Древесно-пластиковые композиты (ДПК) представляют собой композиционные материалы , изготовленные из древесного волокна / древесной муки и термопластов, таких как полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), поливинилхлорид (ПВХ) или полимолочная кислота (ПЛА).
Помимо древесного волокна и пластика, ДПК могут также содержать другие лигноцеллюлозные и/или неорганические наполнители. ДПК представляют собой подмножество более широкой категории материалов, называемых пластиковыми композитами из натуральных волокон (NFPC), которые могут не содержать волокнистых наполнителей на основе целлюлозы , таких как волокна целлюлозы, шелуха арахиса , кофейная шелуха, бамбук , солома , дигестат и т. д.
Химические добавки обеспечивают интеграцию полимера и древесной муки (порошка), обеспечивая при этом оптимальные условия обработки.
Компанией, которая изобрела и запатентовала процесс создания ДПК, была компания Covema из Милана в 1960 году, основанная братьями Терраньи ( Дино и Марко ). Covema назвала WPC торговой маркой Plastic-Wood. [1] [2] Через несколько лет после изобретения Plastic-Wood компания Icma San Giorgio запатентовала первый процесс добавления древесного волокна / древесной муки в термопласты (ДПК). [3]
ДПК, также иногда называемые композитной древесиной, по-прежнему являются новыми материалами по сравнению с долгой историей использования натуральных пиломатериалов в качестве строительного материала. Наиболее широкое применение ДПК в Северной Америке приходится на полы на открытом воздухе , но он также используется для изготовления перил, заборов, ландшафтной древесины, облицовки и сайдинга, парковых скамеек , карнизов и отделки , сборных домов под торговой маркой Woodpecker WPC., [4] ] оконные и дверные рамы, а также внутренняя мебель . [5] ДПК впервые появились на рынке настилов в начале 1990-х годов. Производители [6] [7] [8] [9] [10] утверждают, что ДПК более экологичен и требует меньшего ухода, чем альтернативы из массива древесины, обработанного консервантами , или массива древесины устойчивых к гниению пород. Эти материалы могут быть отлиты с деталями, имитирующими текстуру древесины, или без них. [11]
ДПК производятся путем тщательного смешивания измельченных древесных частиц и нагретой термопластической смолы. Наиболее распространенным методом производства является экструдирование материала с приданием ему желаемой формы, хотя также используется литье под давлением . ДПК могут быть изготовлены как из первичных, так и из переработанных термопластов, включая полиэтилен высокой плотности (HDPE), полиэтилен низкой плотности (LDPE), поливинилхлорид (ПВХ), полипропилен (ПП), акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС), полистирол (ПС), и полимолочная кислота (PLA). ДПК на основе полиэтилена являются наиболее распространенными. Добавки, такие как красители , связующие агенты, УФ-стабилизаторы , пенообразователи , пенообразователи и смазочные материалы, помогают адаптировать конечный продукт к целевой области применения. Из экструдированных ДПК изготавливаются как сплошные, так и полые профили. Также производится большое разнообразие деталей, отлитых под давлением, от автомобильных дверных панелей до чехлов для мобильных телефонов.
На некоторых производственных предприятиях компоненты объединяются и обрабатываются в экструдере-грануляторе, который производит гранулы из нового материала. Затем гранулы повторно плавятся и им придается окончательная форма. Другие производители изготавливают готовую деталь за один этап смешивания и экструзии. [12]
Из-за добавления органических материалов ДПК обычно обрабатываются при гораздо более низких температурах, чем традиционные пластмассы, во время экструзии и литья под давлением. Например, ДПК обычно обрабатываются при температурах примерно на 28 ° C (50 ° F) ниже, чем тот же материал без наполнителя. Большинство из них начнет гореть при температуре около 204 °C (400 °F). [13] Обработка ДПК при чрезмерно высоких температурах увеличивает риск сдвига, возгорания и обесцвечивания в результате проталкивания слишком горячего материала через слишком маленький литник во время литья под давлением. Соотношение древесины и пластика в композите в конечном итоге будет определять индекс текучести расплава (MFI) ДПК, причем большее количество древесины обычно приводит к более низкому MFI.
ДПК не подвержены коррозии и обладают высокой устойчивостью к гниению, гниению и нападению морского бура , хотя они поглощают воду древесными волокнами, встроенными в материал. [14] Водопоглощение более выражено в WFC с гидрофильной матрицей, такой как PLA, а также приводит к снижению механической жесткости и прочности. [15] Механические характеристики во влажной среде можно улучшить за счет обработки ацетилированием . [16] ДПК обладают хорошей обрабатываемостью, и им можно придать форму с помощью обычных инструментов для деревообработки. ДПК часто считают экологичным материалом, поскольку они могут быть изготовлены из переработанного пластика и отходов деревообрабатывающей промышленности . Хотя эти материалы сохраняют срок службы использованных и выброшенных материалов, у них есть свой значительный период полураспада; добавленные полимеры и клеи затрудняют повторную переработку ДПК после использования. [17] Однако их можно легко переработать в новый ДПК, как и бетон. Одним из преимуществ по сравнению с древесиной является способность материала принимать практически любую желаемую форму. Элемент WPC можно согнуть и зафиксировать, образуя сильные изгибы. Еще одним важным преимуществом этих материалов является отсутствие необходимости в покраске. Они производятся в различных цветах, но широко доступны в серых и земляных тонах. Несмотря на содержание целлюлозы до 70 процентов (хотя чаще 50/50), механическое поведение ДПК наиболее похоже на чистые полимеры. Чистые полимеры полимеризуются без добавления растворителей. [18] [19] Это означает, что ДПК имеют меньшую прочность и жесткость, чем древесина, и их поведение зависит от времени и температуры. [20] Частицы древесины подвержены воздействию грибков, хотя и не так сильно, как твердая древесина, а полимерный компонент уязвим к разрушению под воздействием ультрафиолета. [21] Вполне возможно, что прочность и жесткость могут быть уменьшены в результате циклического замораживания-оттаивания, хотя испытания в этой области все еще проводятся. Некоторые составы ДПК чувствительны к окрашиванию различными агентами.
Плиты ДПК демонстрируют хорошие эксплуатационные характеристики, но монолитные композитные листы относительно тяжелые (чаще всего тяжелее, чем чистый пластик), что ограничивает их использование в тех случаях, когда малый вес не важен. ДПК в виде композита с сэндвич-структурой позволяет сочетать преимущества традиционных древесно-полимерных композитов с легкостью технологии сэндвич-панелей. Сэндвич-панели ДПК состоят из древесно-полимерной композитной оболочки и, как правило, полимерной сердцевины низкой плотности, что приводит к очень эффективному увеличению жесткости панели. Сэндвич-панели ДПК используются в основном в автомобилестроении, транспорте и строительстве, но также разрабатываются и мебельные применения. [22] Новые эффективные и часто поточные интегрированные производственные процессы позволяют производить более прочные и жесткие сэндвич-панели из ДПК с меньшими затратами по сравнению с традиционными пластиковыми листами или монолитными панелями из ДПК. [23]
Воздействие ДПК на окружающую среду напрямую зависит от соотношения возобновляемых и невозобновляемых материалов. Широко используемые полимеры на основе нефти оказывают негативное воздействие на окружающую среду, поскольку они основаны на невозобновляемом сырье и не поддаются биологическому разложению пластмасс. [24]
Типы пластика, обычно используемые в составах ДПК, обладают более высокими пожароопасными свойствами, чем сама древесина, поскольку пластик имеет более высокое химическое теплосодержание и может плавиться. Включение пластика в состав композита приводит к повышению пожароопасности ДПК по сравнению с древесиной. Некоторые чиновники кодекса все больше обеспокоены противопожарными характеристиками ДПК. [25] [26]