Блог > Производство > Состав ДПК изделий и особенности производства материала

Состав ДПК изделий и особенности производства материала

ДПК — подвид композиционных современных материалов. Их отличия и достоинства: технологичность переработки, экономичность процесса изготовления, широта диапазона использования, повышенные эксплуатационные свойства. В составе ДПК древесная мука, специальные модификаторы и термопластичный полимер, которые придают особые свойства готовому изделию.

Композиты древесно-полимерные различаются по типу применяемого сырья и по соотношению входящих в них основных элементов. Помимо древесной муки наполнителем могут выступать шелуха рисовая, подсолнечниковый жмых, макулатура.

Связующим термопластичным полимером может быть поливинилхлорид, полипропилен или полиэтилен. Каждый из них придает готовому изделию несколько специфические свойства.

В основе процесса изготовления лежит экструзия — метод получения изделия из полимера путем продавливания его в расплавленном виде через формующее отверстие перерабатывающей машины — экструдера.


Готовые изделия отличаются по плотности (от 700 до 1300 кг/м3) и по прочности конструкции (пустотелые и полнотелые). Могут быть одно-, двух- и многослойными. По способу обработки поверхности бывают шлифованные, тисненые, с печатью, с нанесением защитного полимерного слоя, покрытые лакокрасочными материалами, облицованные шпоном или синтетической пленкой и металлизированные. Также, зачастую, композитная террасная доска имеет две отличающиеся рабочие поверхности:
рельефную и текстурную под дерево.

Террасные доски, изготовленные из ДПК, применяются снаружи и внутри помещений с целью обустройства:

  • покрытий спортивных и детских площадок;
  • уличных настилов;
  • полов балконов, террас, патио и веранд;
  • наружных стен в хозяйственных постройках;
  • уличных бассейнов;
  • морских пирсов;
  • ограждений и заборов;
  • как отделочный материал при возведении и реконструкции жилых домов, дач, коттеджей, разнообразных построек дачного и усадебного комплекса. Продукция может применяться в широком диапазоне температур — от минус 40 до плюс 70 градусов по Цельсию.

Производство ДПК TeraGrand

Производство профильных изделий осуществляется на двухшнековых экструдерах по технологии TeraGrand Изделия изготавливают в следующем ассортименте:

Доска террасная шовная 140 х 20. Перейти
Доска террасная шовная 150 х 26. Перейти
Ступень полнотелая 345 х 22. Перейти
Панель фасадная 159 х 21,5. Перейти
Планка торцевая 93 х 11,5
Лага монтажная 45 х 35
Столб гладкий 100 х 100
Балясина 50 х 50
Перило 90 х 45
Уголок декоративный 35 х 70

 

Продукция изготавливается следующих цветов:

  • графит;
  • венге;
  • шоколад;
  • бронза.

 

На предприятии TeraGrand в качестве основного исходного сырья используется следующие компоненты (рис. ниже) в соответствующих соотношениях (масс. %):

  1. 55% – древесная мука лиственных и хвойных пород;
  2.  25% – термопластичный полимер (полиэтилен, полипропилен) первичный или вторичной переработки;
  3. 12% – мел в качестве минерального наполнителя;
  4. 8% – различные добавки и модификаторы (антиоксиданты, совместители, пигменты и др.).

Рис. выше: Соотношение компонентов в %.

Разберем каждый компонент отдельно.

Древесная мука

На наше предприятие древесная мука поставляется следующих марок: М180, М200. Указанное число обозначает размер частиц муки в мкм. Например: М180 – размер частицы муки в среднем составляет 180 мкм. Увеличение размера частиц древесной муки обычно обеспечивает лучшее течение расплава композита, снижает технологическую усадку и повышает модуль упругости при изгибе (жесткость). Но увеличение размера частиц сказывается на внешнем виде продукции после обработки (шлифовка, брашинг). Крупные  частицы явно заметны на поверхности, и это обстоятельство не всегда удовлетворяет требованиям потребителя. Поэтому, чаще всего, крупная мука добавляется в состав изделий, не подлежащих обработке (глянец).

Влажность древесной муки может составлять от 5 до 12%, в зависимости от поставщика и условий хранения, транспортировки. Чтобы мука могла быть использована в производстве ДПК, ее влажность должна составлять 3,5-4,5%. Если влагосодержание древесной муки превышает установленные значения, ее необходимо предварительно просушить.

Рис. выше: химический состав твердой и мягкой древесины (средние значения) масс.%

В древесине содержится 40-45% целлюлозы, 25-35% гемицеллюлозы, 18-30% лигнина, 0,2-0,8% минералы.

Химический состав твердой и мягкой древесины несколько различается (рис. выше).

Древесная мука и опилки не плавятся, а скорее разлагаются при температуре 190 С. Данная ситуация происходит в связи с большой чувствительностью гемицеллюлозы и лигнина к температуре. В то время, как например, чистая целлюлоза подвержена процессу разложения при превышении температурой 240 градусов по Цельсию. Гемицеллюлоза и целлюлоза относятся к полисахаридам, лигнин является затвердевшей аморфной смолой на базе фенолпропана. Она заполнит площади между полисахаридными волокнами.

При 150 градусах по Цельсию лигнин начинает разлагаться, тогда как для гемицеллюлозы температурный порог составляет 160 градусов соответственно. В ходе этих процессов выделяются особые летучие вещества. Они снижают плотность полученного композиционного материала, повышают его пористость, если не применяются вентилируемые экструдеры (с отводом газа).

Лигнин снижает прочность готового продукта, так как в ходе переработки он горит и выделяет СО2, снижая плотность продукта и после выдержки с улицы сильно ускоряя выцветание ДПК.

Термопластичный полимер

Полиэтилен имеет строение (-CH2-CH2-)n, температура плавления составляет 120- 140оС, плотность: 0,945 кг/м3

(для ПНД марки 273-83), ПТР: 0,4-0,65 г/10мин (при нагрузке 5 кгс, 190оС), по способу получения делится на:

  • ПНД – полиэтилен низкого давления;
  • ПВД – полиэтилен высокого давления.

ПВД имеет в составе сильно разветвленные боковые цепи, соответственно в составе преобладает аморфная структура; более подвержен окислению из-за наличия винилиденовых двойных связей; плотность ПВД (0,915-0.925 кг/м3) ниже чем у ПНД (0,941-0,965 кг/м3); ПВД менее прочный и жесткий, готовые изделия из ПВД легко царапаются.

На основании этого в производстве ДПК в основном используется ПНД.

Полиэтилен низкого давления

Полипропилен (ПП) имеет строение (-CH2-CH(CH3)-CH2-)n, температура плавления 160-168оС, плотность: 0,9 кг/м3, ПТР: 2,4-3,7 г/10 мин (при 230оС). ПП по ряду свойств превосходит ПЭ. Он легче, прочнее, жестче. Полипропилен показывает повышенную стойкость к ползучести, меньше изнашивается и менее скользкий. Однако, он более хрупкий чем ПЭ, особенно при низких температурах, и такой жесткий, что его трудно крепить, используя гвозди или винты. Кроме того доски на основе ПП намного труднее резать и пилить при монтаже по сравнению с досками на основе ПП. На этих основаниях, главным связующим термопластичным компонентом является ПНД; ПП же используется как добавка к ПЭ, для улучшения механических свойств продукции.

Максимальное содержание полипропилена в смеси с полиэтиленом, при котором полимеры образуют гомогенную структуру расплава, составляет 25%. При увеличении концентрации полипропилена возможны расслоения в структуре. Добавление ПП увеличивает модуль упругости при изгибе (жесткость) готовых изделий. В процессе экструзии, на стадии охлаждения расплава композита, полипропилен поддерживает полимерную матрицу (каркас) формирующегося продукта, оказывая, тем самым, стабилизирующее действие на форму, геометрию и жесткость готового изделия. В производстве ДПК возможно использование и других исходных полимеров – ПВХ, полиамид, полистирол, сополимеры полиэтилена, полипропилена и др.

Полиэтилен высокого давления

Исходный полимер, первичный или вторичный, уже имеет в своем составе различные добавки (антиоксиданты, пигменты, стабилизаторы и др.).

Чаще всего, у нас на производстве, в качестве исходного используется первичный полимер.

Вторичные полимеры каждой отдельной партии могут отличаться цветом, формой и размерами частиц; также различаются температуры плавления, ПТР, ММР и некоторые другие физические показатели. Бывает полимеры в виде гранулы, дробленая фракция, волокна, порошки и др. Цвета тоже достаточно разнообразны: светлые тона, темные, разноцветные. При использовании конкретного полимера необходимо учитывать его особенности. Полимер в составе ДПК является основным связующим агентом, в матрице которого распределяются все остальные компоненты. При каждой дальнейшей переработке полимер теряет свои свойства в качестве исходного сырья (снижается длина цепи, молекулярно-массовое распределение (ММР), меняется температура плавления, ПТР и др.).

Полимер, многократно переработанный, не пригоден в производстве ДПК.

 

Добавки и модификаторы

Мел (карбонат кальция — CaCO3) [вид – белый кристаллический порошок] добавляется в качестве белого минерального наполнителя. Карбонат кальция повышает прочность на изгиб готового изделия; образует слабощелочную среду и, тем самым, оказывает некоторое антимикробное действие; незначительно повышает плотность готового продукта. Мел разделяют на гидрофобный и негидрофобный. Гидрофобный мел имеет низкое содержание влаги и способен к дополнительному связыванию молекул воды (CaCO3*H2O) в процессе производства.

Совместители (марки Бондирам, Метален, Комплен и т.д.) [вид – круглые прозрачно- белые гранулы различного размера] крайне необходимы для получения качественной продукции из ДПК. Дело в том, что древесная мука и полимер имеет различную природу  гидрофильную у муки и гидрофобную у полимера. В смеси они не способны образовать прочные связи между молекулами, что обуславливает невозможность создания качественного однородного продукта из этих двух компонентов. Совместители – это модифицированные полимеры с пришитыми к цепи полиэтилена (или другого полимера) молекулами малеинового ангидрида (или другого модификатора). Они и выступают в качестве посредников в образовании связей между гидрофильной мукой и гидрофобным полимером. Для каждого конкретного полимера нужен свой соответствующий совместитель.

Антиоксиданты (стабилизаторы) [вид – белый кристаллический порошок] – необходимые компоненты в составе ДПК. Антиоксиданты обладают стабилизирующим действием в производстве и эксплуатации готовых изделий из ДПК. В процессе производства, в условиях повышенных температур и давления, при наличии катализаторов (молекулы свободных металлов и др.), компоненты смеси подвержены окислению кислородом по радикальному механизму. При эксплуатации продукции, особенно на открытом воздухе, материал из ДПК также подвержен окислению, и, как следствие, разрушению. Для первого случая необходимы, так называемые, антиоксиданты I рода, для второго – антиоксиданты II рода. Также используется смесь этих антиоксидантов.

Наличие антиоксидантов замедляет окисление и значительно повышает качество и долговечность изделий.

Диоксид титана (TiO2) [вид – белый кристаллический порошок] – добавляется в качестве белого пигмента, обладает противомикробными и противогрибковыми свойствами.

Сажа (технический углерод) [вид – черный порошок] – добавляется в качестве черного пигмента, является стабилизатором ультрафиолетового излучения. Техуглерод необходим, так как воздействие прямых солнечных лучей (УФ-излучение) провоцирует окисление (разрушение) и выцветание готового продукта.

Пигменты (железоокислые и др.) [вид – цветной кристаллический порошок] – красители, использующиеся для придания соответствующего цвета или оттенка готовому изделию.

Лубриканты (смазывающие агенты – воск, парафин, стеариновая кислота, стеарат кальция и т.д.) [вид – воск и стеариновая кислота: круглые прозрачно-белые гранулы различного размера, парафин: прозрачно-белые брикеты] – добавляются для обеспечения более мягкого, стабильного течения расплава и формирования структуры с гладкой поверхностью готового изделия. Отсутствие лубрикантов может привести к повышению нагрузки на экструдер, расслоениям в расплаве, шероховатостям на поверхности и другим нежелательным явлениям в процессе производства.