Отделка из древесно-полимерного композита. Что такое дпк и где он используется

Из статьи вы узнаете о совершенно новом материале — древесно-полимерном композите или ДПК. Мы расскажем о технологии производства, ассортименте изделий и преимуществах каждого вида перед натуральными аналогами. Также в статье приведены полезные советы по выбору террасной доски из ДПК.

Последние 40 лет развития промышленности смело можно назвать «эрой комбинированных материалов». Современное оборудование и технологии позволяют соединить, казалось бы, несовместимое: дерево, бетон, пластик, бумага, металл. Все они смешиваются, диффузируются, сплавляются с одной целью — получить новый продукт, сочетающий в себе наилучшие свойства нескольких исходных материалов. Так, среди прочих новинок мы увидели «жидкое дерево».

Что такое «жидкое дерево»

Говоря техническим языком, это экструдированный древесно-полимерный композит (ДПК). Это значит, что древесная составляющая законсервирована с помощью пластика. В такой комбинации материал принимает наилучшие свойства:

1. От дерева — прочность на сжатие, ударопрочность, упругость. При этом древесная составляющая практически бесплатна — в ход идут любые отходы, перемолотые в муку.
2. От пластика — коррозионная устойчивость, гибкость, точность обработки. Полимер обволакивает древесные частицы и устраняет главный недостаток дерева — разрушительные реакции с водой. Полимер в этой технологии — на 90% вторичный пластик, т. е. переработанные отходы.

Технологический процесс прост для понимания, но довольно сложен для исполнения. Полимер (пластик) смешивают в определённой пропорции с древесной мукой и нагревают так, чтобы он расплавился. Затем формуют в экструдере, на вальцах или в пресс-формах и охлаждают. На разных этапах в массу подмешивают около 10 разных присадок — пластификаторы, катализаторы, упрочнители и другие. Все подробности изготовления — сорт древесины и марка пластика, пропорции смеси, присадки, температурные режимы, как правило, составляют производственную тайну. Известно, что все ингредиенты можно приобрести в свободной продаже, а для древесной муки преимущественно выбирают бамбук, лиственницу и другие прочные породы средней ценовой категории.

Для изготовления ДПК создаются специальные многоступенчатые производственные линии. Они состоят из множества устройств и контроллеров. Собрать такой станок своими руками в гараже, к сожалению, не получится. Но можно приобрести готовую производственную линию.

Продукция из ДПК

В настоящее время ассортимент продукции неполон, т. к. материал относительно новый и свойства его до конца не изучены. Однако несколько наиболее востребованных позиций можно упомянуть уже сейчас.

Террасная доска или декинг

Составляет до 70% всей востребованной продукции из ДПК на сегодняшний день. Большая часть поставляемых производственных линий ориентирована на выпуск именно такой доски, т. к. это единственная на данный момент альтернатива дереву. Доска состоит из рамки периметра, рёбер жёсткости внутри и имеет пазогребневую систему крепления. Предлагаются различные цвета.

Преимущества перед традиционным материалом: от дерева доску ДПК выгодно отличает сплошной прокрас и лучшие физические показатели (прочность, гибкость, точность обработки). Многие виды доски ДПК выпускают двусторонними — с рельефами массива дерева и ребристой нарезкой.

Облицовочные фасадные панели или планкен

По большому счёту, их можно соотнести с виниловым сайдингом — принцип монтажа и структура панели у них очень похожи. Но панель ДПК значительно толще и жёстче, соответственно, имеет больший вес и лучшие физические свойства.

Преимущества перед традиционным материалом: более прочный и долговечный фасад, пазухи в панелях и толстые стенки лучше удерживают тепло и поглощают шумы.

Заборы, ограды, перилла, балюстрады

Формы малой архитектуры из «жидкого дерева» для декоративной отделки экстерьера и ландшафта. Имеют хорошую несущую способность и пригодны для интенсивной эксплуатации (в людных местах).

Такие изделия принято было выполнять из дерева (недолговечного и требующего ухода) или бетона (тяжёлого, холодного и не всегда надёжного). Древесно-композитные формы делают сборными, причём все детали проектируют заранее. На месте остаётся только собрать их при помощи болгарки и шуруповёрта. Такой забор не требует мощного фундамента, постоянной окраски. В случае повреждения участка или элемента конструкции, его можно легко заменить, изготовив дополнительно нужное количество деталей.

Общее преимущество — абсолютная нечувствительность к атмосферному износу (влага, мороз, перегрев на солнце), насекомым, грибкам и истиранию.

Общий недостаток — относительно большие колебания при нагреве и охлаждении. Расширение террасной доски ДПК может составлять до 6 мм на 1 м (при постепенном нагреве до +40 °С).

Цены на фасадные панели из «жидкого дерева»

Как выбрать террасную доску из ДПК

Любой вид «жидкого дерева» производится из древесной муки, состав которой не столь важен. Но состав полимера, который добавляется к ней, может иметь решающее значение:

1. Полимер на основе полиэтилена. Проще и дешевле в производстве. Содержит большее количество опилок, за счёт чего он дешевле аналогов. Подвержен УФ-излучению (без присадок).
2. Полимер на основе ПВХ. Более устойчив к перепадам температур, ультрафиолету, большая пожаробезопасность. Долговечнее в 2 раза по сравнению с иными составами.

По типу профиля террасные доски делятся на два типа:

1. Полнотелые. Выдерживают значительные ударные нагрузки. Хорошо подходят для мест с большой проходимостью — летние кафе и веранды, палубы судов, набережные и пирсы.
2. Пустотелые. Имеют малый вес. Подходят для террас частных домов.

По типу соединения доски ДПК делятся на:

1. Шовные. Монтируются с зазором 3-5 мм и предусматривают хороший отвод воды. Крепятся кляммерами из металла или пластика.
2. Бесшовные. Создают сплошную прочную поверхность за счёт обоюдного сцепления. Крепятся саморезами, кляммеры не требуются. Подходят для летних площадок кафе — в зазоры не попадают мелкие вещи, каблуки и т. д.

По типу противоскользящего покрытия или обработки:

1. Обработанные щётками («брашинг» от англ. brush — кисть, щётка). Поверхность, созданная металлической щёткой (искусственное старение).
2. Шлифованные. Поверхность обрабатывается наждачным полотном.
3. Тиснёные. Как правило, исполняются в структуре дерева. Хороший декоративный вид, но в проходимых местах рисунок истирается и это становится заметно.
4. Ко-экструзия. Верхний слой выполняется из высокопрочного состава и структурируется во время экструзии самой доски.
5. Ко-экструзия с глубоким эмбоссингом (от англ. embossing — тиснение). Тиснение на верхнем слое имитирует ценные породы дерева .

На что обратить внимание вне зависимости от выбранного типа доски:

1. Высота рёбер. От неё зависит прочность доски.
2. Количество рёбер жёсткости. Влияет на прочность на изгиб — чем их больше, тем выше прочность.
3. Толщина стенок. Тонкие стенки (2-3 мм) плохо держат ударные нагрузки.
4. Ширина доски. Чем шире доска или панель, тем быстрее и проще монтаж и меньше потребуется креплений.

Совершенно справедливо можно принимать данные советы по отношению к фасадным панелям и другим изделиям из ДПК для облицовки плоскостей.

Индустрия обеспечивает обывателя возможностью сделать свой выбор — использовать новый натуральный материал, на который идут природные ресурсы (дерево, камень) или применить продукцию переработки вторсырья. Сегодня люди научились превращать отходы обработки натуральных материалов в продукцию, опережающую эти материалы по свойствам. Однако выбор остаётся за человеком — либо утилизировать мусор, приобретая ДПК, либо создавать его всё больше, отдавая предпочтение природным материалам.

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:

1. 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.
2. Истинная плотность древесины практически не зависит от ее породы.
3. 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.

Таблица 3. Свойства ДПК.

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.

1. Описание и химический состав
2. Соотношение полимера и дерева
3. Преимущества материала

На строительстве и при изготовлении мебели применяются новые высокотехнологичные материалы с улучшенными свойствами, по сравнению с обычными того же класса, а цена их ниже. Один из таких материалов – древесно-полимерный композит (ДПК). Сейчас он широко распространен, что связано с доступностью и невысокой ценой. Он дешевле, чем обычное дерево, но обладает такой же прочностью.

При изготовлении композита используют натуральную древесину и полимер, который не вредит здоровью человека. Обычно ДПК получают методом литья, что существенно повышает его прочность.

Композит можно использовать при укладке настила. Он применяется при установке перил на открытых террасах, в беседках, на балконах, поскольку устойчив к перепадам температур, любым осадкам, механическому воздействию. Это делает ДПК универсальным. Материал имеет красивую структуру.

ДПК распространен в США, где его активно применяют при строительстве коттеджей . Технологию производства, характеристики важно знать, если выбрали этот материал. Если знать особенности процесса изготовления жидкого дерева, то можно изготовить композит своими руками.

Описание и химический состав

Древесно-полимерный композит, который называют жидким деревом, представляет собой искусственный материал, получаемый в результате смешивания дерева и мономера. В процессе изготовления происходит экструзия, образующая полимер. Подобным способом изготавливают полимерную доску, по прочности превосходящую обычное дерево, но немного уступающую керамической плитке. Сами доски приобретают форму в процессе литья.

Производится «жидкое дерево» путем добавления к стружке связующих полимеров: полистирола, полиэтилена, полипропилена и поливинилхлорида. Название «жидкое дерево» ДПК получил из-за гибкости и пластичности .

«Жидкое дерево» применяют в производстве половых досок, сайдинга, труб (для водопровода, канализации), мебели.

В химический состав ДПК входят всего 3 компонента:

1. Мелкие частицы древесины (стружка, опилки, измельченное дерево, аброформ, в дешевых моделях попадается жмых от семян подсолнечника, измельченная фанера). Количество присадки может колебаться в составе от 1/3 до 4/5 общей массы.
2. Полимерная добавка – поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП).
3. Специальные химические добавки, которые значительно улучшают технические свойства, внешний вид (красители, лаки). Объем этих добавок составляет 0,1–4,5% общей массы.

Соотношение полимера и дерева

Пропорции соотношения полимера и дерева могут быть разными. Подбор осуществляется с учетом того, какие технические показатели ДПК требуются.

Дерево (аброформ) к полимеру относится как 2:1. Такое соотношение придает ДПК свойства древесины – масса будет содержать больше волокон дерева. Доски из такого материала будут набухать от влаги, что существенно снижает срок эксплуатации во влажном климате. Для средней полосы и юга России оно составит 5–10 лет. ДПК получается относительно хрупким, что ограничивает его применение, однако стройматериал имеет красивую текстуру дерева и «рифленую» поверхность.

Соотношение дерева к полимеру, как 2:3, значительно ухудшает внешний вид доски ДПК, что ограничивает использование досок в декоративных целях. На ощупь доска напоминает обычный пластик, а поверхность становится более гладкой (иногда скользкой).

Если древесно-полимерный композит имеет соотношение волокон дерева (аброформ) к полимеру 1:1, доска приобретает оптимальные характеристики . Текстура получается красивой, с шероховатой поверхностью, нескользкой. Упрощается процесс литья: не требуется греть составляющие до нужной температуры. Приготовление ДПК этим способом не передает свойства дерева материалу: он не впитывает влагу, не набухает, относительно прочен в применении.

Жидкое дерево разливают в специальные формы, которые предусматривают наличие шипов и пазов для крепления досок.

Преимущества материала

ДПК устойчив к воздействию ультрафиолета: он не растрескивается, не деформируется. Он не изменяет свою структуру при низких температурах воздуха, воздействии влаги, кислот и других негативных сред.

Материал устойчив к воздействию плесени, в ДПК не заводятся насекомые, он не является приманкой для мышей, крыс и прочих грызунов. Для большей устойчивости его могут покрывать специальной полимерной пленкой.

Еще один плюс – более высокая прочность (позволяет выдерживать более 5 ц на 1 м 2). Это дает возможность размещать на досках любую тяжелую мебель.

Жидкое дерево – гибкий материал, который легко поддается обработке . Его можно распиливать, обстругивать. Это учитывается в производстве полимеров или в процессе литья.

Жидкое дерево – экологически чистый материал, поскольку используемый аброформ и полимер не выделяют ядовитых веществ и не представляют опасности для человека. ДПК не горюч и не поддерживает горение.

Возможно ли изготовить его самостоятельно?

Сделать «жидкое дерево» (аброформ) в домашних условиях можно, при этом ДПК, изготовленный своими руками, будет обладать нужными характеристиками. Заготовки подойдут для реставрационных работ (мебель), грубого полового настила для вспомогательных помещений, беседок, террас.

Чтобы изготовить жидкое дерево, надо взять древесные опилки и измельчить их при помощи домашних мельниц или кофемолок . В смесь добавляют клей ПВА (соотношение опилок и клея 70:30). Полученная смесь должна быть густой. Чтобы материал имел нужный цвет, рекомендуется добавить краску (эмаль) подходящего цвета.

Полученная масса – аналог ДПК. Материал можно наносить на поврежденные участки паркета, ламината, мебели.

Если залить пол таким материалом, то под него надо сделать опалубку, а саму смесь подготовить в нужном объеме. Затем можно приступать к заливке. Рекомендуемая толщина будущей доски – 50 мм.

Приветствую друзья, на связи с вами Андрей Ноак. Наверняка, Вы задумывались над тем, что практически каждый материал имеет свой срок службы. Например, древесина выдерживает далеко не все воздействия агрессивных природных факторов. Как следствие, конструкции, изделия из нее нередко слишком скоро приходят в непригодность.

Понимая это человечество, постоянно пытается найти достойную альтернативу. И вот относительно недавно в каталогах соответствующих компаний можно увидеть такое предложение как ДПК. Древесно-полимерный композит – что это такое, какими преимуществами обладает, с какой целью применяется? В статье я попытался подробно ответить на вышеупомянутые вопросы. Потратьте буквально несколько минут времени на прочтение этой статьи и точно не пожалеете.

Такой материал еще называют . Речь идет о новейшей разработке, которой занимались специалисты химической промышленности. В ДПК удалось объединить положительные качества, как древесины, так и полимеров. Состоит доска из следующих компонентов:

1. Древесная мука. Изготавливается на современном оборудовании, которое способно измельчать материал. Не обязательно использовать качественную древесину. Нередко вместо нее применяют продукты вторичной переработки. Абсолютно неважно, какая порода дерева используется, так как на положительных свойствах это практически не сказывается.
2. Полимер. Как правило, чаще всего применяется поливинилхлорид или полиэтилен. Процентное соотношение напрямую зависит от того, какой именно полимер взят. Пропорции влияют на качество, а поэтому нужно брать оптимальное количество такого компонента. Слишком малый процент полимера приведет к тому, что материал начнет впитывать влагу и со временем попросту деформируется. Если наоборот – норма будет превышена, то такое изделие приобретет вид стандартного пластика.
3. Химические добавки. Доска не будет обладать всеми возможными достоинствами, если не предусмотреть в составе наличие некоторых химических веществ. Но, при этом, такие добавки не окажут негативного влияния на состояние человеческого здоровья. То есть, они полностью безопасны, что крайне важно.

Интересно отметить, что производство такого материала, максимально напоминает процесс обработки обычной древесины. Здесь также придется выполнить такие операции как пиление, строгание шлифование. Далее – вкручиваются саморезы или забиваются гвозди.

Преимущества ДПК

Глупо было бы рассказывать о материале при отсутствии положительных качеств. Их достаточно много, не перечислю наиболее значимые из них:

• Стойкость к влаге, чего нельзя сказать об ;
• Износостойкость; поверхность материала не стирается, не поддается каким-то механическим повреждениям, даже если постоянно ходить по доске на тонких женских каблуках; не остается царапин, порезов, вмятин;
• Древесно-полимерный композит отличается тем, что является нескользким, соответственно – зимой по нему можно передвигаться без каких-либо опасений;
• Способность выдерживать широкий диапазон температур – примерно от -50 до +150градусов по Цельсию;
• Благодаря полимерам и химическим веществам, которые входят в состав материала, нет угрозы появлению грибка, плесени, не нанесут вреда и насекомые;
• Простота монтажа – не обязательно быть профессиональным опытным для того чтобы своими руками выполнить весь необходимый фронт работ;
• Легкость в уходе, так как нет никакой необходимости в том, чтобы иногда заниматься лакировкой или покраской и тем более через некоторое время шлифовать или циклевать поверхность;
• Длительный срок эксплуатации – производители дают гарантии, которые измеряются десятками лет, хотя если для пола используется натуральная древесина, то зачастую уже через 5-7 лет придется осуществлять определенные восстановительные процедуры – покраска, мелкий ремонт.

Вы наверняка догадываетесь, что удалось изобрести практически идеальный материал. Если говорить о недостатках, то могу сделать акцент на стоимости и частично на экологичности. К сожалению, цену нельзя назвать низкой. Хотя, с другой стороны считают ее полностью оправданной. Если продукция отличается таким большим количеством преимуществ, то она априори не может обойтись дешево.

Область применения

Производят из ДПК очень много всего. Например, активно используется материал для забора. Доска окажется разумным решением в тех случаях, где не совсем целесообразно применять обычную древесину. Сауны, бассейны, причалы, подводные сваи – везде можно найти место для древесно-полимерного композита. Даже для грядок можно использовать такой материал.

Компании изготавливают из ДКП беседки, некоторые предметы интерьера и экстерьера. Если необходимо декоративно украсить территорию, то древесно-полимерный композит также не окажется лишним. Для фасада целесообразно применять материал тем, кто отдает предпочтение не только красивому внешнему виду, но и надежности, износостойкости.

В общем, можно еще очень долго рассказывать о возможностях применения таких досок. Более того, постоянно находятся новые варианты, где бы можно было использовать материал.

Подводя итог, хочу отметить, что приобретение ДКП будет на все 100% разумным решением. Не смотрите в первую очередь на стоимость, так как она немного выше, нежели цена обычных деревянных изделий. Всегда надо учитывать преимущества и недостатки.

Я попытался донести полезную информацию, и уверен, что она обязательно поможет. К слову, древесно-полимерный композит используют даже для сайдинга.

Удачи и до новых встреч, с вами был Андрей Ноак!

Материалы на основе нескольких компонентов, что обусловливает их эксплуатационные и технологичные характеристики. В основе композитов лежит матрица на основе металла, полимера или керамики. Дополнительное армирование выполняется наполнителями в виде волокон, нитевидных кристаллов и различных частиц.

За композитами - будущее?

Пластичность, прочность, широкая сфера применения - вот чем отличаются современные композитные материалы. Что это такое с точки зрения производства? Эти материалы состоят из металлической или неметаллической основы. Для усиления материала используются хлопья большей прочности. Среди можно выделить пластик, который армируется борными, углеродными, стеклянными волокнами, или алюминий, армированный стальными или бериллиевыми нитями. Если комбинировать содержание компонентов, можно получать композиты разной прочности, упругости, стойкости к абразивам.

Основные типы

Классификация композитов основана на их матрице, которая может быть металлической и неметаллической. Материалы с металлической матрицей на основе алюминия, магния, никеля и их сплавов обретают дополнительную прочность за счет волокнистых материалов или тугоплавких частиц, которые не растворяются в основном металле.

Композиты с неметаллической матрицей в основе имеют полимеры, углерод или керамику. Среди полимерных матриц наиболее популярны эпоксидная, полиамидная и фенолформальдегидная. Форма композиции придается за счет матрицы, которая выступает своеобразным связующим веществом. Для упрочнения материалов используются волокна, жгуты, нити, многослойные ткани.

Изготовление композитных материалов ведется на основе следующих технологических методов:

• пропитка армирующих волокон матричным материалом;
• формование в пресс-форме лент упрочнителя и матрицы;
• холодное прессование компонентов с дальнейшим спеканием;
• электрохимическое нанесение покрытия на волокна и дальнейшее прессование;
• осаждение матрицы плазменным напылением и последующее обжатие.

Какой упрочнитель?

Во многих сферах промышленности нашли применение композитные материалы. Что это такое, мы уже сказали. Это материалы на основе нескольких компонентов, которые обязательно упрочняются специальными волокнами или кристаллами. От прочности и упругости волокон зависит и прочность самих композитов. В зависимости от вида упрочнителя все композиты можно поделить:

• на стекловолокниты;
• карбоволокниты с углеродными волокнами;
• бороволокниты;
• органоволокниты.

Упрочнительные материалы могут укладываться в две, три, четыре и больше нити, чем их больше, тем прочнее и надежнее в эксплуатации будут композиционные материалы.

Древесные композиты

Отдельно стоит упомянуть древесный композит. Он получается посредством сочетания сырья разного типа, при этом в качестве основного компонента выступает древесина. Каждый древесно-полимерный композит состоит из трех элементов:

• частиц измельченной древесины;
• термопластичного полимера (ПВХ, полиэтилена, полипропилена);
• комплекса химических добавок в виде модификаторов - их в составе материала до 5 %.

Самый популярный вид древесных композитов - это композитная доска. Ее уникальность в том, что она объединяет в себе свойства и древесины, и полимеров, что существенно расширяет сферу ее применения. Так, доска отличается плотностью (на ее показатель влияет базовая смола и плотность древесинных частичек), хорошим сопротивлением на изгиб. При этом материал экологичный, сохраняет текстуру, цвет и аромат натурального дерева. Использование композитных досок абсолютно безопасно. За счет полимерных добавок композитная доска обретает высокий уровень износостойкости и влагостойкости. Ее можно использовать для отделки террас, садовых дорожек, даже если на них приходится большая нагрузка.

Особенности производства

Древесные композиты имеют особенную структуру за счет сочетания в них полимерной основы с древесиной. Среди материалов подобного типа можно отметить древесно-стружечные, разной плотности, плиты из ориентированной щепы и древесно-полимерный композит. Производство композитных материалов данного типа ведется в несколько этапов:

1. Измельчается древесина. Для этого используются дробилки. После дробления древесину просеивают и делят на фракции. Если влажность сырья - выше 15 %, его обязательно высушивают.
2. Дозируются и смешиваются основные компоненты в определенных пропорциях.
3. Готовое изделие прессуется и форматируется для обретения товарного вида.

Основные характеристики

Мы описали самые популярные полимерные композитные материалы. Что это такое, теперь понятно. Благодаря слоистой структуре есть возможность армирования каждого слоя параллельными непрерывными волокнами. Стоит отдельно сказать о характеристиках современных композитов, которые отличаются:

• высоким значением временного сопротивления и предела выносливости;
• высоким уровнем упругости;
• прочностью, которая достигается армированием слоев;
• за счет жестких армирующих волокон композиты обладают высокой стойкостью к напряжениям на разрыв.

Композиты на основе металлов отличаются высокой прочностью и жаропрочностью, при этом они практически неэластичны. За счет структуры волокон уменьшается скорость распространения трещин, которые иногда появляются в матрице.

Полимерные материалы

Полимерные композиты представлены в многообразии вариантов, что открывает большие возможности по их использованию в разных сферах, начиная от стоматологии и заканчивая производством авиационной техники. Наполнение композитов на основе полимеров выполняется разными веществами.

Наиболее перспективными сферами использования можно считать строительство, нефтегазовую промышленность, производство автомобильного и железнодорожного транспорта. Именно на долю этих производств приходится порядка 60 % объема использования полимерных композиционных материалов.

Благодаря высокой устойчивости полимерных композитов к коррозии, ровной и плотной поверхности изделий, которые получаются методом формования, повышается надежность и долговечность эксплуатации конечного продукта.

Рассмотрим популярные виды

Стеклопластики

Для армирования этих композиционных материалов используются стеклянные волокна, сформованные из расплавленного неорганического стекла. Матрица основывается на термоактивных синтетических смолах и термопластичных полимерах, которые отличают высокая прочность, низкая теплопроводность, высокие электроизоляционные свойства. Изначально они использовались при производстве антенных обтекателей в виде куполообразных конструкций. В современном мире стеклопластики широко применяются в строительной сфере, судостроении, производстве бытового инвентаря и спортивных предметов, радиоэлектронике.

В большинстве случаев стеклопластики производятся на основе напыления. Особенно эффективен этот метод при мелко- и среднесерийном производстве, например корпусов катеров, лодок, кабин для автомобильного транспорта, железнодорожных вагонов. Технология напыления удобна экономичностью, так как не требуется раскраиваться стекломатериал.

Углепластики

Свойства композитных материалов на основе полимеров дают возможность использовать их в самых разных сферах. В них в качестве наполнителя используются углеродные волокна, получаемые из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, пеков. Волокно обрабатывается термически в несколько этапов. По сравнению со стеклопластиками углепластики отличаются более низкой плотностью и более высоким при легкости и прочности материала. Благодаря уникальным эксплуатационным свойствам углепластики находят применение в машино- и ракетостроении, производстве космической и медицинской техники, велосипедов и спортивных принадлежностей.

Боропластики

Это многокомпонентные материалы, в основе которых лежат борные волокна, введенные в термореактивную полимерную матрицу. Сами волокна представлены мононитями, жгутами, которые оплетаются вспомогательной стеклянной нитью. Большая твердость нитей обеспечивает прочность и стойкость материала к агрессивным факторам, но при этом боропластики отличаются хрупкостью, что осложняет обработку. Борные волокна стоят дорого, поэтому сфера применения боропластиков ограничена в основном авиационной и космической промышленностью.

Органопластики

В этих композитах в качестве наполнителей выступают в основном синтетические волокна - жгуты, нити, ткани, бумага. Среди особенных свойств этих полимеров можно отметить низкую плотность, легкость по сравнению со стекло- и углепластиками, высокую прочность при растяжении и высокое сопротивление ударам и динамическим нагрузкам. Этот композиционный материал широко используется в таких сферах, как машино-, судо-, автостроение, при производстве космической техники, химическом машиностроении.

В чем эффективность?

Композитные материалы за счет уникального состава могут использоваться в самых разных сферах:

• в авиации при производстве деталей самолетов и двигателей;
• космической технике для производства силовых конструкций аппаратов, которые подвергаются нагреванию;
• автомобилестроении для создания облегченных кузовов, рам, панелей, бамперов;
• горной промышленности при производстве бурового инструмента;
• гражданском строительстве для создания пролетов мостов, элементов сборных конструкций на высотных сооружениях.

Использование композитов позволяет увеличить мощность двигателей, энергетических установок, уменьшая при этом массу машин и оборудования.

Какие перспективы?

По мнению представителей сферы промышленности России, композиционный материал относится к материалам нового поколения. Планируется, что к 2020 году вырастут объемы внутреннего производства продукции композитной отрасли. Уже сейчас на территории страны реализуются пилотные проекты, направленные на разработку композитных материалов нового поколения.

Применение композитов целесообразно в самых разных сферах, но наиболее эффективно оно в отраслях, связанных с высокими технологиями. Например, сегодня ни один летательный аппарат не создается без использования композитов, а в некоторых из них используется порядка 60 % полимерных композитов.

Благодаря возможности совмещения различных армирующих элементов и матриц можно получить композицию с определенным набором характеристик. А это, в свою очередь, дает возможность применять эти материалы в самых разных сферах.