Насыщенность цвета и долговечность являются критическими параметрами для композитов древесины и пластмассы, особенно, для применений, используемых вне помещений. Поэтому производители композитов древесины и пластмассы очень тщательно выбирают ингредиенты и условия обработки, которые улучшают смешивание красителей, древесной муки и прочих компонентов. Это существенно для обеспечения, как эстетических параметров, так и устойчивости к воздействию атмосферных явлений готового продукта.

Поскольку древесина не поглощает обычных красителей на неорганической основе, окрашивание древесной муки зависит исключительно от того, как хорошо древесина увлажняется смолой, а также от степени деагломерации и дисперсии в полимерной матрице древесных волокон. Неадекватная дисперсия приведет к образованию видимых белых пятен неокрашенной древесной муки. Древесные частицы, находящиеся на поверхности, также подвергаются воздействию элементов без защиты от смолы, что приводит к воздействию влажности и микробов, а также утрате физических свойств.
Красители, как правило, выбираются за хорошую дисперсию в полимерной матрице WPC. Поэтому плохое смешивание в экструдате указывает на наличие проблем, либо в условиях эксплуатации, либо в ингредиентах, которые способствуют дисперсии, в основном, смазочных веществах и веществах, улучшающих обрабатываемость.
Определение проблемы должно начинаться с проверки температур зон цилиндра, температур расплава, амперной нагрузки двигателя и скорости вращения шнека в оборотах в минуту. Если эти эксплуатационные параметры находятся в пределах значений, указанных в спецификации, тогда рассматриваются состав и взаимодействия материалов.

Проверка температур зон цилиндра
У конического двухшнекового экструдера, который часто используется при экструзии композитов из древесины и пластмассы, может быть четыре температурных зоны цилиндра. У зон 1 и 2 обычно более высокие параметры температуры, необходимые для того, чтобы преодолеть изолирующие свойства древесной муки и способствовать компрессии, плавлению и смешиванию. Зоны 3 и 4 отводят тепло и контролируют температуру расплава. Если в зонах 1 и 2 недостаточно высокая температура, может получиться плохое смешивание.

Проверка амперной нагрузки двигателя
Амперная нагрузка это непрямой показатель объема работы, который выполняется экструдером. Слишком высокая интенсивность подачи или слишком низкая скорость вращения шнека могут вызвать переполнение нарезки экструдера. Это уменьшает смешивание красителя и дисперсию агломератов за счет уменьшения объема работы, которую выполняет расплав. Все это может проявиться в виде повышенной амперной нагрузки двигателя. И, наоборот, скорость вращения шнека может быть слишком высокой для скорости подачи, в результате получается недостаточная загрузка нарезки шнека. Из-за этого также может возникнуть плохое смешивание, которое проявляется как более низкая амперная нагрузка двигателя.
Если в экструдате имеются большие скопления древесины, и регулировка скорости подачи и скорости вращения шнека не улучшают смешивания, это может означать, что посторонний мелкий наполнитель от древесной муки и других наполнителей создают твердые отложения, и для того, чтобы разбить их, нужно больше усилия сдвига, чем может обеспечить экструдер. Создатели компаундов могут проверить эффективность удаления мелких частиц. У многих имеется пневматическая очистка для удаления мелкого наполнителя из порошковой смеси.

Знайте свои смазочные материалы?
Сухие порошки красителя, такие как оксиды железа, часто используются для окрашивания профилей WPC. Но сухие порошки очень пыльные, и их трудно точно подавать, они также загрязняют другие продукты. Жидкие красители тоже причиняют немало хлопот, и они дороги.
По этой причине многие производители компаундов используют гранулированные концентраты для обеспечения более предсказуемой подачи и более простых погрузки/разгрузки. Тем не менее, индекс текучести расплава (MFI) смолы подложки и смазочных веществ, которые используются в подложке, могут оказывать нежелательное реологическое воздействие на компаунд в целом.
Поставщики концентрата редко дают информацию об MFI смолы подложки, а также содержащегося в ней смазочного вещества. Но MFI смолы подложки может оказать решающее влияние на обработку WPC и качество продукта, даже при типичной 3% концентрации. Концентраты с высоким MFI лучше функционируют со смазочными веществами, которые имеют меньшую смазочную способность, и наоборот.
Маточные смеси красителей могут содержать смазочные вещества, которые вступают во взаимодействие с комплексом смазочного вещества WPC и могут вызывать недостаточное или чрезмерное смазывание, создавая шершавые поверхности профиля. А если состав WPC содержит средство, способствующее адгезии между смолой и наполнителем, смазочные вещества и в композите, и в концентрате красителя, должны не содержать металлических стеаратов. Такие стеараты присоединяются избирательно ко многим средствам, способствующим адгезии между смолой и наполнителем, снижая их эффективность при связывании смолы и древесины. Возможно, имеет смысл заказывать концентрат красителя, содержащий то же смазочное вещество, что и использованное в рецептуре WPC.—Редактор Йен Х. Шут

Об авторе:
Джонас Берк, химик технической поддержки компании Ferro Corp. из Кливленда, более десяти лет работает в области контроля качества, разработки рецептур; также руководил лабораториями по экструзии для PVC и WPC в компаниях Deceuninck North America (ранее Dayton Technologies) и PolyOne. С ним можно связаться по адресу: burkej@ferro.com.

Джонас Берк, Ferro Corporation
Редактор Йен Шут

Источник: Plastics Technology