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.

Всего несколько лет назад древесно-полимерный композит появился на российском строительном рынке и с каждым годом продолжает завоевывать популярность ввиду экономической целесообразности его использования, как для продавцов, так и для покупателя. Этот продукт по своим свойствам во многом превосходит деревянные аналоги.

Основные свойства древесно-полимерных композитов:

• Влагоустойчивость, не отсыревает и может длительное время находится в воде
• Всепогодный материал – используется «под открытым небом» (для строительства террас, веранд, садовых дорожек и др.)
• Не подвержены негативному воздействию биологических вредителей: жучков, грибка и др.
• Пожаробезопасность.

Состав «жидкого дерева»

Древесно-полимерные композиты включают в своем составе измельченную древесину, полимеры, красители, UV-стабилизаторы. В зависимости от соотношения в составе древесной составляющей и полимеров материалы из дпк могут приобретать те или иные свойства: иметь повышенную устойчивость к царапинам, выдерживать большие нагрузки, долгое время находится погруженными в воду. В составе ДПК доля древесины, как правило, от 50% до 80%, от этого показателя зависит в том числе и внешний вид изделия. Если в материале высокое содержание древесной составляющей, он похож на МДФ, если же превышает количество полимеров в составе, то ДПК больше напоминает пластмассовое изделие.

Технология производства древесно-полимерного композита

Производство изделий из ДПК происходит путем экструзии: все составляющие материала перемешиваются, а далее под воздействием высокой температуры и давления ему придается форма изделия. Связующим материалом может выступать полиэтилен, полипропилен, полихлорвинид или другой термопластичный полимер.

Изобрела ДПК и запатентовала новый строительный материал в 70-х годах итальянская компания «ICMA San Giorgio», стремясь решить проблему утилизации строительных отходов. Материал приобрел популярность только после многих лет, после усовершенствования технологии производства компанией. Инженеры добилась необходимых свойств продукта, которые завоевали сердца потребителей.

Из древесно-полимерных композитов изготавливают отделочные материалы: доски для уличных полов, террасы или балкона, фасадные панели, трубы, перила, доски для строительства ограждений, создания садовой мебели. Несмотря на то, что потребители еще мало информированы об этом продукте, спрос на ДПК в России значительно больше предложений на рынке строительных материалов.

Потребительские особенности древесно-полимерных композитов

Те композитно-древесные материалы, которые состоят преимущественно из древесины (более 70% в составе) по характеристикам очень близки к ней. Они обрабатываются так же, как обычные пиломатериалы, их можно пилить, сверлить, шлифовать.

Композитные материалы с преобладанием полимерных материалов в составе можно склеивать и даже сваривать, как пластмассу. Древесно-полимерные композиты под воздействием температуры могут принимать любые сложные формы.

Декинг из «жидкого дерева» легко монтировать. В случае необходимости террасу из ДПК досок можно разобрать и собрать снова.
Срок гарантированной эксплуатации изделий из ДПК превышает 25 лет, такой долговечностью не могут похвастаться изделия из натурального дерева.

Сфера применения ДПК:

• В промышленности: из дпк делают пирсы, поддоны, мусорные контейнеры, детали интерьера автомобилей
• В интерьере: перила, декоративные профили, лестницы, звукоизоляционные панели
• В дачном и городском дизайне: как напольное уличное покрытие террас, обшивки домов, для детских площадок, отделки площади у бассейнов, изготовления заборов и элементов садово-парковой архитектуры (пергол, скамеек, беседок)

Универсальность применения данного материала только увеличивает популярность его применения.
Приобрести из древесно-полимерного композита в Москве можно, позвонив по телефону, указанному на сайте.

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

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

Что такое «жидкое дерево»

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

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

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

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

Продукция из ДПК

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

Террасная доска или декинг

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

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

Облицовочные фасадные панели или планкен

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

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

Заборы, ограды, перилла, балюстрады

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

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

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

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

Цены на фасадные панели из «жидкого дерева»

Как выбрать террасную доску из ДПК

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

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

По типу профиля террасные доски делятся на два типа:

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

По типу соединения доски ДПК делятся на:

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

По типу противоскользящего покрытия или обработки:

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

На что обратить внимание вне зависимости от выбранного типа доски:

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

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

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

Дерево, пожалуй, самый востребованный строительный и отделочный материал. Древесина универсальна в обработке, обладает высокими теплоизоляционными и эстетическими качествами, незаменима при создании необычных архитектурных построек, изысканной мебели, декорировании интерьера и оформлении приусадебных участков. Единственный недостаток дерева - восприимчивость к неблагоприятным внешним факторам и способность к гниению.

Стремясь сохранить все достоинства древесины и свести на нет все ее недостатки, производители создали инновационный строительный материал - древесно-полимерный композит. Рассмотрим, что собой представляет «поливуд», какие свойства, характеристики присущи современному материалу, и какова сфера его применения.

Основные виды древесных композиционных материалов

Древесные композиты - это материалы, полученные в результате объединения разного сырья. Основным компонентом древесного композита является дерево. Количество древесных отходов, а также вид связующего компонента определяют основные характеристики композитного материала.

Самыми распространенными древесными композитами являются:

Древесно-полимерный композит: фото основания для патио из декинг-доски

​

Остановимся более подробно на составе инновационного материала, технологии его производства и технико-эксплуатационных характеристиках.

Древесно-полимерный композит: производство и состав материала

В состав ДПК входять три основних компонента:

1. Частицы измельченной древесины (некоторые производители для удешевления продукции добавляют частицы рисовой шелухи или жмых семечек).
2. Термопластичный полимер (поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен).
3. Комплекс модификаторов - химических добавок (до 5% в составе материала).

Производство древесно-полимерного композита происходи по схеме.

Измельчение древесины. Дерево перерабатывается на молотковых и ножевых дробилках до получения частиц размером 0,7-1,5 мм. После дробления древесина просеивается и фракционируется.

Из наиболее мелких фракций изготавливают профиля без отделки поверхности, из средних компонентов - профиля под отделку шпоном, краской или пленкой, а грубые фракции древесины используют для создания технических профилей

Сушка древесины проводится, если влажность сырья превышает 15%.

Дозирование и смешивание компонентов . Все составляющие ДПК соединяются в нужных пропорциях и перемешиваются между собой. Чаще всего используют такие соотношения компонентов древесная мука/полимер:

• 70/30 - в композите присутствует такое свойство древесных волокон, как влажностное расширение; ДПК считается более хрупким и имеет срок эксплуатации около 5-7 лет;
• 50/50 - оптимальное соотношение древесины и полимера, при котором сохраняются декоративные свойства древесины и прочность полимера;
• 40/60 - эстетические качества древесины ослабевают, материал ощущается и выглядит, как пластик.

Прессовка и форматирование изделия. Заключительный этап, при котором формируются технические свойства ДПК и материал приобретает товарный вид.

Технико-эксплуатационные характеристики древесно-полимерного композита

Свойства композита определяются количеством древесины в материале, типом используемого дерева и полимера. Отметим общие механические и физические показатели ДПК:

1. Плотность материала. Показатель зависит от используемой базовой смолы, количества применяемых аддитивов и плотности древесных частичек. Максимальная плотность ДПК - 1,4 кг/дм3 (истинная плотность древесины).
2. Удлинение при растяжении - 0,5-1 %;
3. Сопротивление изгибу - 25-60 МПа;
4. Ударная вязкость по Шарпи - 3-4 Кдж/м2.

Древесная часть ДПК придает материалу такие свойства:

Полимерные качества ДПК проявляются следующим образом:

Сравнительная характеристика дерева и ДПК

Для того чтоб более наглядно охарактеризовать древесно-полимерный композит проведем сравнительный анализ основных качественных и экономических показателей дерева и ДПК.

Область применения ДПК

Благодаря своим достоинствам, древесный композит завоевал широкую популярность в промышленной сфере, строительстве и в быту:

Более 50% древесно-полимерного композита используется как «декинг» - деревянные доски и плитки для оформления прибрежной и приусадебной архитектуры

Обзор товаров основных производителей досок из ДПК

Декинг-доски из ДПК представлены на строительном рынке многими производителями. При выборе материала лучше отдать предпочтение известным компаниям - их товар уже прошел проверку временем на качество и завоевал положительную репутацию по всему миру.

Террасная доска Bruggan (Бельгия) изготавливается из высококачественного сырья, продукция ориентирована на международный рынок. По текстильным ощущениям доска максимально приближена к древесине.

Доска Bruggan имеет следующий состав:

• дерево - 60%;
• полимеры - 30%;
• добавки - 10%.

Компания выпускает пустотелую и полнотелую террасную доску, которая используется для обустройства территорий вокруг бассейнов, создания террас, летних площадок гостиниц, баров, ресторанов, постройки лестниц.

Полнотелая террасная доска Bruggan Multicolor имеет фактуру дерева на всю толщину материала, подходит для шлифовки и радиусной подрезки

Ориентировочная цена доски Bruggan 1000-1200 рублей за один профиль

Террасная доска Mirradex (Малайзия) изготовлена из волокон тропических деревьев, что повышает устойчивость материала к увлажнению. Доска не требует дополнительных обработок. Структура доски - двусторонняя - это позволяет использовать материал для создания вертикальных конструкций (заборов, ограждений).

Состав доски Mirradex:

• древесина - 50 %;
• полимер (полипропилен) - 40%;
• аддитивы и различные добавки - 10%.

Террасная доска Mirradex относится к категории материалов премиум класса, но при этом имеет относительно доступную стоимость (около 750 рублей за профиль).

Террасная доска Legro (Венгрия) имеет специальный защитный слой, который повышает износоустойчивость материала. Доска Legro подходит для обустройства террас и площадок в общественных местах с повышенной проходимостью.

Преимущества доски Legro:

• не выгорает;
• на поверхности не остаются пятна;
• устойчивость к повреждениям (царапинам, вмятинам);
• двусторонняя нестираемая фактура.

Состав ДПК Legro:

• измельченная древесина - 50%;
• полипропилен - 45%;
• аддитивы - 5%.

Купить древесно-полимерный композит Legro можно по цене 3500 рублей за один профиль размером 150*25*5800 мм.

«Жидкое дерево»: изготовление своими руками и использование в быту

В домашних условиях можно создать аналог древесно-полимерного композита своими руками. В результате работы получиться «жидкое дерево», которое подойдет для реставрации мебели из ДСП, ремонта паркетной доски и ламината.

Весь процесс изготовления самодельного «жидкого дерева» можно разбить на следующие этапы:

• Древесные опилки размельчить при помощи обычной кофемолки.
• Полученную муку соединить с клеем ПВА. Соотношение компонентов: 70% - древесина, 30% - клей. «Жидкое дерево» должно иметь густую консистенцию.

Полученная паста наносится на поврежденный участок мебели или напольного покрытия, и оставляется до полного застывания (около 4-5 часов). После этого, излишки «жидкого дерева» надо зачистить наждачной бумагой.

Для придания «жидкому дереву» нужного оттенка в смесь можно добавить краситель, предназначенный для водоэмульсионной краски

Появление древесно-полимерных композитов позволило соединить наиболее значимые преимущества дерева и пластика в одном материале. Сооружения и конструкции из ДПК удобны в монтаже, обладают отличными эксплуатационными характеристиками и имеют эстетически благородный внешний вид, присущий изделиям из натуральной древесины.

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

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

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

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

На рисунках ниже показаны три схематических структуры наполненного материала:

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

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

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

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

Рис.1. Топливные гранулы

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

Гранулы проще перевозить и хранить, чем муку

Внешний вид топливных гранул, см. рис 1.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Отметим очевидные вещи:

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

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

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

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

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

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

Примечания:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Схематически характерные дефекты структуры композита показаны на двух рисунках ниже

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

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

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

Внешний вид древесно-полимерных композитов.

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

Рис.3. Срезы ДПК профилей

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

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

Термопластичные ДПК имеют слабый запах древесины (опилок).

Физические и механические свойства композитов

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

Примечания:

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

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

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

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

Таблица 3. Свойства ДПК.

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

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

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

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

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

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

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

Способность к обработке

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

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

Рис.4.Обработка древесно-полимерных композитов

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

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

Пока не существует принятой стандартизированной классификации термопластичных ДПК.