5. Получение древесно-полимерного композита

5.1. Основные методы получения дпк

Производство изделий ДПК как правило осуществляется в два этапа. Первичное сырье (полимер, древесная мука и комплекс добавок) совмещаются в процессе, называемом компаунирование. При этом происходит равномерное распределение древесины и добавок в расплаве полимера. В результате компаунидирования получаются гранулы ДПК, которые затем перерабатываются в изделие. Осуществлять переработку возможно большинством традиционных методов производства пластмассовых изделий. Это экструзия - продавливание расплава материала через канал с сечением конечной продукции и последующее охлаждение (таким образом производят листовые и профильные изделия); литье под давлением — впрыск расплава материала в холодную форму; а также термоформование из листа. На сегодняшний день самым крупнотонажным методом переработки ДПК является экструзия.

Экструзия с предварительным компаундированием

1. Компаунидирование

Этот метод переработки предполагает производство гранулы ДПК, которая в последствии будет переработана в изделие. Древесный наполнитель (например, опилки) измельчается и тщательно высушивается. Гранулы полимера, подготовленная древесная мука и комплекс добавок в заданной пропорции тщательно перемешиваются в миксере. Готовая смесь поступает в бункер экструдера, проходит по обогреваемому рабочему цилиндру экструдера, где происходит ее плавление. Расплав проходит через пакет сеток по каналам экструзионной головки и выдавливается через отверстия экструзионной головки (фильеры) в виде цилиндрических стержней в камеру, в которой вращаются ножи. Ножи движутся со скоростью, обеспечивающей отрезание гранул заданной длины. Готовые гранулы охлаждаются и собираются в накопительную емкость.

Производство изделий из ДПК на основе ПВХ позволяет обойтись без стадии гранулирования. Смесь для переработки можно подготовить используя двухстадийный турбосмеситель. В этом случае, порошек ПВХ, древесная мука, подготовленная соответствующим образом, и комплекс добавок загружаются в сектор горячего смешения турбомиксера. Смешение происходит при температуре около 100°С. Далее смесь поступает в зону холодного смешения, где происходит охлаждение композиции.

Недостатком данного метода является короткий срок хранения такой смеси, в отличие от гранулы, смесь быстро «хватает» воду из атмосферы, в результате чего может потребоваться дополнительная сушка смеси перед переработкой.

2. Переработка гранул ДПК в изделие

Экструзионная линия для изготовления профиля состоит из загрузочного устройства, экструдера, экструзионной головки, калибрирующей насадки, охлаждающей ванны, тянущего устройства, отрезного устройства и укладчика готового изделия.

Гранулы или рабочая смесь подаются загрузочным устройством в бункер экструдера, где происходит плавление. Расплав выдавливается из экструдера через экструзионную головку (фильеру) в виде непрерывного профиля заданной конфигурации, захватывается тянующем устройством и протягивается через калибрирующую насадку, где профиль калибруется и частично охлаждается; затем профиль поступает в охлаждающую ванну, в которой он окончательно охлаждается. Далее профиль поступает на отрезное устройство, где отрезается на заданной длине, и продвигается на стол-укладчик.

При необходимости придания профилю различной текстуры, в линию устанавливаются специальные теснильные валы, которые придают поверхности требуемый узор. При необходимости профиль ДПК ламинируется декоративной пленкой.

Прямая экструзия

Данный тип линий комплектуется экструдером с зоной предварительной пластикации, где происходит плавление полимера.

Далее данный расплав поступает в основной рабочий цилиндр экструдера и продвигается шнеками к экструзионной головке.

Древесный наполнитель и комплекс добавок поступают в основной цилиндр экструдера через многокомпонентный гравиметрический дозатор. В дозатор данные компоненты поступают из обычных емкостей с помощью вакуум загрузчиков, работу которых контролирует PLC. Формующие инструменты спроектированы и изготовлены, таким образом, что позволяют экструдировать профили с довольно высокими скоростями.

Дополнительное преимущество данной технологии заключается в том, что предварительная пластикация термопласта при такой высокой температуре перед подачей в основной цилиндр экструдера позволяет значительно быстрее избавиться от влаги в древесном наполнителе, что значительно улучшает качество профилей.

Используемые материалы

В настоящее время на рынке существуют 3 разновидности древесно-полимерных композитов: ПЭ ДПК, ПП ДПК и ПВХ ДПК. В профильных изделиях большее распространение получили материалы на основе ПЭ и ПВХ. При этом изделия, изготовленные на основе ПВХ, имеют самые лучшие характеристики в сравнении с ПЭ и ПП по прочности, негорючести и т.д.

Ниже приведена таблица 7 сравнения показателей ПЭ ДПК и ПП ДПК, кроме ПВХ ДПК, показатели которого лучше.

Таблица 7

Таблица сравнения показателей ПЭ ДПК и ПП ДПК

Материал	Модуль изгиба /GPa	Предел прочности при изгибе /MPa	Модуль упругости/ GPa	Прочность на разрыв /MPa
55% древесное волокно, 45% ПП	2.3	41.2	2.6	21.4
55% древесное волокно, 45% ПЭ	2.3	28.4	2.4	16.2

Степень наполнения древесиной

В настоящее время технологии ДПК позволяет производить профиль хорошего качества с содержанием древесины 30 - 80 %. Если используются ПЭ или ПП, рекомендуется гранулировать смесь сырья. Это позволит обеспечить равномерную экструзию и гладкость поверхности профиля. В случае использования ПВХ, этап грануляции необязателен в технологическом процессе производства.

Требования к древесному порошку

Существуют определенные требования к древесному порошку: дисперсность должна быть порядка 60-80 меш (число отверстий на линейный дюйм) . При использовании более крупных частиц могут возникать трудности в контроле качества производства, что повлияет на качество поверхности и сечения профиля. При возможности приобретения древесного порошка надлежащего качества можно использовать одностадийную технологию производства. В случае если нет поставщика готового древесного порошка, то необходимы две стадии технологического процесса, первая из которых будет стадия подготовки древесного порошка. Порошок также должен быть соответствующе просушен до поступления в экструдер, иначе могут возникать проблемы с пенообразованием, опалением и вскипанием в цилиндре экструдера.

Технологические добавки

Для производства также используются некоторые добавки для обеспечения хорошей экструзии и формования. Добавки необходимы для обеспечения совместимости полимера с древесным порошком, снижения трения между экструдируемой массой и рабочими механизмами, для улучшения текучести и т.п.