снизят пожарную безопасность вашего дома сразу на несколько пунктов.
Посмотрите на цвет изделия. Он должен быть равномерным. Пятна, светлые участки и прочие дефекты говорят о плохом замесе компонентов. Такая доска и выглядит плохо, и уступает в прочности даже обычной древесине, не говоря уже о качественном ДПК.
Узнайте, какие гарантийные обязательства предоставляются. Надежные производители дают гарантию на 20-25 лет. Если в спецификации к доске идет речь о 4-5 годах, то в составе такого древополимера есть явные просчеты. Постарайтесь отказаться от подобной покупки.
Если вы будете следовать этим советам, то приобретенные изделия из ДПК не разочаруют вас в течение 30-40 лет службы.
Современное направление при строительстве беседок, террас, бань, дачных домиков ориентировано на применение натурального дерева. Но технические характеристики древесины не позволяют длительное время противостоять влаге, перепаду температур и другим внешним факторам.
Вопрос альтернативного материала стал настолько остро, что в короткие сроки был создан аналог природному сырью, но с более устойчивыми показателями – древесно-полимерный композит.
Состав древесно-полимерного композита
Основными компонентами при производстве композита являются:
— полимеры с термопластичными показателями (ПЭ, ПП, ПВХ);
— измельчённая древесина практически до состояния муки;
— модификаторы (химические вещества), которые добавляются для улучшения технических и эксплуатационных характеристик.
Присутствие в составе химических веществ не превышает 5% от общей массы, что делает использование материала абсолютно безопасным для здоровья людей.
Технические характеристики древесно-полимерного композита
По свойствам композит напоминает нечто среднее между деревом и пластиком, сочетая только положительные качества. Его свойства облегчают монтаж и обработку, а прочность существенно продлевает период эксплуатации. К отличительным характеристикам относятся:
Читайте также: Ондулин (фото): характеристики, плюсы и минусы, особенности монтажа
Широкий температурный рабочий диапазон (от -40 до +70 градусов);
Эластичность (можно придать различную форму);
Влагостойкость;
Прочность (500 кг на 1 м. кв.);
Экологичность;
Устойчивость к ультрафиолетовым лучам и агрессивным средам.
Преимущества ДПК
Отсутствие микробиологических процессов;
Пожаробезопасность;
Устойчивость к влаге, ультрафиолету и другим внешним факторам;
Обладает повышенной механической прочностью;
Простая обработка и монтаж;
Не выделяет токсических веществ;
Широкая область применения;
Ассортиментная линия представлена на выбор различными оттенками и фактурами.
Недостатки ДПК
Применение композита обязывает обустройство помещения хорошей вентиляционной системой;
Плохо переносит сочетание сразу двух факторов: высокой температуры и влажной среды;
Высокая стоимость.
Область применения ДПК
Древесно-полимерный композит активно применяется в разных сферах производственной деятельности. Его используют во внутренней отделке авто и водного транспорта, для обустройства пирсов, причалов, бортиков бассейнов. Ещё большее признание материал получил при строительстве беседок, помостов, ограждений. В частном строительстве композит применяется для возведения бань, террас, садовых дорожек. Даже в многоквартирных домах полимерная древесина используется для оформления балконов, лоджий, ванных комнат. Лёгкий по весу и обработке материал достойно заменяет вагонку и сайдинг. А способность принимать разные формы позволяет реализовывать интересные дизайнерские решения при оформлении конструкции.
Читайте также: Использование лего-кирпича (фото) в строительстве
Виды изделий из композита
Декоративные отделочные элементы (штакетники, перила, коробки, лаги и др.);
Нащельники (используются для закрытия монтажного шва в оконных и дверных проёмах);
Сайдинг (облегчённый облицовочный материал);
Декинг (доска повышенной прочностью, применяемая в качестве основного строительного элемента).
Правила монтажа древесно-полимерного композита
Существуют нюансы, которые следует соблюдать при работе с материалом. Это поможет избежать неприятных сюрпризов в процессе эксплуатации.
Укладку нужно производить только при плюсовых температурах.
При монтаже декинга оставлять вентиляционные зазоры между досками и под конструкцией.
Следует исключать прямой контакт композита с грунтом.
Перед укладкой нужно составлять схему конструкции для своевременной комплектации необходимых соединительных элементов.
Материал перед обработкой должен адаптироваться к местным условиям. Для этого после распаковки его нужно оставить на 36 часов для подготовки.
Если композит используется в качестве настила, необходимо предусмотреть систему отвода осадков. Обычно конструкция выполняется под небольшим уклоном. Если укладка производится на монолитное покрытие, в досках проделываются специальные штробы, предназначенные для отвода воды.
Современные стройматериалы должны быть не только эстетичными, но и практичными, простыми в обращении и уходе, но главное — экономичными. Многие предприятия работают в сфере изобретения новых материалов, направляя исследования главным образом на сочетания различных веществ, и среди них можно выделить такую перспективную новинку как древесно-полимерный композит (ДПК) .
ДПК нередко называют жидким деревом , или деревопластиком , а любители щеголять знанием английского называют его поливуд . Из этих названий понятно, что он представляет собой соединение пластика и дерева в расплавленном состоянии с последующим затвердеванием конечного продукта. Жидкое дерево является альтернативой древесине дорогих сортов, и, к тому же, имеет значительно улучшенные характеристики эксплуатации по сравнению с любым деревом или пластиком. В свете современной моды на экологические материалы древесно-полимерный композит — это необходимое совершенствование материалов применяемых для облицовки, напольных покрытий, изготовления панелей и «досок» и многих других строительных и отделочных материалов. Самое широкое применение древесно-полимерный композит получил в области изготовления террасных досок (декинга) .
Самый популярный вариант применения ДПК — террасная доска или декинг
Свойства и характеристики древесно-полимерного композита
ДПК состоит главным образом из древесных волокон, роль которых успешно выполняют отходы деревообрабатывающей промышленности и пластмассы, как связующего субстрата. В итоге, полученный материал объединяет в себе все полезные свойства современных полимеров и натуральной древесины.
Древесные качества жидкого дерева проявляются в:
- аутентичном деревянном рисунке, текстуре и цвете;
- аналогичной теплопроводности;
- характерном аромате;
- безопасности для окружающей среды и для потребителя.
Полимерная часть ДПК придает ему такие свойства, как:
- высокая влагостойкость, из-за чего вам стоит забыть проблему разбухания досок;
- прочность и износостойкость, благодаря чему изделия из ДПК не боятся нагрузок, ударов и постоянного истирания. Обувь, когти животных, падающие предметы не оставляют на поверхности видимых следов. К тому же, даже будучи увлажненной, террасная доска из ДПК не скользит, что так важно при использовании на полу, в качестве ступеней и, естественно, террас, веранд, открытых площадок и даже (садовый паркет);
- термостойкость и способность выдерживать экстремальные погодные условия;
- несъедобность для насекомых, грибков, а также гнилостных бактерий;
- легкость обработки и монтажа (пример строительства террасы из ДПК);
Вследствие этого жидкое дерево в отличие от всех известных стройматериалов, одновременно:
- Надежно, долговечно и красиво;
- Не требует никакого ухода, кроме вытирания пыли. Циклевка, обработка лаком, покрывание краской и другие манипуляции являются прихотями дерева, древесно-полимерный композит в них просто не нуждается;
- Экономично. Сравнивать ДПК с натуральным деревом по стоимости просто нет смысла, а пластик становится дороже со временем из-за того, что требует частых ремонтов и замен. То есть древесно-полимерный композит, который легко прослужит вам четверть века, переживет несколько смен пластмасс и древесины, из-за чего его стоимость в общем счете уменьшается в несколько раз.
Разнообразие изделий из ДПК поистине безгранично
Область применения древесно-полимерного композита
Такие несомненные преимущества обусловили использование ДПК в сфере строительства и даже внутренней отделки автомобилей и яхт, а из-за отличной водостойкости его применяют для строительства конструкций часто контактирующих с водой или постоянно в ней находящихся: бортики бассейнов, пирсы и причалы, небольшие мосты, некоторые детали судостроения и даже морские сваи(!).
|
Садовый паркет из ДПК отлично подходит для мощения открытых площадок и террас, а также садовых дорожек |
Современный сайдинг или вагонка из ДПК, успешно заменила собой виниловый, металлический и цементный сайдинг |
|
Клумбы и цветники из ДПК становятся все более популярны благодаря долговечности и простоте монтажа |
Заборы и ограды из ДПК ничем внешне не отличаются от деревянных, но не требуют регулярной обработки и замены сгнивших досок |
В частном домостроении древесно-полимерный композит становится материалом №1 при монтаже различных напольных покрытий, гаражей, танцплощадок, веранд, террас и заборов. В дополнение ко всему из жидкого дерева получаются отличные садовые сооружения: беседки, террасы, дорожки, заборы, калитки — и все благодаря устойчивости к широкому диапазону температур, ультрафиолету солнечного света и влиянию живых организмов. А какую облицовку фасада можно сделать с помощью ДПК!
Легкий, термо- и влагостойкий, простой в монтаже и, к тому же, экологически чистый древесно-полимерный композит становится отличной заменой евровагонке и . Из него получаются также превосходные подоконники и столешницы, мебель и двери любого типа (как входные, так и ).
Самый распространенный в мире стройматериал из ДПК — декинг , также называемый террасной доской. Из декинга создают напольные покрытия в интерьерах, также и в помещениях, где часто бывает повышена влажность: баня, сауна, ванная комната. Все положительные качества ДПК работают при использовании его для наружной отделки сооружений: уже упомянутых балконов, террас, эксплуатируемых кровель, веранд, пирсов, пристаней и палуб кораблей.
Террасная доска является традиционно профильным изделием с вариабельными конфигурациями. Также производители рекомендуют использовать полый или сплошной профиль декинга для разных видов предполагаемой нагрузки на покрытие.
Также очень распространено изделие из ДПК, называемое садовым паркетом . Внешне он выглядит как плиточное покрытие с сегментами примерно 30 на 30 см. Но сам паркет составлен из пластмассовой подложки, к которой и крепятся планки из древесно-полимерного композита. Специальные крепления подложки позволяют легко и просто устанавливать и собирать обратно настил, что обуславливает его применение в сезонных постройках, площадках или на частных загородных участках.
|
Плитки из ДПК — садовый паркет умеют два слоя: подложка основание и лицевой |
Садовая дорожка вымощена плитками из ДПК — садовый паркет |
|
Плитки садового паркета из ДПК прекрасное решение для открытой веранды |
Плитки садового паркета из ДПК отличный вариант и для открытой площадки в лесу |
Откуда к нам пришел этот удивительный материал?
Создали древесно-полимерный композит (ДПК) в Италии. Еще в 1974 году концерн ICMA Сан Джиорджио получил патент на авторство этого стройматериала, для которого создана торговая марка Wood-Stock. Сейчас четко можно увидеть все предпосылки для такой идеи — ведь компания до этого занималась одновременно традиционной деревообработкой и изготовлением полимерных пластиковых изделий. Затратная утилизация отходов обеих отраслей стала проблемой, которую экономично решили объединением обоих направлений. Но тогда новый стройматериал был не просто новинкой, а стоял на грани фантастики, поэтому ему пришлось еще долго заслуживать доверие потребителей.
Технология производства ДПК требует тщательного соблюдения технологического процесса и высокого качества сырья. Процессы доработок и улучшений технологии изготовления, а затем и самого материала затянулись вплоть до восьмидесятых годов. А признание потребителя жидкое дерево получило не в Италии, а на крупнейших автозаводах мира. Сейчас практически каждый имеет дело с ДПК, но даже может не догадываться об этом, ведь большинство салонов автомобилей изготовлены именно из него — древесно-полимерного композита.
Древесно-полимерный композит — изготовление на производстве
Состав и изготовление древесно-полимерного композита
Если рассматривать состав ДПК подробнее, то его изменения прослеживаются с начала производства до современности, и сейчас примерно таков: измельченный деревянный наполнитель, придающий основной объем изделию, связывается полимером одного из трех видов. Предназначение готового изделия определяет выбор: полипропилен, поливинилхлорид (ПВХ) или классический полиэтилен. Пластмасса с наполнителем связываются и превращаются в единый монолит.
Активно используют в изготовлении жидкого дерева аддитивы — различные добавки, необходимые для придания композиту нужных эксплуатационных свойств. Их роль в жидком дереве играют продукты химической промышленности:
- колоранты для придания цвета;
- модификаторы для усиления прочности и твердости;
- лубриканты для лучшей влагостойкости и быстрой экструзии;
- вспенивающие реагенты для придания легкости и гладкости поверхности;
- биоциды для максимальной устойчивости к воздействиям факторов биологической природы.
Недостатки древесно-полимерного композита
К недостаткам материалам из древесно-полимерного композита можно отнести плохую переносимость при постоянном одновременном воздействии сочетаний двух негативных влияний — высокой влажности и высокой температуры, что приводит к быстрому изнашиванию покрытия из ДПК.
Появление плесени при недостаточном вентилировании помещения, с которой позволяют бороться только специфические и дорогие добавки. Его стоимость по сравнению с бюджетным деревом до сих пор остается основным недостатком.
Ближайшим натуральным конкурентом ДПК может являться лиственница или более редкое у нас дерево банкирая (Bangkirai), которая обходится иногда даже вдвое дешевле, а свойства имеет практически идентичные. Разница проявляется только в тех местах, где использование одного материала невозможно и он заменяется другим.
Технико-эксплуатационные характеристики древесно-полимерного композита (ДПК) и лиственницы
Лиственница будет проявлять себя значительно лучше в бане или сауне (высокие температуры в сочетании с влажностью — помните?), но древесно-полимерный композит намного дольше прослужит под открытым небом, так как деревянные стройматериалы на воздухе всегда нуждаются в регулярной дополнительной обработке и замене.
| Расходы на покрытие террасы | Лиственница сорт Экстра, руб | Террасная доска, руб |
|---|---|---|
| Цена за кв.м. | 1800 | 2000 |
| 200 | Лага 600 + монтажная клипса 300 | |
| 50 | 0 | |
| 50 | 0 | |
| Пропитка | 200 | 0 |
| 100 | 0 | |
| 400 | 400 (можно самостоятельно) | |
| Стоимость материалов и работ изначально | 2800 | 3300 |
Расходы на 3-й год |
||
| Антисептик, защита от грибка (Россия), 1 кв.м. | 50 | 0 |
| Обработка антисептиком, 1 кв.м. | 50 | 0 |
| Пропитка | 200 | 0 |
| Нанесение пропитки (1 слой), 1 кв.м. | 50 | 0 |
| Стоимость работ | 350 | 0 |
Расходы на 5-й год (замена покрытия вследствие порчи от погодных условий и других естественных факторов) |
||
| Цена за кв.м. | 1800 | 0 |
| Лага + монтажный кляймер (на 1 кв.м.) | 200 | 0 |
| Антисептик, защита от грибка (Россия), 1 кв.м. | 50 | 0 |
| Обработка антисептиком, 1 кв.м. | 50 | 0 |
| Пропитка | 200 | 0 |
| Нанесение пропитки (2 слоя), 1 кв.м. | 100 | 0 |
| Монтаж террасного покрытия, 1 кв.м. | 400 | 0 |
| Стоимость материалов и работ при укладке и обслуживании на 5 год эксплуатации | 2800 | 0 |
| Всего за 5 лет | 5950 руб./кв.м. | 3300 руб./кв.м. |
История ДПК
Технология производства древесно-полимерного композита была разработана еще в 70-х годах 20 века с целью более эффективного использования большого количества древесных отходов. Тогда же в Швеции появился первый завод по производству материала. Но так как технология была несовершенной и в процессе производства сильно изнашивалось оборудование, опыт не стал успешным.
В конце 20 века технологией заинтересовались американские производители. Традиционные для частных построек террасы (настилы) ранее монтировали из древесины. Но такие конструкции требовали постоянного ухода и не отличались долговечностью. Пластик, который тоже можно было использовать для сооружения террас, в те времена стоил недешево. Поэтому материал, который наполовину состоял из древесных отходов, а наполовину – из пластика, стал настоящей находкой для всех строителей и простых домовладельцев.
В это же время древесно-полимерный композит начали активно использовать в Японии. Им обшивали балконы и террасы. А в Китае из ДПК делали даже тротуары, садово-парковые дорожки, скамейки и беседки
В настоящее время композитные материалы в буквальном смысле завоёвывают всё новые и новые сферы. Рост рынка ДПК в мире составляет 20% в год, технологии производства совершенствуются и становятся еще более экономичными и безопасными для человека и окружающей среды. А сам материал приобретает новые свойства и в определённых областях уверенно вытесняет и древесину и пластик.
Древесно-полимерные композиционные материалы (ДПК), 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, часто называемых также аддитивами.
От традиционных древесно-наполненных пластмасс (ДНП) композитные материалы отличаются высоким (более 50 процентов) содержанием древесины по массе в составе общей композиции и соответствующим ее влиянием на свойства готового продукта. В ДНП древесного наполнителя не много и свойства такой пластмассы определяются, в основном, свойствами полимера. А когда древесины становится больше, то свойства композита определяются уже:
- свойствами матрицы,
- свойствами частиц древесины,
- характером связей между древесными частицами и матрицей,
- структурой полученного композита.
На рисунках ниже показаны три схематических структуры наполненного материала:
Cлабо-наполненный пластик, средне-наполненный композит и высоко-наполненный композит.
Содержание древесины в составе древесно-полимерного композита на основе термопластичных смол может меняться в широких пределах. Большинство американских производителей работают пока с составами, содержащими 50 - 70 % древесины. Европейские разработчики технологий экструзии ДПКТ стремятся получать композиции, содержащие более высокое наполнение древесиной - до 80% и более.
Древесина подвергается измельчению на специальных мельничных установках различного типа и превращается в древесную муку или в древесное волокно. В настоящее время наиболее широко для изготовления ДПК используется древесная мука. Производство древесной муки давно освоено отечественной промышленностью. Она используется как наполнитель пластмасс, сырье для взрывчатых веществ, для микробиопрома и т.д.). Наряду со специально измельченной древесиной в состав ДПКТ могут входить некрупные опилки и шлифовальная пыль.
Перспективным является использование в ДПКТ и древесных волокон по типу применяемых в производстве ДВП, МДФ и бумаги. Древесные волокна получают методом дефибрации, т.е. расщепления древесины на волокна. В некоторых случаях используют готовое волокно из картонных и бумажных отходов (макулатуры). Например, у китайской компании имеется опыт промышленной утилилизации в производстве ДПКТ бумажных молочных пакетов, содержащих одновременно полиэтилен, бумагу и даже алюминиевую фольгу.
Рис.1. Топливные гранулы
Финскими специалистами проверена возможность использования в качестве сырья для изготовления компаунда стандартных древесных топливных гранул (на экструдере типа Conex).
Гранулы проще перевозить и хранить, чем муку
Внешний вид топливных гранул, см. рис 1.
Древесная мука (англ. wood flour, wood meal, нем holzmehl) - изготавливается преимущественно из мягких, не смолистых, пород древесины, например сосны. Вовсе не исключается и применение твердых лиственных пород, только их несколько сложнее измельчать. В нашей стране мука выпускается по ГОСТ 16361-87 "Мука древесная. Технические условия".
За рубежом с успехом изготавливается древесная мука для использования в термопластичных ДПК из оболочек зерен растений (рисовой шелухи, ореховой скорлупы). Американское предприятия Heartland BioComposites LLC недавно освоило применение в качестве сырья пшеничной соломы.
В большинстве случаев размер древесных частиц в композите находится в пределах от 500 до 50 мкм. Частицы древесной муки могут принимать самые разнообразные формы. Отношение длин частиц муки к их ширинам находится в пределах от 1:1 до 4:1.
В мельничных установках в ходе размола выделение нужной фракции муки осуществляется при помощи системы сит или центробежными методами. За рубежом принято обозначать фракцию муки при помощи числа Mesh. По российскому стандарту подразделение древесной муки осуществляется по нескольким маркам.
У древесного волокна (wood fiber) длина зависит от породы древесины: у лиственных пород 1 - 1, 5 мм, у хвойных 3 - 3, 5 мм. Отношение длины к толщине древесного волокна составляет от 1: 10 до 1: 20.
Древесина традиционно используется в механической обработке металлов в качестве шлифующего и полирующего материала, так как обладает заметными абразивными свойствами. Эти свойства сохраняются и у древесной муки. Однако, абразивность древесины ниже, чем у стекловолокна и некоторых др. минеральных наполнителей, используемых в производстве наполненных пластмасс и композитов. Поэтому она считается относительно "мягким" наполнителем.
Скорость абразивного износа оборудования пропорциональна давлению в цилиндре экструдера (и фильере), температуре и скорости движения рабочей смеси относительно поверхности рабочих органов и естественно зависит от состава рабочей смеси (соотношения количества муки и смолы, вида смолы, видов и количества смазочных материалов и др. факторов). В зависимости от стойкости рабочие цилиндры и шнеки экструдеров могут эксплуатироваться 1-2 года до замены или ремонта.
Насыпная плотность древесной муки и волокна может колебаться в пределах 100 - 300 кг/ м3. Влажность муки в поставке желательно иметь не более 8 %. В готовом композите влажность древесных частиц должна быть, как правило, менее 1 %. Чем меньше влаги в структуре материала, тем более он устойчив ко внешним воздействиям.
Существуют различные и иногда противоречивые мнения, относительно применения различных пород древесины и размеров частиц.
Отметим очевидные вещи:
- в исследованиях изучено влияние размеров частиц на механические свойства композитов, однако оно не очень велико;
- слищком мелкие (пыль) и слишком крупные частицы ухудшают прочность композита, однако это не всегда критично для готового изделия;
- крупные частицы снижают производительность подготовительного оборудования в силу их малой насыпной плотности;
- при плотности композита, приближающейся к 1,4 г/ куб.см, т.е. к истинной плотности древесины, порода древесины уже не имеет принципиального значения.
Композит, изготовленный из крупных частиц будет иметь более зернистую поверхность, подобную поверхности древесно-стружечной плиты и это может требовать шлифования, применения утолщенной облицовки и (или) отделки поверхности изделий. Например, из опыта мебельной промышленности, зернистость профилей, изготовленных фрезерованием из древесно-стружечной плиты не всегда удается скрыть при облицовывании дорогими декоративными пленками на основе пропитанных смолами бумаг общей массой до 130 г на 1 кв метр. А для облицовывания профилей из МДФ, обладающей мелкой равномерной структурой, могут успешно применяться более дешевые декоративные пленки массой менее 80 г на 1 кв.м. Кроме того, крупные частицы древесины, особенно находящиеся вблизи поверхности изделия более подвержены воздействию влаги и повреждению под воздействием неблагоприятных факторов внешней среды.
Очень мелкие пылевидные частицы (менее 50 мкм) имеют большую удельную поверхность и в силу этого требуют использования большего количества смолы для образования полноценной полимерной матрицы.
Примечание. В настоящее время проводятся исследования по использованию в композитных материалов микроцеллюлозы. Но это скорее будет уже друглй класс материалов, т.н. нанокомпозиты.
Окончательное превращение рабочей смеси в композитный материал происходит постепенно по зонам экструдера и в фильере. Полимер должен охватить всю поверхность частицы древесной частицы, внедриться в ее поры и тем самым обеспечить плотное молекулярное взаимодействие между древесиной и полимером. Это существенно отличает процесс экструзии ДПК от процесса экструзии обычных пластмасс, т.к. древесина плохо смачивается расплавом полимера. Интенсифицировать процесс смачивания за счет повышения температуры в экструдере сложно вследствие опасности тепловой деструкции древесины, полимера и возгорания смеси (при температуре более 200 град. С).
Поэтому, с точки зрения качества получаемой продукции и производительности процесса - очень важен технологический уровень применяемого оборудования и состав рецептуры смеси (качество базовой смолы, вид и количество вводимых в рецептуру добавок - модификаторов).
Примечания:
1. Технологическими и физико-механическими свойствами близкими к древесно-полимерным композитам являются композиционные материалы, получаемые на основе и других растительных волокон, например: пенька (Hemp), лен (Flax), сизаль (Sisal), кенаф (Kenaf) и др. волокнистых растений.
Растительные волокна могут вводиться в состав ДПК и одновременно с древесными волокнами. Применение недревесных волокон растительного происхождения особенно активно разрабатывается сейчас в странах Юго-Восточной Азии, в частности в Китае. Подробнее о волокнах см. специальное приложение и библиотеку Биокомпозиты.
2. При внешней простоте идеи производства ДПК, сама конструкция вещества древесно-полимерного композита имеет очень сложную структуру. Не менее сложны для описания и химические, физические и механические процессы технологии производства экструзионных ДПК. Эти сложности определяются сложностью и неоднородностью самой древесины.
С большим или меньшим успехом, в производстве ДПК могут использоваться любые термопластичные полимеры, однако на практике сейчас используются, в основном, четыре вида термопластичных смол: полиэтилен (PE), полипропилен (PP), поливинилхлорид (PVC) и, в меньшем количестве, полистирол (PS). На диаграмме (рис.4.2.) отражены существующие соотношения применения различных смол и наполнителей и прогноз на ближайшие годы.
Рис.2. Состояние и прогноз применяемости базовых смол и наполнителей в производстве композитов
Таким образом, на первом месте по применяемости находится полиэтилен (высокой и низкой плотностей) , затем следует ПВХ и полипропилен. Однако, в Европе наболее перспективным считают полипропилен. В частности, немецкая фирма Advanced Extruder Technologies AG (изготовитель оборудования для экструзии ДПК) указывает на следующие оптимальные соотношения наполнение композита древесиной для различных типов базовых смол:
- на основе ПВХ - 60 %
- на основе полиэтилена - 70 %
- на основе полипропилен - 80 % и более.
Существенный рост предполагается по всем видам композитов, но начиная с 2003 особенно быстро увеличивается применение, в качестве основы композита, и других (не древесных) растительных волокон.
Наряду со смолами заводского изготовления, поставляемых в виде суспензии или гранул, ряд американских компаний используют в производстве ДПК пластиковых промышленных и бытовых отходов (упаковочной пленки, бутылок и т.п.), подвергаемых мытью, сушке и измельчению.
Проводятся эксперименты и по использованию в термопластичных ДПК других промышленных термопластов - АБС-пластика, полиамидов (капрона, нейлона), поликарбонатов, полиэтилентерфталата и др. в первичных формах и отходов.
Ориентировочные соотношения мировых цен на сырье (в английских фунтах за тонну, март 2003 г), используемое в производстве ДПК приведено в табл. 4.1
Данная таблица хорошо иллюстрирует экономическое существо интереса к проблемам производства древесно-полимерных композитов и объективных тенденций в развитии и совершенствовании их технологии производства. Следует иметь ввиду, что текущие цены на базовые смолы на мировом рынке сильно зависят от цен на нефть и подвержены значительным колебаниям.
В производстве древесно-полимерных композитов применяются следующие виды добавок - модификаторов: связующие агенты, смазочные материалы, антимикробные добавки, антиокислители, вспенивающие агенты, пигменты, огнезащитные аенты, противоударные модификаторы, светостабилизаторы, температурные стабилизаторы и др.
Эти добавки используются при экструзии и литье обычных наполненных и ненаполненных пластмассовых профилей и примерно с теми же целями, но соотношение их в сочетаннии с древесиной несколько меняется. В первую очередь это относится к связующим агентам, смазочным материалам, и, при необходимости, - к противоударным модификаторам. Добавки поставляются по отдельности, или в виде комплексов (как поливитамины, - все в одной грануле).
Древесина, в отличие от минеральных наполнителей для пластмасс, обладает не очень высокой адгезией к базовым смолам, особенно - к полиолефиновым. Это можно обьяснить очень сложной формой поверхностей ее частиц, затрудняющей процесс смачивания ее расплавленным полимером, а так же ее химическим составом. Это обстоятельство предъявляет к подбору добавок и к конструкции экструдера повышенные требования. На фотографиях ниже показаны 2 образца древесно-полимрной смеси (электронный микроскоп, 200-кратное увеличение, соотношение 60% полипропилена, 40% древесной муки).
На левой фотографии отчетливо видны многочисленные незаполненные полимером пустоты. На правом образце структура материала цельная. Именно это делает материал - композитом, в котором работает и полимерная матрица и древесина. Улучшение структуры обеспечено включением в состав материала специального связующего агента, обеспечивающего хорошую связь между частицами древесины и смолы.
Схематически характерные дефекты структуры композита показаны на двух рисунках ниже
На левой схеме синим цветом выделены незаполненный смолой отдельные пустоты. На правой схеме показано образование агломератов, составляющихся из нескольких не склееных друг с другом древесных частиц. Наличие таких дефектов, особенно на поверхности изделий, приводит к снижению прочности и долговечности материала.
Конкретные рецептуры древесно-полимерных композитов разрабатываются применительно к заданным продуктам, применяемым базовым смолам и технологическим процессам. Они часто являются производственным секретом фирмы-изготовителя конкретных изделий или предметом лицензии поставщика технологии или оборудования.
Важным направлением в области разработок современных рецептур экструзионных ДПК, являются поиски в области использования в их составе природных, т.е. биологических полимеров. Успешным достижением в этой сфере стало использование крахмалистых веществ, например - кукурузной муки (материалы типа Fasal - Fasalex). Активно проводятся исследования по применению лигнина (отходы целлюлозного производства), отходов кожевенной и мясомолочной промышленности и т.д. Есть сведения об исследованиях российских специалистов о возможности применения хвойной смолы - живицы в качестве одного из компонентов экструзионных ДПК.
Внешний вид древесно-полимерных композитов.
В естественном виде ДПК с высоким содержанием древесины более всего напоминает МДФ и или твердую ДВП, см рис.3. Он может окрашиваться в массе или подвергаться лакокрасочной отделке обычными красками и эмалями, или облицовываться синтетическими пленками или натуральным шпоном. На ощупь композит теплый, иногда слегка маслянистый.
Рис.3. Срезы ДПК профилей
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.
Однако, если при изготовлении компаунда использовались древесные частицы крупных фракций, то поверхность изделия будет ближе по внешнему виду к поверхности древесностружечной плиты. Такие профили выпускаются, например, голландской компанией Tech-Wood.
Термопластичные ДПК имеют слабый запах древесины (опилок).
Физические и механические свойства композитов
Плотность экструзионных композитов может находится в пределах 1000 - 1400 кг/м3. Плотность изделий может быть снижена при использовании специальных вспенивающих агентов до 700-900 кг/м3, но вспенить можно только полимерную матрицу.
Примечания:
- Плотность композита зависит от плотности используемой базовой смолы и применяемых аддитивов и их количества и плотности частичек древесины. В ходе компаундирования и экструзии под воздействием высокого давления и темературы частички древесины уплотняются, - вплоть до значения 1400 кг/м3, т.е. достижения истинной плотности древесины, свободной от пор и др. пустот.
- Истинная плотность древесины практически не зависит от ее породы.
- Изучаются вопросы применения в ДПК полых микронаполнителей (пластиковых и стеклянных микросфер).
Прочностные свойства ДПК в значительной степени зависят от вида базовой смолы, см. табл. 2.
Однако, управлением составом композита и технологическим процессом можно в значительной степени улучшить его прочностные и др. свойства.
Рассмотрим свойства ДПК на примере трех конкретных модификаций выпускаемых под маркой "Fasal" разработанных с применением в качестве базовой смолы полипропилена австрийской фирмой " Austel research and development" Gmbh и продаваемых фирмой "Fasalex ", Австрия, см. табл. 3.
| Свойства | Размерность | Fasal F134 | Fasal F 386 | Fasal F 465 |
|---|---|---|---|---|
| Плотность | кг/дм 3 | 1,4 | 1,35 | 1,2 |
| Предел прочности (временное сопротивление) | МПа | 25 | 17 | 23 |
| Модуль упругости при растяжении (мод. Юнга) | ГПа | 8 | 4 | 5,1 |
| Сопротивление изгибу | МПа | 41 | 30 | 52 |
| Модуль упругости при изгибе | ГПа | 5,8 | 3,8 | 5 |
| Относительное удлиннение при растяжении | % | 0,5 | 0,6 | 1 |
| Ударная вязкость по Шарпи | КДж/м2 | 3,2 | 3,3 | 4 |
| Срок биологического разложения | недели | месяцы | неразлагаемый | |
| Снижение сопротивления изгибу в воде при 23 град.C: | ||||
| - после 30 мин. выдержки | % | 65 | 14 | 0 |
| - после 120 мин. выдержки | % | 90 | 35 | 0 |
В композиции, предлагаемой фирмой Strandex , США, в качестве базовой смола используется полиэтилен и его отходы. Твердые и мягкие породы древесины считаются приемлемыми, а так же другие целлюлозные волокна, такие как солома, лен, рисовая шелуха, арахисовая шелуха, бамбук, кенаф и пр. Размер частиц 425 микрон (40 mesh) и менее. Допускается большое содержание более мелких частиц (200 mesh и мельче), включая шлифовальную пыль. Плотность композита составляет 0,98 - 1, 2 кг/дм3. Композит и технология запатентованы и продаются по лицензии вместе с фильерами. Стоимость одной фильеры более 20 000 долларов США, стоимость лицензии (по некоторым данным) более 1 млн. долларов.
Однако в использовании отходов ДСТП и МДФ существует серьезная проблема. Она связана с возгонкой паров формальдегида из фенольных смол, которые содержатся в этих плитах.
Примечание. Хотя прочность термопластичных ДПК при испытаниях находится на уровне природных древесных материалов, их реальная эксплуатационная прочность во многих случаях существенно выше, т.к. изделия, изготовленне из ДПК, не имеют естественных пороков, присущих древесине (сучков, трещин, свилеватостьи и т.п.), не изменяют своей прочности при увеличении влажности и не поражаются грибками и бактериями.
В начале освоения производства ДПК технологи старались обеспечить максимальную биостойкость изделий. И эта задача была решена.В частности, ряд фирм-изготовителей ДПК предоставляют гарантии на 10, 25 и 50 лет эксплуатации готовых изделий на улице, т.е. самой высокой устойчивости к воздействию влаги, света, грибков и насекомых без специальной защиты. 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.
Новым направлением в производстве ДПК, является создание рецептур легко утилизируемых биоразлагаемых ДПК с пониженной биостойкостью. Они предлагаются, например, фирмой Fasalex, - как экологически безопасные по всему жизненному циклу (указанные выше композиции Fasal F 134 и F 386) .
Необходимо отметить, что не смотря на уже солидный производственный опыт и многочисленные уже проведенные исследования, в сфере древесно-полимерных композиций существует еще огромное количество неисследованых направлений. С одной стороны это связано с бесконечными возможностями химии полимеров, а с другой обьясняется молодостью самой этой новой отрасли промышленности.
Способность к обработке
Изделия из ДПК обрабатываются теми же инструментами, что и древесина. ДПК легко пилятся, строгаются, сверлятся, шлифуются и т.п. Очень хорошо удерживает гвозди, скобы, шурупы, см. рис. 4.
Многие рецептуры композитов поддаются склеиванию. Некоторые рецептуры можно сваривать, подобно пластмассе. Уже освоена практика гнутья изделий профильных изделий после нагрева, подобно пластмассовым профилям и т.п.
Рис.4.Обработка древесно-полимерных композитов
ДПК не очень легко воспламенимы, особенно, - если они выполнены на основе поливинилхлоридной смолы.
Интересным направлением в использовании экструзионных ДПК является совместное применения ДПК профиля и металлического проката. В этом случае в полость профиля вставляется стальная труба, полоса и т.п. Металл принимает на себя полностью или частично силовую нагрузку, а профиль выполняет декоративные, защитные и другие функции.
Пока не существует принятой стандартизированной классификации термопластичных ДПК.