Отзывы
Федор, «СамМебель»
Выражаю огромную благодарность компании Интервесп за хорошее обслуживание клиентов, выслушали все пожелания подобрали нужное оборудование и доставили в срок. Огромную благодарность оператору Евгению вроде связь держал из краснодара побольше вам таких работников
Подробнее

Оставьте свой отзыв
закрыть

Древотермопласт. Мечта или реальность ? О производстве и применении термопластичных древесно-полимерных композитов

16.12.2009

Как известно, создатель сотворил Адама из глины, потратив на это всего один день. Глина - отличный конструкционный и очень технологичный материал.

А что, если бы ему захотелось сделать деревянного человека? Наверное, одним днем бы не обошлось. Во- первых, - нужно подобрать подходящую плашку или кряж . Во-вторых, деликатно высушить и кондиционировать его. В третьих - выпилить, вытесать, выстрогать, отработать все детали, отшлифовать и покрасить. Возможно, результат был бы и лучше. Но и труда много больше, - а отходов хватило бы сразу на все семейство.

Действительно, дерево замечательный материал, но не очень податливый и даже, по-своему, довольно капризный. Но человек упорен и создал для резания древесины такие машины и механизмы , на которые, подчас, и посмотреть боязно, а не только подойти.

Есть ли новые серьезные альтернативы в существующим технологиям деревообработки ? Прямо скажем, на прошедших в Москве в 2003 году тематических выставках я их не увидел.

Но новые решения конечно есть, только они пока не лежат на поверхности. В данной статье мы хотели бы рассказать об одном из таких новшеств, имеющем достаточно принципиальное значение.

В 2002 г. на выставке "Хольц-Хандверк" в Нюрнберге, мое внимание привлек симпатичный подоконник явно изготовленный методом экструзии из древесно-полимерного композита. Конечно, фирма не стала мне рассказывать секреты производств.

Поэтому, мы провели необходимые информационно - аналитические исследования. Эти исследования позволили получить подробные представления о состоянии зарубежного производства древесно-полимерных композитов, их сферах применения, применяемых материалах, технологиях , оборудовании и инструментах. Думаю, что пришло время придать их гласности. Полученные результаты свидетельствуют, о том, что в этом исследовании мы затронули одно из наиболее актуальных направлений в развитии деревообработки.

Нельзя сказать, что проблема древесно-полимерных композитов не волновала отечественных ученых. Напротив, по этой теме выполнено не мало исследований, написано несколько статей, учебных курсов и книг. Но дело не в количестве проведенных опытов или опубликованных работ, а в том что пришло время не только исследовать, но и производить.

21 век - это век композиционных материалов. Своего рода очередная материальная революция, подготовленная всем развитием века прошлого. Природные и даже синтетические материалы в их естественном виде уже не вполне удовлетворяют требования конструкторов, архитекторов и технологов. Поэтому сама суть, существо композитов заключается в том, что в сочетании разных материалов проявляются их лучшие стороны и в той степени, в которой это нужно для каждого конкретного применения.

До недавнего прошлого, основной сферой применения композитов были космонавтика и авиация. Сегодня, повсеместно происходит осознание преимуществ этого направления и реализации его в самой широкой конструктивной и технологической практике.

Что такое древесно-полимерный композит ?

Не каждый знает, что древесно-полимерный композит - это и фанера и древесностружечные и волокнистые плиты, клееные балки и т.п. Так что деревообработчики вовсе не плетутся в хвосте научно-технического прогресса .

Действительно, сегодня невозможно представить индустриальное деревообрабатывающее производство без этих замечательных материалов, а скоро они будут еще лучше. Но каждый раз когда мы пытаемся изготовить из них изделия с более или менее развитой формы, мы сталкиваемся с проблемой , о которой мы упомянули в шутливом начале статьи. То есть их необходимо опиливать, фрезеровать и шлифовать, в чем собственно говоря и заключается большая часть современной деревообработки. Здесь сосредотачивается значительная доля трудозатрат , капиталовложений и т.д. Плиты так же мало похожи на глину, как и древесина натуральная. И все же, оказывается, выход есть. И найден он там, где мы его и ждали.

В результате нескольких десятилетий исследований, опытно-конструкторских и технологических работ за рубежом сравнительно недавно были созданы древесно-полимерные композиты на термопластичном связующем ( ДПКТ), пригодные для промышленной переработки. В США и Канаде организовано их крупномасштабное производство.

Результаты этих работ теперь означают возможность выдавливать из смеси измельченной древесины и пластика любые формы с производительностью, свойственной пластмассовой индустрии и свойствами материала находящимися посредине между пластмассой и деревом. Больший процент древесины - больше похоже на дерево, меньший - больше похоже на пластмассу. По некоторым причинам, европейские компании довольно долго игнорировали это направление, однако сейчас европейское промышленное производство древесных композитов уже начато и ожидается его беспрецендентный рост.

По разным источникам, объем мирового производства древесно-полимерных композитов на основе термопластичных смол , изготавливаемых методом экструзии , назовем их сокращенно ДПК-ТЭ, составил в 2002 году около 520 тыс. тонн на сумму около 750 миллионов долларов США. ( Для сравнения, эта сумма приблизительно соответствует годовому выпуску отечественной мебели ) Ожидается, что объем продаж ДПКТЭ в мире в 2006 превысит 1,5 млрд. долларов США, т.е. темпы роста составят около 20 процентов в год. Скажем прямо. Игнорировать эти цифры было бы крайне не дальновидно.

Области применения древесно-полимерных композитов

Наиболее характерные области применения изделий промышленно изготавливаемых в настоящее время из ДПКТ приведены в табл. 1

Таблица 1. Области применения ДПК Т

Строительные элементы
  • Настилы
  • Балюстрады
  • Оконные и дверные профили
  • Сайдинги и аксессуары
  • Штакетник
  • Кровля
Автомобильные детали
  • Внутренние панели
  • Прокладки дверей и крыш
  • Крышки на запасное колесо
  • Короба
  • Подъемные полки
  • Полы грузовиков
  • Спинки сидений
Конструкционные элементы
  • Тротуары
  • Пирсы
  • Морские сваи, переборки
  • Перила
  • Железнодорожные детали
  • Противошумовые барьеры
  • Опалубка для бетонных работ
Промышленные и потребительские применения
  • Садовые конструкции
  • Поддоны, тара
  • Оборудование спортивных и детских площадок
  • Парковые скамьи, столы, емкости для мусора
  • Кабельгоны
  • Мебель и ее элементы

В настоящее время, более 50 % в общем производстве ДПКТ занимают декинг-продукты.

Нужно пояснить, что такое "декинг" ?

Для российского рынка " декинги " , пока, неизвестная группа товаров. "Декинг" - это перебравшаяся на сушу ( вместе с джинсам) высококачественная палубная доска, ставшая в США и Канаде важным элементом прибрежной и приусадебной архитектуры.

Моряки знают, что дек - это палуба или часть палубы.

Как говорит живущий в США проф. А.Клесов "Полного аналога американских деков в России, да и во всей Европе нет, хотя мода постепенно поворачивается к декам и по европейскую сторону океана. Дек – это веранда, часто довольно широкая и длинная, обычно окаймленная перилами, которая примыкает к дому на уровне первого или второго этажа. Это, фактически, продолжение, или расширение дома. На деке отдыхают, покачиваясь в креслах-качалках, приветственно помахивая руками проходящим или проезжающим соседям. На деке играют дети. На деках жарят мясо для собравшейся компании, на деках собираются и болтают гости, потягивая вино и пиво. И вот для этих самых деков и предназначены в первую очередь композиционные доски".

Однако вспомним, справедливости ради, и традиционные российские бревенчатые мостовые и дощатые тротуары в северных городах и наших лесных поселках.

Ясно только, что какой бы хорошей эта доска не была, без специальной защиты в подобных условиях долго она не простоит. Но сильные антисептики и фунгициды токсичны, а обычный пластик слишком дорог. Поэтому декинги, изготавливаемые экструзией из древесно-полимерных композитов, стали на американском рынке локомотивом развития этой технологии.


По имеющимся сведениям, сферы применения ДПКТ постоянно расширяются, например цветочные горшки, косметические карандаши , мерительные инструменты , ручки инструментов , панели для ванных , офисные аксессуары, футляры для музыкальных инструментов ) , декоративные коробки и т.д. Можно полагать, что по мере создания производственных мощностей и совершенствования технологии, экструдируемые и формуемые ДПК на термопластичных связующих будут вскоре применены и в др. областях техники - сельскохозяйственном и общем машиностроении, судостроении, и т.д. , с учетом их физико-механических , декоративных и др. свойств.

Например, одним из последних необычных реализуемых проектов, - является ветроэлектростанция на основе ДПК -элементов.

Важно заметить, что производство начатое с освоения изделий для уличного применения, в последнее время уверенно прикладывает усилия к освоению и интерьерного пространства ( полы, панели, двери, мебель и т.п. Не за горами композитный дом, со всем его конструкциями, наружным и внутренним убранством. Черты его зримы, были бы деньги.

Состав древесно-полимерного композита

Древесно-полимерные композиционные материалы, 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.

Свойства древесно-полимерных композитов

Свойства получаемого композита определяются свойствами полимерной матрицы, свойствами частиц древесины и характером связей и взаимодействий между ними. Количество древесины в композите ( по весу ) находится от 50 до 80 процентов. Иногда такие материалы называют супернаполненными полимерами. Последние исследования, проведенные в 2003 г. свидетельствуют о принципиальной возможности изготовления композита долей древесины до 90 процентов. Нужно только заметить, что хотя увеличение доли древесины, как правило, приводит к уменьшению стоимости готовой продукции, для композитных материалов самоцелью, вероятно, не должно быть, или по крайней мере не во всех случаях. Обратим внимание на сходство между композитами и музыкальными сочинениями - общий корень (от лат. compositio - составление, сочинение). В музыке всего семь нот - а сколько произведений ?

В состав композиции могут входить опилки, а так же другие растительные волокна, например: пенька , лен , сизаль , кенаф , рисовая шелуха, ореховая скорлупа и даже солома.

В производстве ДПК-Т могут использоваться любые термопластичные полимеры и их смеси, однако на практике применяются три группы термопластичных смол : Полиэтилен (PE ) , Полипропилен (PP) и Поливинилхлорид (PVC). Из них, по объемам теперешнего применения, полиэтилен занимает 70 %, а остальное, - примерно пополам PP и PVC. В нашей стране производство этих пластмасс налажено не плохо, в т.ч. на экспорт и оно продолжает развиваться. Наряду со смолами заводского изготовления, ряд американских компаний уже приступил к использованию в производстве ДПКТ пластиковых промышленных и бытовых отходов ( упаковочной пленки, бутылок и т.п. ).

Для управления свойствами ДПКТ и технологическим процессом в его состав вводят различные добавки-модификаторы : антиокислители, антимикробные средства, поверхностно-активные вещества , связующие вещества, противоударные модификаторы, смазочные материалы, температурные стабилизаторы, пигменты , огнезащитные средства , светостабилизаторы. Есть примеры использования и вспенивающих агентов, обеспечивающих снижение плотности композитов.

Еще одним направлением, реализуемым в производстве ДПКТ, является применение, в качестве связующих, биологических полимеров, например зерновых крахмалов, отходов кожевенного и бумажного производств и т.п. Помимо дешевизны, они создают возможность изготовления легко утилизируемых биоразлагаемых композитов.

Все ДПКТ пригодны к повторному использованию в тех же процессах. То есть в них, с начала и до конца реализуется формула:" Отходы - в доходы".

Внешний вид древесно-полимерных композитов

По внешнему виду ДПКТ с высоким содержанием древесины более всего напоминает МДФ или твердую ДВП, а с малым ее количеством - пластмассу.

Композит может окрашиваться в массе или подвергаться лакокрасочной отделке обычными красками и эмалями, или облицовываться синтетическими пленками или натуральным шпоном.

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.

Физические чвойства древесно-полимерных композитов

По физическим и механическим свойства ДПКТ, так же занимает промежуточное положение между деревом и пластмассой, см. табл. 2

Физические и механические свойства ДПКТ. Таблица 2

Наименования показателей, ед. измерения
 
 Значения
 
Плотность [кг/дм 3]
 
1,0- 1,4
Временное сопротивление [MPa]
 
15 - 50
 
Модуль упругости при растяжении [GPa]
 
4- 8
 
Сопротивление изгибу [MPa]
 
25 - 60
 
Модуль упругости при изгибе [GPa]
 
3 - 6
 
Относительное удлинение при растяжении [%]
 
0,5 - 1
 
Ударная вязкость по Charpy [KJ/m2]
 
3 - 4
 

Некоторые фирмы добавляют в композицию пенообразователь. В этом случае плотность композита может снижаться до 0,7 -0,9 кг/дм3.

Многие рецептуры ДПКТ обладают исключительной стойкостью к атмосферному и биологическому воздействию. Некоторые фирмы - изготовители ДПКТ предоставляют гарантии на 10 - 50 лет эксплуатации готовых изделий на улице, без специальной защиты, т.е. устойчивости к воздействию влаги, света, грибков и насекомых. 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 без коробления. В отличие от металлоконструкций ДПКТ не ржавеют.

ДПКТ обрабатываются теми же инструментами, что и древесина. Материал легко пилится, строгается, сверлится и т.п. Превосходно удерживает гвозди, скобы, шурупы. Некоторые рецептуры поддаются склеиванию, а другие можно сваривать, подобно пластмассе. Ценным технологическим свойством является возможность гнутья деталей в подогретом виде, подобно пластикам.

Профили из ДПК могут эффективно комбинироваться с металлическими или стеклопластиковыми прфилями ( полосами, трубами, уголками, таврами и т.п. ) для создания очень прочных и жестких конструкций. Полагаю, что со временем он станет популярен и в машиностроении, наряду с текстолитом и ламинированной фанерой.

Почему же, все это не было внедрено ранее ? Ведь опыты и эксперименты в этом направлении проводились десятилетиями.

Тому есть несколько причин.

Как мы указывали в самом начале этих заметок, древесина - не очень податливый в технологии материал. Конечно, она не желала течь в экструдере или литьевой машине, подобно пластику. При высоком давлении и температуре начинала гореть. К тому же, обладая абразивными свойствами, довольно быстро изнашивала рабочие цилиндры и шнеки дорогостоящих экструдеров и поверхности формующих инструментов.

Дешевизна и доступность древесины, не стимулировала внедрения новых технологий переработки. Вспомните, какие заборы возводились вокруг стройплощадок из первосортных досок, и что с ними происходило по окончанию строительства. Рубили и в Скандинавии и в Сибири, и в Африке, и в Северной и в Южной Америке. Рубили везде и столько, сколько могли срубить. Последние 10 - 15 лет, отношение к древесине в мире начало меняться. Нет уже малоценной древесины, а есть ценная и драгоценная, особенно плотная, медленно растущая в Северной Европе, России и Канаде. Именно за ней англичане в еще допетровскую эпоху плавали в Архангельск и называли ее красным деревом.

Возникшая недавно возможность использовать в мирных целях новые плоды научно-технической революции, а именно продукты тонкой химии, новые конструкционные материалы и методы их обработки, подкрепленная спросом на новые высококачественные продукты, создала соответствующие предпосылки для решения этого вопроса. Использование новых методов исследований и расчетов, в т.ч. математического моделирования, компьютерного конструирования машин и процессов, позволило создать новое поколение техники, в том числе смесеприготовительных, экструзионных машин и литьевых машин , которым оказалось под силу заставить "течь" и древесину. Поэтому, ДПКТ называют иногда "жидким деревом ".

Сейчас эта сфера привлекает внимание машиностроителей из трех хорошо развивающихся отраслей. Во- первых, это переживающая подъем пластиковая промышленность. Во вторых - энергично развивающаяся промышленность по переработке отходов. В третьих, деревообработка, которая накапливает все большое количество отходов древесины. Сегодня , с учетом общей тревоги за состояние атмосферы, у многих специалистов есть большие сомнения в целесообразности их сжигания даже в современных энергетических установках. Благодаря объединению интересов этих "трех китов " , можно ожидать дальнейшего впечатляющего прогресса в развитии техники и технологии производства ДПКТ, так же как это происходило и происходит в производстве древесных плит. Только более энергичного. Отчетливо видны и экологические преимущества новой технологии, являющиеся еще одним стимулов в ее успешном продвижении.

Таблица 1 ясно указывает на очень широкое поле возможных применений ДПКТ , в т.ч. в нашей стране. Как это может относится к мебельной промышленности ?

Новая технология позволяет легко изготавливать детали даже такой формы, которые не просто или крайне затруднительно изготовить из натуральной древесины и плитных материалов.

Размеры современных экструдеров позволяют изготавливать изделия различных размеров, например от мелких декоративных профилей, до изделий шириной более метра, например крышек столов и строительных дверных полотен.

Мы не будем приводить перечень мебельных деталей рекомендуемых к изготовлению из ДПК, он достаточно очевиден. Определяющим фактором в применении этих композитов для производства тех или иных элементов мебели будет их себестоимость производства.

По данным западных экспертов, например в США, средняя стоимость ДПКТ составляет около 1 доллара за 1 кг, по нашим расчетам их производство в России, обойдется значительно дешевле. Таким образом, существует возможность производить вполне конкурентоспособную продукцию и для зарубежных рынков.

Технология производства древесно-полимерных композитов

Приведем классическую схему производства ДПКТ

  • измельчение древесины
  • сушка измельченной древесины
  • дозирование компонентов
  • смешивание компонентов
  • прессование изделия
  • обрезка по длине и, при необходимости, разрезание по ширине.

Видно, что она, в общих чертах, совпадает с производством ДСП. Но реализуется она на оборудовании скорее химического типа, т.е. пластмассовой промышленности.

Это дает свои преимущества. Оборудование весьма компактно и для его размещения не нужны большие площади. Оно легко поддается механизации и автоматизации. Такое предприятие может быть эффективным, даже при сравнительно небольшой мощности, т.е. не сравнимым с масштабами завода ДСП или МДФ. В изготовлении ДПКТ исключительно высока производительность труда. Конечно, оно не может быть и совсем маленьким ( домашним). Все таки это производство.

Все это выглядит крайне заманчиво. Но есть целый ряд обстоятельств, которые должны охладить горячие головы. Следует с некоторой осторожностью относится к публикациям, появляющимся в печати по этой проблематике и имеющим несколько упрощенный подход к этой теме.

Преимущества новой технологии могут быть реализованы только на основе квалифицированных и проверенных решений в технике, технологии и эксплуатации, а " не на коленке в гараже ". На сегодняшний день, подобными решениями в мире владеют очень не многие фирмы и специалисты, а конкретные технические приемы и рецептуры хранятся , как правило, в секрете и охраняются патентами.

Нам известны попытки создания отечественного оборудования по производству экструдируемых ДПК. Насколько мы видели результаты, они пока способны скорее опорочить саму идею этого производства, чем способствовать широкому ее распространению. Но стремиться к созданию отечественной техники вероятно нужно и можно.

Могут ли ДПКТ потеснить традиционные плитные материалы ? Напротив! Сочетание термопластичных композитов и плит создает дополнительные возможности в эффективном применении плитных материалов , особенно плит уменьшенных толщин. Я бы сказал, что это материал, которого давно ждали и конструкторы, и архитекторы и производственники. Необходимо только эти возможности понять и правильно их реализовать.

Может ли напугать эта технология наших специалистов ? Скорее всего, - нет. Отечественная деревообработка давно и крепко дружит с химией, и психологического неприятия здесь быть просто не может. Существуют ли риски. Нет специфических , присущей этой технологии, рисков нет. Можно, конечно, допустить ошибки, связанные с выбором не вполне компетентного поставщика оборудования или инструментов. Но эти риски существуют в любом проекте.

В какой форме могут существовать новые предприятия ? Как свидетельствует зарубежный опыт, формы могут быть различны и зависят от целей конкретного бизнеса. За рубежом создаются и специализированные фирмы, изготавливающие широкий ассортимент продукции для разнообразного рыночного потребления. Организуются и отдельные филиалы крупных компаний, например, внутри строительного холдинга. Могут быть созданы и производственные участки для решения конкретных задач отдельного предприятия.

Таким образом , сегодня имеются все необходимые предпосылки для организации на наших предприятиях больших или меньших производств по выпуску этой новой и интересной продукции.

Конечно, термин "древесно-полимерный композиционный материал на термопластичных связующих" получается довольно длинным. Поэтому, можно предложить и краткое название, например "древотермопласт" , более удобное в обыденном употреблении.

Нельзя, да и не нужно, в одной журнальной статье описывать все детали многозвенного и многофакторного технологического процесса и т.п. Цель этих заметок совсем иная: привлечь внимание научно-технической общественности к тому факту, что "часы уже пошли ".

С целью оказания помощи предприятиям в изучении новой технологии и применяемого оборудования написано специальное пособие ( электронная книга ), см. Руководство по производству изделий из древесно-полимерных композитов , изготавливаемых методом экструзии. Аннотация

 Александр Абушенко

Познакомиться с автором

Купить оборудование для производства древесно-полимерного композита

При копировании материалов ссылка на сайт www.intervesp-stanki.ru обязательна

8-800-5555-100
бесплатный звонок из регионов.
Заказать обратный звонок
+7