Смеси из древесного волокна и термопласта уже прекрасно зарекомендовали себя в области производства экструдированных досок для настилов и ограждений.

Литьевое формование

В настоящее время композиты из древесины и пластмассы начинают использоваться для производства все большего количества применений с использованием литьевого формования по мере того, как новейшие разработки в области производства компаундов из ДПКТ позволяют существенно повысить качество, однородность и возможности этого материала, не наносящего ущерба окружающей среде.

Фактически композиты из древесины и пластмассы последнего поколения можно легко обрабатывать с использованием оборудования для традиционного литьевого формования с минимальной перенастройкой технологических параметров и без каких-либо изменений физических параметров аппаратных средств.  Тем не менее, у этих материалов имеются некоторые технологические параметры, которые отличают их от хорошо знакомых нам формовочных смол.

ДПКТ, входящие в состав создающегося в настоящее время семейства материалов, которые можно назвать «термопластическими биокомпозитами», могут создаваться с использованием целого ряда пластмасс, таких как полиэтилен, полипропилен и полистирол. Помимо древесины для создания этих биокомпозитов можно использовать натуральные волокна, такие как рисовая шелуха, отходы пальмового волокна или лен.

Поскольку эти материалы содержат до 50% органического волокна, они могут давать материал для литьевого формования, позволяющий в большей степени не наносить ущерба окружающей среде, чем при использовании обычных полимеров, которые получают на нефтехимической основе. Помимо обеспечения таких «зеленых» факторов, термопластические биокомпозиты позволяют уменьшить влияние на производителя продукции литьевым формованием со стороны повышающихся цен на нефтепродукты, сократить энергозатраты, связанные с производством, а  также получать готовый продукт с большей структурной жесткостью, эстетически более приятной окончательной отделкой и новыми высоко ценимыми на рынке эксплуатационными характеристиками.

Одним из преимуществ современного поколения ДПКТ является возможность создания с их использованием очень эффективных смесей с дополнительным количеством ненаполненного полипропилена или какой-либо иной смолы. За счет смешивания при осуществлении литьевого формования можно получать самые различные эксплуатационные характеристики: повышение устойчивости к расщеплению таких компонентов, как бамперы автомобилей, или же повышение структурной жесткости чистой смолы. При формовании с использованием нужной температуры, скоростей и отсутствии препятствий для путей движения потоков, детали из ДПКТ будут иметь однородное окрашивание и распределение древесного волокна, минимальную нагрузку, гладкую поверхность, и не будет никаких признаков выпуска газов. При формовании композитов из древесины и пластмассы, а также прочих биокомпозитов, следует соблюдать два основных принципа: необходимо избегать образования избытка тепла и сдвига.  Биологические композиты из древесины и полипропилена обычно менее затратны и меньше весят, чем ненаполненные смолы или смолы, наполненные стекловолокном.

Композиты из древесины и пластмассы конкурентоспособны по отношению к наполненным карбонатом кальция или наполненным тальком полипропиленам в том, что касается затрат, эксплуатационных характеристик и технологии обработки. Но композиты из древесины и пластмассы обладают преимуществом меньшей плотности, которая снижает их реальную стоимость, что может положительно отразиться на транспортных и прочих применениях, где  это позволяет устанавливать премиальную наценку за малую массу. В число применений могут входить автомобильные и строительные детали, спортивные товары и игрушки, а также прочие потребительские товары.

Перспективными применениями для литьевого формования с использованием ДПКТ являются детали с толстыми стенками, т. е. те, которые могут использовать преимущества прекрасной жесткости и размерной стабильности этих материалов. Тем не менее, они не должны подвергаться избыточному воздействию, поскольку ДПКТ менее устойчивы к растрескиванию, чем некоторые традиционные материалы для литьевого формования. Хотя ДПКТ лучше всего походят для производства деталей с толстыми стенками, обработчики могут компенсировать меньшую толщину стенок путем смешивания ДПКТ с дополнительными количествами чистого полимера.

Композит из древесины и полипропилена имеет высокую текучесть при сравнительно низких значениях температуры и давления (обычно аналогичных значениям для полипропилена с неорганическим наполнителем). В результате компании, занимающиеся литьевым формованием, могут получать существенную экономию энергозатрат. Они могут также добиться получения менее продолжительных циклов обработки и более высокой производительности за счет сокращения продолжительность заполнения и охлаждения. Типичными температурами для литьевого формования композитов из древесины и полипропилена являются 171-188 градусов C для задней зоны, 182-199 градусов C для средней зоны и 193-210 градусов С для передней зоны при 199-210 градусах С для наконечника литьевого отверстия.

Разумеется, значения давления при формовании зависят от конструкции детали, а также от системы литников и отверстий. Для литьевого формования композитов из древесины и пластмассы обычно требуется меньшее давление, чем при формовании из традиционных материалов. Хотя материалы и обладают в целом более высокой текучестью, здесь важно избегать слишком короткой продолжительности заполнения, поскольку материал очень чувствителен к сдвигу. Слишком большое количество теплоты из-за слишком быстрого заполнения обычно проявляется в виде образования полос чистой смолы на поверхности компонента. Избавиться от такого образования полос можно просто с помощью простого снижения скорости впрыска. Притом, что для литьевого формования композитов из древесины и пластмассы обычно используются более низкие температуры, время удержания здесь обычно меньше, чем при использовании традиционных материалов.

Обычно сдвиг материала можно свести к минимуму с помощью использования литниковой системы с достаточно широким путем потока и минимальной преградой. Точно так же должно быть такое же большое отверстие для впрыска, поскольку небольшое отверстие приведет к созданию избыточного сдвига и возможной потере окрашивания, а также внешнему проявлению избытка смолы в области литникового отверстия. В идеале детали должны пропускаться непосредственно в толстую часть детали. Впускной литник должен быть расположен так, чтобы можно было избежать соединения фронтов потока и линий стыка в тех точках, которые могут быть подвержены нагрузке при использовании. Повреждения с наибольшей вероятностью образуются на таких линиях стыка.

Для того чтобы обеспечить надлежащее качество готовых компонентов, необходимо использовать гранулы высококачественного термопластического биологического композита. Существует два основных аспекта, на которые следует обратить особое внимание при создании гранул:

• Сухость. Поверхностная влажность не должна превышать 1.5%, причем внутренняя влажность гранул должна быть менее 1%. Отсутствие управления содержанием влаги может в результате давать видимое искривление и повышенную хрупкость.

• Надлежащая инкапсуляция и однородность. Гранулы должны быть чистыми и относительно однородными по размеру и форме. Не должно быть никаких остатков пыли, кусочков гравия или же потеков. Кроме того, не должно быть порошкообразных остатков, наличие которых является признаком ненадлежащей конструкции оборудования или же его материально-технического обслуживания со стороны производителя гранул.

Компоненты, изготовленные с помощью литьевого формования из композита древесины и пластмассы, имеют довольно натуральный внешний вид, светло-коричневое окрашивание и однородную зернистость. Тем не менее, можно получить поверхностное покрытие с высокой глянцевостью. Материал можно окрашивать в различные цвета при прекрасной однородности окрашивания.

Формование натуральных волокон на термопластичном связующем

Основными преимуществами натуральных волокон являются:

• Меньший удельный вес, большая удельная прочность чем у стекловолокна, что особенно важно в изделиях спроектированных под условия высокого сопротивления изгибу;
• Процесс производства натуральных волокон не требует больших трудозатрат;
• Производство натуральных волокон не требует больших капиталовложений;
• Легкая утилизация;
• В зависимости от полимерной матрицы, волокна могут быть переработаны;
• Хорошие тепло и звукоизоляционные свойства.

Однако замена древесины “сельскохозяйственными волокнами” имеет свои недостатки. Льняное волокно, например, особенно абразивно для инструмента. Потребители также сообщают, что у сельскохозяйственных волокон очень сильный запах. При нагревании запах льняного волокна сопоставим с запахом тухлой рыбы. Пшеничная солома пахнет как навоз. Конопляное волокно пахнет марихуаной (хотя поставщики и оспаривают это утверждение), а рисовые отруби как поджаренные хлопья для каши. Такие запахи будут у формованных деталей, и это неважно, если деталь используется на свежем воздухе, в качестве настила или кровельной дранки. Но запах может быть серьезным аргументом против при использовании в кухне или для изготовления деталей внутренней отделки автомобиля.

Ниже представлены технические характеристики компаунда на основе длинных волокон и полипропилена перерабатываемого с помощью литья или экструзии.

Характеристики экструзионного компаунда на основе натуральных волокон

Источник: данные производителя ДНПП листа

Характеристики литьевого компаунда на основе натуральных волокон

Источник: данные производителя ДНПП листа

Характеристики ДНПП листа

Источник: данные производителя ДНПП листа

По своим механическим свойствам компаунды на основе длинных волокон несколько превосходят ДНПП лист.

Рисунок 1. Влагопоглощение переработанных древесно-полимерных композитов

Опыт проводился над профильной деталью, состоящей на 50% из древесной муки при температуре 27°С и относительной влажности 65%. По показателю влагопоглощения лучшие результаты демонстрирует литая деталь. Также следует выделить сверхлегкий технический текстиль производства немецкой компании Borgers-Group. Его плотность составляет 250-600 кг/м3, обладает лучшими звукоизоляционными и теплоизоляционными свойствами, но уступает ДНПП в прочности.

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

www.newchemistry.ru