Древесно-пластиковые композиты (ДПК) — это композитные материалы , изготовленные из древесного волокна / древесной муки и термопластика(ов), такого 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 являются подмножеством более крупной категории материалов, называемых композитами из натурального волокна и пластика (NFPC), которые могут не содержать наполнителей на основе целлюлозы , таких как волокна целлюлозы, арахисовая шелуха, кофейная шелуха, бамбук , солома , дигестат и т. д.
Химические добавки обеспечивают интеграцию полимера и древесной муки (порошка), обеспечивая оптимальные условия переработки.
Компания Covema из Милана, которая изобрела и запатентовала процесс создания ДПК , была основана в 1960 году братьями Терраньи ( Дино и Марко ). Covema производила ДПК под торговой маркой Plastic-Wood. [1] [2] Спустя несколько лет после изобретения Plastic-Wood компания Icma San Giorgio запатентовала первый процесс добавления древесного волокна / древесной муки в термопластики (ДПК). [3]
Также иногда называемые композитной древесиной, ДПК все еще являются новыми материалами по сравнению с долгой историей натуральной древесины как строительного материала. Наиболее распространенное применение ДПК в Северной Америке — это наружные террасные полы, но они также используются для перил, заборов, ландшафтных пиломатериалов, облицовки и сайдинга, парковых скамеек , молдингов и отделки , сборных домов под торговой маркой Woodpecker ДПК., [4] оконных и дверных рам и внутренней мебели . [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 дерева, обработанного консервантами , или массива дерева устойчивых к гниению пород. Эти материалы можно формовать с имитацией древесных волокон или без нее. [11]
WPC производятся путем тщательного смешивания измельченных древесных частиц и нагретой термопластичной смолы. Наиболее распространенным методом производства является экструзия материала в желаемую форму, хотя также используется литье под давлением . WPC могут производиться как из первичных, так и из переработанных термопластиков, включая полиэтилен высокой плотности (HDPE), полиэтилен низкой плотности (LDPE), поливинилхлорид (PVC), полипропилен (PP), акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), полистирол (PS) и полимолочную кислоту (PLA). WPC на основе PE являются наиболее распространенными. Такие добавки, как красители , связующие агенты , УФ-стабилизаторы , вспенивающие агенты , вспенивающие агенты и смазочные вещества , помогают адаптировать конечный продукт к целевой области применения. Экструдированные WPC формуются как в сплошные, так и в полые профили. Также производится большое разнообразие литьевых деталей, от автомобильных дверных панелей до чехлов для мобильных телефонов.
На некоторых производственных предприятиях компоненты объединяются и обрабатываются в гранулирующем экструдере, который производит гранулы нового материала. Затем гранулы повторно расплавляются и формуются в окончательную форму. Другие производители завершают готовую деталь за один этап смешивания и экструзии. [12]
Из-за добавления органического материала, WPC обычно обрабатываются при гораздо более низких температурах, чем традиционные пластики во время экструзии и литья под давлением. WPC, как правило, обрабатываются при температурах примерно на 28 °C (50 °F) ниже, чем тот же самый, ненаполненный материал, например. Большинство из них начнет гореть при температуре около 204 °C (400 °F). [13] Обработка WPC при чрезмерно высоких температурах увеличивает риск сдвига или 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 определит индекс текучести расплава (MFI) WPC, при этом большее количество древесины, как правило, приводит к более низкому MFI.
WPC не подвержены коррозии и обладают высокой устойчивостью к гниению, разложению и воздействию морских жуков , хотя они впитывают воду в древесные волокна, встроенные в материал. [14] Водопоглощение более выражено в WFC с гидрофильной матрицей, такой как PLA, и также приводит к снижению механической жесткости и прочности. [15] Механические характеристики во влажной среде могут быть улучшены путем обработки ацетилированием . [16] WPC обладают хорошей обрабатываемостью и могут быть сформированы с помощью обычных деревообрабатывающих инструментов. WPC часто считаются устойчивым материалом, поскольку они могут быть изготовлены с использованием переработанного пластика и отходов деревообрабатывающей промышленности . Хотя эти материалы продлевают срок службы использованных и выброшенных материалов, у них есть свой собственный значительный период полураспада; добавленные полимеры и клеи затрудняют повторную переработку WPC после использования. [17] Однако их можно легко переработать в новый WPC, как и бетон. Одним из преимуществ перед древесиной является способность материала формоваться практически для любой желаемой формы. Элемент из ДПК можно сгибать и фиксировать, чтобы сформировать прочные дугообразные 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 50/50 встречается чаще), механическое поведение ДПК больше всего похоже на чистые полимеры. Чистые полимеры полимеризуются без добавления растворителей. [18] [19] Это означает, что ДПК имеют более низкую прочность и жесткость, чем древесина, и их поведение зависит от времени и температуры. [20] Частицы древесины подвержены поражению грибком, хотя и не так сильно, как цельная древесина, а полимерный компонент уязвим к деградации под воздействием УФ-излучения. [21] Возможно, что прочность и жесткость могут быть снижены циклами замораживания-оттаивания, хотя испытания в этой области все еще проводятся. Некоторые составы ДПК чувствительны к окрашиванию различными агентами.
Плиты WPC демонстрируют хороший набор характеристик, но монолитные композитные листы относительно тяжелые (чаще всего тяжелее, чем чистые пластики), что ограничивает их использование в приложениях, где малый вес не является существенным. WPC в форме композита сэндвич-структуры позволяет объединить преимущества традиционных древесно-полимерных композитов с легкостью технологии сэндвич-панелей. Сэндвич-панели WPC состоят из древесно-полимерных композитных оболочек и обычно полимерного сердечника низкой плотности, что приводит к очень эффективному повышению жесткости панели. Сэндвич-панели WPC используются в основном в автомобильной, транспортной и строительной промышленности, но также разрабатываются мебельные приложения. [22] Новые эффективные и часто встроенные в линию интегрированные производственные процессы позволяют производить более прочные и жесткие сэндвич-панели WPC по более низкой стоимости по сравнению с традиционными пластиковыми листами или монолитными панелями WPC. [23]
Воздействие ДПК на окружающую среду напрямую зависит от соотношения возобновляемых и невозобновляемых материалов. Обычно используемые полимеры на основе нефти оказывают негативное воздействие на окружающую среду, поскольку они зависят от невозобновляемого сырья и небиоразлагаемости пластика . [24]
Типы пластика, обычно используемые в формулах WPC, имеют более высокие пожароопасные свойства, чем просто древесина, поскольку пластик имеет более высокое химическое теплосодержание и может плавиться. Включение пластика в состав композита приводит к потенциально более высокой пожароопасности в WPC по сравнению с древесиной. Некоторые должностные лица кодекса все больше обеспокоены пожароопасностью WPC. [25] [26]