Экструзия композитов из древесины и пластмассы всегда была чем-то вроде "черной магии", которую практиковали лишь некоторые специалисты. Но за прошедший, 2007-й, год, этот "скрытый от всеобщего внимания" рынок вышел из тени по мере того, как повсеместно стали появляться новые производители и новые применения.

В наши дни древесина и пластмасса стали лучшими друзьями. В области индустрии производства продукции для строительства композиты из древесной муки и PP, PE, или PVC это последний писк моды.

Десятки компаний стремятся использовать такие материала для производства жестких и легких оконных профилей, пластмассовой древесины и панелей для внутренней отделки автомобилей. "Затраты на фунт очень низкие, скорость пропускания через установку очень высока, а отходы просто минимальны", - говорит Джеймс Прэтт, вице-президент компании Comptrusion Corp., компании, существующей уже два года, и производящей наполненные древесиной оконные профили.

Размах деловой активности в этой области впечатляет, особенно, если принять во внимание технические трудности, с которыми связаны безопасная и производительная погрузка/разгрузка и обработка легко воспламеняющихся деревянных полов. В отрасли оценивают ориентировочный общий объем производства  компаундов из древесины и пластмассы примерно в 300 миллионов фунтов в год за прошлый год, таков прирост по сравнению со 100 миллионами фунтов, в которые он оценивался два года тому назад.

'Верхушка айсберга'

Компании Louisiana-Pacific Polymers Inc. понадобилось 18 месяцев, чтобы запустить в октябре прошлого года в промышленное производство новый лист из 50/50 древесины и полипропилена. Он используется для изготовления внутренних панелей дверей автомобилей модели 2001 и грузовиков. Компания работает совместно с гигантом в области производства продукции из древесины Louisiana-Pacific и поставщиком запасных частей для автомобилей G&L Industries. Совместное предприятие использует отходы древесноволокнистых плит G&L для производства композитного листа, который затем G&L подвергает горячему формованию.

В то же время компания Mikron Industries запустила в декабре новое предприятие, на котором будут работать восемь линий экструзии, производящих оконные профили из сплавов термопластических смол с наполнением древесным волокном 10-70%.

Компания Trex Co. приступила в феврале к работе над новым предприятием в окрестностях Рино, Невада, которое будет производить настилы из полиэтилена с 50% наполнением древесным волокном. Trex устанавливает в Неваде две линии для экструзии для того, чтобы присоединить их к своим восьми уже существующим линиям в Виргинии, и попытаться удовлетворить резко возросший спрос на эту продукцию. Продажи выросли с 3.5 миллионов в 1993 г. до $34.1 миллионов в 1997 г. Предприятие в Рино будет закупать растягивающуюся упаковку у местных складов для того, чтобы использовать ее в качестве сырья.

"И это только верхушка айсберга. Существует множество проектов, для которых испытывается множество типов древесной муки, но квалификация новых деталей на соответствие строительным и автомобильным стандартам занимает много времени", - говорит Дон Мюррей, менеджер промышленных продаж компании American Wood Fibers, коммерческого поставщика древесной муки.

Старые компании, занимавшиеся продукцией лесного хозяйства, преобразовываются в производителей композитов из пластмассы. Они рассматривают использование пластмассы как способ создания новых строительных материалов, обладающих свойствами, которых не имеют материалы из древесины, таких как устойчивость к гниению, воздействию влаги и насекомых. Композиты также не так дороги, как доска из древесины, и компании получают большую доходность, используя свои собственные отходы древесины. Кроме того, способность композита удерживать винты намного выше, чем у древесины сосны.

Что касается компаний пластмассовой отрасли, то они рассматривают древесину как легко доступный и недорогой наполнитель, который может помочь снизить затраты на смолу, добавить жесткости и повысить износостойкость таких продуктов, как: ручки инструментов, перила лестниц, нижняя обвязка дверной коробки, а также боковая обшивка горячих баков. Использование древесного наполнителя также повышает скорость экструзии профиля, поскольку древесина остывает быстрее, чем пластмасса. "Нет необходимости в калибровке для придания детали формы. Она охлаждается только охлажденной водой", - говорит Прэтт из компании Computrusion. Древесина также придает естественную устойчивость к воздействию ультрафиолетовых лучей и оказывает меньшее абразивное воздействие на экструзионное оборудование, чем неорганические наполнители.

Что касается отрицательных сторон, работа по погрузке/разгрузке древесной муки увеличивает пожароопасность и риск возникновения взрывов. Поэтому производителям могут понадобиться изменения на их предприятиях для того, чтобы добавить искровые детекторы, модернизировать спринклерные системы и построить противопожарные перегородки.

Woodstock 25 лет спустя

Пластмассу, наполненную древесным волокном, начали производить еще 25 лет тому назад с использованием патентованной технологии, которая называлась Woodstock, и сводилась к смешиванию 50% древесной муки и полипропилена. Woodstock была запатентована компанией, которая производила оборудование для экструзии, ICMA San Giorgio из Италии, и компанией-обработчиком G.O.R. Applicazioni Speciali SpA. (Позднее они передали права производителю смолы Solvay S.A. из Бельгии). Технология начала использоваться в промышленном производстве в G.O.R. в 1971 г. для использования в автомобилях Fiat. Материалы предварительно смешивали, и заталкивали в двухшнековый экструдер со встречным вращением от ICMA. После этого осуществлялась поточная экструзия в лист, который использовался для изготовления дверных панелей и прочих деталей внутренней отделки салона. Американское предприятие по производству Woodstock компании Lear Corp. получила лицензию на данную технологию в 1983  г., и все еще использует ее и в наши дни для производства автомобильных панелей.

Восемь лет тому назад компания ICMA запатентовала технологию производства наполненных древесиной композитов с использованием однонаправленно вращающихся двухшнековых экструдеров. "Наличие двухшнекового экструдера, вращающегося в одном направлении, позволяет осуществлять раздельную подачу древесины и полимера с боковой подачей древесной муки вместо предварительного смешивания", - говорит Марко Реццонико, коммерческий директор ICMA. Один из испанских производителей использует патент ICMA для соэкструзии трехслойного листа, который называется Naturcore, с использованием вращающихся в одном направлении двухшнековых экструдеров. Naturcore применяется для производств решетчатых ящиков для овощей и рыбы. В нем используется древесный наполнитель, размещаемый в середине между поверхностными слоями не наполненного полипропилена.

Кроме того, компания Bausano Group из Италии предложила технологию с добавлением расплавленного полимера к сухой древесной муке, вместо обратной операции. В Bausano используют два двухшнековых экструдера встречного вращения, причем один осуществляет подачу сбоку в другой. Большой двухшнековый экструдер с отношением длины и диаметра 35:1 высушивает древесную муку, вытягивая влагу через два воздушника корпуса, причем во втором используется вакуум. Двухшнековый экструдер меньшего размера, 24:1,  плавит и смешивает полипропилен и стабилизаторы, а затем вводит их сбоку в больший экструдер на расстоянии, составляющем две трети от длины цилиндра, сразу после второго воздушника. На новом предприятии Louisiana-Pacific Polymer используется данная технология.

Введение древесного наполнителя в пластмассовую древесину и оконные профили началось еще в начале девяностых годов. Компания Andersen Corp. еще в 1993 г. запустила в промышленное производство свои первые армированные древесным волокном профили из PVC, которые назывались Fibrex. Andersen начала с производства обвязки для дверей для внутренних двориков, а затем расширила применение Fibrex, распространив его на изготовление окон, которые заменяются по индивидуальным заказам.

В компании Andersen осуществляют соэкструзию гладкого окрашенного слоя поверхностного покрытия из чистого PVC поверх наполненного волокном ядра. Competitor Certainteed Corp. осуществляет обратное: центральная часть из чистого PVC покрывается поверхностным слоем из наполненного древесиной PVC так, чтобы его можно было декорировать или окрашивать как древесину.

Еще более молодым рынком для древесных наполнителей является рынок товарных гранулированных компаундов. "Этот рынок еще только зарождается", - говорит Майкл Форд, вице-президент по маркетингу компании Fiber Composites, которая производит компаунды по индивидуальным заказам с количеством древесного наполнителя, достигающим до 60%. Крупным компаниям, занимающимся производством компаундов, еще только предстоит перейти на широкое использование древесной муки, но практически все они уже попробовали работать с ней. "Одним из недостатков является отсутствие чистоты", - говорит Форд. "Образуется пыль, и она может быть летучей. Многие составители окрашенных компаундов работают в режиме чистой комнаты, поэтому для них проще отдавать производство наполненных древесиной компаундов на субподряд". Но, как предсказывает Форд, когда коммерческий успех наполненных древесиной компаундов станет общепризнанным, крупные производители компаундов тоже захотят получить свой кусок пирога.

Не все виды древесины одинаковы

Товарные виды древесной муки реализуются на рынке с меш размерами от двадцати до ста, но для изготовления большинства применений из термопластов требуются размеры ячейки в диапазоне от 40 до 80. У "волокна" аспектное отношение (отношение длины и диаметра) 10:1 или 20:1, в о время как у "муки" обычно аспектное отношение от 1:1 до 4:1. Компания Shore Pacific производит компаунды с порошкообразной мукой с тонкостью помола до 200 меш. А компания Dura Products International производит гранулы с грубым волокном на 20 меш.

Мука с небольшим размером ячейки повышает жесткость, но ухудшает ударопрочность. Более длинные волокна древесины повышают прочность и делают продукт легче, но их труднее вводить в композит.

Помимо размера ячейки и однородности существенное значение имеет также и сорт древесины, из которой изготовлена мука или волокно. Компания American Wood Fibers предлагает 15 марок на основе древесины твердых пород или сосны. P.J. Murphy Forest Products предлагает материалы из сосны, ели, гемлока, клена, дуба, а также березы. Ellingers Wood Flour реализует 10 марок из двух сортов древесины. "Возможно, твердость древесины и структура клеток оказывают воздействие на параметры твердости и модуля упругости при изгибе композита", - говорит Фред Фэнер, президент компании P.J. Murphy. Сорт древесины также влияет и на окрашивание.

Следует отметить, что одна из японских компаний, занимающихся обработкой композитов древесного волокна и полиэтилена, экспериментирует с бамбуком. В имеющей штаб-квартиру в Осаке компании Eidai Kako Co. говорят, что они еще не получили достаточно стабильного качества при использовании данного подхода.

Научитесь правильно с ними работать

Древесная мука очень чувствительна к воздействию влаги и температуры. Ее деградация начинается, когда температура превышает 3750 F. При уровне влажности древесной муки более  0.5-0.7% мука начинает образовывать в экструдере вспененный композит. (Тем не менее, некоторые обработчики намеренно сочетают химическое вспенивание и использование древесных наполнителей). Производители композитов древесины и пластмассы специально указывают максимально допустимые уровни влажности для поставляемой древесной муки. Так, компания Andersen допускает не более 8% влажности для своих собственных отходов. LP Polymers допускает до 6%. Но Dura Products принимает опилки с лесопилок с влажностью до 20%.

Пластмасса и древесина смешиваются с трудом, хотя некоторые полимеры более совместимы, чем другие. PVC, который подобно древесине полярен, связывается, по имеющимся данным, с наполнителем без использования специальных легирующих элементов или же средств, способствующих адгезии между смолой и наполнителем. Полиолефины хуже связываются с древесиной, так что для их использования, скорее всего, понадобится их изменение. Так при использовании одной патентованной технологии (разработанной и лицензируемой Strandex Corp.) всего лишь небольшое количество (2-3%) термопластической смолы позволяет связывать древесину и с полиолефинами, и с PVC.

Участие в работе

Основными областями для роста производства композита древесины и пластмассы по-прежнему являются изготовление оконных профилей, листа для внутренней отделки автомобилей, а также пластмассовой древесины для настилов. Отрасль производства товарных компаундов и маточных смесей также развивается, но несколько медленнее. Ниже приводится перечень того, что делается в этой области различными компаниями:

AERT Corp. (Advanced Environmental Recycling Technologies) из Спрингдейла, Арканзас, была одной из первых компаний, начавших производить наполненные древесиной полиэтиленовые профили для изготовления окон и дверей в начале девяностых годов. Компания все еще является обладательницей одного из самых старых патентов с самой широкой формулой изобретения на материалы из композитов древесины и пластмассы.

Andersen Corp., Бейпорт, Миннесота, начала промышленное производство профилей Fibrex с 60% PVC и 40% древесного волокна в 1993 г. для изготовления обвязки дверей для внутренних двориков и, позже, замены окон. И PVC, и древесная мука производятся из отходов, которые образуются при производстве прочих продуктов компании. В компании Andersen сначала изготавливают гранулы из смеси на двухшнековом смесителе для компаундов с использованием одношнекового  экструдера для горячего расплава, а затем экструдируют профиль с использованием конического сдвоенного экструдера от Cincinnati Milacron. В патентах Andersen говорится, что волокна древесины выравниваются в ходе экструзии, что, как сообщается, повышает модуль упругости при растяжении до 0.7-1.1 тысяч фунтов на кв. дюйм с 0.43 тысяч фунтов на кв. дюйм для чистого PVC.

B&F Plastics, Ричмонд, Индиана, производит толстый конструкционный листовой материал из высоконаполненных полиолефинов. В число продуктов, которые производит эта работающая уже пять лет компания, входят: компаунды из древесной муки, утилизированная пластмасса, а также утилизированные покрышки. Первый компаунд B&F, который называется Tireplast, содержит 70% крошки из утилизированных покрышек и 30% полиолефина. Во втором продукте компании, WoodPlast, который был запушен в промышленное производство два года тому назад, содержится до 50% древесной муки и 50% утилизированного HDPE. B&F производит гранулы из смеси на установке для создания компаундов с двумя шнеками, вращающимися в одном направлении, от ICMA San Giorgio и экструдирует лист с помощью шести одношнековых экструдеров.

Certainteed Corp., Вэллей Фордж, Пенсильвания, производит оконные профили из композита древесины и PVC под названием CertaWood, в Гриннелле, Айова. Этот продукт был запущен в промышленное производство в прошлом году для изготовления замен для окон марки Haverford и окон для нового строительства марки New Haven.

Comptrusion Corp., Торонто, которая на протяжении двух лет была лицензиатом Strandex, производит оконные и дверные профили по индивидуальным заказам. В них используется мука на 40-60 меш из твердых и мягких пород древесины в полиэтилене и PVC. Большинство профилей соэкструдируется с поверхностным слоем. У компании Comptrusion имеется три конических сдвоенных линии от Cincinnati Milacron.

Crila Plastics Inc., Миссисауга, Онтарио, производит вспененную полистироловую древесину, которая называется Extrudawood, в некоторых рецептурах материала содержится до 10% древесной муки. Crila использует гранулированные товарные маточные смеси древесной муки для обеспечения дополнительной жесткости.

Crane Plastics, Коламбус, Огайо, разработала наполненный древесиной композит под названием TimberTech прмерно три года тому назад. Материал используется для производства настилов, компонентов офисных систем, а также компонентов окон и дверей. В компании Crane используют несколько конических сдвоенных экструдеров от Cincinnati Milacron для производства профиля из чистого HDPE, на 50% наполненного древесиной. В этом году Crane планирует увеличить мощности.

C.W. Ohio, Конноут, Огайо, приобретает компаунды в виде наполненных древесиной гранул и экструдирует настилы и ограждения для крыльца, столбы и прочие компоненты.
Dura Products International, Этобикоке, Онтарио, производит наполненный древесиной на 70% профиль, и изготавливает из него на двух предприятиях поддоны Duraskid. Компаунд не гранулирован, он подается в экструдеры в виде сыпучего материала. Источником пластмассы являются утилизированные бутылки из HDPE; опилки поступают с лесопилок и от промышленных производителей древесной муки. Предприятие компании Dura Etobicoke имеет мощность производства компаунда 3600 фунтов в час, на предприятии имеется четырнадцать экструдеров от Davis-Standard  с диаметром 4.5 дюйма. Создается совместное предприятие, Duraskid New England в Эндовере, Массачусетс, с производительностью 6000 фунтов в час и 15 экструдерами.

Eaglebrook Products из Чикаго (которая только что стала подразделением U.S. Plastic Lumber Corp.) на протяжении трех лет была лицензиатом Strandex. Компания производит настилы и профили для ограждения, которые называются Durawood EX. В них 70% древесной муки из твердых пород древесины соединены с утилизированным HDPE.

EC Polymers, дочерняя компания Shore Pacific из Мира Лома, Калифорния, изготовляет компаунды собственных полимерных сплавов для литьевого формования. На протяжении последних двух лет, EC предлагает на рынке компаунды с содержанием древесного наполнителя от 5% до 50% с размером ячейки до 100 меш.

Fiber Composites Corp., Нью Ландон, Северная Каролина, в настоящее время в собственности BB&S Treated Lumber, осуществляет эксплуатацию уже на протяжении восемнадцати месяцев. Компания экструдирует наполненные древесиной настилы и ограждения на основе утилизированного и нового полиэтилена.

Formtech Enterprises Inc., Стоу, Огайо, экструдирует по индивидуальным заказам профиль из PVC с древесным наполнителем для применений помимо прямых компонентов окон.

Hoff Forest Products, Бойзе, Айдахо, является лицензиатом Strandex, который экструдировал профиль для замены древесины и архитектурные отделочные компоненты на протяжении года. Компания Hoff получает древесную муку из своих собственных отходов.

Lear Corp.унаследовала производство American Woodstock в Шебойгане, Висконсин, при приобретении Automotive Industries в 1995 г. На предприятии эксплуатируются три двухшнековых экструдера встречного вращения от ICMA, используемые для производства листа для изготовления панелей и элементов внутренней отдели автомобилей.

Louisiana-Pacific Polymers, Честерфилд, Мичиган, открыла новое предприятие в августе прошлого года. На нем используется двойная двухшнековая система со встречным вращением Bausano, в которой один экструдер осуществляет боковую подачу в другой. Компания осуществляет экструзию наполненного древесиной листа, который ламинирован с обеих сторон, и предназначен для автомобильных применений. В компании также разрабатывается лист для строительных продуктов. На предприятии используют отходы древесины твердых пород, которая производится партнером компании и ближайшим соседом, G&L Industries.

Mikron Industries, Кент, Вашингтон, создала новое предприятие для размещения восьми конических сдвоенных линий экструдеров, предназначенных для экструзии композитов из древесины и пластмассы, а также прочих продуктов. В MikronWood входят профили из вспененных композитов и не вспененных полых композитов. На сегодняшний день установлено четыре линии от Milacron.

Natural Fiber Composites, Барабу, Висконсин, представляет собой работающего уже два года производителя по индивидуальным заказам компаундов из наполненных древесиной гранул PP, PS, HDPE, и ABS для экструзии и литьевого формования. Его производительность составляет примерно 10 миллионов фунтов в год. В компании имеется один двухшнековый экструдер с однонаправленным вращением от Davis-Standard для создания компаундов, который работает круглосуточно пять дней в неделю. Вскоре предприятие нарастит мощности до эксплуатации семь дней в неделю, а в конце года ожидается поступление второй линии.

North Wood Plastics Inc., Шебойган, Висконсин, является производителем компаундов по индивидуальным заказам с производительностью 10 миллионов фунтов в год, это преимущественно наполненные древесиной маточные смеси. Компания производит гранулы с содержанием древесины 10-60% в PE, PP, и PS. В компании North Wood используется двухшнековый экструдер с вращением в одном направлении от ICMA.

Phoenix Color & Compounding Inc., Сандуски, Огайо, производит наполненные древесиной до 60% маточные смеси и наполненные древесиной на 30-40% компаунды из PE, PP, PS, и ABS.

Polywood Products (ранее Pacific Southeast Forest Products), Дайамонд Спрингс, Калифорния, начала шесть лет тому назад преобразовываться из деревообрабатывающей компании в производителя пластмассовых композитов. В 1992 г. она обратилась за патентами на материалы и технологию. Компания производит компаунды в гранулах, наполненные древесиной на 50%, а также использует наполненные древесиной маточные смеси. Компания нанимает фирмы, занимающиеся экструзией и литьевым формованием по индивидуальным заказам, для производства стройматериалов с обработкой и молдингов.

Shore Pacific LLC, Мира Лома, Калифорния, является производителем промышленных компаундов, который предлагает компаунды с древесиной по индивидуальным заказам уже на протяжении последних двух лет. Компания производит порошок из части собственной муки, вводя от 5 до 60% в полиолефины и сплавы ABS и других смол.

Star Guard Inc., Ланкастер, Южная Каролина, соединяет древесную муку с утилизированными после использования потребителями пластмассами для экструзии укреплений для кромок ящиков и поддонов.

Trex Co., Винчестер, Виргиния, промышленный гигант, имеет свою собственную технологию по соединению древесного волокна грубого помола в одношнековом экструдере с утилизированным полиэтиленом от бакалейных мешков и растягивающейся упаковки. Компания Trex производит пластмассовую древесину, наполненную в соотношении 50/50 для изготовления настилов и ограждений.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка ДПКТ можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок древесно-полимерных композиционных материалов в России».

Автор:

Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков
Тел.: (495) 918-13-12, (495) 911-58-70
E-mail: mail@akpr.ru
WWW: www.akpr.ru