Древесно полимерный композит производство: Технология производства ДПК

Содержание

Технология производства ДПК

Материалы с древесным наполнителем в последние годы заняли значительную часть рынка США. В Европе этот продукт также получает все более широкое распространение. Жидкое дерево представляет собой древесно-полимерный композит на термопластичном связующем, пригодный для промышленной переработки. Это означают возможность создавать методом выдавливания из смеси измельченной древесины и пластика любые профили. При этом новый материал сочетает лучшие свойства дерева и пластмассы.
 

Технология производства погонажа из древесно-полимерного композита (ДПК)

 

Процесс производства строится по следующей схеме:

  1. измельчение древесины
  2. сушка измельченной древесины (при необходимости)
  3. дозирование компонентов
  4. смешивание компонентов
  5. прессование изделия
  6. торцовка по длине и деление по ширине (при необходимости)
Измельчение

Это довольно сложный процесс, конечным продуктом которого являются древесные частицы размером 0,7…1,5 мм. Деревоматериалы дробятся на ножевых и молотковых дробилках. Затем материал просеивается и фракционируется. На этом этапе закладывается качество продукта, а также его назначение: более тонкие фракции используются для профилей без дополнительной отделки поверхности, средние – под отделку пленками, шпоном или окраску, а грубые – для технических профилей. Следует учитывать, что качество исходного материала напрямую отражается на качестве конечного продукта. Исходным материалом могут быть:

  • комбинированные гранулы со связующим и аддитивами
  • топливные гранулы (пеллеты)
  • отходы деревообработки

Только в первом случае можно пропустить этап измельчения, т.к. необходимые характеристики выдержаны в закупаемом сырье, и особое внимание следует уделить деревоотходам – эксклюзивный товар нельзя сделать из мусора.

Сушка

Требуется только при влажности сырья более 15%.

Дозирование и смешивание компонентов. Жидкое дерево — инновационный продукт, состоящий из трех основных компонентов:

  • частиц измельченной древесины,
  • синтетических или органических термопластичных полимеров или их смеси,
  • комплекса специальных химических добавок (аддитивов).

Соотношение наполнителя и связующих может широко варьироваться, в зависимости от назначения продукта:

  • 70%…80% — наполнитель — дерево
  • 28%…0% — наполнитель — кукуруза (рис, соя, бамбук, сахарный тростник)
  • 2%…20% — синтетические связующие – полиэтилен, полипропилен, ПВХ

Наиболее интересным для российского рынка представляется состав из 80% древесины и 20% полипропилена.

Для получения заданных свойств материала, в его состав вводят различные добавки-модификаторы: антиокислители, антимикробные средства, поверхностно-активные вещества, противоударные модификаторы, смазочные материалы, температурные стабилизаторы, огнезащитные средства, светостабилизаторы и вспенивающие агенты.

Наиболее интересно создание объемноокрашенных профилей, не теряющих свой внешний вид со временем, например, половых покрытий.

Отметим, что «жидкое дерево» пригодно к повторному использованию в тех же процессах. Материал не теряет своих свойств в течение 3-4 циклов переработки.

Прессование и форматирование

Высоконаполненные материалы (объем наполнителя > 50%) требуют специально разработанной оснастки. Формующая головка должна обеспечивать высокое качество профиля. Для технологии экструзии «жидкое дерево» была разработана головка такой конструкции, которая ориентирует древесные волокна вдоль направления экструзии, что способствует увеличению механических свойств профиля.

Для продавливания профилей из жидкого дерева необходимы экструдеры, развивающие высокие давления на выходе. Для этой цели идеально подходят двухшнековые машины. Производительность установок — до 600…900 кг/ч в зависимости от мощности. Двушнековые машины могут перерабатывать как гранулированное сырье, размельчение которого производиться непосредственно в экструдере, так и порошкообразные смеси.

После добавления небольших количеств пигмента, смазочных материалов и пластификатора, сухая смесь расплавляется в экструдере и выдавливается. После этого автоматическая пила отрезает профиль по заданному размеру.

Оборудование весьма компактно, и для его размещения нужны небольшие площади. Линия в целом является автоматической. Такое предприятие может быть эффективным даже при небольшой мощности, при исключительно высокой производительности труда.

 

Характеристики

Профили получаются идеально ровными, гладкими, с матовой однородной поверхностью без сучков, заусенцев, искривлений по длине, При экструзии в состав компаунда вводят гидрофобные добавки, благодаря которым профили не боятся сырости. В США весьма популярны такие профили для изготовления настилов причалов и пирсов, где традиционное дерево нужно менять каждые 5 лет. При введении в состав компаунда антипиренов и антисептиков получают профиль, защищенный от огня и гниения на всю глубину профиля.
Многие композиции обладают исключительной стойкостью к атмосферному и биологическому воздействию. На изделия из «жидкого дерева» предоставляется гарантия до 50 лет эксплуатации на улице, без специальной защиты от воздействия влаги, света, грибков и насекомых. Жидкое дерево может принимать в себя небольшое количество (0,1 — 4%) влаги, не теряя при этом формы и прочности, и восстанавливать прежние свойства при высыхании без коробления.

 

Применение

Направления применения «жидкого дерева»:

  • Архитектурные элементы интерьера — половая доска, вагонка, наружняя обшивка, плинтусы, профили дверной коробки, наличники, наполнитель для дверей
  • Мебель
  • Технические профили – кабельные коробки, фиксаторы, автомобильные части, в т.ч. декоративные

Современные экструдеры позволяют изготавливать изделия различных размеров — от мелких декоративных профилей до изделий шириной 800 мм, например, крышек столов. При использовании щелевой фильеры можно экструдировать мебельные листы шириной до трех метров различной толщины. Разработаны и испытаны многокамерные оконные профили.

Одна из важных особенностей — возможность экструзии пустотных профилей, уменьшающая удельный вес профиля и снижающая материалоемкость. Внутри пустот можно прокладывать провода. Если предусматривать специальные конструктивные элементы, то профили можно монтировать без гвоздей и шурупов — простым защелкиванием. Разобрать такие профили тоже легко — не ломая их и сохраняя для дальнейшего использования.

Профили из «жидкого дерева» можно декорировать всеми известными способами: фанеровать шпоном, ламинировать пленками и листовыми пластиками, красить любыми красками и лаками. Добавляя пигменты непосредственно в композицию, можно получать уникальные декоративные эффекты.
Обрабатываются они теми же инструментами, что и древесина. Легко пилятся, строгаются, сверлятся и т.п. Хорошо удерживают гвозди, скобы, шурупы, многие поддаются склеиванию обычными клеями для дерева. Некоторые композиты можно сваривать, подобно пластмассе. Возможно их гнутье в подогретом виде.

Экологичность

В отличие от широко представленных на нашем рынке профилей и панелей, «жидкое дерево» не содержат никаких фенолформальдегидных смол или соединений хлора. Их связующее — полипропилен — абсолютно экологически безопасен.

В самом производственном процессе также реализованы передовые идеи и оно экологично – отсутствует пыль, вредные выбросы, весь процесс автоматизирован. Экструдированные профили могут производиться практически без отходов, т.к. «жидкое дерево» пригодно для повторного использования.

  

Собственное производство террасной доски TERRADECK

Компания «Террадек» основана в 2008 году. Завод «Террадек» функционирует с 2010 года и на сегодняшний день предлагает широкий спектр наиболее востребованных материалов из ДПК.

Для производства продукции из ДПК мы используем только проверенное в собственной лаборатории высококачественное сырье от ведущих российских и европейских производителей.

В настоящее время производственные мощности «Террадек» находятся в трёх крупных регионах в местах потребления продукции «Террадек»:

  • Московская область, г. Клин;
  • Нижегородская обл., г. Нижний Новгород;
  • Алтайский край, г. Барнаул.

Производственные мощности «Террадек» оснащены самым современным оборудованием итехнологией производства изделий из ДПК. Завод производит более 2000 тонн изделий в год и входит в ТОП-5 в России по объему производства древесно-полимерного композита в России. Выпуская на сегодняшний день 10 различных типов изделий из ДПК, компания постоянно работает над увеличением ассортимента.

Наши строительные материалы из ДПК (древесно-полимерный композит) изготавливаются на высокотехнологичном оборудовании специалистами, имеющими большой практический опыт работы, в том числе и за рубежом.

Весь ассортимент товаров, изготавливаемый нашей компанией, обладает длительным сроком эксплуатации, удобством при выполнении монтажных работ, так как является законченным решением для строительства террасы. Продукция нашей компании полностью отвечает всем требованиям, которые предъявляются современными российскими и европейскими стандартами качества.

В основе производства изделий из древесно-полимерного композита в компании «Террадек» используются технологии, которые совмещают в себе весь накопленный опыт и постоянные испытания в собственной лаборатории и профильных НИИ.

Мы даем гарантию до 15 лет и обратившись в нашу компанию за выбором предлагаемых материалов, вы получите строительные материалы высокого качества.

Одним важным преимуществом строительных материалов из ДПК является его экологичность, ДПК — нетоксичный строительный материал, благодаря чему не наносит никакого вреда здоровью людей и животных, а также окружающей среде.

Мы применяем только первичные материалы, благодаря чему:

  1. срок службы нашей продукции составляет не менее 20 лет;
  2. физико-механические свойства соответствуют стандартам качества на изделия из ДПК.

В нашей компании имеется широкий ассортимент изделий из ДПК и у нас вы найдете свой вариант продукции, который подойдет для отделки, интересующего вас объекта.

Производство террасной доски из ДПК

Производство ДПК

Интернет-магазин Кронекс Хоум специализируется на продаже изделий из ДПК. Наши специалисты являются профессионалами своего дела. Компания имеет собственный бренд Outdoоr, специализирующийся на производстве высококачественных материалов.

Сотрудники компании готовы к предоставлению квалифицированных консультационных услуг, по правильному обустройству террасы, забора, ограждения.

Состав ДПК

В состав древесно-полимерного композита входят следующие составляющие:

  • древесина, измельченная в муку — основной составляющий компонент материала. Для этого применяют лиственные деревья, за счет высокого содержания в них смолы, что повышает качество готовых изделий;
  • связующий элемент в виде полимера (полиэтилена (у нас в составе полиэтилен), поливинилхлорида, полипропилена) предназначен для соединения компонентов между собой. Благодаря данному веществу готовое изделие не впитывает влагу;
  • придать материалу цвет и обеспечить устойчивость к влиянию ультрафиолетовых лучей можно при помощи внесения в состав красителей и стабилизаторов;
  • процесс производства требует применения антиокислителей, противомикробных компонентов и других присадок, улучшающих характеристики и эксплуатационный период плиточных модулей.

Производственные цеха, в которых осуществляется изготовление ДПК, оснащены технически сложным и энергоемким оборудованием.

Преимущества террасных досок из ДПК

Древесно-полимерный композит (ДПК) Дерево
Террасная доска имеет привлекательный естественный вид. На поверхности просматриваются волнистые узоры. Для данного материала типичным является натуральный внешний вид.
ДПК противостоит вредному воздействию насекомых и вредителей. Дерево разрушается под воздействием насекомых и иных вредителей.
Под воздействием солнечных лучей террасная доска из ДПК не изменяет цвет. Дерево под воздействием прямых солнечных лучей постепенно выгорает.
ДПК не деформируется и не коробится под воздействием влаги. Дерево набухает и деформируется при попадании на него влаги.
Террасная доска из ДПК не подвержена риску возгорания. Древесный материал хорошо горит, а значит, более пожароопасен.
Террасная доска не нуждается в уходе: ее нет надобности ретушировать и окрашивать. Дерево нуждается в переодическом уходе: шлифовке, окраске, покрытии лаком, удалении рассохшихся частей.
ДПК не скользит, отсутствует риск загнать занозу. Шлифованная или же мокрая древесина скользит, есть риск загнать занозу.
Террасную доску из ДПК можно использовать повторно. Дерево не противостоит разрушению и пригодно к повторному использованию.

Особенности производственного процесса

Все заранее подготовленные компоненты смешивают между собой и направляют в специальный миксер вакуумного типа, для более тщательного смешивания. Готовую смесь подают на станок для термического воздействия, с помощью которого удается расплавить полимер и придать материалу соответствующий вид. Для придания формы плиточным модулям, жидкую массу пропускают через фильеру. Затем декинг может быть направлен в емкость с водой, это нужно для того чтобы охладить заготовку. Данный этап можно считать завершающим в формировании материала. Как только будет приобретено конечное состояние декинга, его отправят на распил, в соответствии с установленными размерными параметрами.

Для того чтобы придать доске не только цветной внешний вид, но еще и рисунок, свойственный натуральной древесине, предусмотрен брашинг. Данную технологию применяют для того, чтобы нанести на декинг узор, полностью повторяющий рисунок натурального дерева.

Узоры наносят двумя самыми распространенными методами. Способ температурного отпечатка подразумевает применение раскаленных пластин, на поверхности которых нанесены контуры узора. Такими пластинами продавливают рисунок на поверхности досок.

Используя метод эмбоссинга, необходимо пропустить декинг между тяжелыми катками с нарезанным глубоким профилем. Технология позволяет достичь 3D-эффекта. Такой рисунок получится глубоким, долговечным, износоустойчивым.

Многоуровневая обработка поверхности ДПК позволяет получить эстетически привлекательное конечное изделие, которое соответствует всем современным дизайнерским критериям.

Применение ДПК

Доску ДПК активно используют при построении террас частных домов, ресторанов, кафе, в местах, где предусмотрена большая пешеходная нагрузка. Декинг станет прекрасным временным настилом при проведении выставочных мероприятий, торжественных событий, корпоративов.

ДПК используют для возведения пирса, причала, в местах повышенной влажности. Декинг подойдет для обустройства спортплощадки и детской игровой зоны, парковой скамейки, стола, беседки.

Для террас из ДПК характерна простота монтажа. По завершению установка, конструкция не требует дополнительной обработки. Материал износостойкий, не стирается в процессе эксплуатации. Мыть ДПК можно любыми моющими средствами.

Компания Кронекс Хоум является эксклюзивным дистрибьютором бренда Outdoor — производитель материалов из ДПК по канадским стандартам качества.

Сырье для производства ДПК террасной доски древесно полимерного композита

ДПК – аббревиатура, которая расшифровывается как древесно-полимерный композит. Наиболее популярным изделием из ДПК – является террасная доска. Благодаря характеристикам материала ДПК нашел в свое применение, как в интерьере, так и в экстерьере.

Технология производства изготовления ДПК

Технология производства изготовления ДПК (древесно-полимерного композита) достаточно простая – ее можно разделить на следующие этапы:

  1. Измельчение дерева до «Древесной муки»

Первоначально в специальную дробилку загружаются древесное сырье – например, опилки, стружка. Для удешевления также многие изготовители добавляют жмых семечки или рисовую шелуху. Следует измельчение древесной смеси до состояния муки.

  1. Сушка «Древесной муки» до целевой влажности

Полученная древесная мука далее отправляется на сушку – для получения целевой влажности.

  1. Смешение «Древесной муки» с полимерными компонентами, подготовка к грануляции

После того, как древесная мука высушилась до необходимой влажности, ее смешивают в миксере со специальными полимерными компонентами в специальных пропорциях.

К данным компонентам относятся:

  • полимерная композиция Ротопол D (в грануле или порошке)
  • различные модификаторы
  • красители
  • минеральные наполнители для улучшения свойств декинга (мел, тальк, каолин, слюда, волластонит)

Для получения ДПК (декинга) наилучшего качества рекомендуют соотношение:

  1. Гранулирование (Грануляция) смеси

Далее получения смесь древесной муки с полимерным сырьем и модификаторами проходит грануляцию, то есть превращается в гранулы.

  1. Экструдирование гранул, получение террасной доски ДПК

Последним этапом является экструдирование гранулы и получения финального изделия – доски ДПК.  С помощью экструдера, гранулы нагреваются до однородной пластичной массы, которая впоследствии с помощью тянуще-калибрующего механизма и остужения формируется в доску ДПК.

 

По вопросу приобретения полимерной композиции для ДПК — Ротопол D, просим обратиться по электронной почте: [email protected] 

Оборудование для производства древесно-полимерного композита (ДПК)

Линия по производству древесно-пластикового композита

Полный комплект оборудования.

Список оборудования:

Наименование

Кол-во

Линия экструзии профиля ДПК (WPC) 65/132

1 к-т

Гранулятор

1 к-т

Размалывающий станок для дерева

1 к-т

Дробилка SWP360

1 к-т

Модуль смешивания древесных волокон и полимеров SRL-Z500A

1 к-т

Пресс для нанесения рельефа

1 к-т

Холодильная машина

1 к-т

Линия экструзии SJMS-65/132

Наименование

Модель

Кол-во

Двухшнековый экструдер

SJSZ65-132

1

Калибрующее устройство

SZD-6000

1

Тянущее устройство

SLQ-240

1

Аппарат резки

SQG-240

1

Укладчик

SFZ-6000

1

Технологический процесс: измельчение дерева – смешение PE и древесной муки – грануляция – экструзия – вспомогательное оборудование (тиснение/ворсование/шлифование)

Технические параметры

Материал

WPC (древесно-пластиковый композит)

Скорость производства линии

0,5-1,5 м/мин

Макс. производительность

180-220 кг/ч

Общие габариты

20*3,5*3 м (д*ш*в)

Вес (примерный)

12 т

Установленная мощность

125 кВт

Энергопотребление

85 кВт

Расход газа

0,4 м3/мин

Давление воздуха

0,6 МПа

Аппарат циркуляции воды

0,5 м3/мин

Электропитание

380В/50 Гц/ 3 фаз.

Подача воды

Вода для промышленности, без загрязнений, фильтрованная, давление: 0,4 МПа, температура 14-25оС

Рабочая температура среды

0-40 оС

 

Основные части оборудования:

Двухшнековый экструдер SJSZ-65/132

Шнек

Диаметр:  65/132 мм

Жесткость: HV>740

Материал: 38CrMoALA после обработки азотом

Кол-во: 2 шт

Отношение длины к диаметру: 22:1

 

Жесткость цилиндра: HV>940

Материал цилиндра: 38CrMoALA после обработки азотом

Мощность нагрева: 4 зоны, Общая мощность: 20 кВт

Охлаждение барабана: вытяжка, 3 зоны 180 Вт.

Тип вытяжки: вакуумный

Вакуумный насос: 1.5 кВт

Загрузка материала: автоматическая по спирали

Производительность автоматического загрузчика: 300 кг/ч

Вакуумный насос: 1.5 кВт

Двигатель

Переменного тока, мощность 37 кВт

Бункер

Материал: нержавеющая сталь

Цилиндр

Редуктор скорости

Охлаждение: внешняя система охлаждения

Электрокомпоненты

Регулятор частоты British Euro, контактор Schneider

Калибрующее устройство SZD-6000

  • Мощность вакуумного насоса: 5,5 кВт*3 к-та
  • Мощность насоса для воды: 4 кВт
  • Длина калибровочной клети: 6 м
  • Мощность сушильного аппарата: 1,1 кВт

Тянущее устройство SQY -240

  • Мощность: 4 кВт
  • Пневмозажим
  • Длина зажима: до 2400 мм
  • Инвертер частоты: Fuji (Япония)

Аппарат резки SQG-240

Мощность двигателя: 2.2 кВт

Метод управления: автоматическое, ПЛК контроллер, датчик измерения длины.

Укладчик SFZ-6000

Длина: 6 м

Материал стенда: нержавеющая сталь

Разгрузчик: пневмоуправление, с накопителем

Электрические компоненты

Низковольтные компоненты

Производитель Schneider

Устройство контроля температуры

OMRON

Конвертер

ABB

Перемалывающее оборудование для дерева

 

Модель JFS-60-50

Сырье: опилки

Содержание влаги: ≤10%

Производительность: 300-500 кг/ч

Мощность: 75 кВт

Площадь под оборудование: 82 м2

Состав:

1. Дробилка грубого измельчения 

2. Сушилка 

3. Дробилка тонкого помола

4. Пылесборник

5. Фильтр и выгрузка

6. Конечный продукт: высокосортная древесная мука (опилки)

Дробилка пластика SWP-360

Вращающиеся лезвия

3 шт

Неподвижные лезвия

2 шт

Диаметр меш

12 мм

Загрузочное отверстие

520*250 мм

Размер фракций дробления

3-12 мм

Производительность

400-600 кг/ч

Мощность

15 кВт

Вес

750 кг

Габариты

1.4*1.0*1.6 м

Высокоскоростной модуль смешивания древесных волокон и полимеров

Модель

SHR- 500A

Объем ёмкости

500 л

Кол-во смесительных лопастей

3 шт

Материал лопастей

Сталь 3Cr13Ni9Ti

Метод нагрева

электрический

Контроль температуры

Автоматический

2 мотора

47/67 кВт

Цикл смешивания

6-12 мин

Выгрузка материала

Пневматический режим

Пресс для нанесения рельефа HG-400

Модель

HG-400

Ширина тиснения

360 мм

Диаметр ролика тиснения

293-320 мм

Глубина тиснения

0,4-0,7 мм

Скорость

0,5-12 м/мин

Мощность нагревания

6 кВт

Мощность

4 кВт

Промышленный водоохладитель AC-20 (D)

 

Мука из древесных волокон и полимеров

Отходы  для вторичной переработки

ДПК гранулы

Конечные изделия

Древесно-полимерный композит ДПК: состав, характеристики ТДПК

Термопластичный древесно-полимерный композит ДПК от Поливуд (Polywood) – сравнительно новый товар на российском рынке. В США применяется достаточно давно, имеет очень широкое распространение благодаря усовершенствованным практическим и эстетическим свойствам, объединившим красоту и экологичность дерева с прочностью и долговечностью пластика.

Что такое композитная древесина

В категорию «простых» древесных композитов можно отнести ДВП, ДСП, клееную фанеру, то есть все материалы, в производстве которых древесина или ее отходы смешиваются с клеевыми составами.

В то же время жидкое дерево (оно же древотермопласт, пластиковая древесина) – это уже ДПК или ДПКТ, то есть древесно-полимерный композит термопластичный. В качестве связующего используются полимеры, а именно:

  • Полипропилен ПП,
  • Полистирол ПС (поливинилбензол),
  • Поливинилхлорид ПВХ,
  • Полиэтилен ПЭ и другие вещества из этой группы.

Также композитная древесина производится и в России, но из списка связующих исключили полистирол и ПВХ, как слишком дорогие материалы для массового производства – их использование в основном практикуется на зарубежных заводах для продукции премиум-класса. В российском же ДПК применяется только полиэтилен и полипропилен.

Древесно-пластиковый композит (ДПК) – это общий термин, относящийся к древесным элементам, таким как пиломатериалы, шпон, волокна или мука, из которых в сочетании с термореактивными или термопластичными полимерами создают композиционные материалы.

Вводимые в состав химические добавки минимальны, они необходимы лишь для обеспечения интеграции полимера и древесной муки (порошка) в процессе экструзии.

Первая композитная доска появилась более 30 лет назад, в Японии, когда в одной инжиниринговой компании придумали и разработали заменитель древесины, сделанный из мягких древесных отходов и переработанных полимерных смол.

Этот материал обладает внешним видом и качествами редких пород древесины. Правда, еще раньше, в 1900-х годах, был изобретен композитный материал под фирменным названием Бакелит, но состоял он из фенола формальдегида и древесной муки.

По некоторым данным, первое его коммерческое использование – это ручка переключения передач в автомобиле Роллс Ройс в 1916 году.

Физические характеристики доски из древесно-полимерного композита

КомпозитПредел прочностиНагрузки на изгибДеформационная теплостойкость (°C)
Плотность (г/см3)Прочность (МПа)Модуль механического напряжения (ГПа)Растяжимость (%)Прочность (МПа)Растяжимость (%)
ПП0.928.51.535.938.31.1957
ПП + 40% древесная мука1.0525.43.871.944.23.0389
ПП + 40% древесина1.0328.24.22.047.93.25100
ПП + 40% древесноеволокно + 3%связующий агент1.0352.34.233.272.43.22105

Состав ДПК

Добавки (аддитивы)

Выбор добавок так же влияет на качество конечного продукта, как и технологичность оборудования или сырье. При изготовлении пластиковой древесины вводятся следующие добавочные компоненты:

Аппреты

Несут основную функцию в композитах, используются для повышения однородности смеси разнородных и несовместимых материалов.

Отсутствие однородности может негативно повлиять на структуру ДПК, следовательно, использование аппретов улучшают его физические свойства. Кроме того, они снижают процент поглощаемой волокнами воды.

Стабилизаторы

Функция стабилизаторов – предотвращение или минимизация вредных химических реакций, в результате которых происходит деформация материала.

В частности, это антиоксиданты, УФ-стабилизаторы, термостабилизаторы для ПВХ, а также другие виды, вводимые с учетом требований в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации.

Вспенивающие агенты

Вводятся для уменьшения массы готовой продукции и улучшения поверхности.

Биоциды

Это добавки, предотвращающие появление и размножение микробов, питающихся органическими веществами, входящими в состав натурального волокна. Существует два основных вида микробного заражения:

  1. образующиеся на поверхности композита и вызывающие очаги плесени,
  2. проявляющиеся в структуре, в основном, грибковые.

Плесень на поверхности – это неэстетично и вредно для здоровья, а грибковая гниль подрывает структурную целостность композита.

Лубриканты

Обеспечивают улучшенную влагостойкость ТДПК и ускоряют его экструзию в процессе производства.

Внутренние лубриканты влияют на вязкость компонентов, так как эти добавки совместимы со связующим агентом, по существу, смазывая его молекулы. Внешние лубриканты влияют на антипригарное и антискользящие свойства.

Антипирены

Придают материалу свойства огнестойкости, предотвращают распространение пожара за счет введения в состав специализированных веществ – замедлителей горения.

Колоранты (пигменты)

Именно от них зависит внешний вид древесно-пластиковых досок. Вещества придают структуре и поверхности насыщенный и стойкий оттенок.

Полимеры в составе ТДПК

Полимеры могут быть натурального (например, коллаген, кератин) или синтетического (например, полипропилен, полиэтилен) происхождения. Полимером называется пластик, «смешанный» с другими материалами, такими как стабилизаторы, пластификаторы и пр.

Как уже было отмечено, в основном в российском производстве ТДПК применяется полиэтилен, что объясняется его низкой стоимостью доступность вторичных источников из полиэтилена. В то время как полипропилен широко используется в Европе.

Полимеры придают жидкому дереву свойства деформационной и термической стабильности, эластичности, износоустойчивости, стойкости к механическим повреждениям – то есть все те качества, которых часто не хватает древесине для ее беспроблемного применения в условиях жесткой эксплуатации.

Преимущества деревопластика

Композит – это сочетание двух или более материалов в любой форме и способах использования. Композитные материалы вбирают преимущества и свойства каждого компонента и часто имеют больше полезных характеристик, чем их составляющие.

Прогресс в области химических полимеров привел к созданию нового класса из древесной продукции с существенно улучшенными физико-химическими, механическими и биологическими свойствами.

Получившийся продукт напоминает натуральное дерево, а его качественные характеристики представляют собой комбинацию того, чем обладает древесина и полимерный материал, например, в случае деревянных компонентов:

  • повышенная твердость,
  • сопротивление истиранию,
  • прочность на сжатии и изгиб,
  • формоустойчивость,
  • биостойкость.

И если деревянные детали легко разрушаются микроорганизмами и не отличаются пожаростойкостью, то композиты избавлены от этих изъянов.

Также среди неоспоримых достоинств древесно-пластикового композита можно выделить следующие:

  • Повышенная прочность, водоустойчивость, твердость, теплостойкость, антибактериальность.
  • Стойкость к механическим повреждениям и факторам внешней среды – влаги, плесени и пр.
  • Устойчивость к насекомым, долговечность и минимальные расходы на техническое обслуживание даже при неблагоприятных погодных условиях.
  • Отсутствие формальдегидов и летучих органических веществ, в отличие от МДФ и других подобных изделий.
  • Устойчивость к износу, стабильность (минимальная деформация при высоких нагрузках), сравнительно малый вес.
  • Хорошая обрабатываемость с использованием обычных инструментов.
  • ДПК не подвержены коррозии и обладают высокой устойчивостью к гниению и распаду.
  • Экологическая безопасность, обусловленная использованием переработанных пластмасс и отходов лесной промышленности.
  • Ремонтопригодность: мелкие царапины можно зашлифовать.

Древесно-полимерный композит является более экологически чистым и требует меньше технического обслуживания, чем варианты из массива древесины, обработанной консервантами.

Недостатки

К сожалению, такой материал не может стоить дешево – даже несмотря на применение сравнительно недорогих компонентов производственный процесс довольно затратен.

Композитная доска, невосприимчивая к воздействию влаги и повышенной температуры по отдельности, плохо справляется в случаях, когда эти два фактора объединяются.

При отсутствии вентиляции есть некоторый риск заплесневения композитных досок. При сильной и стабильной влажности не помогут даже специальные добавки, входящие в его состав.

Влияние состава на качество

В зависимости от процентного состава древесины и полимеров кардинально меняются и эстетические, и технические характеристики композита. Он может варьироваться от 70/30 до 50/50.

Если преобладает древесина, то потеряется часть свойств полимеров. Соответственно, материал получится деформационно неустойчивым, восприимчивым к влаге, менее прочным, но больше похожим на настоящее дерево.

Если в составе доминируют полимеры, то доска ДПК мало чем отличается от традиционного пластика, теряют всю эстетичность и оригинальность. При этом пропадает рифленость поверхности, вследствие чего она становится совершенно гладкой, а при определенных условиях – скользкой.

Самое оптимальное соотношение – 50/50. Сохраняется вся эстетика древесины, поверхность становится шероховатой, при этом сохраняются все свойства полимеров.

 

 

ПРОИЗВОДСТВО ПРОДУКЦИИ ИЗ ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИТА КАК АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Баранов А. В., инженер-технолог,

Белорусский государственный технологический университет

Древесно-полимерный композит, или «жидкое дерево», — в начале 2000х годов эта тема не сходила с уст многих производственников и ученых, занимающихся деревообработкой. Сегодня она также не утратила своей актуальности, а направление продолжает развиваться, хотя и не такими бурными темпами, как могло показаться на заре становления технологии. О современном состоянии производства продукции из «жидкого дерева», используемом оборудовании и материалах, а также особенностях процесса пойдет речь в данной статье.

Древесно-полимерный композит

Этот материал получил на Западе название WPC — wood polymer composite, а у нас известен как «жидкое дерево», или «древопласт». Уже из этих определений понятно, что материал этот представляет собой смесь (композицию) полимеров и древесины. Из данного материала производится широкая номенклатура изделий (рис. 1):

  • декинг и сайдинг: террасная доска, вагонка;
  • заборная доска;
  • подоконная доска;
  • карнизы;
  • дверные наличники;
  • профили различного назначения и конфигурации.

Рис. 1. Изделия из древесно-полимерного композита

Благодаря тому, что древесные частицы в изделии покрыты слоем полимера, готовая продукция приобретает ряд преимуществ перед натуральным деревом, а именно:

  • не растрескивается и не деформируется, т. к. влажность изделия не изменяется;
  • биостойкость, т. к. используемые полимеры практически не подвержены гниению;
  • простота в обработке и монтаже, композитный материал можно пилить, а также в него можно вбивать гвозди и заворачивать саморезы.

К недостаткам этого материала можно отнести:

  • высокую стоимость готового изделия — выше, чем из натуральной древесины;
  • недостаточную экологичность — материал рекомендуется использовать на открытом воздухе или в помещении с хорошей вентиляцией.

Несмотря на «борьбу за экологию», применение разного вида товаров из ДПК в строительной сфере ежегодно увеличивается. Основными производителями являются Китай, США, страны Западной Европы. Всё возрастающая популярность этих продуктов объясняется, прежде всего, их стабильной геометрией и тем, что для производства зачастую используются вторичные (переработанные) полимеры.

Сырье для производства древесно-полимерного композита

Для того, чтобы получить качественный продукт, в составе ДПК должны присутствовать:

  • базовый полимер в количестве 20…50 %;
  • наполнитель в количестве 50…70 %;
  • добавки-модификаторы (аддитивы) до 6–7 видов в количестве 2…5 %.

Разберем каждый из компонентов смеси более подробно. В качестве полимерной основы в производстве ДПК могут использоваться любые термопластичные полимеры, однако на практике сейчас используются, в основном, четыре вида термопластичных смол: полиэтилен (PE), поливинилхлорид (PVC), полипропилен (PP) и, в меньшем количестве, полистирол (PS). При этом стоит отметить, что самым дешевым вариантом из указанных является поливинилхлорид. Он, однако, имеет и свои минусы: плохая морозостойкость; токсичность при нагреве; при аварийной остановке можно не успеть очистить шнеки, цилиндр и фильеру, и они придут в негодность; токсичность продуктов его испарения в процессе производства. К тому же, ПВХ в отличие от, например, ПНД (полиэтилен низкого давления) выдерживает не более 5 переплавок.

Поэтому на сегодняшний день около 60 % используемых в процессе производстве ДПК полимеров — полиэтилен низкого или высокого давления. Одним из основных показателей для стабильного производства продукции из данного вида полимера является низкий показатель текучести расплава (ПТР), измеряемый по ГОСТ 11645–73. Для разных марок ПНД данный показатель варьируется от 0,1 до 10 г/10 мин. На практике следует использовать полимеры со стабильным показателем ПТР однородного состава и качества. В этом случае производство будет работать с минимальным количеством остановок, так как при изменении ПТР меняется вязкость расплава ДПК, что, в свою очередь, приводит к тому, что давление в фильере становится нестабильным и для поддержания стабильной работы линии необходимо очень быстро менять температуру и подачу охлаждающей жидкости. А это практически невозможно сделать, так как температура меняется не сразу, а в течение нескольких минут. При этом обычно портиться геометрия, либо профиль раздувается, и линию приходится останавливать для перезапуска.

В качестве наполнителя используют в основном древесную муку, которую получают из опилок, муку из рисовой шелухи, подсолнечника. Основными параметрами наполнителя, влияющими на качество производимой продукции, являются размер частиц и их влажность. В основном, для производства ДПК используется древесная мука (ГОСТ 16361–87 «Мука древесная. Технические условия») с размерами частиц 50…500 мкм. Содержание влаги в древесной муки для производства ДПК необходимо поддерживать на минимальном возможном уровне. Оптимальная влажность составляет 1…4 %. Такие жесткие требования к влажности наполнителя продиктованы особенностями технологического процесса переработки рабочей смеси, которая производится при температурах более 100 °C, что вызывает испарение влаги, содержащейся в наполнителе, и образование парогазовых каверн в готовом изделии, что, в свою очередь, отрицательно сказывается как на эстетических, так и на физико-механических свойствах готового изделия. Также в составе некоторых ДПК в качестве наполнителя может использоваться мел и тальк. Они выполняют ту же роль, что и песок в бетоне: с их помощью композит становится плотнее и тверже.

Также в состав древопластов в обязательном порядке вводят целый ряд модификаторов. Это обусловлено как технологическими и экономическими причинами, так и необходимостью придания конечному продукту целого ряда дополнительных свойств и качеств в зависимости от условий эксплуатации. Спектр данных добавок весьма широк. Приведем основные из них:

  • антиокислители. Препятствуют окислению материалов композита в ходе технологического процесса и при эксплуатации. К ним относятся: алкил/арил фосфиты, амины, бензофураны, замедленные феноловые стабилизаторы, гидроксиламины, тиоэфиры;
  • температурные стабилизаторы. Предотвращают деструкцию смолы в ходе технологического процесса под действием высоких температур. В пластмассах на основе ПВХ стабилизаторы связывают свободный хлор. Стеараты металлов, кроме того, обладают хорошим смазывающим эффектом. Исторически стабилизаторы наиболее широко представлены следующей группой соединений: соединения свинца — трехосновной сульфат свинца, двухосновной фосфит свинца, двухосновной фталат свинца, двухосновной стеарат свинца, нейтральный стеарат свинца; соединения олова — оловоорганические меркаптиды, оловоорганические карбоксилаты их смеси; свинцово‑барий-кадмиевые соединения; кальциевые и цинковые соединения;
  • УФ-стабилизаторы. Увеличивают стабильность материала при эксплуатации вне помещения под действием ультрафиолетового излучения, повышают устойчивость материала к старению. К ним относятся, например: бензофеноны, бензотриазолы, замедленные аминовые стабилизаторы;

 

  • связующие агенты. Способствуют обеспечению лучших связей между элементами композита, в первую очередь между частицами древесины и полимерной матрицей (базовой смолой). В качестве связующих агентов может быть использовано более 40 химических соединений — привитые сополимеры, силаны (кремневодороды), титанаты, цирконаты и др. Наиболее распространенными связующими агентами при изготовлении древесных композитов на основе полеолефиновых смол (полиэтилен, полипропилен) в настоящее время являются малеинизированные полиолефины. Как правило, это гранула ПНД с привитым малеиновым ангидридом. Сам малеиновый ангидрид в чистом виде — это белый (желтый) порошок или кусочки спрессованного порошка. Основной недостаток ангидрида — его нейтрализация влагой и стеаратами металлов;

  • смазочные и технологические средства. Эти добавки снижают трение в процессе переработки (в экструдере, фильере, компаундере, литьевой машине), повышают производительность системы. Различают внешние и внутренние смазки. Внешние смазки уменьшают трение композиции о рабочие поверхности экструдера и фильеры, внутренние — уменьшают трение частиц композиции друг об друга. Примером могут служить: кислые амины и эфиры, жирные кислоты, гидрокарбоновые воски, стеараты металлов;
  • пигменты (красители). Применяются те же вещества, что и в производстве обычных пластмасс и лакокрасочных материалов, т. е. окисные и органические в порошковых формах и в виде концентратов;
  • вспенивающие агенты. Обеспечивают вспенивание смолы для снижения плотности композита, например азодикарбонамид или сода;
  • биоциды. Противодействуют развитию микроорганизмов и грибков на поверхности и внутри композита. Существует большое количество биоцидных препаратов, рекомендуемых для термопластичных ДПК, например соединения бора, оксибисфеноарсин, изотиазолин и др.;
  • огнезащитные добавки (антипирены). Улучшают эксплуатационную огнестойкость изделий. Пока они редко применяются в древесно-полимерных композитах. Но в последнее время интерес к этому вопросу растет. В качестве антипиренов могут использоваться, например: тригидрат алюминия, оксид сурьмы, гидрооксид магния, фосфаты эфиров, борат цинка;
  • антистатики. Предупреждают образование статического электричества и снижают его потенциал за счет понижения поверхностного электрического сопротивления материала.
  • Следует также отметить, что хотя количественно добавки-модификаторы и составляют незначительную процентную часть в составе смеси, однако они, как правило, намного дороже, чем полимеры и наполнители, и вносят существенный вклад в себестоимость изготавливаемой продукции. В общем случае действует правило: чем больше процент древесины (наполнителя) в составе, тем больше требуется добавок.
  • В целом в процессе создания рецептуры ДПК необходимо учитывать множество факторов как технологического, так и технического характера: оборудование, технологию производства, доступность сырья и его стоимость, эксплуатационные качества готовой продукции и другое. Все это требует слаженной работы специалистов и технологов на производстве.

Технология и оборудование для производства древесно- полимерного композита

Производство древесно-полимерных композитов возможно с применением технологий экструзии, ко-экструзии, литья под давлением, прессования. Однако на сегодняшний день наибольшее распространение получил способ экструзии, т. е. продавливания вязкого расплава материала через формующее отверстие.

Принцип работы экструдера — это хорошо известный каждому «принцип мясорубки». Вращающийся шнек захватывает из приемного отверстия материал, уплотняет его в рабочем цилиндре и под давлением выталкивает в фильеру. Кроме того, в экструдере происходит окончательное перемешивание и уплотнение материала. Схематично работа одновального экструдера представлена на рис. 2.

Существуют две принципиально различающиеся схемы получения экструзионных изделий из термопластичных ДПК:

  • двухстадийный процесс: гранулирование + экструзия;
  • одностадийный процесс: прямая экструзия.

Двухстадийная схема предполагает предварительную грануляцию всех компонентов ДПК (рис. 3), что обеспечивает последующий более стабильный и надежный процесс экструзии. При одностадийной схеме работы происходит одновременная подача в экструдер всех компонентов смеси, предварительно смешанных в смесителе, и изготовление готовой продукции. Данная схема хоть и является на первый взгляд более экономичной, однако на практике зачастую реализация одностадийной схемы вызывает трудности.

При двухстадийной схеме сырьем для изготовления профильных изделий являются гранулы (компаунд). Схема такого экструзионного участка представлена на рис. 4.

Основой любой экструзионной линии является экструдер, а его главной рабочей частью — шнек и рабочий цилиндр. Данные рабочие механизмы должны быть устойчивы к истиранию, поэтому цилиндр часто изготавливают с глубоким азотированием, а шнек упрочняют молибденом. Также экструдеры, применяемые в производстве ДПК, в обязательном порядке должны быть снабжены эффективным устройством дегазации для отвода паров и газов из рабочей смеси.

В современных экструдерах, как правило, используются двойные конические шнеки (рис. 5).

Это позволяет повысить производительность линии и дает возможность более энергично захватывать и проталкивать рыхлый материал в рабочую зону, уплотняя его и быстрее поднимая давление в районе фильеры до необходимого уровня.

Фильера — так называемая «головка экструдера» — является сменным инструментом. Она придает расплаву, покидающему рабочую полость экструдера, необходимую форму. Конструктивно фильера представляет собой щель, через которую продавливается (истекает) расплав. В фильере происходит окончательное формирование структуры материала. Она в значительной степени определяет точность поперечного сечения профиля, качество его поверхности, механические свойства и т. п. Экструзионный процесс позволяет на одном экструдере производить одновременно два или более, как правило, одинаковых профилей, что позволяет максимально использовать производительность экструдера при производстве некрупных профилей. Для этого используются двух- или многоручьевые фильеры. Также в состав экструдера входят устройства дозирования компонентов и специальные питатели для древесной муки.

Выходящий из фильеры профиль имеет температуру до 200 градусов. При охлаждении происходит температурная усадка материала, и профиль обязательно изменяет свои размеры и форму. С целью недопущения этого в линии по производству ДПК сразу за экструдером устанавливается калибратор. Это устройство обеспечивает принудительную стабилизацию профиля в процессе охлаждения. Калибраторы бывают воздушного и водяного охлаждения. Существуют комбинированные водо-воздушные калибраторы, обеспечивающего лучший прижим экструдата к формующим поверхностям калибратора. Наиболее точными считаются вакуумные калибраторы, в которых движущиеся поверхности формируемого профиля подсасываются вакуумом к поверхностям формующего инструмента.

Следом по ходу движения изделия в линии ставится охладитель, как правило, представляющий из себя емкость с душевой форсункой. Горячий профиль, попадая под струи воды, охлаждается и принимает окончательную форму и размеры.

Далее в линии следует гусеничное тянущее устройство (рис. 6). Его назначение — бережная протяжка разогретого профиля через калибратор.

В конце линии устанавливается отрезная дисковая пила с гравитационным сбросом готового экструдированного профиля.

Также в состав некоторых линий входят станки для браширования или тиснения готового профиля, что определяется сферой его дальнейшей эксплуатации.

Заключение

Подытожив, хотелось бы отметить, что производство изделий из древесно-полимерного композита — безусловно, перспективный и быстро растущий сегмент строительного рынка. Однако подходить к реализации проектов по его производству необходимо, не только тщательно просчитав рынки сбыта, но и глубоко изучив саму технологию производства и возможные источники сырья. Только после этого можно грамотно подобрать оборудование, инвестиции в которое составят не одну сотню тысяч долларов. Но, как говорили древние, — «Дорогу осилит идущий».

Рис. 6. Гусеничное тянущее устройство.

(PDF) Производство древесно-пластикового композита из полностью переработанных материалов

Производство древесно-пластикового композитного материала из полностью переработанных материалов

Taghi.Tabarsa

1, a

, Hossein Khanjanzadeh

2, и Хамидреза Пираеш

3, c

1

Департамент науки и технологий древесины и бумаги, Сельскохозяйственный университет Горгана

Науки и природных ресурсов, Иран

2,3

Департамент науки и технологий древесины и бумаги, Горганский сельскохозяйственный университет

Науки и природные ресурсы, Иран

[email protected]

a

, [email protected]

b

, [email protected]

c

Ключевые слова: дерево-пластик, переработанный, текстиль, периодический метод, связующий агент, набухание по толщине

Аннотация. В данном исследовании для производства древесно-пластиковых композитов использовались отходы лесозаготовительных предприятий (древесная мука), а также отходы текстильной промышленности

(гранулы полипропилена). Следовательно, древесная мука

с массовыми процентами 30, 35 и 40 была смешана с соответствующим количеством полипропилена

и связующим агентом, малеиновый ангидрид с привитым полипропиленом в количестве 6 процентов был использован в цельных смесях.Производство производилось серийным способом с использованием горячего пресса

, после подготовки и вырезания образцов изучены их физико-механические свойства

. Результаты показали, что с увеличением древесной муки до 35 процентов, MOR, MOE,

водопоглощение и набухание по толщине увеличивается, но в дальнейшем ухудшаются механические и физические свойства

. Кроме того, увеличение древесной муки на 40 процентов повысило твердость образцов

.

Введение

Древесно-пластиковые композиты (ДПК) определяются как композитные материалы, содержащие древесину (в

различных формах) и термопластические материалы. Эти материалы представляют собой относительно новое семейство композитных материалов

, в которых натуральное волокно и / или наполнитель (например, древесная мука / волокно, волокно кенафа, конопля

, сизаль и т. Д.) Смешаны с термопластом, например полиэтиленом. (ПЭ), полипропилен (ПП), поли

(винилхлорид) (ПВХ) и т. Д.По сравнению с традиционными синтетическими наполнителями, натуральные волокна имеют на

более низкую плотность, меньшую абразивность, более низкую стоимость, а также являются возобновляемыми и биоразлагаемыми. ДПК

становятся все более и более распространенными благодаря развитию новых технологий производства и технологического оборудования

. Около 100 компаний, занимающихся производством ДПК, были идентифицированы по всему миру

[1]. В производстве WPC обычно используются первичные пластмассы, такие как полиэтилен

высокой и низкой плотности (HDPE и LDPE), PP и PVC.Что касается первичного пластика, любой переработанный пластик

, который плавится и может быть обработан при температуре ниже температуры разложения древесины

(лигноцеллюлозные наполнители) (200 ° C), обычно подходит для производства WPC. Пластиковые отходы являются одним из

основных компонентов твердых бытовых отходов в мире и представляют собой многообещающий источник

сырья для ДПК (благодаря большому объему их ежедневного производства и низкой стоимости). Использование переработанного пластика

для производства ДПК было изучено рядом авторов [2–4]

Применения таких материалов включают напольный паркет, вазы для цветов, корзины для макулатуры, парковые скамейки

, столы для пикника и т. Д. и пластиковые пиломатериалы.Свойства некоторых пластиковых отходов аналогичны свойствам

, изготовленных из первичных материалов. Например, сообщалось о незначительных изменениях механических свойств переработанного полиэтилена

[4]. Использование пластиковых и древесных отходов кажется неизбежным, а существующие возможности

являются многообещающими [5], [6] Использование слова «отходы» создает видение материала

, не имеющего ценности или полезного назначения. Тем не менее, развиваются технологии, которые обещают использование отходов

или переработанной древесины и пластмасс для производства ряда высокоэффективных продуктов, которые сами по себе, в

, потенциально подлежат переработке.Предварительное исследование Лесной службы Министерства сельского хозяйства США, Лесная лаборатория

продуктов (FPL), показывает, что переработанные пластмассы, такие как полиэтилен, полипропилен или полиэтилентерефталат

, могут быть объединены с отходами древесного волокна для получения полезных армированных

томов ключевых технических материалов. 471-472 (2011) pp 62-66

© (2011) Trans Tech Publications, Switzerland

doi: 10.4028 / www.scientific.net / KEM.471-472.62

Все права защищены.Никакая часть содержания этого документа не может быть воспроизведена или передана в любой форме и любыми средствами без письменного разрешения TTP,

www.ttp.net. (ID: 80.191.248.125-17 / 02 / 11,08: 39: 52)

Древесно-пластиковый композит — обзор

14.1.3 Связующие агенты: особые ситуации

Для обработки WPC , улучшенные технологии связующего агента для усиления связи между полиолефином и древесиной или натуральным целлюлозным волокном, обеспечивая более прочные изделия для строительной индустрии.Например, Clariant предлагает связующий агент (Licocene PP MA 6452 TP), состоящий из катализированного металлоценом полипропиленового воска с привитым MA, который, как сообщается, является продуктом с более точным контролем и улучшенными характеристиками. Утверждается, что другие альтернативы традиционным агентам g-MA улучшают дисперсию, что приводит к более высоким прочностным свойствам и более низкой абсорбции. DuPont предлагает полученный в реакторе сополимер этилена и МА, который содержит более высокие уровни ангидрида, чем привитой МА. Продукт, получивший обозначение Fusabond W PC-576D, как утверждается, увеличивает модуль упругости при изгибе и плотность больше, чем LLDPE-g-MA, при добавлении в картон HDPE с 60% соснового волокна и 5% необработанного талька.Водопоглощение этим продуктом также заметно меньше, чем у g-MA (при загрузке 2% и выше), что снижает возможность роста гнили или плесени [7-49, 14-3, 14-4, 14-5] [7 -49] [14-3] [14-4] [14-5].

Были изучены еще более сложные рецепты соединения волокон в WPC. Например, в одном исследовании МА, привитый к блок-сополимеру стирол-этилен-бутилен-стирол (SEBS-g-MA), был добавлен в количестве 1% вместе с 2% PP-g-MA в системе WPC. Сообщается, что это удвоило ударную вязкость по сравнению с одним PP-g-MA, хотя и снизило модуль.Однако, когда исследователи использовали WPC, который также был загружен наноглиной (1–5%), SEBS-g-MA также увеличил ударную вязкость, но наноглина помогла поддержать значение модуля [14-6].

Силановые связующие / сшивающие агенты также показали некоторую эффективность с композитами из дерева и / или натурального волокна. Одно исследование показало, что обработанный силаном композит имел более высокую прочность на разрыв и более низкое водопоглощение, а также лучшие другие свойства, чем соответствующий древесно-волокнистый композит g-MA / PP.Агенты на основе силана были доступны от Dow Corning для склеивания полипропилена с натуральными волокнами, а также со стекловолокном. При компаундировании жидкие продукты вводятся непосредственно перед добавлением волокон [14-28, 14-31] [14-28] [14-31].

Нанокомпозиты также направлены на определение лучших связующих агентов. С нанокомпозитом PP, изготовленным с нанофибриллами целлюлозы, ситуация аналогична WPC: добавление PP-g-MA может улучшить свойства нанокомпозита при растяжении, изгибе и ударе [14-29].

Для нанокомпозитов с наноглиной необходимы агенты, которые лучше всего помогают расслаивать и диспергировать частицы наноглины, тем самым улучшая свойства композита и расширяя возможности этих материалов для новых применений. Был использован PP-g-MA, и в одном исследовании он показал некоторую эффективность, особенно в сочетании с «сверхразветвленным» полиэфиром с концевыми гидроксильными группами, которые способствуют диспергированию [14-32].

Но расслоение наноглины достигается в основном с помощью поверхностно-активных веществ, таких как заряженные соединения четвертичного аммония (кват).Наноглина обычно расслаивается в водной суспензии с высоким содержанием четвертичного аммония перед включением в полимер. Однако, как сообщается, высокий процент четвертичного аммония, необходимый для отшелушивания, создает проблемы совместимости с полиолефинами. В качестве альтернативы, в исследовании Kenrich Petrochemicals утверждается, что вместо четвертичных аммония во влажной суспензии или в полимерной системе следует использовать гораздо меньшее процентное содержание связующего агента четвертичного титаната. Это эффективно отшелушивает наноглину, создавая монослой на каждой наночастице глины.Он не создает проблем совместимости с полиолефинами, но вместо этого, как утверждается, улучшает многие свойства полимера за счет своего каталитического воздействия на полимер [14-8].

Древесно-пластиковый композит — обзор

15.3.5 Водопоглощение, набухание, коробление

Материалы WPC будут поглощать разное количество влаги, некоторые больше, некоторые меньше. Почему это так, — Клёсов. 2 При погружении в воду WPC обычно абсорбируют от 0,7% до 3% по весу после 24-часового погружения.Это можно сравнить с водопоглощением древесины, например пиломатериалов, подвергнутых обработке под давлением, которые поглощают около 24% воды по весу после 24 часов погружения. При более длительном погружении в воду коммерческие материалы WPC поглощают до 20–30% воды, а древесина — более 100% по весу.

Поглощение воды материалами WPC может привести к ряду неприятных событий, таких как деформация платы, набухание и коробление, а также распространение плесени. Кроме того, насыщение плит WPC водой иногда снижает модуль упругости плит при изгибе, что приводит к более высокому прогибу под нагрузкой.Кроме того, водопоглощение приводит к более быстрому износу плиты, окислению (вода — катализатор окисления пластика и древесины) и другим негативным последствиям.

Материалы WPC поглощают воду из-за своей пористости. Основной пластик WPC, такой как чистый HDPE, мало впитывает воду. Однако при наполнении целлюлозным волокном, минералами, пигментными добавками (которые часто содержат свободные металлы, служащие эффективными катализаторами окисления пластика) и в процессе обработки при высоких температурах пластик претерпевает довольно заметную деградацию, деполимеризацию, что приводит к образованию летучих образование органических соединений (ЛОС).Наряду с этим влага в целлюлозном волокне преобразуется в пар при температурах клея-расплава, а также способствует микропузырькам в клее-расплаве. Пар и летучие органические соединения вызывают вспенивание материала с неконтролируемой пористостью. Это заметно снижает плотность конечного продукта из ДПК. Например, удельный вес (плотность) Trex теоретически должен составлять 1,10 г / см 3 , тогда как на самом деле он составляет 0,91–0,95 г / см 3 (данные Trex). Даже тот факт, что указан диапазон плотности, указывает на то, что этот параметр плохо регулируется.Эти плотности указывают на то, что пористость материала Trex составляет от 16 до 21%. Когда материал погружен, вода заполняет этот пустой объем.

Поглощение воды ускоряет рост плесени, поскольку вода является необходимым компонентом для жизни микробов. Обычно материалы с влажностью 19% или ниже не способствуют росту плесени. Это количество влаги может удерживаться в очень тонком верхнем слое профилей из ДПК во влажных, влажных помещениях с недостаточной вентиляцией настила в течение неопределенно долгого времени.Иногда инструкции по установке нарушаются, и доски настила устанавливаются слишком близко к земле или устанавливаются достаточно высоко, но настил имеет «коробку» и полностью изолирован снизу, создавая идеальную «теплицу», которая влажная и влажная. В этих случаях влажность настилов из ДПК может превышать 20–25% и какое-то время оставаться на этом уровне. Это очень благоприятные условия для роста плесени и могут вызвать соответствующие проблемы со здоровьем. Вот почему инструкции по установке многих композитных настилов предписывают устанавливать настил на расстоянии не менее 30 см, а лучше 60 см от уровня земли или крыши, или предусматривают более широкое пространство между досками (например, 4–6 мм).В некоторых инструкциях по установке говорится, что несоблюдение надлежащей вентиляции может привести к аннулированию гарантии.

Когда плиты WPC впитывают воду, они разбухают. Когда доски находятся в тесном контакте друг с другом, в области контакта может развиться очень высокое давление, достигающее более тысячи ньютонов. Это может привести к короблению досок. Обычно для изгиба плит WPC они должны находиться в контакте с водой в течение длительного времени, дней и недель. Однако чем ниже плотность картона, тем выше набухание, тем больше вероятность деформации картона после более короткого воздействия воды.Деформация обычно возникает из-за неправильной установки композитного настила, вызывающего продолжительный контакт с водой (снаружи или изнутри настила, например, для полых досок), отсутствие надлежащих зазоров и т. Д.

Чтобы свести к минимуму водопоглощение Плиты WPC должны иметь настолько высокую плотность, насколько позволяет их состав. Для достижения этой цели в состав следует добавить необходимое количество антиоксидантов. Антиоксиданты замедляют деградацию пластика при высокой температуре, истирании и т. Д., следовательно, минимизировать образование ЛОС и / или CO 2 и соответствующее уменьшение плотности. Влага в ингредиентах также приводит к снижению плотности конечного материала, поэтому при необходимости целлюлозное волокно следует сушить. Наконец, экструдеры с вентиляцией удаляют ЛОС и пар из горячего расплава и значительно увеличивают плотность конечного продукта.

Использование и преимущества древесно-пластикового композитного материала

Если вы планируете начать строительный проект в ближайшем будущем, то вы знаете, насколько сложно найти строительный материал, отвечающий вашим требованиям.В связи с последними нововведениями на сцене появился новый материал, заставляющий кружиться головы.

Этот материал — ДПК, и он может навсегда изменить будущее строительства. (Если вы не знакомы с WPC, читайте дальше и узнайте, как этот новичок может изменить ваш проект.)

Что такое древесно-пластиковый композит?

Как следует из названия, древесно-пластиковый композит (ДПК) представляет собой материал, созданный из уникальной смеси натурального дерева и пластиковых волокон. Опилки, целлюлоза, бамбук, скорлупа арахиса и неиспользованные деревообрабатывающие материалы, такие как кора, из различных проектов, объединяются с пластиковым порошком для образования WPC.

Что самое примечательное в древесно-пластиковом композитном материале, так это то, что он может быть полностью создан из переработанных материалов, собранных на предприятиях C&D, на предприятиях по производству изделий из дерева и т. Д. В довершение всего, использованный WPC можно даже переработать для создания совершенно нового WPC, что делает WPC идеальным товаром, пригодным для вторичной переработки.

Почему WPC такой захватывающий?

Поскольку древесно-пластиковый композит создается из вещества, которое начинается в виде пасты, ему можно придать практически любую форму и размер, включая дугообразные или изогнутые формы.Эта врожденная гибкость распространяется и на цвет — WPC можно красить или раскрашивать, чтобы удовлетворить практически любую схему дизайна.

С функциональной точки зрения древесно-пластиковый композит является влагостойким и устойчивым к гниению, а это означает, что он эстетически и цельно прослужит дольше, чем обычная древесина. Кроме того, WPC более термостойкий, чем обычные пиломатериалы, поэтому продукт можно использовать в местах, где обычные пиломатериалы могут сгибаться или деформироваться.

Настоящая альтернатива пиломатериалам

В зависимости от того, с каким материалом смешиваются опилки — полиэтиленом или полипропиленом — ДПК можно использовать в различных строительных проектах так же, как натуральные пиломатериалы.Сверление, строгание, шлифование; С ДПК все это делается так же легко, как и с деревом.

Специалисты в области строительства могут даже обнаружить, что деревянные крепежи, такие как гвозди и шурупы, на самом деле обеспечивают лучшую фиксацию в ДПК по сравнению с обычным деревом. Кроме того, WPC с меньшей вероятностью расколется или сломается, когда шурупы используются рядом с концом досок, что может быть обычной проблемой при использовании натурального дерева.

WPC может бросить вызов стихиям

Благодаря специализированному и настраиваемому составу WPC, этот материал уникально приспособлен к изменениям погоды с меньшими повреждениями, чем средний материал.Если вы ищете материал, который выдержит испытание временем для вашего следующего проекта, возможно, WPC вам подойдет.

General Kinematics знает, насколько важны новые экологически безопасные строительные материалы, такие как WPC. Вот почему мы гордимся тем, что производим и поставляем продукты, которые помогают в переработке и сортировке товаров C&D, древесины, лесного хозяйства и пластмассы для создания таких материалов, как WPC.

Посетите наш стенд на выставке WasteExpo 2017 с 8 по 11 мая, чтобы узнать больше об оборудовании GK для вторичной переработки.Мы хотели бы показать вам и вашей команде все преимущества, которые может предложить General Kinematics!

Технологичность древесно-пластиковых композитных листов на основе кривой охлаждения постобработки :: BioResources

Мэтьюз, С., Тогьяни, А. Э., Эскелинен, Х., Кярки, Т., и Варис, Дж. (2015). «Технологичность древесно-пластиковых композитных листов на основе кривой охлаждения постобработки», BioRes. 10 (4), 7970-7984.
Abstract

Экструдированные древесно-пластиковые композиты (ДПК) все чаще рассматриваются как перспективные материалы для будущих отраслей обрабатывающей промышленности. Чтобы использовать эти материалы в полной мере, необходимо выбрать и настроить методы постобработки. В этой разработке важными показателями являются свойства материала, связанные с температурой, и скорость охлаждения. В этой статье представлены результаты естественного охлаждения в заводских условиях, соответствующие функции кривой охлаждения с температурными зонами для формования, резки и упаковки, наложенными с использованием материала WPC.Эта информация затем используется для оценки технологичности и производительности с точки зрения рентабельности и технического качества путем сравнения кривой с фактическими данными о времени производства, полученными на прототипе линии постобработки. На основе этой информации представлены ограничения скорости экструзии. В этой статье также кратко анализируются методы управления охлаждением материала для противодействия потерям тепла перед постобработкой.


Скачать PDF
Полная статья

Технологичность древесно-пластиковых композитных листов на основе кривой охлаждения после обработки

Sami Matthews, a, * Amir E.Тогьяни, a Harri Eskelinen, a Timo Kärki, b и Юха Варис a

Экструдированные древесно-пластиковые композиты (ДПК) все чаще рассматриваются как перспективные материалы для будущих отраслей обрабатывающей промышленности. Чтобы использовать эти материалы в полной мере, необходимо выбрать и настроить методы постобработки. В этой разработке важными показателями являются свойства материала, связанные с температурой, и скорость охлаждения. В этой статье представлены результаты естественного охлаждения в заводских условиях, соответствующие функции кривой охлаждения с температурными зонами для формования, резки и упаковки, наложенными с использованием материала WPC.Эта информация затем используется для оценки технологичности и производительности с точки зрения рентабельности и технического качества путем сравнения кривой с фактическими данными о времени производства, полученными на прототипе линии постобработки. На основе этой информации представлены ограничения скорости экструзии. В этой статье также кратко анализируются методы управления охлаждением материала для противодействия потерям тепла перед постобработкой.

Ключевые слова: скорость охлаждения; Постобработка ДПК; Формование; Раскрой

Контактная информация: a: Технологический университет Лаппеенранты, Лаборатория производственных технологий, Skinnarilankatu 53850, Лаппеенранта, Финляндия; b: Технологический университет Лаппеенранты, лаборатория композитных материалов, Skinnarilankatu 53850, Лаппеенранта, Финляндия;

* Автор, ответственный за переписку: [email protected]

ВВЕДЕНИЕ

Листы из экструдированного древесно-пластикового композита (ДПК) — это один из видов полуфабрикатов из ДПК, который вызвал промышленный интерес из-за их хорошего воздействия на окружающую среду, а также их разумных механических свойств. Термин WPC охватывает широкий спектр композитных материалов, изготовленных из различных растительных волокон с использованием термореактивных материалов или термопластов в качестве связующей матрицы. ДПК стали хорошо изученной разработкой в ​​последние годы из-за экологических ограничений, установленных для материалов на чисто полимерной основе.Это выгодно для ДПК, поскольку теперь можно использовать источники вторичного волокна и найти новые применения для отходов, которые в противном случае отправлялись бы на свалки. По сравнению с деревом Клёсов и др. (2007) перечисляет более низкие требования к техническому обслуживанию, включая отсутствие необходимости в окрашивании, герметизации и окраске; повышенная устойчивость к термитам и микробам; отсутствие узлов и заноз; и экологически чистые характеристики.

Эта статья является частью более крупного исследовательского проекта по изучению постобработки WPC.Постпроизводство означает обработку материала после изготовления материала путем экструзии. Эта разработка включает три интегрированных точки зрения: материал, качество и процесс, которые влияют на конечный успех производства. Игнорирование одной области приведет к тому, что другие области потерпят неудачу в техническом или экономическом аспекте. В целом, есть два пути улучшения стадии производства: оптимизация продукта и оптимизация производственного процесса. Кроме того, разработка производственного процесса часто основана на оценке экономических и технических аспектов.Экономические аспекты напрямую связаны с продолжительностью этапов производства, которые в данном случае напрямую связаны с изменениями температуры и охлаждением. Чем дольше продукт остывает, тем больше требуется места и времени. С другой стороны, если охлаждение будет слишком быстрым, температура преждевременно упадет ниже области формования и ухудшится качество формованного продукта. На основе этой информации важно иметь возможность контролировать температуру материала во время этого процесса.В технических аспектах охлаждение актуально для этапов производства, требующих жестких допусков, таких как резка и формовка; поэтому эти два производственных метода используются в качестве эталонов при оценке влияния скорости охлаждения материала. Оптимальная температура материала позволяет достичь более высокой производительности и качества продукции. Целью данной статьи является проверка работы линии постобработки древесно-пластикового композитного материала без нагрева с точки зрения температуры материала на стадии постобработки.

Исследования материалов основаны на реальных экспериментах по охлаждению в заводских условиях, поскольку основная цель состоит не в том, чтобы проверить свойства материала в изолированном пространстве, а в том, чтобы проверить поведение материала в реальной производственной среде. В этом исследовании используется пример материала, обозначенного просто как композитный материал. Этот материал был выбран потому, что он обладает хорошими характеристиками формуемости и похож на коммерческие материалы, используемые в промышленности WPC.

Sonmez и Eyol (2002) изучили оптимальные пути охлаждения термопластичных композитов после производства.Их цель состояла в том, чтобы определить оптимальную схему охлаждения, чтобы минимизировать время обработки на стадии охлаждения при прессовании. Они заметили, что оптимальное охлаждение может быть проанализировано с использованием анализа теплопередачи и температурных профилей по толщине композитной пластины, и что анализ теплопередачи в основном связан с температурными свойствами материала полимера, используемого в композитном материале. Однако, поскольку Сонмез и Эйол сосредоточились на сокращении времени обработки при формовании, точка зрения, касающаяся конкретных этапов производства, не была включена в их модель оптимизации.В данной статье рассматриваются особенности оптимизации этапов формовки и резки.

Предыдущие исследования показали, что WPC как материалы на основе полимеров в значительной степени зависят от температуры материала и типа матричного полимера и что характеристики полиэтилена высокой плотности (HDPE) и композитов на основе HDPE сильно зависят от времени обработки и температуры. производства (Ян и др. 2013). Говорят, что скорость охлаждения полимеров низкая из-за их плохой теплопроводности (Tan et al. 2012). Тепловое расширение WPC при повышенных температурах — хорошо известное явление, и согласно Yang et al. (2013), линейные коэффициенты теплового расширения-сжатия древесины значительно ниже, чем у пластиков и ДПК. Значения для древесины не зависят от температуры от -51 до 130 ° C. Поскольку HDPE является непрерывной фазой в WPC, линейное расширение и сжатие связаны с молекулами полимера. При обработке при повышенных температурах молекулы полимера начинают двигаться и постепенно достигают своего термодинамически стабильного состояния, что приводит к расширению композита.Это, помимо поглощения воды, является еще одной причиной расширения изделий из WPC. Кроме того, усадка WPC имеет важное значение во время постобработки. Усадка возникает, когда картон на пластиковой основе, выдавленный и вытянутый из матрицы, остывает слишком быстро. Слишком быстро означает, что вытянутые длинные молекулы полимера, выходящие из фильеры, не успевают вернуться в свою термодинамически благоприятную свернутую форму (Клёсов, 2007).

Сонмез и Эйол (2002) представили также другую подходящую точку зрения, которая похожа или, по крайней мере, аналогична WPC, изученному в этой статье.Они заметили, что остаточные напряжения могут иметь значительное пагубное влияние на характеристики композитных конструкций, вызывая дефекты, например. , образование пустот во время затвердевания, снижение прочности и возникновение трещин. Они подчеркивают, что остаточные термические напряжения должны находиться в допустимых пределах, чтобы гарантировать надежность во время использования продукта. Предварительные наблюдения с испытанным WPC показали, что при ударном формовании полностью охлажденный продукт казался слишком хрупким.Согласно Wijskamp (2005), который изучал обработку термопластичных композитов, в зависимости от начальной температуры процесса, композитный лист может испытывать термический удар, как только он зажат между прессующими инструментами, поскольку он быстро охлаждается снаружи. внутренности. Фазовые образования полимеров в композите зависят от скорости охлаждения. По словам Вийскэмпа, выбранная скорость охлаждения во время обработки термопластичного композита может влиять как на усадку материала, так и на его механические свойства.

Brucato et al. (2002) утверждают, что исследование затвердевания полимера в условиях обработки стало необходимым шагом для прогнозирования конечных свойств полимера. Поскольку затвердевание в промышленных процессах часто связано с полями течения, высокими температурными градиентами и высокими давлениями, разработка модели, способной описать поведение полимера, оказывается действительно сложной. Та же самая ситуация была встречена с процессом WPC, изучаемым в этой статье. Другой аналогичный аспект можно найти в литье полимеров под давлением.Согласно Liu и Gehde (2015), теплопередача является одним из наиболее важных сегментов в литье под давлением, поскольку он значительно влияет на распределение температуры компонента и изменяет распределение температуры в пресс-форме, тем самым влияя на механическое поведение и точность размеров пластиковая составляющая, а также эффективность производства. В нашем случае речь идет не о первом этапе формования, а о том же явлении, которое наблюдается на этапе постобработки, на котором пластина из ДПК имеет повышенную температуру и прижимается к своей окончательной геометрии.

Связанные с температурой явления, отмеченные в предыдущих исследованиях (Sonmez and Eyol 2002; Wijskamp 2005; Tan et al. 2012; Yang et al. 2013), необходимо учитывать при разработке успешного производственного процесса для экструдированных WPC. , что указывает на важность контроля температуры и контроля охлаждения для повышения технологичности.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

В этой статье исследуются скорости охлаждения листов WPC толщиной 3 мм, состоящих из 44% древесного волокна, 50% полиэтилена (PE), 3% связующего агента и 3% смазки, в зависимости от геометрии листа и материала. свойства предлагают многообещающие возможности для использования нескольких методов постпроизводства; В качестве материала на полимерной основе, ДПК могут иметь потенциальную проблему преждевременного охлаждения при комнатной температуре во время последующей обработки.Для измерения скорости охлаждения образцы помещали в лабораторное пространство при 21 ° C. Это место представляет собой типичное производственное пространство. В такой неизолированной открытой системе WPC может передавать тепло в окружающую среду за счет теплопроводности, конвекции, вызванной градиентом тепла, или излучения тепла. Проводимость была предотвращена, но конвекция и излучение, вызванные градиентом тепла, не сдерживались, как в реальной производственной среде. В типичных промышленных условиях материал часто перемещается по металлическим роликам, которые проводят тепло.Эти потери тепла были смоделированы с помощью металлической решетки под образцами, как показано на рис. 1.

Поскольку онлайн-экструдер не мог быть использован во время исследования, были использованы готовые листы WPC. Для моделирования постобработки лист помещали в электрическую печь при 150 ° C (+ -3 ° C) на 15 мин. Температура измерялась с помощью преобразователя National Instruments USB-TC01 и включенной термопары J-типа. Измерения начинались через 10 с после извлечения образца из печи.Температура измерялась в центре и на расстоянии 10 мм от края образца. Размер образца составлял 300 мм 2 при толщине 3 мм, как показано на рис. 1.

Рис. 1. Датчик температуры установлен, температура измеряется от края листа WPC

Подробный анализ измеренных кривых скорости охлаждения позволил использовать математические инструменты для оценки наилучшего соответствия кривой для описания поведения материала. В дальнейшем можно будет найти критические значения времени и температуры, чтобы показать области, в которых должен производиться процесс формовки и резки.Аппроксимация кривой может производиться либо для всего набора измеренных значений, либо поэтапно, чтобы усилить важность периода времени, когда начинается охлаждение. Кривые были подобраны с использованием инструментария подгонки кривых версии 3.3.1 в MathWorks MATLAB 2013a.

Хотя волокна, связующие агенты и смазка играют большую роль в свойствах материала ДПК, общие свойства материала не претерпевают значительных изменений в этих ингредиентах при различных температурах (Клёсов 2007), и поэтому они не исследовались в данном исследовании.Например, Stokke et al. (2014) заявил, что сухие древесные волокна в ДПК подвергаются термической деградации только при температурах выше 200 ° C. Объем охватывал термическое поведение полимерной части, и если не было прямой информации о поведении WPC, использовалась информация, доступная для чистых полимеров HDPE.

Во время предварительного испытания композитного материала, видимые трещины начали образовываться при температуре, близкой к температуре плавления, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Влияние температуры на качество продукции. Перед прессованием образцы для испытаний нагревали от 150 до 125 ° C. При 125 ° C наблюдались видимые трещины, а обработка поверхности была шероховатой по сравнению с образцом при 150 ° C.

Это открытие подтверждает идею о том, что температура расплава может быть отмечена как эталон для производства. Температура экструзии композитного материала составляла от 170 до 190 ° C, в то время как типичная температура плавления HDPE составляет от 130 до 137 ° C (Askeland et al. 2009).

Для получения дополнительной информации, модуль упругости композитного материала при изгибе был протестирован с помощью трехточечной системы, в которой груз помещался в центре образца, а температура окружающей среды медленно повышалась, пока измерялось смещение. Измерение можно было разумно измерить только при температуре до 120 ° C, поскольку было обнаружено, что ползучесть материала заметно искажает результаты. Пунктирная линия на рис. 3 представляет собой экстраполяцию измеренной кривой.

Рис. 3. Измеренный модуль упругости композитного материала при изгибе в зависимости от температуры. Пунктирная линия представляет температуру, при которой материал начал проявлять значительную ползучесть, экстраполированную на основе результатов измерений.

Формовка и резка были выбраны как разные стадии при оценке охлаждения, так как они сильно зависят от температуры. Техника формирования WPC очень похожа на компрессионное формование, и на этом этапе она использовалась в качестве справочной.Stokke et al. (2014) заявил, что компрессионное формование — это процесс, в котором нагретый полимер сжимается в предварительно нагретую форму, принимает форму полости формы и отверждается под действием тепла и давления, прикладываемых к материалу. Предварительно взвешенное количество полимера, смешанного с добавками и наполнителями, помещается в нижнюю половину формы. Верхняя половина формы движется вниз, давя на полимерную загрузку и заставляя ее заполнять полость формы. Лонг (2007) перечисляет два возможных метода формирования материала, аналогичного ДПК, термопластичного композита (ТПК).Два метода — изотермический и неизотермический. В изотермическом методе оба инструмента нагреваются до температуры, превышающей температуру плавления желаемого материала, в то время как в неизотермическом методе оба инструмента хранятся в холодном состоянии. Лонг (2007) перечисляет преимущества неизотермического процесса, заключающиеся в более коротком времени цикла и улучшенной производительности по сравнению с изотермическим процессом; поэтому он был использован в этом исследовании.

В процессе резки плоский продукт вырубается или вырезается из материала с помощью сдвигающего усилия инструментов.Этот процесс может быть либо штамповкой металла с использованием согласованных штампов, либо штампом со стальной линейкой. Энгельманн (2012) перечисляет более высокую точность изделий и большие объемы производства, которые возможны при соответствующей штамповке металла, и это было использовано в этом исследовании. Общее время процесса было разделено на определенные временные интервалы на каждой стадии процесса, чтобы определить оптимальную температуру для каждой стадии. Аналогичный частичный анализ кривой охлаждения представлен также в Sonmez and Eyol (2002), где временные интервалы были установлены между конкретными смежными ключевыми точками, описывающими ход производственного процесса.

Прототип производственной системы под названием LUT KompoLine, показанный на рис. 4, использовался при оценке технологичности. Система состоит из двух подвижных блоков пресса, каждый из которых состоит из электрического привода Exlar модели GSX60-1005 для прессования с усилием прессования 55 кН и линейного двигателя Tecnotion TL12 с линейным усилием 1 кН для перемещения блоков пресса. Оба агрегата движутся по 2-метровой магнитной дорожке. Блоки пресса работают по принципу летающих ножниц, при котором оба блока неуклонно следуют за постоянно движущимся полотном сырья.

Рис. 4. Пресс-система LUT KompoLine, использованная при оценке технологичности при охлаждении

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты экспериментов по охлаждению объединены на следующих графиках с указанием среднего значения и ширины полосы измерений.

Рис. 5. Измеренное охлаждение и наложенная кривая соответствует указанной ширине полосы измерения

Фиг.6. Измеренное охлаждение и наложенная кривая соответствует указанной ширине полосы измерения

Подгонка кривой охлаждения была разделена на две кривые, показанные на рис. 5 и 6, основанные на наблюдении различных скоростей охлаждения вблизи температуры расплава 125 ° C. Полоса пропускания измерений обычно составляла от 10 до 15 ° C. Сходные средние значения и ширина полосы были получены независимо от расположения датчика в образце, и на этих рисунках данные измерений не разделены по месту измерения.

Кривые были помещены в экспоненциальные функции для простоты, и их сумма квадратов ошибок (SSE) оказалась минимальной по сравнению с другими функциями в пакете подбора кривой MATLAB. Основная форма формулы экспоненциальной функции:

На основе аппроксимации расчетной кривой были получены следующие кривые:

Уравнение 2 — это кривая охлаждения, где t в секундах от начала. Кривая достигает температуры клея 125 ° C за 36 с.

Таблица 1. Кривая качества подгонки


Скорости охлаждения (° C / с) были рассчитаны как производные, и были получены следующие функции:

Уравнение 3 — это скорость охлаждения, где t в секундах от начала. Кривая достигает температуры клея 125 ° C за 36 с.

Рис. 7. Расчетная скорость охлаждения. Разрыв между скоростями охлаждения при температуре расплава ( T м ) вызван аппроксимацией кривой и не является фактическим явлением.

Вначале скорость охлаждения начала быстро снижаться с 1,5 до 0,3 ° C / с, пока не достигла температуры расплава 125 ° C композитного материала за 36 с. После этого события расчетная скорость охлаждения снизилась с 1,15 до 0,6 ° C / с за 500 с. Это явление можно объяснить тем фактом, что линейные макромолекулы, такие как полиэтилен, демонстрируют быстрый скачок теплоемкости в начальной точке кристаллизации полимера Gaur and Wunderlich (1981).

Разрыв между скоростями охлаждения при температуре расплава был вызван аппроксимацией кривой и не является действительным явлением.

Что касается прочности ДПК, Клёсов и др. (2007) утверждают, что прочность на изгиб композитных настилов на основе HDPE обычно снижается на 30–60% при изменении температуры от окружающей среды до 55–60 ° C. Askeland et al. (2009 г.) состояние:

«при температуре плавления полимеров прочность и модуль упругости близки к нулю, и полимер подходит для литья и многих процессов формования. Ниже температуры плавления полимерные цепи все еще скручены и переплетены.Эти полимеры имеют аморфную структуру. Немного ниже температуры плавления полимер ведет себя эластично. При приложении напряжения происходит как упругая, так и пластическая деформация полимера. Когда напряжение снимается, упругая деформация быстро восстанавливается, но полимер постоянно деформируется из-за движения цепей. Некоторая часть этой деформации восстанавливается с течением времени. Таким образом, многие полимеры демонстрируют вязкоупругие свойства. Могут быть достигнуты большие постоянные удлинения, позволяющие придать полимеру полезные формы путем формования и экструзии.”

По данным Клёсова (2007) и Askeland et al. (2009) можно сказать, что прочность / модуль упругости при изгибе является очень зависимой от температуры характеристикой WPC и HDPE и используется при оценке технологичности изделий из WPC.

Измеренные кривые охлаждения связаны с измеренной кривой модуля упругости при изгибе, представленной ранее на рис. 3 на рис. 8 и 9. Технологичность затем проверяется отдельно для формования, резки и упаковки.

На этапе формования трехмерное изделие формуют прессованием.В течение этого периода материал должен оставаться в пластичной области выше точки плавления. Основываясь на модуле упругости при изгибе, температуре расплава и предварительных результатах, можно сказать, что хорошая зона формования возникает с самого начала и длится всего 12 с. Аналогичное наблюдение можно сделать в аналогичном процессе формирования с TPC Лонга (2007).


Рис. 8. Модуль упругости при изгибе и . время охлаждения перекрывается производственными слотами

Формируемый

Фиг.9. Модуль упругости при изгибе по сравнению с . время охлаждения перекрывается производственными слотами

На охлаждение продукта во время этапа формования влияет выбор материала инструментов и время выдержки. Для улучшения качества продукта во время формования материал следует охлаждать. В аналогичном процессе литья пластмасс в качестве материала инструментов часто используется алюминий, поскольку он имеет в пять раз большую теплопроводность, чем сталь (Vlachopoulos and Strutt, 2002). Недостатком является то, что быстрое охлаждение вызывает усадку материала, поэтому после обработки рекомендуется отжигать изделия (Клёсов 2007).Во время формования важно поддерживать однородную температуру материала по всему изделию, чтобы избежать термических напряжений и трещин, которые, как было обнаружено в исследовании Sonmez и Eyol (2002), влияют на качество продукта и усадку. В справочнике по пластическим процессам (Harper 2006) также говорится, что касается пластмассовых композитов в целом, что, учитывая влияние однородности температуры на усадку, поскольку однородность толщины детали и однородность температуры пресс-формы увеличиваются, тем менее склонной будет деталь. деформировать.С точки зрения формования уменьшение градиентов температуры может быть лучше всего достигнуто за счет обеспечения одинаковой теплопроводности в обоих прессовых инструментах и ​​равномерной толщины материала по всему изделию.

Основываясь на предварительных результатах резки, обрезки и исследований, проведенных с HDPE Gent and Wang (1996), можно сказать, что повышение температуры облегчает резку, и, таким образом, область хорошей режущей способности начинается с нуля. момент времени и не имеет четкого нижнего предела для температуры.Предварительные результаты показали, что при 80 ° C или 0,2 ГПа материал начал проявлять хрупкость вокруг режущей кромки, и эта температура была установлена ​​в качестве нижнего предела в данном исследовании. При естественном охлаждении это означает производственное окно продолжительностью 7 мин. Поскольку операция резки часто выполняется для изделий с двумерной формой, нет большой необходимости в охлаждении изделия для сохранения формы. Основываясь на предварительных результатах и ​​информации о производстве термоформования с полимерами (Engelmann 2012), предпочтительным является нулевой зазор между режущими кромками инструментов.Это создает проблемы с точки зрения обслуживания, необходимого для поддержания остроты инструментов во время непрерывной работы. Saloni et al. (2011) исследовал износ инструмента на WPC и обнаружил, что пигменты являются проблемой для других формующихся материалов. Помимо износа инструмента, тепловое расширение играет важную роль в управлении нулевым зазором, и его следует учитывать в процессе проектирования инструмента.

На этапе упаковки продукты нельзя деформировать или поцарапать при штабелировании или упаковке.На этом этапе безопасная температура должна быть комнатной. В тестах на охлаждение открытой системы эта температура была достигнута только через 3 ч 10 мин. Поскольку этот период слишком велик для экономичного производства, согласно предварительным результатам, есть возможность начать укладку материала с 30% прочности на изгиб при 60 ° C с приемлемым качеством продукта. Это временное окно начинается с 16 минут при естественном охлаждении, но часто легко достижимо во время формования материала, поскольку инструменты легко отводят тепло за несколько секунд.

Полученные временные окна производства были оценены с использованием испытательной производственной прессовой системы KompoLine с примерным временем рабочего цикла, показанным на рис. 10. Скорость полотна играет ключевую роль в постпроизводстве WPC, поскольку экструдер может производить либо 60 кг или 600 кг материала в час.

Рис. 10. Структура прессового цикла KompoLine с указанием временных сегментов

Рабочий цикл состоит из ускорения пресса для соответствия скорости поступающего полотна t a , перемещения прессового инструмента вниз t p , удержания инструментов вместе на время ожидания t d , подъем инструментов вверх t p , остановка и реверсирование прессового узла 2x t a , возврат прессового устройства обратно в исходное положение одновременно с движением второго прессового узла вперед t c , и, наконец, остановка агрегата t a .Перемещение пресса вверх и вниз — единственная постоянная времени, которая не зависит от скорости полотна. В таблице 2 показано влияние скорости полотна на время ожидания, время выдержки и общее время цикла, основанное на времени, полученном на испытательном прессе LUT KompoLine.

Таблица 2. Оценка окна технологичности по времени из системы KompoLine Press Unit

В таблице 2 время ожидания показывает, сколько времени прошло, прежде чем материал достигнет центра 350-мм инструментального блока от сопла экструдера.

Исходя из времени ожидания материала от экструдера, 14 мм / с — это самая низкая возможная скорость для успешной операции формования с системой LUT KompoLine. Соотношение между межосевым расстоянием инструмента и минимальной скоростью подачи показано на рис. 11.

Рис. 11. Зависимость между расстоянием центра инструмента до сопла и минимальной скоростью экструзии. Выделено минимальное время подачи для LUT KompoLine с шириной инструмента 350 мм.

С точки зрения производительности и охлаждения более высокая скорость полотна лучше.Оборудование, используемое в примере, установило верхний предел на 0,4 м / с. На этой скорости время выдержки инструмента было минимальным.

Исследование Prisco (2014) показывает, что измеренная теплоемкость WPC50, материала, аналогичного композитному материалу, имеет тепловую емкость 0,35 кВт / мК при 20 ° C, снижающуюся до 0,3 кВт / мК при 80 ° C. Эти значения делают WPC теплоизоляционным материалом и указывают на тенденцию к небольшому снижению теплоемкости с повышением температуры. Поскольку WPC50 был измерен только до 80 ° C, теплоемкость чистого HDPE, представленная в Gaur and Wunderlich (1981), также использовалась для аппроксимации теплоемкости композитного материала при более высоких температурах.Исходя из данной функции, теплоемкость HDPE криволинейно увеличивается от 2 Дж / К при комнатной температуре до 8,5 Дж / К при 150 ° C. Чтобы оценить мощность нагрева, необходимую для поддержания постоянной температуры материала перед операцией формовки в неизолированной среде, мощность охлаждения была рассчитана по измеренным кривым охлаждения с использованием известной теплоемкости WPC50 (Prisco 2014) и HDPE (Gaur and Wunderlich 1981).

На рисунке 12 показано, что вначале мощность охлаждения составляет 14 кВт / м 2 , быстро снижаясь до 3 кВт / м 2 в точке плавления.После точки плавления охлаждающая способность медленно снижается до 400 Вт / м 2 за 20 минут при 60 ° C. Чтобы свести к минимуму искажения, вызванные градиентами тепла в продуктах, уровень тепловых потерь в начале можно легко уменьшить, изолировав участок между соплом и прессом, а также используя резистивные нагреватели во время транспортировки композитного материала и инфракрасные нагреватели с термостатом. в регулировке температуры.

После и во время формования важно как можно быстрее охладить изделия, чтобы сохранить желаемую форму формы.Обычно, когда продукты выходят из формующих инструментов, они все еще имеют температуру от 85 до 100 ° C. Быстрое понижение температуры до комнатной температуры потребует искусственного охлаждения или увеличения теплопроводности формующих инструментов или времени выдержки. Поскольку производство и рентабельность напрямую связаны со временем цикла каждого продукта и длиной производственной линии, более короткое время охлаждения не только ускоряет производство, но и дает возможность сократить длину линии.Более быстрое охлаждение продукта может быть достигнуто с помощью распыления воздуха или воды. Вода не оказывает заметного влияния на изделие из ДПК. Клёсов (2007) утверждает, что ДПК с ПНД имеет только 0,7–2,0% водопоглощения при 24-часовом погружении в воду по сравнению с 20–25% в чистой древесине; поэтому в типичных коммерческих линиях профилей для настила из ДПК сразу после экструзионного сопла имеется охлаждающий бак с разбрызгивателями воды. Чтобы сократить процесс, Эскобедо и Фернандес (2012) утверждают, что для улучшения охлаждения полимера материал следует охлаждать с обеих сторон.Погружение материала под воду — самый простой способ добиться этого.

Рис. 12. Расчетная мощность охлаждения в Вт / м 2 , рассчитанная с использованием теплоемкости HDPE и измеренной скорости охлаждения композитного материала. T m указывает температуру плавления материала.

Поскольку конвекция — это способ передачи энергии между твердой поверхностью и прилегающей жидкостью или газом, которые находятся в движении, и включает в себя комбинированные эффекты проводимости и движения жидкости (Cengel 2002), более высокие скорости полотна могут влиять на охлаждение в дополнение к теплу. градиент-индуцированная конвекция и тепловое излучение, которые были включены в измерения.Однако из-за ограничений среды тестирования конвекция, вызванная скоростью, не моделировалась в стационарных экспериментах, представленных в этой статье. Также, поскольку типичные скорости промышленной экструзии относительно низки, в диапазоне от 10 до 100 мм / с, можно сказать, что эффект конвекции будет иметь минимальный эффект на этом уровне; однако на более высоких скоростях это явление может быть вызвано преждевременным охлаждением.

ВЫВОДЫ

  1. Испытания на охлаждение 20 листов древесно-пластикового композитного материала толщиной 3 мм (44% волокна, 50% полиэтилена, 3% связующего агента, 3% смазки) были успешно проведены от температуры экструзионного сопла 150 ° C до комнатной температуры. и полученные кривые охлаждения были помещены в две экспоненциальные функции, разделенные температурой плавления материала.Измеренная ширина полосы пропускания точек измерения не зависела от местоположения измерения, и не было наблюдаемой разницы в ширине полосы или в среднем для точек измерения от края или центра листа.
  2. Результаты продолжительности производственного цикла показали, что материал может быть неизотермически сформирован и разрезан за время, которое может быть достигнуто с помощью неизолированных линий постпроизводства из ДПК, подключенных непосредственно к экструзионному оборудованию, если скорость экструзии и поперечное сечение продукта выбраны правильно.Было обнаружено, что охлаждение устанавливает пределы для самой медленной достижимой скорости полотна, поскольку продукты должны формироваться до того, как температура упадет ниже температуры плавления. Основываясь на естественном охлаждении материала, было установлено, что 14 мм / с — это самая низкая возможная скорость экструзии в прессе LUT KompoLine с шириной пресса 350 мм.

ССЫЛКИ

Аскеланд Д., Прадип Р. и Фулай П. (2009). Основы материаловедения и инженерии (2-е изд.), Cengage Learning, Бостон, Массачусетс.

Брукато В., Пиккароло С. и Ла Каррубба В. (2002). «Экспериментальная методика изучения кристаллизации полимеров в условиях обработки. Влияние высоких скоростей охлаждения », Chem. Англ. Sci. 57 (19), 4129-4143. DOI: 10.1016 / S0009-2509 (02) 00360-3

Ценгель Ю.А. (2002). Теплопередача: практический подход (2 nd Ed.), Макгроу-Хилл, Нью-Йорк.

Энгельманн, С. (2012). Усовершенствованное термоформование: методы, машины и материалы, приложения и автоматизация , John Wiley & Sons, Хобокен, Нью-Джерси.

Эскобедо Р. и Фернандес Л. А. (2012). «Оптимальные стратегии охлаждения при кристаллизации полимеров», J. Math. Chem. 50 (2), 313-324. DOI: 10.1007 / s10910-011-9803-x

Гаур У. и Вундерлих Б. (1981). «Теплоемкость и другие термодинамические свойства линейных макромолекул. II. Полиэтилен », журнал , журнал физических и химических справочных данных. 10 (1), 119-152.

Гент, А. Н., и Ван, К. (1996). «Устойчивость полиэтилена к разрезанию», Дж.Polym. Sci. Pol. Phys. 34 (13), 2231-2237. DOI: 10.1002 / (SICI) 1099-0488 (19960930) 34:13 <2231 :: AID-POLB12> 3.0.CO; 2-6.

Харпер, К. А. (редактор) (2006). Справочник по пластическим процессам . Wiley-Interscience, Хобокен, Нью-Джерси.

Клёсов А.А. (2007). Древесно-пластиковые композиты , Уайли, Хобокен, Нью-Джерси.

Лю Ю. и Геде М. (2015). «Оценка коэффициента теплопередачи между полимером и стенкой полости для улучшения охлаждения и кристалличности приводит к моделированию литья под давлением», Appl.Therm. Англ. 80, 238-246. DOI: 10.1016 / j.applthermaleng.2015.01.064

Лонг, А.С. (ред.) (2007). Composites Forming Technologies , Woodhead Publishing, CRC Press, Бока-Ратон, Флорида.

Приско, У. (2014). «Теплопроводность плоских прессованных древесно-пластиковых композитов при различных температурах и содержании наполнителя», Sci. Англ. Compos. Матер. 21 (2), 197-204. DOI: 10.1515 / secm-2013-0013

Салони Д., Бюльманн У. и Лемастер Р. Л. (2011).«Износ инструмента при резке древесно-волокнистых композитных материалов», Лес. Prod. J. 61 (2), 149-154.

Сонмез Ф. О. и Эйол Э. (2002). «Оптимальные пути охлаждения термопластичных композитов после производства», Compos. Часть A-Прил. С. 33 (3), 301-314. DOI: 10.1016 / S1359-835X (01) 00133-6

Стокке, Д. Д., Ву, К. Л., и Хан, Г. П. (2014). Введение в композиты из древесины и натуральных волокон , John Wiley & Sons, Чичестер, Западный Суссекс, Великобритания.

Тан, С. Б., Хорнсби, П. Р., Макафи, М. Б., Кернс, М. П., и Маккорт, М. П. (2012). «Охлаждение полимеров водным распылением», Polymer Engineering & Science 52 (5), 1069-1080. DOI: 10.1002 / pen.22173

Влахопулос, Дж. И Струтт, Д. (2002). Набор инструментов специалиста по пластмассам , Общество инженеров по пластмассам, Бетел, Коннектикут.

Wijskamp, ​​S. (2005). Искажения формы при формовании композитов , канд. докторская диссертация, Университет Твенте, Энсхеде, Нидерланды.

Ян В., Се Й., Ван Х., Лю Б. и Ван К. (2013). «Влияние замораживания и термической обработки на размерные и механические свойства композита из древесной муки и полиэтилена высокой плотности», J. Forest. 24 (1), 143-47. DOI: 10.1007 / s11676-013-0334-0

Статья подана: 2 октября 2015 г .; Рецензирование завершено: 20 сентября 2015 г .; Доработанная версия получена и принята: 2 октября 2015 г .; Опубликовано: 14 октября 2015 г.

DOI: 10.15376 / biores.10.4.7970-7984

Технология древесно-пластиковых композитов — Центр перспективных конструкций и композитов

Древесно-пластмассовые композиты (ДПК) представляют собой композит, в котором элементы на основе древесины сочетаются с полимерами.Процессы производства WPC включают экструзию, литье под давлением и прессование или термоформование (прессование). Новые производственные процессы для WPC включают аддитивное производство посредством моделирования расплавленных слоев и лазерного спекания. Важным ограничением для полимеров, используемых в WPC, является требование условий процесса (температура плавления, давление), которые не будут термически разрушать древесный наполнитель. Древесина разлагается около 220 ° C; таким образом, для производства ДПК обычно используются полимеры общего назначения, такие как полиэтилен и поливинилхлорид.Древесные волокна по своей природе гидрофильны из-за гидроксильных групп, содержащихся в молекулярных цепях целлюлозы и гемицеллюлозы. Таким образом, модификация древесного волокна с помощью химической или физической обработки очень важна для создания улучшенных WPC. Самые распространенные профили из древесно-пластикового композитного материала — это доски или пиломатериалы, используемые для настилов на открытом воздухе. Хотя ранние изделия из ДПК в основном экструдировались для изготовления профилей, в настоящее время многие детали из ДПК, изготовленные методом литья под давлением, внедряются в различных отраслях промышленности, включая электрические корпуса, упаковку, предметы повседневного обихода и гражданское строительство.Плесень, грибок и обесцвечивание WPC, как правило, являются вопросами долговечности, которые имеют первостепенное значение для WPC. Самое последнее исследование долговечности WPC сосредоточено на исследованиях, направленных на лучшее понимание механизмов, способствующих различным проблемам деградации, а также методов повышения долговечности. Большинство продуктов из WPC в США используется в строительных материалах, за некоторыми исключениями для жилых и коммерческих зданий, что означает, что строительные нормы и правила являются наиболее важными национальными правилами для производителей WPC.Новые разработки делаются особенно в области нанодобавок для WPC, включая наноцеллюлозу. В последнее время тенденция регистрации патентов на WPC сместилась на новые продукты или приложения, а не на сами материалы.

Гарднер, Д. Дж., Ю. Хан и Л. Ван. 2015. Древесно-пластиковая композитная технология. Текущие отчеты о лесном хозяйстве. DOI 10.1007 / s40725-015-0016-6.

Линия по производству многослойного древесно-пластикового композита для продажи Местное послепродажное обслуживание

Нужно лить пластик? Тогда вперед! Купить линию по производству древесно-пластикового композита от Alibaba.com и начните раскрывать свой творческий потенциал в изготовлении пластмассовых изделий. Она предлагает линию по производству древесно-пластикового композита , продаваемую проверенными производителями и поставщиками как для личного, так и для промышленного использования. Линия по производству древесно-пластикового композита — это оборудование, творчески разработанное для производства пластиковых деталей непрерывной длины из пластмассы определенного типа.

Линия по производству древесно-пластикового композита используется для производства ряда изделий, таких как пластиковые листы, стержни, нити и т. Д.Термопластические изделия этой категории в основном подразделяются на 3 класса — одношнековые, двух- или многошнековые машины и трамбовочные машины. Линия по производству древесно-пластикового композита обеспечивает специализированную переработку расплавленного пластика, который в конечном итоге превращается в мелкие пластмассовые изделия. Они бывают разных размеров и размеров. Линия по производству древесно-пластикового композита Mini также доступна на Alibaba.com по доступным ценам. Получите предложение прямо сейчас!

Линия по производству древесно-пластикового композита может быть стандартизирована или изготовлена ​​по индивидуальному заказу.В любом случае некоторым особенностям машин уделяется особое внимание. Линия по производству древесно-пластикового композита гарантирует вам оптимальную производительность и качество.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.