Древесно-полимерный композит (ДПК): характеристики и сферы применения материала. Характеристики древесно-полимерных композитов

Современное направление при строительстве беседок, террас, бань, дачных домиков ориентировано на применение натурального дерева. Но технические характеристики древесины не позволяют длительное время противостоять влаге, перепаду температур и другим внешним факторам.

Вопрос альтернативного материала стал настолько остро, что в короткие сроки был создан аналог природному сырью, но с более устойчивыми показателями – древесно-полимерный композит.

Состав древесно-полимерного композита

Основными компонентами при производстве композита являются:

— полимеры с термопластичными показателями (ПЭ, ПП, ПВХ);

— измельчённая древесина практически до состояния муки;

— модификаторы (химические вещества), которые добавляются для улучшения технических и эксплуатационных характеристик.

Присутствие в составе химических веществ не превышает 5% от общей массы, что делает использование материала абсолютно безопасным для здоровья людей.

Технические характеристики древесно-полимерного композита

По свойствам композит напоминает нечто среднее между деревом и пластиком, сочетая только положительные качества. Его свойства облегчают монтаж и обработку, а прочность существенно продлевает период эксплуатации. К отличительным характеристикам относятся:

Читайте также: Ондулин (фото): характеристики, плюсы и минусы, особенности монтажа

Широкий температурный рабочий диапазон (от -40 до +70 градусов);

Эластичность (можно придать различную форму);

Влагостойкость;

Прочность (500 кг на 1 м. кв.);

Экологичность;

Устойчивость к ультрафиолетовым лучам и агрессивным средам.

Преимущества ДПК

Отсутствие микробиологических процессов;

Пожаробезопасность;

Устойчивость к влаге, ультрафиолету и другим внешним факторам;

Обладает повышенной механической прочностью;

Простая обработка и монтаж;

Не выделяет токсических веществ;

Широкая область применения;

Несложный уход;

Ассортиментная линия представлена на выбор различными оттенками и фактурами.

Недостатки ДПК

Применение композита обязывает обустройство помещения хорошей вентиляционной системой;

Плохо переносит сочетание сразу двух факторов: высокой температуры и влажной среды;

Высокая стоимость.

Область применения ДПК

Древесно-полимерный композит активно применяется в разных сферах производственной деятельности. Его используют во внутренней отделке авто и водного транспорта, для обустройства пирсов, причалов, бортиков бассейнов. Ещё большее признание материал получил при строительстве беседок, помостов, ограждений. В частном строительстве композит применяется для возведения бань, террас, садовых дорожек. Даже в многоквартирных домах полимерная древесина используется для оформления балконов, лоджий, ванных комнат. Лёгкий по весу и обработке материал достойно заменяет вагонку и сайдинг. А способность принимать разные формы позволяет реализовывать интересные дизайнерские решения при оформлении конструкции.

Читайте также: Использование лего-кирпича (фото) в строительстве

Виды изделий из композита

Декоративные отделочные элементы (штакетники, перила, коробки, лаги и др.);

Нащельники (используются для закрытия монтажного шва в оконных и дверных проёмах);

Сайдинг (облегчённый облицовочный материал);

Декинг (доска повышенной прочностью, применяемая в качестве основного строительного элемента).

Правила монтажа древесно-полимерного композита

Существуют нюансы, которые следует соблюдать при работе с материалом. Это поможет избежать неприятных сюрпризов в процессе эксплуатации.

Укладку нужно производить только при плюсовых температурах.

При монтаже декинга оставлять вентиляционные зазоры между досками и под конструкцией.

Следует исключать прямой контакт композита с грунтом.

Перед укладкой нужно составлять схему конструкции для своевременной комплектации необходимых соединительных элементов.

Материал перед обработкой должен адаптироваться к местным условиям. Для этого после распаковки его нужно оставить на 36 часов для подготовки.

Если композит используется в качестве настила, необходимо предусмотреть систему отвода осадков. Обычно конструкция выполняется под небольшим уклоном. Если укладка производится на монолитное покрытие, в досках проделываются специальные штробы, предназначенные для отвода воды.

Современные материалы помогают нам создавать уют и неповторимый интерьер в доме. Строительный рынок всех времен всегда предлагал отделочные материалы из натуральной древесины. Они не только позволяют сделать дом красивым и теплым, а еще и экологичным, безопасным для здоровья. Совсем недавно выбор деревянных изделий пополнился таким материалом как древесно- полимерный композит (ДПК).

Что такое древесно-полимерный композит?

Уже из самого названия можно догадаться о природе этого материала. Он сочетает в себе древесный наполнитель и полимер, происхождение которого может быть натуральным или химическим. ДПК таким образом объединяет самые лучшие свойства и пластика и древесины. Как правило, дерево изменяется химическими добавками.

Древесно-полимерный композит довольно часто заменяют синонимами – жидкое дерево, древесно-пластиковый композит, древопласт, древотермопласт. На импортных упаковках вы встретите надпись wps, которая расшифровывается как wood plastic composite или wood polymer composite.

Непосредственно технология выпуска ДПК в промышленных количествах появилась не так уже и давно, хотя исследования и разработки в этой области проводились долгое время. За счет создания специальных добавок древесно-полимерный композит стал почти, что идеальным отделочным материалом. Он очень хорошо противостоит воздействию влаги, не требует дополнительной покраски, не поддается разрушающему действию бактерий, насекомых, хорошо переносит механические повреждения. Наряду с этими важными характеристиками стоит отметить и тот факт, что ДПК монтируется без особых усилий. И что особенно радует, так это то, что для его укладки совсем не обязательно нанимать специалистов.

Древесно-полимерный композит не боится резких перепадов температуры и стойкий к возгоранию. Свои технические характеристики и свойства ДПК сохраняет при температуре от –50°С до +80°С и даже выше. Вот поэтом такой материал отлично сгодится для изделий, которые будут размещаться в бане, сауне или же на балконе, террасе, которые лишены отопления.

Как и из чего делают ДПК?

Обычная схема производства ДПК следует таким пунктам:

Измельчение древесины;
- просушивание измельченной древесины;
- дозирование необходимых компонентов;
- смешивание всех компонентов;
- подвержение состава прессованию для создания необходимого изделия;
- окончательная обработка полученного материала (обрезка на необходимую длину или ширину).

В принципе общие черты производства схожи с изготовлением ДСП. Разница заключается в применяемом оборудовании. Для производства древесно-полимерных композитов используется оборудование в большей степени химического типа, то есть то, которое используют в пластмассовой промышленности.
По своим свойствам древесно-полимерный композит не отличается от деревянных, пластиковых материалов или керамической плитки. Этот материал собрал в себе все позитивные качества изделий из натуральной древесины, но при этом лишен многих недостатков, присущих ей (высокая степень горючести, подвержена гниению, поражению плесенью, легко поддается механическим воздействиям).

Состоит ДПК из древесной муки или же щепок, оставшихся от обработки хвойных пород деревьев, полимерного материала и аддитивов. В составе композита могут также содержаться и иные растительные волокна (лен, пенька, кенаф, сизаль, скорлупа орехов или рисовая шелуха, даже солома). В качестве полимерного компонента используют разные составляющие в виде термопластических полимеров или их смесей. Но на самом деле используются всего лишь три вида термопластичных смол. Это может быть поливинилхлорид (ПВХ), полипропилен, полиэтилен. Отличаются эти составляющие не только по своей структуре, но и по количеству, в котором они добавляются. Так ПВХ добавляют ровно в таком же количестве, что и деревянной составляющей, полиэтилен берут в соотношении 70 % к 30% дерева, а полипропилена – 60 % к 40. Как видим, любое изделие из древесно-полимерного композита состоит из древесины в большей или меньшей степени. И ясное дело, чем ее процентное соотношение выше, тем материал ближе к натуральному.

Чтобы придать материалу какие-то дополнительные качества, в его состав добавляют также стекло или металл. Также в состав композита вводят и различные модифицирующие добавки – средства с антимикробным действием, антиокислители, связующие и поверхностно-активные вещества, смазочные материалы, стабилизаторы температуры, огнезащитные и противоударные средства, пигменты, светостабилизаторы. В качестве связующих полимеров используют не только первичные полимеры, но и вторичные. Это крахмалы из зерновых культур, отходы бумажного и кожевенного производства и прочие. Это позволяет создавать композиты, которые впоследствии легко утилизируются и поддаются биологическому разложению. Также могут добавляться вспенивающие компоненты, которые снижают плотность будущего композитного материала. Из состава указанных компонентов по инновационным технологиям производят гранулы сырья, из которых в дальнейшем и получают конечный продукт, то есть древесно-полимерный композит.

Изделия из древесно-полимерного композита изготавливают двумя методами – литьем и непрерывной экструзией. Технология производства допускает использование древесины низких сортов и пластмассу после вторичной переработки использованных изделий. Из этих отходов выпускают детали для мебели высокого качества и очень прочные отделочные материалы. Это позволяет поставить производство древесно-полимерного композита в разряд одних из самых рациональных и перспективных способов использования отходов от деревообрабатывающей промышленности. Что характерно для ДПК, так это его повторное участие в процессе создания того же ДПК.

Как работать с ДПК?

Это композитный материал, который в своем составе имеет древесину. По внешнему виду ДПК больше похож на МДФ или твердую ДВП. Если древесины в нем меньше, то внешне материал будет напоминать пластмассу. В монтажных работах такой материал очень хорошо применять, поскольку он легко распиливается, сверлится и обрабатывается рубанком. Иными словами инструменты для работы с ним нужны те же, что и для деревянных материалов. Особо ценным свойством изделий из древесно-полимерного композита является возможность их сгибания в прогретом состоянии как деталей из пластика. Некоторые изделия можно подвергать склеиванию или сварке, опять же, как пластмассу. В изделие из древесно-полимерного композита запросто вбиваются гвозди, вы можете покрасить поверхность из такого материала, если захотите изменить цвет. Для этого вам понадобится обычная лакокрасочная продукция. Также изделия из ДПК можно облицевать синтетической пленкой или натуральным шпоном.

Если вы хотите продлить срок службы рабочей поверхности, то лучше выбирать не натуральную террасную доску, а доску из ДПК. Но это в том случае, конечно, если у вас нет категорического желания использовать только натуральную древесину.

Спектр применения изделий из ДПК

Из древесно-полимерного композита в дальнейшем производят разные виды настенных панелей, вагонки, мебель для саун и улицы (лавочки, качели и прочее). И это далеко не предел использования материалов из ДПК. В автомобильном строительстве из них производят внутренние панели, прокладки для дверей и крыш, коробы. Полы грузовиков, спинки сидений, подъемные полки. Как строительные элементы изделия из ДПК можно узнать в кровлях, оконных и дверных профилях, настилах, штакетниках, других аксессуарах. Для потребительского применения изготавливают такие изделия, как различные садовые конструкции, садовую мебель, ограды, оборудование для детских и спортивных площадок и прочее.

Изделия из древесно-полимерного композита могут успешно заменять материалы из натуральной древесины, а также быть альтернативой использования изделий из ПВХ, конкретно – сайдинг для наружных отделочных работ, настенные панели, террасная доска.

Однако на сегодняшний день самую большую популярность завоевал декинг или террасная доска. Это доски из ДПК, которые предназначаются для покрытия пола на террасах, площадках возле бассейна, для садовых дорожек. В принципе стелить декинг можно и в жилом помещении, однако изначально он разрабатывался как материал для внешних отделочных работ, то есть способен выдерживать суровые климатические условия. Поскольку декинг хорошо противостоит воздействию влаги, то его можно применить для напольного покрытия в ванной, санузлах.

Поверхность террасной доски очень приятна для ног, а рельеф на ней не позволяет поскользнуться даже на влажной доске. Однако специальные бороздки делаются еще и для того, чтобы в значительной мере улучшить отвод воды от самой доски.

Насыщенность строительных рынков изделиями из древесно-полимерного композита позволяет оценить их во всех проявлениях. При всех своих достоинствах древесно-полимерный композит имеет один важный недостаток, который в значительной степени тормозит активность со стороны покупателей. Это высокая стоимость ДПК. Однако она в полной мере оправдывает себя производственными затратами и в какой-то мере постепенно снижается.

Древесно-полимерный композит является одним из популярных видов древесных композитов, который совмещает достоинства древесины и пластика. Вместе с этим недостатков натуральной древесины материал лишен. Каждому знакомы предшественники этого материала, среди них следует выделить:

Почему стоит выбрать ДПК?

Эти материалы состоят из стружки или опилок, а также связующего вещества. По сравнению с натуральной древесиной они стоят дешевле, а по отдельным показателям превосходят свой натуральный аналог по характеристикам, что определяет направление их использования.

Особенности производства

Древесно-полимерный композит стал результатом новых разработок. Этот материал является инновационным, он принадлежит к новому поколению и характеризуется широкой областью использования. В своем составе он имеет древесную муку, модификаторы и термопластичный полимер. Мука может быть заменена отходами сельскохозяйственной переработки, что позволяет удешевить продукцию. Что касается модификаторов, то они необходимы для того чтобы придать изделию особые свойства. Мука и полимер используются в соотношении, которое зависит от класса и производителя материала.

Наиболее дешевый вариант содержит 70 % муки и 30 % полимера, что делает материал гидрофильным, более хрупким и менее износостойким. Если же применить равное соотношение, то удастся получить материал с оптимальными свойствами. Древесно-полимерные композиты могут содержать 40 % муки и 60 % полимера, что сказывается на эстетических свойствах материала. ДПК внешне выглядит как пластик, но получается более прочным и устойчивым к воздействиям внешних факторов. В составе имеются химические добавки в виде модификаторов, их наличие не сказывается на экологичности, ведь количество не превышает 5 %.

При изготовлении используется экструзия, которая предусматривает получение изделия из полимера методом продавливания в расплавленном виде через формующее отверстие машины, последняя называется экструдером. Реже древесно-полимерные композиты изготавливаются по методу литья под прессованием и давлением в формах.

Основные характеристики и область использования

Материалы из древесно-полимерного композита предназначены для обустройства объектов, которые подвергаются воздействию внешней среды. Если эксплуатация будет проводиться под открытыми лучами солнца и при повышенной влажности, то композитная доска должна обладать особыми свойствами. Это касается и тех условий, если она будет использоваться при колебании температуры.

Доска из древесно-полимерного композита имеет длительный срок эксплуатации даже в условиях экстремального климата. Она готова прослужить от 15 до 50 лет. Материал обладает следующими качествами:

износостойкость;
устойчивость к ультрафиолету;
влагостойкость;
высокая прочность;
устойчивость к перепадам температур;
невосприимчивость к вредителям и плесени;
отсутствие необходимости специального ухода;
устойчивость к агрессивным растворам;
возможность восстановления после сильного загрязнения;
высокая огнестойкость;
удобный монтаж и демонтаж;
экологическая безопасность;
хорошая теплопроводность;
высокие эстетические качества.

Что касается износостойкости, то материал устойчив к царапинам и истиранию. На нем отсутствуют занозы, его можно использовать даже в местах с максимальной проходимостью. В таких условиях покрытие сохраняет первоначальный вид. Материал не разрушается и не выгорает, не разбухает, не меняет форму при высыхании. Он устойчив к перепадам температур, а эксплуатировать его можно от - 50 ˚С до + 70 ˚С. Материал высокопрочный, он выдерживает высокие нагрузки и не трескается от ударов. Он восприимчив к вредителям и плесени.

Изделия из древесно-полимерного композита не требуют специального ухода и дополнительного покрытия, а также нанесения антисептиков. На него могут воздействовать кислоты, щелочи и агрессивные растворы.

Материал огнестоек, он не поддерживает горение и не может воспламениться от искры или окурка. Монтировать и демонтировать его довольно просто. Крепление хорошо продумано, профиль можно изгибать, сверлить и пилить.

Еще одно достоинство панелей из древесно-полимерного композита состоит в экологической безопасности. Материал не выделяет в окружающую среду вредных веществ, его можно использовать для повторной переработки, он не засоряет внешнюю среду отходами. Доски теплопроводны по аналогии с древесиной. Вы не будете ощущать холода, если пройдетесь по поверхности босиком.

Эстетические качества материала высоки. Он обладает цветом, текстурой и ароматом натуральной древесины. В продаже представлено огромное множество решений с разными текстурами и вариантами окраски. Древесно-полимерный композит для фасада имеет все вышеперечисленные характеристики, а значит, его основными преимуществами являются:

высокая влагостойкость;
отсутствие обработок и специального ухода;
практичность;
долговечность.

Материал можно использовать даже на берегу моря. Но, как и у каждого решения для строительства и ремонта, у таких композитов есть недостатки, один из них - высокая стоимость. Минусом является еще и риск быть обманутым недобросовестным производителем.

Отличительные особенности

При производстве древесно-полимерного композита может использоваться разные сырье, что влияет на конечные характеристики. При изготовлении может быть использовано разное соотношение основных компонентов. Помимо древесной муки, в роли наполнителя может выступить жмых семечек подсолнечника. Иногда используется макулатура или рисовая шелуха. Поливинилхлорид является связующим термопластичным полимером. Эту же роль выполняет полиэтилен или полипропилен.

При производстве древесно-полимерного композита могут получаться доски, плотность которых варьируется от 700 до 1200 кг/м 3 . Прочность тоже может быть разной, на что влияет полно- или пустотелость. Изделия могут иметь один, два или несколько слоев. Поверхность иногда имеет обработку в виде тиснения, ее могут отшлифовать или нанести на доску печать.

Внешним слоем может стать защитное полимерное покрытие. Иногда используются лакокрасочные материалы, синтетическая пленка или облицованный шпон. Как правило, террасная композитная доска обладает одним из двух видов поверхностей, это текстура под дерево или рельеф.

Размеры

По ширине и длине панели могут обладать определенными размерами. Если вы хотите отделать фасад, следует выбирать доску соответствующего назначения с шириной от 8 до 12 см и от 18 до 20 см. Промежуточным значением является предел от 14 до 16 см. Толщина панели при этом может варьироваться от 1 до 2,1 см. Длина равна пределу от 3 до 6 м. Террасная доска отличается толщиной, которая может быть равна 4 см. Минимальное значение составляет 2,5 см.

Варианты использования

Из древесно-полимерного композита изготавливается:

половая доска;
террасная доска;
профиль для кровли;
фасадная доска;
профиль для внутренней отделки стен;
сайдинг.

Доски применяются при строительстве частных саун, уличных кафе, при обустройстве садовых участков и установке беседок. В городской зоне изделия используются для отделки лоджий и балконов.

ДПК для садоводов

Довольно часто сегодня используется древесно-полимерный композит для грядок. У этого способа обустройства приусадебного участка есть множество плюсов. Во-первых, сборка конструкций довольно проста и занимает мало времени. Во-вторых, бортики закрепляются отдельно. В-третьих, материал исключает образование грибка и плесени на поверхности. Такие доски не подвергаются воздействию вредных насекомых.

Ограждение имеет довольно привлекательный внешний вид, а на поверхности можно увидеть даже узоры и рисунки. Материал может быть обработан лакокрасочными составами. Конструкции экологически безопасны и не выделяют вредных веществ во внешнюю среду. Композит имеет гладкую поверхность и грани, которые не поранят человека во время работы. Доски устойчивы к неблагоприятным воздействиям, они способны выдержать высокие механические воздействия нагрузки и позволяют конструировать грядки любой высоты. Готовые изделия легко разобрать и перенести на другое место.

Двери из ДПК

Двери из древесно-полимерного композита очень устойчивы к внешним воздействиям, поэтому использовать их можно в помещениях с интенсивной эксплуатацией. Они довольно часто устанавливаются для использования в условиях с нестабильной температурой и влажностью. Описываемый материал еще называется жидкой древесиной, которая в изделии имеет эстетичный внешний вид и демонстрирует долговечность.

Композит является довольно мягким, поэтому на его поверхности могут остаться царапины. Для того чтобы избежать повреждений, эксплуатировать дверь необходимо осторожно. Но если в доме есть животные и дети, лучше выбирать изделия, поверхность которых изготовлена по технологии брашинга. Основание в этом случае имеет шершавость, что делает мелкие царапины незаметными.

Основные достоинства и применение сайдинга из ДПК

Сайдинг из древесно-полимерного композита сегодня очень популярен. Он не выделяет и не впитывает влагу, поэтому не усаживается и не дает усушки. Поверхность не покрывается трещинами и не деформируется при смене погодных циклов. Отделка отличается высокой тепло- и звукоизоляцией. Она не подвергается поражению бактериями, грибками, а также насекомыми.

Материал не образует ржавчины имеет высокую морозостойкость. В зимний период в доме хорошо сохраняется тепло. Этот вид сайдинга отличается простотой ухода, фасад достаточно будет периодически мыть водой, при этом можно использовать моющие средства. Активные чистящие растворы, однако, применять не следует, как и щетки, а также чистящие губки, которые имеют абразив или элементы металла.

Благодаря имеющимся качествам сайдинг из ДПК широко используется для внутренних отделочных работ и в облицовке фасадов. Он имеет превосходные качество и долговечность, а значит, готов придать коттеджу или дому естественную красоту.

Основные недостатки сайдинга

Каким бы ни был совершенным сайдинг из ДПК, он имеет некоторые минусы. Например, стоимость. Качественные панели обходятся довольно дорого, а дешевые не смогут порадовать длительным сроком эксплуатации.

Изделия представлены на рынке с достаточно маленьким выбором форм. Но этот минус некоторые называют условным. Несмотря на то что ДПК-сайдинг изготавливается в одном формате, благодаря особенности поддаваться обработке, этот минус можно частично компенсировать.

Заключение

Наиболее востребованным строительным материалом всегда есть и остается древесина. Она универсальна в обработке и обладает высокими теплоизоляционными эстетическими качествами. При создании необычных архитектурных построек и декорировании интерьера древесина вне конкуренции. Единственным ее недостатком является подверженность внешним факторам. Производители стремились свести на нет все недостатки и изобрели инновационный строительный материал, который называется древесно-полимерным композитом.

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

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

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

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

На рисунках ниже показаны три схематических структуры наполненного материала:

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

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

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

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

Рис.1. Топливные гранулы

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

Гранулы проще перевозить и хранить, чем муку

Внешний вид топливных гранул, см. рис 1.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Отметим очевидные вещи:

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

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

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

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

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

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

Примечания:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Схематически характерные дефекты структуры композита показаны на двух рисунках ниже

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

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

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

Внешний вид древесно-полимерных композитов.

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

Рис.3. Срезы ДПК профилей

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

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

Термопластичные ДПК имеют слабый запах древесины (опилок).

Физические и механические свойства композитов

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

Примечания:

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

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

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

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

Таблица 3. Свойства ДПК.

Свойства	Размерность	Fasal F134	Fasal F 386	Fasal F 465
Плотность	кг/дм 3	1,4	1,35	1,2
Предел прочности (временное сопротивление)	МПа	25	17	23
Модуль упругости при растяжении (мод. Юнга)	ГПа	8	4	5,1
Сопротивление изгибу	МПа	41	30	52
Модуль упругости при изгибе	ГПа	5,8	3,8	5
Относительное удлиннение при растяжении	%	0,5	0,6	1
Ударная вязкость по Шарпи	КДж/м2	3,2	3,3	4
Срок биологического разложения	недели	месяцы	неразлагаемый
Снижение сопротивления изгибу в воде при 23 град.C:
- после 30 мин. выдержки	%	65	14	0
- после 120 мин. выдержки	%	90	35	0

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

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

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

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

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

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

Способность к обработке

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

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

Рис.4.Обработка древесно-полимерных композитов

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

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

Пока не существует принятой стандартизированной классификации термопластичных ДПК.

Экология потребления.Наука и техника:Люди научились превращать отходы обработки натуральных материалов в продукцию, опережающую эти материалы по свойствам.Из статьи вы узнаете о совершенно новом материале - древесно-полимерном композите или ДПК.

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

Что такое «жидкое дерево»

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

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

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

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

Продукция из ДПК

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

Террасная доска или декинг

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

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

Террасная доска ДПК на видео

Облицовочные фасадные панели или планкен

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

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

Заборы, ограды, перилла, балюстрады

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

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

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

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

Цены на фасадные панели из «жидкого дерева»

Наименование	Производитель	Характеристики	Цена 1 м 2 , у. е.
Duo Fuse FPS-22	Бельгия	2800х220х22 мм, ПВХ	35
«МультиПласт»	Россия	3000х166х18 мм, ПЭ	20
RINDEK	Россия	3400х190х28 мм, ПВХ	22
MultiDeck Chalet	Китай	2900х185х18 мм, ПЭ	17
CM Cladding	Швеция	2200х150х11 мм, ПВХ	28
ITP («Интехпласт»)	Россия	3000х250х22 мм, ПВХ	26
DORTMAX	Россия	4000х142х16 мм, ПЭ	18

Как выбрать террасную доску из ДПК

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

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

По типу профиля террасные доски делятся на два типа:

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

По типу соединения доски ДПК делятся на:

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

По типу противоскользящего покрытия или обработки:

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

На что обратить внимание вне зависимости от выбранного типа доски:

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

Видео - как выбрать террасную доску ДПК

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

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