Winner - декинг "премиум класса" по экономичной цене!

Введение

Нынешний 21 век можно считать веком композиционных материалов, находящих применение в самых различных областях техники и быта.

Древесно-полимерные композиционные материалы (ДПК), представляют собой отдельный класс древесных конструкционных материалов, в которых частицы измельченной древесины соединены между собой при помощи полимерной матрицы. Количество древесины (по весу) составляет в ДПК от 50 до 80 и более процентов.

К ДПК относятся, например, фанера, древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты, а так же и сравнительно новые материалы, такие как древесно-волокнистые плиты средней плотности (MDF) или плиты с ориентированной стружкой ( OSB ), являющиеся сегодня одними из основных прогрессивных материалов в строительстве, производстве мебели и т.д.

История развития ДПК

Однако, плитные материалы, при изготовлении из них фасонных и профильных деталей, требуют значительных усилий и затрат по обработке материала ( строгание, фрезерование и шлифование и т.д.), не не намного меньших, чем при обработке натуральной древесины и сопряжено с образованием большого количества отходов.

Потребность в профильных фасонных деталях во всех сферах производства и строительства остается высокой и впредь будет только возрастать.

Идея непосредственного формования высококачественных изделий из древесно-полимерной композиции экструзией всегда привлекала внимание ученых и инженеров. Экспериментальные работы в этом направлении в течение последних 40 лет проводились многими зарубежными и некоторыми отечественными исследователями.

В 60-е годы в зарубежной практике было начато производство пустотных экструзионных древесностружечных плит ( с использованием фенол-формальдегидных смол ), которое сохранилось в Германии до сих пор . Такие плиты используются, например, для изготовления дверных полотен. В нашей стране по ряду причин такие плиты не нашли широкого применения и имевшиеся в стране несколько импортных установок были демонтированы. Серьезным недостатком этой технологии была склонность древесной щепы ориентироваться в экструдере перпендикулярно направлению движения материала, что приводило к существенной и неудобной анизотропии свойств получаемого материала. Поэтому в мировой и отечественной практике древесностружечные и древесноволокнистые плиты изготавливаются главным образом методом плоского прессования, а с недавних пор и непрерывного плоского прессования.

В 80-е годы отечественными учеными были также созданы несколько установок по экструзии строительного (стенового) бруса из опилок на минеральном магнезиальном связующем. Но они не получили широкого распространения.

В Швеции в 1977 году было организовано производство экструзионных профилей из ПВХ, на котором к поливинилхлоридной смоле добавлялось примерно 30% древесной муки. Аналогичные опыты проводились с рецептурами на основе древесных и др. растительных волокон. Однако, эти опыты не получили в тот период дальнейшего развития и производство было свернуто.

Это объясняется двумя следующими причинами. Не была еще найдена серьезная рыночная ниша для нового продукта. Не удавалось также достигнуть высоких скоростей экструзии. В процессе производства выяснились так же значительные абразивные свойства древесных частиц, что приводило к быстрому износу дорогостоящего экструзионного оборудования и инструмента.

Полимеры, их расплавы, особенно композиционные с волокнистыми наполнителями, обладают ярко выраженными абразивными свойствами, влекущими за собой интенсивный износ рабочих органов оборудования, значительно снижающий сроки его эксплуатации, ухудшающий качество изготавливаемых изделий.

Износ при переработке полимеров и особенно при экструзии – специфическая проблема триботехники. Рабочие органы машин и перерабатываемые полимерные композиции представляют собой сложные динамические системы, закономерности трения и интенсивность износа в которых зависят от множества факторов: условий переработки ( температура, давление, скорсть истечения) , свойств полимерной матрицы, наполнителей, конструкционных материалов, геометрии рабочих органов и др. Отметим, что вся немалая мощность главного привода экструдера, составляющая у крупных машин до 400 квт, расходуется, главным образом, на преодоление трения частиц композита друг об друга и о рабочие поверхности экструдера и формующих инструментов.

Полиэтиленовая смола, древесная мука

В результате длительных научных исследований и опытно-конструкторских и др. работ, проводившихся зарубежными исследовательскими лабораториями и промышленными компаниями, а так же благодаря прогрессу в области научных исследований, конструирования оборудования, применению новых высокопрочных материалов и инструментов и успехам химии, к настоящему времени в США многие вышеуказанные проблемы, в основном, были решены и в последние два десятилетия созданы крупномасштабные промышленные производства изделий из древесно-полимерных композитов на основе термопластичных смол, получаемых методом экструзии . На рисунке изображены исходные материалы (полиэтиленовая смола и древесная мука) и готовый к экструзии композит.

На многих фирмах в последние несколько лет началось подобное производство в Японии, Западной Европе и некоторых других странах.

Зарубежные эксперты считают, что экструзия ДПК является одним из наиболее перспективных в областях деревообработки и утилизации отходов древесины и пластических масс. В ближайшее время ожидается ввод новых крупных мощностей по производству ДПК, создание новых рецептур и освоение новых областей их применения, в т.ч. в Европе, в Китае и странах юго-восточной Азии. При этом, увеличиваются и объемы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. В Японии, например, эту проблему курирует лично премьер-министр. По имеющимся сведениям бюджет только лабораторных работ проводящихся за рубежом составляет ежегодно десятки миллионов долларов США. К этим работам привлечены крупнейшие научные центры, в которых созданы специальные, хорошо оснащенные экспериментальные лаборатории ( по сути небольшие цеха ), в которых исследования ведутся в условиях максимально приближенных к производству.

За рубежом термопластичные древеснополимерные материалы обозначаются общим термином Wood Plastic Composites (WPC). Его распространенным синонимом является и Wood Fibre (америк. Fiber) Coposites. Эти термины в равной степени относится к композитам на основе древесной муки, древесного волокна, а также к другим видам растительного целлюлозосодержащего сырья. Иногда используются и некоторые другие варианты, например Natural Fiber Composites (NFC), Wood–Thermoplastic Composite (WIPC) и т.д.

Проблема производства ДПК находится в зоне интересов сразу трех энергично развивающихся отраслей промышленности - деревообработки, пластмассовой индустрии и промышленности по переработке производственных, бытовых и сельскохозяйственных отходов.

По мере освоения производства ДПК на термопластичных связующих, их широких исследований и накапливающегося опыта применения выяснилось, что изделия из древесно-полимерных композитов могут обладать хорошей устойчивостью к неблагоприятным внешним воздействиям - влаге, световому облучению и биологическим повреждениям.

Одним из важнейших спонсоров исследований и потребителей термопластичных ДПК на основе сельскохозяйственных натуральных волокон является автомобильная промышленность Европы и Америки.

На русском языке о современных методах экструзии ДПК написано пока немного. В основном, это предложения некоторых зарубежных фирм, несколько небольших статей академического и популярного типов, которые не создают общей картины и, тем более, не отвечают на частные впросы применения современной техники и технологии.

Учитывая важность и актуальность данной проблемы и наличие конкретного заказчика, автором были проведены широкие информационно-аналитические исследования этой проблемы. Были изучены многочисленные проспекты, каталоги, журнальные статьи, обзоры, сетевые и др. первоисточники в области разработок , применения и производства древесно-полимерных композитов на основе термопластичных полимеров изготавливаемых методом экструзии, а так же проведены технические переговоры с рядом зарубежных фирм , активно работающих в этой области. Результаты этих исследований обобщены в настоящем руководстве, которое предназначено для оказания помощи руководителям и специалистам предприятий в изучении этой технологии и в организации производства ДПК.

При чтении данной книги следует иметь ввиду , что помимо текста и иллюстраций, книга имеет большое количество гиперссылок на другие источники, т.е. по сути представляет собой большой электронный каталог ( информационную систему). Поэтому, целесообразнее просматривать ее на компьютере , подключенном к интернету. В состав пособия включено несколько библиотечек , содержащих тексты статей , обзоров и рефератов, материалы международных конференций, проспекты и брошюры по тематике ДПК, некоторые книги , позволяющие читателю во время чтения пособия или впоследствии обратиться непосредственно ко многочисленным первоисточникам. Материалы имеются на русском, английском немецком языках и некоторых др. языках.

При написании пособия автор старался сохранить в тексте и в словариках максимальное количество специальных английских терминов (ключевых слов), которые можно использовать при поисках во всем информационном массиве, содержащемся в библиотеках. Поиск удобнее производить, например, при помощи программы Google DeskTop, дистрибутив которой имеется на диске. Такой поиск работает мгновенно и дает адекватные результаты.

В пособии имеется также большой объем графического материала. Просматривать графику удобнее всего при помощи обычного проводника Windows.

При написании книги, автор старался сделать материал максимально понятным всякому технически подготовленному читателю, а не только специалистам по переработке пластмасс.

Книга была, в основном, сверстана в декабре 2003 г. С того времени она постоянно пополняется и уточняется по мере поступления и обработки новой информации, поступающей в т.ч. и от некоторых наших читателей.