Древесно-полимерный композит (ДПК) или жидкое дерево. Древесно-полимерный композит (ДПК): состав, характеристики, преимущества и недостатки, применение, правила монтажа

Современные стройматериалы должны быть не только эстетичными, но и практичными, простыми в обращении и уходе, но главное - экономичными. Многие предприятия работают в сфере изобретения новых материалов, направляя исследования главным образом на сочетания различных веществ, и среди них можно выделить такую перспективную новинку как (ДПК).

ДПК нередко называют жидким деревом, или деревопластиком, а любители щеголять знанием английского называют его поливуд. Из этих названий понятно, что он представляет собой соединение пластика и дерева в расплавленном состоянии с последующим затвердеванием конечного продукта. Жидкое дерево является альтернативой древесине дорогих сортов, и, к тому же, имеет значительно улучшенные характеристики эксплуатации по сравнению с любым деревом или пластиком. В свете современной моды на экологические материалы древесно-полимерный композит - это необходимое совершенствование материалов применяемых для облицовки, напольных покрытий, изготовления панелей и «досок» и многих других строительных и отделочных материалов. Самое широкое применение древесно-полимерный композит получил в области изготовления террасных досок (декинга).

Свойства и характеристики древесно-полимерного композита

ДПК состоит главным образом из древесных волокон, роль которых успешно выполняют отходы деревообрабатывающей промышленности и пластмассы, как связующего субстрата. В итоге, полученный материал объединяет в себе все полезные свойства современных полимеров и натуральной древесины.

Древесные качества жидкого дерева проявляются в:

• аутентичном деревянном рисунке, текстуре и цвете;
• аналогичной теплопроводности;
• характерном аромате;
• безопасности для окружающей среды и для потребителя.

Область применения древесно-полимерного композита

Такие несомненные преимущества обусловили использование ДПК в сфере строительства и даже внутренней отделки автомобилей и яхт, а из-за отличной водостойкости его применяют для строительства конструкций часто контактирующих с водой или постоянно в ней находящихся: бортики бассейнов, пирсы и причалы, небольшие мосты, некоторые детали судостроения и даже морские сваи(!).

Производство террасной доски из ДПК

Композитная террасная доска , производится методом экструзии и состоит из трех основных компонентов:

1. 1. Частицы измельченной древесины (опилки): 50-80 %%.
2. 2. Синтетические или органические термопластичные полимеры или их смеси: Поливинилхлорид (PVC), Полиэтилен (PE), Полипропилен (PP).
3. 3. Комплекс специальных химических добавок (модификаторы), которые улучшают технологические свойства материала: связующие вещества, антиокислители, противоударные модификаторы, пигменты, антимикробные средства, температурные стабилизаторы, поверхностно-активные вещества, светостабилизаторы, смазочные материалы и огнезащитные средства. Террасную доску из ДПК можно пилить, строгать, в нее можно вбивать гвозди и заворачивать саморезы. Такая террасная доска не коробится, не требует защитных покрытий, не покрывается плесенью, не гниет, не имеет сучков и дефектов, не выгорает на солнце в течение многих лет. На террасной доске из ДПК вам не стоит бояться заноз, а рифленая текстура поверхности предохранит вас от скольжения по мокрой поверхности.

Создали древесно-полимерный композит (ДПК) в Италии. Еще в 1974 году концерн ICMA Сан Джиорджио получил патент на авторство этого стройматериала, для которого создана торговая марка Wood-Stock. Сейчас четко можно увидеть все предпосылки для такой идеи - ведь компания до этого занималась одновременно традиционной деревообработкой и изготовлением полимерных пластиковых изделий. Затратная утилизация отходов обеих отраслей стала проблемой, которую экономично решили объединением обоих направлений. Но тогда новый стройматериал был не просто новинкой, а стоял на грани фантастики, поэтому ему пришлось еще долго заслуживать доверие потребителей.
Технология производства ДПК требует тщательного соблюдения технологического процесса и высокого качества сырья. Процессы доработок и улучшений технологии изготовления, а затем и самого материала затянулись вплоть до восьмидесятых годов. А признание потребителя жидкое дерево получило не в Италии, а на крупнейших автозаводах мира. Сейчас практически каждый имеет дело с ДПК, но даже может не догадываться об этом, ведь большинство салонов автомобилей изготовлены именно из него - древесно-полимерного композита. Очевидны и преимущества ДПК перед деревом, но есть также и ряд недостатков.

Таблица 1. Сравнение свойств деревянной доски и доски из ДПК

Недостатки материалов из древесно-полимерного композита

К недостаткам материалам из древесно-полимерного композита можно отнести следующее:

• в процессе фотостабилизации наблюдается небольшое изменение оттенка изделий из ДПК в первые несколько месяцев эксплуатации;
• более высокая стоимость по сравнению с аналогами из древесины.

Древесно-полимерный композит (ДПК) является смесью, в составе которой имеется полимер (химический или натуральный), а также древесный наполнитель, модифицированный, чаще всего, химическими агентами. Этот материал называют и "жидкое дерево", и дерево-пластиковый композит, и древопласт, и поливуд. Главная особенность такого материала состоит в том, что конечный продукт получается, фактически из отходов производства и потребления, таких как опилки, стружка, древесная мука, сельскохозяйственные отходы и разные виды отходов потребления. Сегодня создаются методы, которые дают возможность применять в процессе производства не первичные, а вторичные полимеры.

Что это такое?

Внешне древесно-полимерный композит с большим содержанием древесины очень похож на МДФ или твердую ДВП, а с малым ее количеством - на пластмассу. Такой материал отлично поддается пилению, строганию рубанком. В него легко вбиваются гвозди. Также его можно красить обычными красками и эмалями, или отделывать синтетическими пленками, натуральным шпоном.

Древесно-полимерный композит является суперсовременным материалом. ДПК обладает всеми лучшими природными свойствами древесины, но при этом лишен таких его недостатков, как склонность к гниению и плесени, горючесть, изъяны поверхности, восприимчивость к влаге.

В составе ДПК присутствует:

• древесная мука (или измельченные щепки), размером от 0,5 до 2 мм
• полимер, в качестве которого может выступать ПВХ, полиэтилен или полипропилен
• аддитивы.

Изготовление экструзионных древесно-полимерных композитов можно назвать одним из самых перспективных направлений в сфере рационального использования остатков лесопильного, мебельного и деревообрабатывающего производств, применения лесоматериалов низкого сорта, растительных отходов, в которых много целлюлозы, вторичных пластмасс для создания высококачественных профильных деталей.

Преимущества древесно-полимерного композита

К основным плюсам такого материала можно отнести:

• доску из ДПК не нужно красить каждый год
• террасная доска во время дождя не скользит, потому что имеет рифленую поверхность
• материал выдерживает колоссальные перепады температурного режима (от -50°С до +50°С)
• высокая прочность. Изделия из этого материала выдерживают большие нагрузки, что дает возможность применять их в качестве настилов даже на автомобильных парковках.

Наиболее популярен ДПК в таких сферах деятельности:

• строительство. В этой отрасли он использует для наружной обшивки домов, создания дверных и оконных профилей, панелей, а также для отделки проемов, фронтонных досок
• ландшафтный дизайн. Из полимерно-древесного композита изготавливают настилы (декинги), тротуары, изгороди, заборы, садовую архитектуру (скамейки, беседки), надворные сооружения, детские площадки. Также им отделывают бассейны и используют как напольное покрытие
• внутренняя отделка. В этой отрасли из ДПК создаются перила, лестницы, ставни, декоративные профиля, отделочные панели, кухонные встроенные шкафы, паркет, офисная мебель, полки, плинтуса, звукоизоляционные панели
• промышленность. Из «жидкого дерева» создают мосты, транспортные поддоны, тару, пирсы, морские сваи и переборки, железнодорожные детали (шпалы), контейнеры для мусора, таблички, вывески.

Декинг, или другими словами террасная доска из древесно-полимерного композита является наиболее современным материалом среди уличных напольных покрытий. Древесная мука и полимер наделяют уникальными свойствами данный материал. Период эксплуатации такой доски достигает 40 лет. Такому материалу необходима ежегодная антисептическая обработка и покраска.

Основные свойства:

• нет скольжения даже в мокром виде
• высокие показатели прочности и износостойкости
• температурный режим от -50 до +80 0С
• не восприимчив к влажности, может использоваться под открытым небом
• не боится ультрафиолетовых лучей, не выцветает, не гниет, не плесневеет.

Сегодня производят такие типы террасной доски:

• шовные, имеют шов от 2 до 6 мм. Они используются на больших площадях, свыше 300 м2, где нужно гарантировать большой отток воды
• бесшовные. Такие доски идеально подходят для летних кафе, в которых нужно сделать монолитное покрытие
• полнотелые используются на пирсах и палубах кораблей
• пустотелые. Эта доска имеет меньший вес, и следовательно, меньшую цену
• с полимером ПВХ. Обладают лучшей износостойкостью, большой устойчивостью к ультрафиолету, прочностью
• с полиэтиленом. Отличается невысокой стоимостью
• шлифованные доски
• брашированные, обработанные щетками, то есть состаренные
• тисненные, имеющие текстурный узор
• эмбоссинг, с фактурой натурального дерева.

Устанавливать доски из ДПК легче, чем деревянные доски.

Производство древесно-полимерного композита

ДПК - является инновационным материалом, технология изготовления которого базируется на смешивании муки, PE, PP, ПВХ и прочих составляющих с помощью особого оборудования, согласно установленным стандартам.

Для того, чтобы создать древесно-полимерный композит необходимо, прежде всего, измельчить древесное сырье. После измельчения древесину нужно тщательно высушить. Далее следует этап четкого взвешивания и отмеривания компонентов. После смешивания всех ингредиентов происходит экструдирование материала. Заключительным этапом производства является обрезка по длине, а также разрезание по ширине.

Схема производства ДПК очень похожа на создание плит ДСП. Однако реализация процесса происходит на оборудовании химического типа, т.е. пластмассовой промышленности. Такие установки довольно компактны, то есть для них не нужно большое помещение. Предприятия, выпускающие ДПК, эффективны даже при малых объемах производства, следовательно, несравнимы с масштабами заводов ДСП или МДФ.

Рынок древесно-полимерного композита

Сегодня мировой рынок ДПКТ пребывает в стадии роста, и каждый год растет примерно на 18-20%. По последним данным даже на американском рынке не наблюдается точка насыщения. В ближайшие годы ожидается бум потребления и производства древесно-полимерных композитов.

Принимая во внимание периоды жизненного цикла рынка, динамику роста потребления и производства в России и других государствах, потенциал российского рынка древесно-наполненных композитов колоссален.

Сфера использования этого материала очень широка. В России главной областью использования является строительство. Также, согласно данным аналитиков, в ближайшие годы древесные композиты будут активно применяться в автомобильной отрасли и в производстве мебели.

Этот материал отличается высокой стойкостью к влиянию внешней среды, перепадам температур, он более долговечен в сравнении с древесиной и древесными плитами. Такие свойства крайне важны в условиях сурового климата большей части нашего государства. Изготовление предметов уличной мебели из ДПКТ (лавок, перил, настилов) отличается более высоким качеством. Вследствие способности древесных полимеров принимать любую форму в ходе производства, мебельщики имеют возможность более широкого применения элементов дизайна и креативных идей во время проектирования мебели.

Строительство на загородном участке не ограничивается исключительно возведением жилого здания. Также сооружаются и сопутствующие строения для отдыха, хранения и подсобных работ, для которых подбирают соответствующие стройматериалы с необходимыми характеристиками.

От материалов, которые используются на свежем воздухе, требуется основательная прочность, долговечность и устойчивость перед воздействием окружающей среды. Поэтому для сооружения таких построек, как террасы, беседки и открытые площадки, выбирают наиболее качественный материал. И в первую очередь это касается напольного покрытия, которое испытывает большую нагрузку в сравнении с остальными элементами строения.

Декинг

Для напольного покрытия строений, расположенных на открытом воздухе, крайне важна надежность материала. Поэтому для изготовления пола, как правило, используются доски из цельного древесного массива. Однако совсем недавно появился новый строительный материал, имеющий лучшие характеристики.

Это террасная доска из ДПК, имеющая все преимущества натурального материала при отсутствии его недостатков. Высокие эксплуатационные характеристики удачно сочетаются с простотой монтажа и отсутствием затрат в процессе использования. Объемы производства ДПК растут ежегодно, так, например, один из лидеров по производству ДПК в России компания Смарт Декинг производила в 2008 году всего 10 000 м2 в год, а на 2016-й уже порядка 60 000 м2.

Производство ДПК предполагает использование двух видов сырья - древесины (в основном это стружка) и полимера. Это сочетание позволило добиться уникальной прочности и долговечности материала.

Что выбрать: декинг из натурального дерева или ДПК?

Чтобы понять, что лучше - древесно-полимерные композиты или цельная древесина, необходимо рассмотреть и сравнить характеристики обоих материалов.

Долговечность досок из ДПК составляет порядка 40-50 лет, в то время как из цельного дерева - примерно 15-20. Но только в случае, если деревянная доска правильно пропитана всеми защитными средствами. При этом дерево требует не только первоначальной обработки лаком или краской, но и периодического обновления покрытия. Террасная доска из ДПК в этом плане не только более удобна, но и выгодна в эксплуатации, так как не требует дополнительного ухода в процессе использования.

Основные достоинства древесно-полимерного композита

Кроме долговечности у ДПК есть ряд дополнительных плюсов, обуславливающих его применения в качестве напольного покрытия строений, располагающихся на открытом воздухе:

Сколько стоит доска из ДПК?

Имеет смысл отдельно упомянуть о стоимости ДПК. Фасадная доска из древесно-полимерного композита на первый взгляд кажется непомерно дорогой. Однако если учесть тот факт, что значительная часть затрат на дополнительные расходные материалы просто не потребуется, в итоге оказывается, что декинг из ДПК довольно выгоден.

К тому же монтаж напольного покрытия настолько прост, что его можно выполнить самостоятельно без привлечения специалиста. Доска укладывается практически на любую подложку за исключением заболоченного грунта. Однако после проведения качественной дренажной системы и эта проблема решается.

Действительно ли это дорого?

Доска ДПК, цена которой несколько выше в сравнении с массивом, прекрасно компенсирует этот недостаток своей устойчивостью к воздействию окружающей среды. Это материал не набухает от повышенной влажности, не выцветает под солнечными лучами и не рассыхается от высоких температур.

Ориентировочная стоимость на древесно-полимерные композиты разнится в пределах 300-470 руб. за погонный метр в зависимости от производителя и марки изделия. Еще одним фактором, влияющим на стоимость доски, является порода дерева, использующаяся при ее изготовлении. Чем ценнее древесина, тем больше сумма, которую придется заплатить за материал для строительства.

Условия эксплуатации доски из ДПК

Даже столь неприхотливый к условиям использования материал имеет свои ограничения в эксплуатации:

• Террасная доска из ДПК не применяется в местах с постоянной высокой влажностью без доступа ветра и солнечных лучей. Декинг в обязательном порядке должен периодически проветриваться. В противном случае даже этот стройматериал может покрыться плесенью.
• Абсолютно неприемлема эксплуатация декинга из композита при постоянном нахождении в воде.
• И последнее ограничение. Не используйте материал в помещениях, где возможен частый и большой перепад температур, например, в парилке. Это может привести к деформации доски.

Надо сказать, что хоть декинг из древесно-полимерных композитов практически не выцветает на солнце, небольшое обесцвечивание все же возможно.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что довольно высокая стоимость террасной доски из древесно-полимерных композитов вполне окупится впоследствии за счет долговечности материала. В то время как покрытие из массива дерева придет в негодность намного раньше. Поэтому с уверенностью можно сказать, что будущее - именно за ДПК.

Древесно-полимерные композиционные материалы (ДПК), предназначенные для переработки методом экструзии состоят из трех основных компонентов:

• частиц измельченной древесина
• синтетических или органических термопластичных полимеров или их смеси,
• комплекса специальных химических добавок (модификаторов) , улучшающих технологические и другие свойства композиции и получаемой продукции, часто называемых также аддитивами.

От традиционных древесно-наполненных пластмасс (ДНП) композитные материалы отличаются высоким (более 50 процентов) содержанием древесины по массе в составе общей композиции и соответствующим ее влиянием на свойства готового продукта. В ДНП древесного наполнителя не много и свойства такой пластмассы определяются, в основном, свойствами полимера. А когда древесины становится больше, то свойства композита определяются уже:

• свойствами матрицы,
• свойствами частиц древесины,
• характером связей между древесными частицами и матрицей,
• структурой полученного композита.

На рисунках ниже показаны три схематических структуры наполненного материала:

Cлабо-наполненный пластик, средне-наполненный композит и высоко-наполненный композит.

Содержание древесины в составе древесно-полимерного композита на основе термопластичных смол может меняться в широких пределах. Большинство американских производителей работают пока с составами, содержащими 50 - 70 % древесины. Европейские разработчики технологий экструзии ДПКТ стремятся получать композиции, содержащие более высокое наполнение древесиной - до 80% и более.

Древесина подвергается измельчению на специальных мельничных установках различного типа и превращается в древесную муку или в древесное волокно. В настоящее время наиболее широко для изготовления ДПК используется древесная мука. Производство древесной муки давно освоено отечественной промышленностью. Она используется как наполнитель пластмасс, сырье для взрывчатых веществ, для микробиопрома и т.д.). Наряду со специально измельченной древесиной в состав ДПКТ могут входить некрупные опилки и шлифовальная пыль.

Перспективным является использование в ДПКТ и древесных волокон по типу применяемых в производстве ДВП, МДФ и бумаги. Древесные волокна получают методом дефибрации, т.е. расщепления древесины на волокна. В некоторых случаях используют готовое волокно из картонных и бумажных отходов (макулатуры). Например, у китайской компании имеется опыт промышленной утилилизации в производстве ДПКТ бумажных молочных пакетов, содержащих одновременно полиэтилен, бумагу и даже алюминиевую фольгу.

Финскими специалистами проверена возможность использования в качестве сырья для изготовления компаунда стандартных древесных топливных гранул (на экструдере типа Conex).

Гранулы проще перевозить и хранить, чем муку

Внешний вид топливных гранул, см. рис 1.

Древесная мука (англ. wood flour, wood meal, нем holzmehl) - изготавливается преимущественно из мягких, не смолистых, пород древесины, например сосны. Вовсе не исключается и применение твердых лиственных пород, только их несколько сложнее измельчать. В нашей стране мука выпускается по ГОСТ 16361-87 "Мука древесная. Технические условия".

За рубежом с успехом изготавливается древесная мука для использования в термопластичных ДПК из оболочек зерен растений (рисовой шелухи, ореховой скорлупы). Американское предприятия Heartland BioComposites LLC недавно освоило применение в качестве сырья пшеничной соломы.

В большинстве случаев размер древесных частиц в композите находится в пределах от 500 до 50 мкм. Частицы древесной муки могут принимать самые разнообразные формы. Отношение длин частиц муки к их ширинам находится в пределах от 1:1 до 4:1.

В мельничных установках в ходе размола выделение нужной фракции муки осуществляется при помощи системы сит или центробежными методами. За рубежом принято обозначать фракцию муки при помощи числа Mesh. По российскому стандарту подразделение древесной муки осуществляется по нескольким маркам.

У древесного волокна (wood fiber) длина зависит от породы древесины: у лиственных пород 1 - 1, 5 мм, у хвойных 3 - 3, 5 мм. Отношение длины к толщине древесного волокна составляет от 1: 10 до 1: 20.

Древесина традиционно используется в механической обработке металлов в качестве шлифующего и полирующего материала, так как обладает заметными абразивными свойствами. Эти свойства сохраняются и у древесной муки. Однако, абразивность древесины ниже, чем у стекловолокна и некоторых др. минеральных наполнителей, используемых в производстве наполненных пластмасс и композитов. Поэтому она считается относительно "мягким" наполнителем.

Скорость абразивного износа оборудования пропорциональна давлению в цилиндре экструдера (и фильере), температуре и скорости движения рабочей смеси относительно поверхности рабочих органов и естественно зависит от состава рабочей смеси (соотношения количества муки и смолы, вида смолы, видов и количества смазочных материалов и др. факторов). В зависимости от стойкости рабочие цилиндры и шнеки экструдеров могут эксплуатироваться 1-2 года до замены или ремонта.

Насыпная плотность древесной муки и волокна может колебаться в пределах 100 - 300 кг/ м3. Влажность муки в поставке желательно иметь не более 8 %. В готовом композите влажность древесных частиц должна быть, как правило, менее 1 %. Чем меньше влаги в структуре материала, тем более он устойчив ко внешним воздействиям.

Существуют различные и иногда противоречивые мнения, относительно применения различных пород древесины и размеров частиц.

Отметим очевидные вещи:

• в исследованиях изучено влияние размеров частиц на механические свойства композитов, однако оно не очень велико;
• слищком мелкие (пыль) и слишком крупные частицы ухудшают прочность композита, однако это не всегда критично для готового изделия;
• крупные частицы снижают производительность подготовительного оборудования в силу их малой насыпной плотности;
• при плотности композита, приближающейся к 1,4 г/ куб.см, т.е. к истинной плотности древесины, порода древесины уже не имеет принципиального значения.

Композит, изготовленный из крупных частиц будет иметь более зернистую поверхность, подобную поверхности древесно-стружечной плиты и это может требовать шлифования, применения утолщенной облицовки и (или) отделки поверхности изделий. Например, из опыта мебельной промышленности, зернистость профилей, изготовленных фрезерованием из древесно-стружечной плиты не всегда удается скрыть при облицовывании дорогими декоративными пленками на основе пропитанных смолами бумаг общей массой до 130 г на 1 кв метр. А для облицовывания профилей из МДФ, обладающей мелкой равномерной структурой, могут успешно применяться более дешевые декоративные пленки массой менее 80 г на 1 кв.м. Кроме того, крупные частицы древесины, особенно находящиеся вблизи поверхности изделия более подвержены воздействию влаги и повреждению под воздействием неблагоприятных факторов внешней среды.

Очень мелкие пылевидные частицы (менее 50 мкм) имеют большую удельную поверхность и в силу этого требуют использования большего количества смолы для образования полноценной полимерной матрицы.

Примечание. В настоящее время проводятся исследования по использованию в композитных материалов микроцеллюлозы. Но это скорее будет уже друглй класс материалов, т.н. нанокомпозиты.

Окончательное превращение рабочей смеси в композитный материал происходит постепенно по зонам экструдера и в фильере. Полимер должен охватить всю поверхность частицы древесной частицы, внедриться в ее поры и тем самым обеспечить плотное молекулярное взаимодействие между древесиной и полимером. Это существенно отличает процесс экструзии ДПК от процесса экструзии обычных пластмасс, т.к. древесина плохо смачивается расплавом полимера. Интенсифицировать процесс смачивания за счет повышения температуры в экструдере сложно вследствие опасности тепловой деструкции древесины, полимера и возгорания смеси (при температуре более 200 град. С).

Поэтому, с точки зрения качества получаемой продукции и производительности процесса - очень важен технологический уровень применяемого оборудования и состав рецептуры смеси (качество базовой смолы, вид и количество вводимых в рецептуру добавок - модификаторов).

Примечания:

1. Технологическими и физико-механическими свойствами близкими к древесно-полимерным композитам являются композиционные материалы, получаемые на основе и других растительных волокон, например: пенька (Hemp), лен (Flax), сизаль (Sisal), кенаф (Kenaf) и др. волокнистых растений.

Растительные волокна могут вводиться в состав ДПК и одновременно с древесными волокнами. Применение недревесных волокон растительного происхождения особенно активно разрабатывается сейчас в странах Юго-Восточной Азии, в частности в Китае. Подробнее о волокнах см. специальное приложение и библиотеку Биокомпозиты.

2. При внешней простоте идеи производства ДПК, сама конструкция вещества древесно-полимерного композита имеет очень сложную структуру. Не менее сложны для описания и химические, физические и механические процессы технологии производства экструзионных ДПК. Эти сложности определяются сложностью и неоднородностью самой древесины.

С большим или меньшим успехом, в производстве ДПК могут использоваться любые термопластичные полимеры, однако на практике сейчас используются, в основном, четыре вида термопластичных смол: полиэтилен (PE), полипропилен (PP), поливинилхлорид (PVC) и, в меньшем количестве, полистирол (PS). На диаграмме (рис.4.2.) отражены существующие соотношения применения различных смол и наполнителей и прогноз на ближайшие годы.

Рис.2. Состояние и прогноз применяемости базовых смол и наполнителей в производстве композитов

Таким образом, на первом месте по применяемости находится полиэтилен (высокой и низкой плотностей) , затем следует ПВХ и полипропилен. Однако, в Европе наболее перспективным считают полипропилен. В частности, немецкая фирма Advanced Extruder Technologies AG (изготовитель оборудования для экструзии ДПК) указывает на следующие оптимальные соотношения наполнение композита древесиной для различных типов базовых смол:

• на основе ПВХ - 60 %
• на основе полиэтилена - 70 %
• на основе полипропилен - 80 % и более.

Существенный рост предполагается по всем видам композитов, но начиная с 2003 особенно быстро увеличивается применение, в качестве основы композита, и других (не древесных) растительных волокон.

Наряду со смолами заводского изготовления, поставляемых в виде суспензии или гранул, ряд американских компаний используют в производстве ДПК пластиковых промышленных и бытовых отходов (упаковочной пленки, бутылок и т.п.), подвергаемых мытью, сушке и измельчению.

Проводятся эксперименты и по использованию в термопластичных ДПК других промышленных термопластов - АБС-пластика, полиамидов (капрона, нейлона), поликарбонатов, полиэтилентерфталата и др. в первичных формах и отходов.

Ориентировочные соотношения мировых цен на сырье (в английских фунтах за тонну, март 2003 г), используемое в производстве ДПК приведено в табл. 4.1

Данная таблица хорошо иллюстрирует экономическое существо интереса к проблемам производства древесно-полимерных композитов и объективных тенденций в развитии и совершенствовании их технологии производства. Следует иметь ввиду, что текущие цены на базовые смолы на мировом рынке сильно зависят от цен на нефть и подвержены значительным колебаниям.

В производстве древесно-полимерных композитов применяются следующие виды добавок - модификаторов: связующие агенты, смазочные материалы, антимикробные добавки, антиокислители, вспенивающие агенты, пигменты, огнезащитные аенты, противоударные модификаторы, светостабилизаторы, температурные стабилизаторы и др.

Эти добавки используются при экструзии и литье обычных наполненных и ненаполненных пластмассовых профилей и примерно с теми же целями, но соотношение их в сочетаннии с древесиной несколько меняется. В первую очередь это относится к связующим агентам, смазочным материалам, и, при необходимости, - к противоударным модификаторам. Добавки поставляются по отдельности, или в виде комплексов (как поливитамины, - все в одной грануле).

Древесина, в отличие от минеральных наполнителей для пластмасс, обладает не очень высокой адгезией к базовым смолам, особенно - к полиолефиновым. Это можно обьяснить очень сложной формой поверхностей ее частиц, затрудняющей процесс смачивания ее расплавленным полимером, а так же ее химическим составом. Это обстоятельство предъявляет к подбору добавок и к конструкции экструдера повышенные требования. На фотографиях ниже показаны 2 образца древесно-полимрной смеси (электронный микроскоп, 200-кратное увеличение, соотношение 60% полипропилена, 40% древесной муки).

На левой фотографии отчетливо видны многочисленные незаполненные полимером пустоты. На правом образце структура материала цельная. Именно это делает материал - композитом, в котором работает и полимерная матрица и древесина. Улучшение структуры обеспечено включением в состав материала специального связующего агента, обеспечивающего хорошую связь между частицами древесины и смолы.

Схематически характерные дефекты структуры композита показаны на двух рисунках ниже

На левой схеме синим цветом выделены незаполненный смолой отдельные пустоты. На правой схеме показано образование агломератов, составляющихся из нескольких не склееных друг с другом древесных частиц. Наличие таких дефектов, особенно на поверхности изделий, приводит к снижению прочности и долговечности материала.

Конкретные рецептуры древесно-полимерных композитов разрабатываются применительно к заданным продуктам, применяемым базовым смолам и технологическим процессам. Они часто являются производственным секретом фирмы-изготовителя конкретных изделий или предметом лицензии поставщика технологии или оборудования.

Важным направлением в области разработок современных рецептур экструзионных ДПК, являются поиски в области использования в их составе природных, т.е. биологических полимеров. Успешным достижением в этой сфере стало использование крахмалистых веществ, например - кукурузной муки (материалы типа Fasal - Fasalex). Активно проводятся исследования по применению лигнина (отходы целлюлозного производства), отходов кожевенной и мясомолочной промышленности и т.д. Есть сведения об исследованиях российских специалистов о возможности применения хвойной смолы - живицы в качестве одного из компонентов экструзионных ДПК.

Внешний вид древесно-полимерных композитов.

В естественном виде ДПК с высоким содержанием древесины более всего напоминает МДФ и или твердую ДВП, см рис.3. Он может окрашиваться в массе или подвергаться лакокрасочной отделке обычными красками и эмалями, или облицовываться синтетическими пленками или натуральным шпоном. На ощупь композит теплый, иногда слегка маслянистый.

Существует технология покрытия ДПК тонким облицовочным слоем пластмассы, или даже нескольких пластмасс непосредственно в процессе его выдавливания в экструдере. Эта технология, широко распространенная в пластиковой индустрии называется со-экструзия или ко-экструзия.

Однако, если при изготовлении компаунда использовались древесные частицы крупных фракций, то поверхность изделия будет ближе по внешнему виду к поверхности древесностружечной плиты. Такие профили выпускаются, например, голландской компанией Tech-Wood.

Термопластичные ДПК имеют слабый запах древесины (опилок).

Физические и механические свойства композитов

Плотность экструзионных композитов может находится в пределах 1000 - 1400 кг/м3. Плотность изделий может быть снижена при использовании специальных вспенивающих агентов до 700-900 кг/м3, но вспенить можно только полимерную матрицу.

Примечания:

1. Плотность композита зависит от плотности используемой базовой смолы и применяемых аддитивов и их количества и плотности частичек древесины. В ходе компаундирования и экструзии под воздействием высокого давления и темературы частички древесины уплотняются, - вплоть до значения 1400 кг/м3, т.е. достижения истинной плотности древесины, свободной от пор и др. пустот.
2. Истинная плотность древесины практически не зависит от ее породы.
3. Изучаются вопросы применения в ДПК полых микронаполнителей (пластиковых и стеклянных микросфер).

Прочностные свойства ДПК в значительной степени зависят от вида базовой смолы, см. табл. 2.

Однако, управлением составом композита и технологическим процессом можно в значительной степени улучшить его прочностные и др. свойства.

Рассмотрим свойства ДПК на примере трех конкретных модификаций выпускаемых под маркой "Fasal" разработанных с применением в качестве базовой смолы полипропилена австрийской фирмой " Austel research and development" Gmbh и продаваемых фирмой "Fasalex ", Австрия, см. табл. 3.

В композиции, предлагаемой фирмой Strandex , США, в качестве базовой смола используется полиэтилен и его отходы. Твердые и мягкие породы древесины считаются приемлемыми, а так же другие целлюлозные волокна, такие как солома, лен, рисовая шелуха, арахисовая шелуха, бамбук, кенаф и пр. Размер частиц 425 микрон (40 mesh) и менее. Допускается большое содержание более мелких частиц (200 mesh и мельче), включая шлифовальную пыль. Плотность композита составляет 0,98 - 1, 2 кг/дм3. Композит и технология запатентованы и продаются по лицензии вместе с фильерами. Стоимость одной фильеры более 20 000 долларов США, стоимость лицензии (по некоторым данным) более 1 млн. долларов.

Однако в использовании отходов ДСТП и МДФ существует серьезная проблема. Она связана с возгонкой паров формальдегида из фенольных смол, которые содержатся в этих плитах.

Примечание. Хотя прочность термопластичных ДПК при испытаниях находится на уровне природных древесных материалов, их реальная эксплуатационная прочность во многих случаях существенно выше, т.к. изделия, изготовленне из ДПК, не имеют естественных пороков, присущих древесине (сучков, трещин, свилеватостьи и т.п.), не изменяют своей прочности при увеличении влажности и не поражаются грибками и бактериями.

В начале освоения производства ДПК технологи старались обеспечить максимальную биостойкость изделий. И эта задача была решена.В частности, ряд фирм-изготовителей ДПК предоставляют гарантии на 10, 25 и 50 лет эксплуатации готовых изделий на улице, т.е. самой высокой устойчивости к воздействию влаги, света, грибков и насекомых без специальной защиты. Большинство производимых ДПК могут принимать в себя небольшое количество (0,1 - 4 %) влаги не теряя при этом формы и прочности и восстанавливать прежние свойства при высыхании.

Новым направлением в производстве ДПК, является создание рецептур легко утилизируемых биоразлагаемых ДПК с пониженной биостойкостью. Они предлагаются, например, фирмой Fasalex, - как экологически безопасные по всему жизненному циклу (указанные выше композиции Fasal F 134 и F 386) .

Необходимо отметить, что не смотря на уже солидный производственный опыт и многочисленные уже проведенные исследования, в сфере древесно-полимерных композиций существует еще огромное количество неисследованых направлений. С одной стороны это связано с бесконечными возможностями химии полимеров, а с другой обьясняется молодостью самой этой новой отрасли промышленности.

Способность к обработке

Изделия из ДПК обрабатываются теми же инструментами, что и древесина. ДПК легко пилятся, строгаются, сверлятся, шлифуются и т.п. Очень хорошо удерживает гвозди, скобы, шурупы, см. рис. 4.

Многие рецептуры композитов поддаются склеиванию. Некоторые рецептуры можно сваривать, подобно пластмассе. Уже освоена практика гнутья изделий профильных изделий после нагрева, подобно пластмассовым профилям и т.п.

Рис.4.Обработка древесно-полимерных композитов

ДПК не очень легко воспламенимы, особенно, - если они выполнены на основе поливинилхлоридной смолы.

Интересным направлением в использовании экструзионных ДПК является совместное применения ДПК профиля и металлического проката. В этом случае в полость профиля вставляется стальная труба, полоса и т.п. Металл принимает на себя полностью или частично силовую нагрузку, а профиль выполняет декоративные, защитные и другие функции.

Пока не существует принятой стандартизированной классификации термопластичных ДПК.

В этой статье мы расскажем, как можно сделать популярный строительный материал под названием жидкое дерево своими руками, а также опишем все его достоинства.

Любой домашний умелец знает, что изделия из древесины боятся негативных воздействий разнообразных эксплуатационных факторов, что снижает срок их службы. При этом дерево любимо многими людьми и профессиональными строителями. Оно экологичное, великолепно выглядит, заряжает человека положительной энергией, обладает множеством других достоинств.

Изделие из жидкого дерева

По этим причинам специалисты достаточно долго пытались придумать заменитель натуральной древесины, который бы визуально и по физическим свойствам ничем не отличался от дерева, превосходя последнее по своему качеству и стойкости к влиянию природных явлений. Исследования завершились успехом. Современная химическая промышленность смогла создать уникальный материал – жидкое искусственное дерево. Оно буквально ворвалось на строительные рынки всего мира. Сейчас такое дерево продается под аббревиатурой ДПК (древесно-полимерный композит). Интересующий нас материал изготавливается из следующих компонентов:

1. Измельченная древесная основа – по сути, отходы обработки натурального дерева. В том или ином композите их может содержаться от 40 до 80 %.
2. Термопластичные химические полимеры – поливинилхлориды, полипропилены и так далее. С их помощью древесная основа собирается в единую композицию.
3. Добавки, называемые аддитивами. К таковым относят колоранты (окрашивают материал в требуемый оттенок), лубрикаторы (увеличивают стойкость к влаге), биоциды (защищают изделия от плесени и насекомых-вредителей), модификаторы (сохраняют форму композита и обеспечивают его высокую прочность), вспениватели (позволяют снизить массу ДПК).

Указанные компоненты смешивают в определенных пропорциях, сильно нагревают (до тех пор, пока состав не станет жидким), производят полимеризацию смеси, а затем подают ее в особые формы под высоким давлением и охлаждают. В результате всех этих действий получается композиция, которая обладает гибкостью и отличной коррозионной устойчивостью, упругостью и ударопрочностью. А главное – ДПК имеет волшебный аромат натуральной древесины, а также цвет и текстуру, идентичную настоящему дереву.

Надеемся, что из нашего короткого обзора вы поняли, как производится жидкое дерево, и разобрались, что это такое. Описываемые древесно-полимерные изделия характеризуются рядом эксплуатационных преимуществ. Приводим основные из них далее:

• повышенная устойчивость к повреждениям механического плана;
• стойкость к температурным перепадам (эксплуатировать изделия из ДПК можно и при +150 °С, и при -50°);
• высокая влагостойкость;
• легкость самостоятельной обработки и монтажа (для этих целей применяют инструмент, которым работают с натуральным деревом);
• длительный срок службы (минимум 25–30 лет);
• большой выбор цветовых решений;
• стойкость к грибку;
• простота обслуживания (композит легко моется, его можно циклевать, лакировать, окрашивать в любой цвет).

Украшение из деревопластика

Важным достоинством деревопластика является и то, что он имеет вполне доступную стоимость. Достигается это за счет использования при производстве ДПК продуктов вторичной переработки (измельченная фанера, опилки, стружка). Недостатки в рассматриваемом нами материале найти сложно, но они есть. А как без этого? Минусов у деревопластика всего два. Во-первых, при его использовании в жилых комнатах необходимо обустраивать качественную вентиляцию. Во-вторых, ДПК не рекомендуется применять в случаях, когда в помещении одновременно и постоянно присутствует высокая влажность и повышенная температура воздуха.

Особые характеристики композита из древесины и пластика позволяют изготавливать из него различные строительные изделия. Этот материал идет на производство наружного сайдинга, гладкого, пустотелого, рифленого и сплошного декинга (иначе говоря – террасной доски). Из ДПК делают шикарные балюстрады, вычурные перила, надежные заборы, роскошные беседки и множество других конструкций. Деревопластик позволит вам роскошно обустроить интерьеры в жилом помещении и сделать свой загородный участок по-настоящему красивым.

Стоимость описываемого композита зависит от того, какой полимер используется для его изготовления. Если производитель делает ДПК из полиэтиленового сырья, цена на готовую продукцию будет минимальной. Но стоит заметить, что такие изделия не обладают стойкостью к ультрафиолету. А вот поливинилхлоридные полимеры придают деревопластику высокую стойкость к огню и УФ-лучам, а также делают его очень долговечным. Изделия из ДПК (в частности, декинг) принято делить на бесшовные и со швами. Первые монтируются без кляммеров, саморезов и других метизов. Такие доски просто-напросто сцепляются друг с другом, формируя прочную сплошную поверхность.

Древесно-пластиковый материал

А вот для установки изделий со швами необходимо использовать пластиковый либо металлический крепеж (чаще всего в роли такового выступают кляммеры). ДПК-плиты или доски могут быть пустотелыми и полнотелыми. Для обустройства веранд частных домов лучше использовать изделия с пустотами. Они легкие, работать с ними самостоятельно очень просто. Полнотелый деревопластик, который способен выдерживать существенные нагрузки, больше подходит для укладки в общественных местах (набережные, летние рестораны и бары, корабельные палубы), где отмечается высокая проходимость людей.

При выборе досок из ДПК обращайте внимание на толщину их стенок (она должна быть не менее 4–5 мм), высоту ребер жесткости (чем они выше, тем более надежными в эксплуатации будут изделия) и их количество (чем больше ребер, тем прочнее получается конструкция).

Также следует разумно выбирать ширину композитных панелей и досок. Здесь нужно понимать один момент. Ч ем более широкие изделия вы купите, тем легче вам будет с ними работать, ведь для монтажа таких досок потребуется ощутимо меньше креплений. Еще несколько полезных советов для вас. Уточняйте у продавцов, из каких опилок изготавливался ДПК. Если для этих целей производитель использовал хвойную древесину, лучше поищите другой материал. Почему? По той причине, что композиты на хвойной основе считаются пожароопасными. Да и прочностные характеристики таких изделий оставляют желать лучшего. ДПК на базе отходов переработки лиственных деревьев лишены указанных недостатков.

В случаях, когда на композитных панелях (досках, плитах) хорошо видны светлые прожилки либо участки, эксплуатационная надежность изделий будет низкой. Вероятнее всего, производитель применял древесную муку невысокого качества, да, к тому же, плохо перемолотую. Такие панели, как правило, имеют малый показатель водостойкости. Использовать их на улице нельзя. О недостаточном качестве ДПК говорит и наличие на его поверхности неоднородного окраса (разводы, хорошо заметные переходы оттенков).

А теперь самое интересное. При желании вы вполне можете в домашних условиях изготовить своими руками достойный аналог ДПК. Самодельный деревопластик производится из опилок и обычного ПВА-клея и используется для восстановления паркетной доски, ремонта ламината на полу, реставрации других деревянных покрытий. Также его можно применять для изготовления грубых настилов для полов в беседках и в помещениях вспомогательного назначения.

Кмпозитный материал из опилок и клея

ДПК делается своими руками по следующей схеме:

1. Измельчаете древесные опилки в кофемолке или ручной кухонной мельнице до состояния пыли.
2. Добавляете к измельченным опилкам ПВА-клей (пропорции – 30 к 70 %) и перемешиваете эти компоненты до момента, пока у вас не получится смесь с консистенцией пасты.
3. В сделанный состав наливаете краситель (рекомендуется использовать добавки, применяемые для обыкновенной водоэмульсионной краски). Еще раз все перемешиваете.

Вот вы и изготовили самодельный деревопластик! Смело заполняйте таким составом дыры в деревянных полах. После застывания ДПК отреставрированный участок нужно будет лишь отшлифовать, используя наждак с мелким зерном. Состав, сделанный своими руками, можно применять и для обустройства новых полов. Соберите , изготовьте домашний ДПК в нужных количествах и залейте им опалубочную конструкцию. Толщина самодельных досок в данном случае должна равняться не менее 5 см. Дерзайте!