Несмотря на некоторый спад, существующий в строительной отрасли Северной Америки, продолжается расширение использования композитов из древесины и пластмассы для создания настилов, кровельных работ, строительства ограждений и заборов, по мере того, как эти материалы заменяют древесину или иные материалы.

В Европе и в других частях мира в настоящее время уже также смогли оценить преимущества этих материалов, и объемы применения этих материалов растут. По всему миру наблюдается укрепление рыночных позиций композитов из древесины и пластмассы и натуральных волокон по мере того, как производители все более усиливают в них свойства возобновляемости, и ожидается роста рынка в области производства настилов и других применений. Этот рынок оценивается в глобальном масштабе в 900,000 метрических тонн, включая и термопласты и термоотверждающие материалы, рассказывает Стивен Ван Коутерен, консультант компании Principia Partners, которая проводит ежегодно конференцию «Композиты из древесины и пластмассы, а также натуральных волокон». По его оценкам, 70% от данного объема приходится на долю Северной Америки, почти 20% на долю Европы, и почти 10% на долю Азии, при этом небольшие количества также приходятся на долю других регионов.

Рыночные тенденции в Северной Америке

В Северной Америке большая часть общего объема композитов из древесины и пластмассы будет израсходована на строительные применения. Несмотря на спад, который наблюдается на рынке жилищного строительства, продолжается рост числа применений композитов из древесины и пластмассы, которые заменяют древесину и другие материалы при изготовлении напольных покрытий, ограждений и заборов. “Этот рост стимулируется продолжающимся и постоянно повышающимся спросом на индивидуально адаптированное внешнее жилое пространство со стороны потребителей”, - поясняет Ван Коутерен. Эта тенденция постоянно усиливается, под ее воздействием возник даже целый новый сегмент отрасли, представители которого специализируются на обслуживании внешнего жилого пространства. “Все стремятся найти материалы с низкими эксплуатационными расходами на содержание и ремонт, и популярность композитов из древесины и пластмассы стимулирует все больший и больший спрос на все большее количество продуктов самых различных стилей и расцветок”, - добавляет он. Североамериканский рынок подразделяется на сегменты относительно дешевых продуктов, на которые оказывает влияние стоимостная разница между композитами из древесины и пластмассы, а также обработанной древесиной, и высококлассными первосортными продуктами, приобретаемыми состоятельными потребителями, которые не так сильно интересуются затратами. Одним из таких высококлассных продуктов является технология Procell™ компании Azek Building Products, для реализации которой используется пенопласт из PVC, наполненный льняными волокнами. PVC от природы более устойчив к исцарапыванию, чем олефины, и отмечается, что использование льняного волокна вместо древесины препятствует появлению микробов и уменьшает обесцвечивание. Несмотря на дороговизну, этот продукт имел большой успех на рынке высококлассных настилов. Под впечатлением от успеха компании Procell, некоторые прочие производители настилов недавно представили на рынок новые продукты на основе PVC. Прочие технические инновации в области разработки композитов из древесины и пластмассы для строительства – пенопластовые продукты, с большим количеством расцветок и текстур, соэкструдированные и устойчивые к воздействию атмосферных условий  материалы для покрытий – сосредоточены, преимущественно, в области улучшения внешнего вида и физических свойств.

Прямая или каптивная экструзия профиля продолжает потреблять в Северной Америке большую часть композитов из древесины и пластмассы, но все же имеется пространство для производства предварительно компаундированных гранул композитов из древесины и пластмассы. В компании JER Envirotech, которая занимается поставками ‘биокомпозитных’ компаундов с индивидуальными параметрами, видят большой потенциал для роста применений для литьевого формования, и проникают на новые рынки со своими композитами из древесины и пластмассы. “Наша технология составления рецептур и компаундирования позволяет получать высокодиспергируемые композиты из древесины и пластмассы с внутренним влагосодержанием устойчиво на уровне менее 0.5%. Это стало новостью для компаний, занимающихся литьевым формованием; многие из них и понятия не имели, что на рынке имеются материалы с таким низким влагосодержанием”, - говорит Эдвард Труман, президент JER Envirotech.

Рост использования композитов из древесины и пластмассы в Европе

Рынок композитов из древесины и пластмассы в Европе начинает запуск целого ряда применений при темпах роста в среднем 23% в год за период с 2003 по 2007 гг., и прогнозируется, что рост продолжится при 26% в год до конца 2012 г. Такая оценка дана Applied Market Information (AMI) в недавно опубликованном отчете об исследовании рынка композитов из древесины и пластмассы. За последние несколько лет, развитие сегмента производства настилов достигло доминирующего положения на рынке; в этом сегменте потребляется почти 75% от общего объема композитов из древесины и пластмассы в Европе, говорит Мэтиас Дэниел, менеджер по продукции из компании Cincinnati Extrusion. “Широкий разрыв между установленными мощностями и объемом производства начинает уменьшаться за счет роста спроса на настилы”, - добавляет он. Другие применения для экструдированного профиля для строительных целей – дверных и оконных профилей, заборов, обшивки или боковой обшивки, кровли и морских сооружений – также демонстрируют рост. “Достаточно долговременный опыт работы с композитами из древесины и пластмассы в Северной Америке начинает придавать компаниям и потребителям в Европе уверенность в том, что этот новый материал можно использовать в качестве приемлемой замены для древесины”, - говорит Маркку Вилкки, работающий в финской компании, проектирующей экструдеры Conenor, Ltd. Он отмечает, что давно предсказанная нехватка древесины и соответствующий рост цен способствовали росту спроса на композиты из древесины и пластмассы. Эндрю Эйтчисон из базирующейся в Великобритании компании Wood Treatment Ltd. (WTL), которая поставляет как древесное волокно, так и гранулированные компаунды композитов из древесины и пластмассы, считает, что наблюдается рост интереса к инновационному использованию композитов из древесины и пластмассы со стороны компаний, занимающихся литьевым формованием и проектированием продуктов. “Формовщики очень сильно заинтересованы, особенно, в том, что касается параметров возобновляемости композитов из древесины и пластмассы”, - отмечает он.

Роль композитов из древесины и пластмассы в области обеспечения возобновляемости

Отрасль по производству композитов из древесины и пластмассы не обошла стороной и «зеленая» лихорадка, и многие компании усиленно рекламируют свои продукты как более безвредные для окружающей среды. Сторонники такого подхода отмечают, что у композитов из древесного и натурального волокна множество преимуществ: они заменяют часть пластмассы, изготовленной на основе нефтехимического сырья, биомассой, в целом ряде случаев используется утилизированная пластмасса, и в качестве биомассы часто используется древесная мука (произведенная из отходов деревообработки) или какой-либо другой вид отходов. Там, где композиты из древесины и пластмассы заменяют древесину, они вносят вклад в растущее в мировом масштабе стремление сохранить леса. Некоторые сомневаются в том, что потребители, особенно, в Северной Америке, действительно учитывают возбновляемость при принятии решения о приобретении, но, по мнению других, возобновляемость все же имеет значение. “В Англии у зеленого движения очень сильные позиции”, - рассказывает Эйтчисон. Он отмечает, что начинается реализация проектов для Лондонских Олимпийских игр 2012 г., и те, кто занимается планированием, хотят использовать возобновляемые материалы. “Мы считаем, что это может стать стимулом для использования композитов из древесины и пластмассы”, - говорит Эйтчисон. – «В Пекине строительство для Олимпийских игр 2008 является потенциальным способом использования значительных объемов композитов из древесины и пластмассы», - сообщает г-н Браун.

Точно так же, как на ранних этапах развития разработка композитов из древесины и пластмассы стимулировалась стремлением найти применения для использованного потребителем и утилизированного полиэтилена, в настоящее время стимулом для разработок является скорее стремление использовать отходы, чем желание осуществить пересортировку для  такого устранения отходов, как транспортировка на свалку или сжигание. Как сообщает г-н Вилкки, рисовая шелуха рассматривается для использования в составе пластмассовых композитов на Ближнем Востоке и в Южной Америке с тем, чтобы уменьшить загрязнение воздуха при сжигании шелухи на открытых полях. Приводя еще один пример, Вилкки отмечает, что технология экструзии от Conenor используется для переработки бумаги, ламинированной пластмассой, и отходов картонной упаковки из промышленных источников в композиты для использования в таких применениях, как противошумные барьеры по обочинам дорог. Материал отходов измельчается и уплотняется в гранулы, которые можно вводить в экструдер. Труман из JER добавляет: “Часть задачи, которую ставит перед собой компания JER Envirotech, является утилизация отходов. Наши заказчики работают с нами, поскольку они разделяют нашу озабоченность проблемами возобновляемости”. 

Варианты с древесными и натуральными волокнами

Рассматриваются многие типы натуральных волокон или биомассы, в основном, в зависимости от доступности в данной местности и экономических факторов. Исследователи успешно решили проблемы обработки таких наполнителей, как скорлупа орехов, MDF (древесно-волокнистая плита), волокна, солома, и это только лишь некоторые из них. Тем не менее, в промышленных масштабах наиболее часто используемым в Северной Америке и Европе композитом из древесины и пластмассы является низкозатратная древесная мука. Древесная мука имеется в изобилии, это отходы, которые собираются существующей инфраструктурой; когда дело доходит до затрат, заключает Эл Ингланд из компании Strandex. Рисовая шелуха используется в промышленном производстве, она является низкозатратной альтернативой, хотя здесь может стать недостатком ее абразивная природа.

Природные волокна с высоким аспектным отношением, такие как лен, повышают прочность композитов. Волокно также увеличивает стоимость, и материал находит применение при производстве первоклассных строительных материалов, отмечает г-н Ван Коутерен. Труман из компании JER отмечает: “Мы рассматриваем высокопроизводительные сельскохозяйственные волокна, поскольку стремимся конкурировать с конструкционными смолами для применений, изготавливаемых литьевым формованием, в области потребительских товаров, транспортировки и строительства”.

Целлюлозные волокна, переработанные из утилизированной для повторного использования массы от бумажного производства, обеспечивают несколько преимуществ для композитов из древесины и пластмассы, отмечает Эдвард Шут, директор по маркетингу компании CreaFill Fibers, которая занимается помолом целлюлозных волокон для целого ряда применений, включая композиты из древесины и пластмассы. Волокна CreaFill это длинные волокна с высоким аспектным отношением, они улучшают физические свойства. Шут говорит, что волокна CreaFill обладают стабильностью цвета, поскольку танин и лигнин, растительные побочные продукты, который вызывают разложение, удалены из целлюлозной массы в ходе процесса производства бумаги. Компания CreaFill разработала гранулированный совместимый с волокном продукт для упрощения дозирования.

Оборудование для обработки композитов из древесины и пластмассы

Некоторые производители экструдеров отмечают переход в Северной Америке и Европе к прямой или поточной экструзии вместо использования гранул компаундов из расплава для того, чтобы сократить производственные затраты. Некоторые описывают технологии прямой экструзии профиля из композитов из древесины и пластмассы как предусматривающие прямое введение всех компонентов непосредственно в экструдер, в то время как для других технологий необходимо предварительное смешивание или же соединение всех или нескольких ингредиентов для прямой экструзии. Азиатские обработчики композитов из древесины и пластмассы, которым начинает требоваться все больше западных технологии для экструзии, обычно производят профиль из гранулированных компаундов, говорит Том Браун, менеджер по продажам и маркетингу компании Cincinnati Milacron.

Различные типы экструдеров используются в отрасли по производству композитов из древесины и пластмассы: у вращающихся в одном направлении двухшнековых экструдеров (TSE) и планетарных экструдеров имеются преимущества в области компаундирования, в то время как конические и параллельные двухшнековые экструдеры с вращением в обратном направлении обычно используются для прямой экструзии. В целом, вращающиеся в одном направлении TSE очень хорошо осуществляют смешивание, удаление летучих веществ и обеспечивают высокую производительность, в то время как конические и параллельные двухшнековые экструдеры с вращением в обратном направлении обычно лучше создают давление для прокачивания материала через сложные профили, поясняет г-н Браун из компании Cincinnati Milacron, которая производит все три типа двухшнековых экструдеров для экструзии из композитов из древесины и пластмассы. При использовании двухшнекового экструдера с вращением в одном направлении или же планетарного экструдера для прямой экструзии обычно используют насос для расплава или же одношнековый экструдер для создания более высокого давления для продавливания через профильную головку. В число последних разработок входят новые конструкции и размеры экструдеров различного типа.

Новая геометрия шнекового элемента и конструкция двухшнекового экструдера от Entek E-MAX™ на 103 мм позволили заказчикам компании, которые осуществляют крупносерийное производство настилов и ограждений из композитов из древесины и пластмассы, получать скорости 1361-1588 кг/ч (3,000-3,500 ф/ч) или даже выше. Так сообщают в компании, которая специализируется на системах двухшнековых экструдеров с параллельным вращением и системах под ключ для прямой экструзии из композитов из древесины и пластмассы. “Мы постоянно работаем с нашими заказчиками, оптимизируя наши установки для того, чтобы они соответствовали задачам, которые стоят перед производством”, - говорит Джон Эффман, директор по продажам и маркетингу компании Entek.

На выставке K2007, компания Cincinnati Extrusion GmbH добавила параллельный двухшнековый экструдер с обратным вращением Fiberex к своей линии конических вращающихся экструдеров для работы с композитами из древесины и пластмассы при экструзии профиля. Новая установка с производительностью до 1000 кг/час включает два устройства активного дегазирования с вакуумными насосами, которые позволяют удалять влагу. Экструдер предназначен для предварительно смешанного материала в виде компаунда расплава, агломерата или повторно измельченного материала.

В относительно новый двухшнековй экструдер с параллельным вращением от Milacron, который называется TIMBEREX®, входит патентованный выходной сегмент, который создает давление для прямой экструзии без отдельного насоса для расплава. В этом сегменте двойные каналы уменьшаются в диаметре и объеме, что создает две отдельные одношнековые камеры, которые становятся эффективными насосами, рассказывает г-н Браун. Компания Milacron также представила свою систему экструзии с ‘Plug & Play’, в которую входят система погрузки/разгрузки материала выше по технологической цепочке, а также охлаждение и нарезание ниже по технологической цепочке. Система обеспечивает рентабельный способ предварительного смешивания ингредиентов композитов из древесины и пластмассы в агломерированные частицы и высушивание частиц после экструдера, рассказывает г-н Браун. Он поясняет, что агломерат легко распадается в экструдере без сдвига, необходимого для того, чтобы расплавить гранулу,  компаундированную из расплава, и добавляет, что: “Агломерат можно вводить и в двухшнековый экструдер с параллельным вращением, и в двухшнековый экструдер с обратным вращением, но мы сосредоточили наши усилия на экструдере с обратным вращением, поскольку нам кажется, что он отвечает потребностям большей части рынка в том, что касается продавливания через более сложные головки”.

Конический роторный экструдер Conex от компании Conenor, созданный компанией Maillefer Extrusion, предназначен для экструзии большого содержания волокна и отходов в композиты из древесины и пластмассы. Два гнездовых ротора обеспечивают многослойную экструзию без использования комплексной готовки для соэкструзии или экструдера с поперечной головкой. Это позволяет осуществлять, например, экструзию из утилизированного материала в основном слое в окружении материала более высокого качества и более привлекательного внешнего вида. “Настоящего роста использования композитов из древесины и пластмассы в Европе можно достигнуть при значительно меньшей структуре затрат, начиная с прямой экструзии и кончая использованием низкозатратных утилизированных сырьевых материалов”, - полагает г-н Вилкки. Хотя многие производители экструдеров рекомендуют высушивать волокна перед экструзией, утверждая, что двухшнековые экструдеры не дают эффективного высушивания,  и что избыточное содержание влаги ограничивает пропускную способность, Вилкки возражает на это, что дополнительные энергозатраты на разделение волокна по размерам и предварительное высушивание являются недостатком и чреваты угрозой возникновения пожара. Он считает, что экструдер Conex способен справиться с 10% влаги, обычно содержащимися в гранулированных древесных отходах, которые широко распространены в Европе в виде отходов деревообрабатывающей промышленности и продаются в виде гранул биотоплива. Г-н Вилкки согласен, что в некоторых случаях эффективным решением для повышения пропускной способности при экструзии на высокоскоростной линии является предварительное нагревание интегрированных питателей экструдера Conex для удаления некоторого количества влаги из волокна.

Планетарные экструдеры обеспечивают небольшой сдвиг и высокую степень дисперсии, что является преимуществом для компаундирования композитов из древесины и пластмассы, считает Пол Годвин, директор по продажам и обслуживанию в компании American Maplan, которая производит планетарные экструдеры, а также двухшнековые экструдеры с обратным вращением и одношнековые экструдеры для работы с композитами из древесины и пластмассы. Планетарный валковый экструдер создает дисперсию иного типа; материал осторожно пропускают между центральным валиком, окружающими планетарными валами и цилиндром, поясняют в немецкой компании-производителе экструдеров Entex Rust & Mitschke (см. рисунок 8). Планетарные экструдеры можно использовать для компаундирования PVC, а также полиолефинов. По сравнению с двухшнековыми экструдерами, эти экструдеры обеспечивают лучшее диспергирование и инкапсуляцию волокна, которые нужны для улучшения физических свойств и устойчивости к воздействию атмосферных явлений, говорит Ралф Квэк, инженер-технолог компании Entex/Triad. В экструдере Entex управление температурой осуществляется за счет циркуляции нагревающей/охлаждающей среды в центре центрального вала, а также в каналах цилиндра, близко к материалу. “Эта уникальная конструкция дает высокую теплоотдачу. Полимер в большей степени плавится за счет тепловой энергии, нежели за счет сдвига”, - объясняет  г-н Квэк. Он говорит, что благодаря высокой теплоотдаче и большой площади поверхности планетарного валкового экструдера, можно подавать волокно или древесную муку в экструдер без предварительного высушивания.

Компания Gala недавно представила решение, которое позволяет осуществлять подводное гранулирование компаундированных композитов из древесины и пластмассы. Подводное гранулирование позволяет работать с материалами, которые трудно гранулировать с помощью каких-либо других методов, говорит Уэйн Мартин, менеджер и инженер-технолог компании Gala Industries. Тем не менее, существует проблема поглощения влаги в ходе подводного гранулирования композитов из древесины и пластмассы. Технология нагревания компании Gala, на которую ожидается выдачи патента, ускоряет скорость гранул после нарезания для того, чтобы удалять их из воды как можно быстрее. Оставшаяся влага испаряется все еще горячими гранулами. “Мы можем получать очень низкое содержание влаги, о котором даже и подумать было невозможно при подводном гранулировании”, – говорит г-н Мартин.

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

Об авторе:
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях - проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.
• Маркетинговые исследования
• Технико-экономическое обоснование
• Бизнес-планирование