Как сделать жидкий пластик своими руками? Технология изготовления и область применения средства. Получение пластиков из древесных и растительных отходов в закрытых пресс-формах савиновских андрей викторович

Современные стройматериалы должны быть не только эстетичными, но и практичными, простыми в обращении и уходе, но главное — экономичными. Многие предприятия работают в сфере изобретения новых материалов, направляя исследования главным образом на сочетания различных веществ, и среди них можно выделить такую перспективную новинку как древесно-полимерный композит (ДПК) .

ДПК нередко называют жидким деревом , или деревопластиком , а любители щеголять знанием английского называют его поливуд . Из этих названий понятно, что он представляет собой соединение пластика и дерева в расплавленном состоянии с последующим затвердеванием конечного продукта. Жидкое дерево является альтернативой древесине дорогих сортов, и, к тому же, имеет значительно улучшенные характеристики эксплуатации по сравнению с любым деревом или пластиком. В свете современной моды на экологические материалы древесно-полимерный композит — это необходимое совершенствование материалов применяемых для облицовки, напольных покрытий, изготовления панелей и «досок» и многих других строительных и отделочных материалов. Самое широкое применение древесно-полимерный композит получил в области изготовления террасных досок (декинга) .

Самый популярный вариант применения ДПК — террасная доска или декинг

Свойства и характеристики древесно-полимерного композита

ДПК состоит главным образом из древесных волокон, роль которых успешно выполняют отходы деревообрабатывающей промышленности и пластмассы, как связующего субстрата. В итоге, полученный материал объединяет в себе все полезные свойства современных полимеров и натуральной древесины.

Древесные качества жидкого дерева проявляются в:

• аутентичном деревянном рисунке, текстуре и цвете;
• аналогичной теплопроводности;
• характерном аромате;
• безопасности для окружающей среды и для потребителя.

Полимерная часть ДПК придает ему такие свойства, как:

• высокая влагостойкость, из-за чего вам стоит забыть проблему разбухания досок;
• прочность и износостойкость, благодаря чему изделия из ДПК не боятся нагрузок, ударов и постоянного истирания. Обувь, когти животных, падающие предметы не оставляют на поверхности видимых следов. К тому же, даже будучи увлажненной, террасная доска из ДПК не скользит, что так важно при использовании на полу, в качестве ступеней и, естественно, террас, веранд, открытых площадок и даже (садовый паркет);
• термостойкость и способность выдерживать экстремальные погодные условия;
• несъедобность для насекомых, грибков, а также гнилостных бактерий;
• легкость обработки и монтажа (пример строительства террасы из ДПК);

Вследствие этого жидкое дерево в отличие от всех известных стройматериалов, одновременно:

• Надежно, долговечно и красиво;
• Не требует никакого ухода, кроме вытирания пыли. Циклевка, обработка лаком, покрывание краской и другие манипуляции являются прихотями дерева, древесно-полимерный композит в них просто не нуждается;
• Экономично. Сравнивать ДПК с натуральным деревом по стоимости просто нет смысла, а пластик становится дороже со временем из-за того, что требует частых ремонтов и замен. То есть древесно-полимерный композит, который легко прослужит вам четверть века, переживет несколько смен пластмасс и древесины, из-за чего его стоимость в общем счете уменьшается в несколько раз.

Разнообразие изделий из ДПК поистине безгранично

Область применения древесно-полимерного композита

Такие несомненные преимущества обусловили использование ДПК в сфере строительства и даже внутренней отделки автомобилей и яхт, а из-за отличной водостойкости его применяют для строительства конструкций часто контактирующих с водой или постоянно в ней находящихся: бортики бассейнов, пирсы и причалы, небольшие мосты, некоторые детали судостроения и даже морские сваи(!).

В частном домостроении древесно-полимерный композит становится материалом №1 при монтаже различных напольных покрытий, гаражей, танцплощадок, веранд, террас и заборов. В дополнение ко всему из жидкого дерева получаются отличные садовые сооружения: беседки, террасы, дорожки, заборы, калитки — и все благодаря устойчивости к широкому диапазону температур, ультрафиолету солнечного света и влиянию живых организмов. А какую облицовку фасада можно сделать с помощью ДПК!

Легкий, термо- и влагостойкий, простой в монтаже и, к тому же, экологически чистый древесно-полимерный композит становится отличной заменой евровагонке и . Из него получаются также превосходные подоконники и столешницы, мебель и двери любого типа (как входные, так и ).

Самый распространенный в мире стройматериал из ДПК — декинг , также называемый террасной доской. Из декинга создают напольные покрытия в интерьерах, также и в помещениях, где часто бывает повышена влажность: баня, сауна, ванная комната. Все положительные качества ДПК работают при использовании его для наружной отделки сооружений: уже упомянутых балконов, террас, эксплуатируемых кровель, веранд, пирсов, пристаней и палуб кораблей.

Террасная доска является традиционно профильным изделием с вариабельными конфигурациями. Также производители рекомендуют использовать полый или сплошной профиль декинга для разных видов предполагаемой нагрузки на покрытие.

Также очень распространено изделие из ДПК, называемое садовым паркетом . Внешне он выглядит как плиточное покрытие с сегментами примерно 30 на 30 см. Но сам паркет составлен из пластмассовой подложки, к которой и крепятся планки из древесно-полимерного композита. Специальные крепления подложки позволяют легко и просто устанавливать и собирать обратно настил, что обуславливает его применение в сезонных постройках, площадках или на частных загородных участках.

Откуда к нам пришел этот удивительный материал?

Создали древесно-полимерный композит (ДПК) в Италии. Еще в 1974 году концерн ICMA Сан Джиорджио получил патент на авторство этого стройматериала, для которого создана торговая марка Wood-Stock. Сейчас четко можно увидеть все предпосылки для такой идеи — ведь компания до этого занималась одновременно традиционной деревообработкой и изготовлением полимерных пластиковых изделий. Затратная утилизация отходов обеих отраслей стала проблемой, которую экономично решили объединением обоих направлений. Но тогда новый стройматериал был не просто новинкой, а стоял на грани фантастики, поэтому ему пришлось еще долго заслуживать доверие потребителей.

Технология производства ДПК требует тщательного соблюдения технологического процесса и высокого качества сырья. Процессы доработок и улучшений технологии изготовления, а затем и самого материала затянулись вплоть до восьмидесятых годов. А признание потребителя жидкое дерево получило не в Италии, а на крупнейших автозаводах мира. Сейчас практически каждый имеет дело с ДПК, но даже может не догадываться об этом, ведь большинство салонов автомобилей изготовлены именно из него — древесно-полимерного композита.

Древесно-полимерный композит — изготовление на производстве

Состав и изготовление древесно-полимерного композита

Если рассматривать состав ДПК подробнее, то его изменения прослеживаются с начала производства до современности, и сейчас примерно таков: измельченный деревянный наполнитель, придающий основной объем изделию, связывается полимером одного из трех видов. Предназначение готового изделия определяет выбор: полипропилен, поливинилхлорид (ПВХ) или классический полиэтилен. Пластмасса с наполнителем связываются и превращаются в единый монолит.

Активно используют в изготовлении жидкого дерева аддитивы — различные добавки, необходимые для придания композиту нужных эксплуатационных свойств. Их роль в жидком дереве играют продукты химической промышленности:

• колоранты для придания цвета;
• модификаторы для усиления прочности и твердости;
• лубриканты для лучшей влагостойкости и быстрой экструзии;
• вспенивающие реагенты для придания легкости и гладкости поверхности;
• биоциды для максимальной устойчивости к воздействиям факторов биологической природы.

Недостатки древесно-полимерного композита

К недостаткам материалам из древесно-полимерного композита можно отнести плохую переносимость при постоянном одновременном воздействии сочетаний двух негативных влияний — высокой влажности и высокой температуры, что приводит к быстрому изнашиванию покрытия из ДПК.

Появление плесени при недостаточном вентилировании помещения, с которой позволяют бороться только специфические и дорогие добавки. Его стоимость по сравнению с бюджетным деревом до сих пор остается основным недостатком.

Ближайшим натуральным конкурентом ДПК может являться лиственница или более редкое у нас дерево банкирая (Bangkirai), которая обходится иногда даже вдвое дешевле, а свойства имеет практически идентичные. Разница проявляется только в тех местах, где использование одного материала невозможно и он заменяется другим.

Технико-эксплуатационные характеристики древесно-полимерного композита (ДПК) и лиственницы

Лиственница будет проявлять себя значительно лучше в бане или сауне (высокие температуры в сочетании с влажностью — помните?), но древесно-полимерный композит намного дольше прослужит под открытым небом, так как деревянные стройматериалы на воздухе всегда нуждаются в регулярной дополнительной обработке и замене.

К сожалению, всем нам известный и столь распространенный во всем мире пластик содержит вредные для здоровья человека вещества. Более того, в его производстве используются нефтепродукты. Однако до недавнего времени альтернативы этому дешевому материалу фактически не было. Конечно, новые конструкционные материалы появляются постоянно. Это клееная фанера, древесностружечные и древесноволокнистые плиты. Есть свои новинки и в бетонной индустрии, металлургии, стекольной промышленности. Тем не менее, по стоимости, а, значит, и доступности им все-таки далековато до пластика.

Вначале нового тысячелетия ученым удалось создать принципиально новый конструкционный материал, который в ближайшие десятилетия может практически полностью заменить привычный пластик. Это термопластичный древесно-полимерный композит (ДПКТ или ДПК), а в простонародье - «жидкое дерево». В его производстве используются первичное (вторичное) сырье ПП, ПЭ или ПВХ плюс древесные добавки (древесная мука, прочие растительные волокна) и вспомогательные присадки. Эффект превзошел все ожидания. Новейший материал не только экологичен (содержание серы сокращено на 90%), но и, сочетая в себе лучшие свойства дерева и пластмассы, сохранил относительно низкую себестоимость.

По оценкам экспертов, ежегодный рост продаж ДПК в мире составляет около 20%. Так что же это за чудо, которого так долго ждали архитекторы, конструкторы и производственники? Попробуем разобраться.

Применение и обработка

Благодаря своим свойствам древесно-полимерный композит отлично применяется в самых различных областях. Материалы отличаются однородностью и гладкостью поверхности, пластичностью, стойки к атмосферному и биологическому воздействию, а срок эксплуатации даже в жестких уличных условиях достигает 50 лет.

Всё это позволяет использовать ДПК в производстве различных архитектурных и строительных материалов: плинтусов, вагонки, подоконников, профилей, декоративных элементов, а также наполнителей.

Изготавливают из ДПК и готовые к использованию изделия: ламинат, напольные покрытия, мебельные листы, мебель, кабельные коробки, многокамерные оконные профили и даже декинг - профиль для изготовления причалов и пирсов.

Физико-механические свойства древесно-полимерного композита предоставляют широкие возможности для его обработки. Материал не теряет своей формы и прочности , приняв в себя до 4% влаги. Из него можно изготавливать облегченные, пустотелые вещи. Монтируется он как с помощью гвоздей и шурупов, так и на специальные защелки.

А ещё, ДПК можно фанеровать шпоном, ламинировать пленками и листовыми пластиками, красить любыми красками и лаками, получать различные декоративные эффекты, добавляя пигменты в композицию и пр.

Полученные из ДПК изделия легко поддаются механической обработке. Они легко пилятся, сверлятся, режутся, клеятся, свариваются друг с другом, гнутся (после предварительного нагрева горелкой), а, если в состав материала добавлена мука из мягких пород дерева или целлюлозосодержащие отходы, то это придает изделию ещё и повышенную пластичность.

Наконец, ДПК, помимо эстетичности, который ему придает внешний вид, приятен и для обоняния, обладая легким древесным запахом.

Технология производства

Для изготовления древесно-полимерного композита используется ряд компонентов. В первую очередь это, конечно, измельченное древесное или целлюлозосодержащее сырье. То есть это может быть не только древесина, но и кукуруза, рис, соя, солома, бумага, опилки и пр. Второй основной составляющей ДПК являются синтетические связующие. К ним относятся: полиэтилен, пропилен ПВХ и др. Остальные компоненты - это дополнительные добавки, состав которых варьируется в зависимости от предназначения будущего изделия. К наиболее распространенным относятся: красители, пигменты, антиоксиданты, противоударные модификаторы, свето- и термостабилизаторы, антипирены и антисептики для защиты от огня и гниения, гидрофобные добавки для устойчивы к сырости, вспенивающие агенты для снижения плотности ДПК.

Объем древесных частиц в материале может составлять от 30 до 70%, а их размер от 0,7 до 1,5 мм. Тонкие фракции используются в производстве готовых профилей, не требующих дополнительной обработки поверхности. Средние подходят под покраску или отделку шпоном. Грубые - для технических целей.

Объем синтетических связующи х также варьируется и может составлять от 2 до 55%. Зависит это опять же от предназначения будущего изделия. Что касается дополнительных добавок, то их объем в материале не превышает 15%.

Кстати, не так давно немецким разработчикам удалось изготовить «жидкое дерево» идеального качества . Специалисты института Фраунгофера создали его из лигнина. Этот материал получают из древесины. ДПК под названием Arboform является абсолютно не токсичным продуктом. Более того, если обычный древесно-полимерный композит можно перерабатывать 3-4 раза, то этот до 10 раз. К чему мы это? Дело в том, что в Китае индустрия по производству ДПК разрастается как нигде в мире. И, если в Европе и США созданные материалы проходят серию тестирований, то в Поднебесной себя этим не утруждают и поставляют на рынок, в том числе международный, продукт не самого лучшего качества.

Теперь об оборудовании для производства ДПК . В его стандартный состав входят: экструдер двухшнековый, фильера формовки, стол калибрации и охлаждения, тянущее устройство, отрезное устройство по длине, деление по ширине (при необходимости) и укладчик. Вся линия отличается компактностью, а управление ей, обычно, полностью автоматизировано. В комплектации некоторых моделей присутствуют также: мельница (измельчитель сырья) автозагрузчик сырья, и смеситель.

Производителями таких линий и модулей являются в основном китайские компании . Лидеры среди них - WPC, Zhangjiagang City Boxin Machinery и др. Качество техники достойного уровня, тем более, что основные узлы для них производятся европейскими машиностроительными заводами.

Задача технологии изготовления изделий из термопластичных древесно-полимерных композиционных материалов принципиально проста - соединить все ингридиенты будущего композита в однородный материал и сформировать из него изделие нужой формы. Однако, для ее реализации требуется некоторый набор достаточно сложного технологического оборудования.

1. Общие принципы технологии.

Исходным сырьем для производства ДПК является древесная мука (или волокно), базовая смола в виде суспензии или гранул и до 6-7 видов необходимых добавок (аддитивов).

Сушествует две принципиально различающихся схемы получения экструзионных изделий из термопластичных ДПК:

• двухстадийный процесс (компаундирование + экструзия),
• одностадийный процесс (прямая экструзия).

В двухстадийном процессе сначала из исходных ингридиентов изготавливается древеснополимерный компаунд. Смола и мука находятся в двух силосах. Мука, подсушенная в специальной установке и смола направляются в весовой дозатор, и поступает в смеситель, где тщательно перемешивается в горячем виде с добавлением необходимых аддитивов. Полученная смесь далее формируется в виде некрупных гранул (пеллет), которые затем охлаждается в специальном устройстве (охладителе).

Рис. 1. Схема получения гранулированного древеснополимерного компаунда

Затем, этот компаунд используется для экструзии профильных изделий, см. схему экструзионного участка, Рис. 2.

Рис. 2. Схема экструзионного участка

Гранулят подается в экструдер, разогревается до пластичного состояния и продавливается через фильеру. Выдавленный профиль калибруется, распиливается поперек (а при необходимости и вдоль) и укладывается на приемный стол.

Древеснополимерный компаунд используется также для литья или прессования изделий из термопластичных ДПК.

В случае прямой экструзии ингриденты направляются непосредственно в экструдер, см., например, одну из схем организации процесса прямой экструзии ДПК на Рис. 3.

Рис. 3. Схема прямой экструзии древеснополимерных композитов.

В данном случае, древесная мука подается из бункера в сушильную установку, подсушивается до влажности менее 1 % и поступает в бункер-накопитель. Затем мука и добавки из поступают в дозатор, а из него - в миксер (смеситель). Подготовленный в миксере смесь (компаунд) при помощи транспортной системы подается в накопительную емкость экструдера. Смола, пигмент и смазывающий агент из соответствующих емкостей подаются в экструдер, где происходит их окончательное перемешивание, нагрев и выдавливание через фильеру. Далее происходит охлаждение (и при необходимости) калибровка полученного профиля, а затем обрезка на нужную длину. Такая схема называется прямой экструзией.

В настоящее время в промышленности широко используются обе схемы, хотя многие считают более прогрессивной прямую экструзию.

За рубежом существуют предприятия, специализирующиеся только на производстве гранулята для ДПК, т.е. на продажу. Например, на фирме WTL International мощности установок такого типа составляют до 4500-9000 кгчас.

Примерное расположение оборудования экструзионного участка (линии) для прямой экструзии профильных деталей см. на следующей схеме.

В зависимости от цели проекта, производство экструзионных ДПК может быть реализовано в виде компактного участка на одной установке, либо в форме цеха (завода с большим или меньшим количеством технологических линий.

На крупных предприятиях могут стоять десятки экструзионных установок.

Предельные температуры процесса экструзии для разных видов базовых смол, показаны на диаграмме рис.6.

Рис.6. Предельные температуры рабочей смеси (линия 228 градусов - температура воспламенения древесины)

Примечание. Большинство природных и синтетических полимеров при температуре выше 100 град. С склонно к деградации. Это связано с тем, что энергия отдельных молекул становится достаточной для разрушения межмолекулярных связей. Чем выше температура, тем таких молекул становится больше. В результате сокращается длина полимерных молекулярных цепочек, происходит окисление полимера и существенно ухудшаются физико-механические свойства полимера. При достижении предельных температур деградация молекул полимера происходит в массовом порядке. Поэтому, при горячем компаундировании и экструзии необходимо тщательно контролировать температуру смеси и стремиться к ее снижению и к сокращению операционного времени. Деградация полимеров происходит и во время естественного старения композита при воздействии ультрафиолетового излучения. Деградации подвержен не только пластик, но и молекулы полимеров, составляющих структуру древесной компоненты композита.

Давление расплавленной смеси в цилиндре экструдера обычно составляет от 50 до 300 бар. Оно зависит от состава смеси, конструкции экструдера, формы экструдируемого профиля и скорости истечения расплава. Современные мощные экструдеры создаются с расчетом на рабочее давление до 700 бар.

Скорость экструзии ДПК (т.е. скорость истечения расплава из фильеры) находится в пределах от 1 до 5 метров в минуту.

Главной частью этого технологического процесса является экструдер. Поэтому ниже мы рассмотрим некоторые виды экструдеров.

2. Виды экструдеров

В отечественной литературе экструдеры часто именуются червячными прессами. Принцип работы экструдера - это хорошо известный каждому "принцип мясорубки". Вращающийся шнек (червяк) захватывает из приемного отверстия материал, уплотняет его в рабочем цилиндре и под давлением выталкивает в фильеру. Кроме того, в экструдере происходит окончательное перемешивание и уплотнение материала.

Движение материала в экструдере при вращении шнека происходит вследствие разницы в коэффициентах трения материала о щнек и цилиндр. Как образно высказался один зарубежный специалист: " полимер прилипает к цилиндру и скользит по шнеку".

Основное тепло в рабочем цилиндре выделяется вследствие сжатия рабочей смеси и работы значительных сил трения ее частиц о поверхности экструдера и друг об друга. Для переработки термопластов экструдеры снабжаются дополнительными устройствами для разогрева рабочей смеси, измерения температуры и ее поддержания (нагреватели и охладители).

В пластиковой индустрии наиболее распространенными, в силу относительной простоты и сравнительно низкой цены, являются одноцилиндровые (одношнековые) экструдеры, см. схему и фото, рис. 7.

Рис. 7. Стандартная схема и внешний вид одноцилиндрового экструдера: 1- бункер; 2- шнек; 3- цилиндр; 4- полость для циркуляции воды; 5- нагреватель; 6- решетка; 7- формующая головка. Фазы процесса (I - подача материала, II - нагрев, III - сжатие)

Основные характеристиками экструдера являются:

• диаметр цилиндра, мм
• отношение длины цилиндра к его диаметру, L/D
• скорость вращения шнека, об/мин
• мощности двигателя и нагревателя, квт
• производительность, кг/час

Примечание. Паспортная производительность экструдера является величиной условной. Фактическая производительность экструдера может значительно отличаться от паспортной в конкретном технологическом процессе в зависимости от перерабатываемого материала, конструкции фильер, пост-экструзионного оборудования и т.д. Показателями эффективности конкретного экструзионного процесса являются отношения производительности к потребляемой мощности, стоимости оборудования, численности персонала и т.п.

На следующей диаграмме показаны различия в производительности экструдеров серии TEM английской фирмы NFM Iddon Ltd при изготовлении гранул и профиля на разных композициях ДПК.

Следующим видом является экструдер с коническим шнеком . Конструктивно он похож на цилиндрический экструдер, но шнек и рабочая полость выполнены в форме конуса. Это дает возможность более энергично захватывать и проталкивать рыхлый материал в рабочую зону, уплотнять его и быстрее поднимать давление в районе фильеры до необходимого уровня.

Примечание. Цилиндрические и конические одношнековые экструдеры могут использоваться в производстве профилей из термопластичных ДПК в двухстадийном процессе, т.е. при переработке готового ДПК компаунда.

Более производительными являются экструдеры с двумя цилиндрическим или коническими шнеками, см. рис. 8. Кроме того, они обладают существенно лучшими смесительными свойствами. Шнеки экструдера могут вращаться в одну сторону или в противополжных направлениях.

Рис. 8. Схемы шнеков двухцилиндрового и двухконусного экструдеров: зона подачи, зона сжатия, зона вентиляции, зона дозирования

Конструкция двухшнековой машины много сложнее и она дороже.

Шнеки современных экструдеров представляют собой сложную конструкцию, см. рис 6.9.а. и рис. 6.9.б.

Рис.1.9. Окно для реального
наблюдения процесса в экструдере.

В рабочей полости экструдера происходят различные механические, гидравлические и химические процессы,наблюдение и точное описание которых затруднено. На Рис. 9 показано специальное бронированное стеклянное окно для непосредственного наблюдения за экструзионным процессом (фирма FTI)

Благодаря высокой производительности и хорошим смесительным свойствам именно двухшнековые мащины применяются для реализации схемы прямой экструзии термопластичных ДПК. Т.е. в них осуществляется и смешивание компонентов и подача приготовленной рабочей смеси в фильеру. Кроме того, двухшнековые экструдеры часто применяются в двухстадийном процессе в качестве компаундеров для получения ДПК в гранулах.

Шнеки двухшнековых машин не обязательно имеют только винтовые поверхности. Для улучшения их смесительных свойств на шнеках могут быть выполены специальные смесительные участки с другими типами поверхностей, которые обеспечивают существенное изменение направления и характера движения рабочей смеси т тем самым лучшее ее перемешивание.

Недавно японской фирмой Creative Technology & Extruder Co. Ltd для переработки древесно-полимерных композиций была предложена комбинированная схема конструкции экструдера, в котором в одном корпусе цилиндре совмещены двухшнековый и одношнековый экструдеры.

Основные механизмы явлений происходящих при экструзии термопластичных материалов хорошо изучены. В общих чертах см. например приложение " Введение в экструзию "

Примечание. В установке для производства древесно-полимерного листа Ростхиммаша использован дисковый экструдер. В некоторых случаях в производстве ДПКТ вместо шнековой экструзии может использоваться поршневая экструзия.

Существуют специальные методы математического компьютерного моделирования экструзионных процессов, используемые для расчета и конструирования экструдеров и фильер, см Рис. 10. и в системах компъютерного управления экструдерами.

Рис. 10. Система компьютерного моделирования экструзионных процессов.

Экструдеры применяемые производстве ДПК должны быть снабжены эффективным устройством дегазации для отвода паров и газов и иметь износостойкие рабочие поверхности, например, цилиндр с глубоким азотированием и шнек, упрочненный молибденом.

Традиционно, в технологии производства ДПК используется древесная мука влажностью менее 1%. Однако, новые современные экструдеры, разработанные специально для производства ДПК, способны перерабатывать муку влажностью до 8 %, так как снабжены мощной системой дегазации. Некоторые считают, что образующийся в экструдере водяной пар в какой-то степени способствует облегчению процесса экструзии, хотя это спорное утверждение. Например, фирма Cincinnati Extrusion указывает, что выпускаемой фирмой экструдер мод. Fiberex A135 при влажности муки 1-4% будет иметь производительность 700 - 1250 кг/час, а при 5-8 % только 500- 700 кг/час. Таким образом, стандартный экструдер даже оборудованный системой дегазации, все же не является сушилкой, а просто способен более или менее эффективно удалять из рабочкй смеси небольшое количество влаги. Однако, есть и исключения из этого положения, например - описанный далее финский экструдер Conex, способный работать и на влажных материалах.

Как правило, в ходе экструзии вода должна быть полностью удалена из материала для обеспечения получения плотной и долговечной структуры композита. Однако, если изделие будет эксплуатироваться внутри помещения, то оно может быть и более пористым и, соответственно, менее плотным.

Один из экструдеров, разработанный специально для производства древесно-полимерных композитов, показан на Рис. 11.

Рис. 11. Экструдер модели DS 13.27 фирмы Hans Weber Gmbh , технология "Fiberex"

Экструдеры используемые двухстадийном процессе для предварительного гранулирования ДПК вместо профильной фильеры снабжаются специальной гранулирующей головкой. В гранулирующей головке, выходящий из экструдера поток рабочей смеси разделяется на несколько ручейков малого диаметра (стренгов) и разрезается ножом на короткие отрезки.

После охлаждения они превращаются в гранулы. Охлаждение гранул осуществляется на воздухе или в воде. Влажные гранулы высушиваются. Гранулированные ДПК пригодны для хранения, транспортировки и дальнейшей переработки в детали на следующей стадии технологического процесса или на другом предприятии методом экструзии, литья под давлением или прессования.

Раньше экструдеры имели одну зону загрузки. Новые модели экструдеров, разрабатываемые для переработки композиционных материалов могут иметь две или более зон загрузки - отдельно для смолы, отдельно для наполнителей и аддитивов. С целью лучшего приспособления к работе на разных композициях экструдеры - компаундеры часто выполняются разборной секционной конструкции, что позволяет изменять соотношение L/D

3. Фильеры (головки) экструдеров

Фильера (т.н. "головка экструдера") является сменным инструментом экструдера, которая придает расплаву, покидающему рабочую полость экструдера, необходимую форму. Конструктивно фильера представляет собой щель, через которую продавливается (истекает) расплав.

Рис. 12. Фильера, профиль, калибратор.

В фильере происходит окончательное формирование структуры материала. Она в значительной степени определяет точность поперечного сечения профиля,качество его поверхности,механические свойства и т. п. Фильера является важнейшей составной частью динамической системы экструдер-фильера и фактически определяет производительность экструдера. Т.е. с разными фильерами один и тот же экструдер способен произвести различное количество профиля в килограммах или погонных метрах (даже для одного и того же профиля). Это зависит от степени совершенства реологического и теплотехнического расчёта системы (скорость экструзии, коэффициента разбухания экструдата, вязкоэластичные деформации, сбалансированность отдельных потоков экструдата и т. п.) На фотографии рис. 6.13. изображена фильера (слева) из которой выходит горячий профиль (в центре) и направляется в калибратор (справа).

Для получения изделий сложного профиля применяют фильеры, имеющие относительно большое сопротивление движению расплава. Основная задача, которая должна быть решена внутри фильеры в процессе экструзии, и особенно для сложной профильной детали, - выравнивание объемной скорости различных потоков расплава в головке по всему сечению профиля. Поэтому, скорость экструзии сложных профилей меньше, чем простых. Это обстоятельство необходимо учитывать уже на стадии конструировании самого профиля, т.е. изделия (симметрия, толщины, расположение ребер, радиусы переходов и др.).

Рис.13. Сборная двухручьевая фильера для производства оконных профилей.

Экструзионный процесс позволяет на одном экструдере производить одновременно два или более, как правило одинаковых профилей, что позволяет максимально использовать производительность экструдера при производстве некрупных профилей. Для этого используются двухручьевые или многоручьевые фильеры. На фотографии показан внешний вид двухручьевой фильеры, см Рис. 13

Фильеры изготавливаются из прочных и износостойких сталей. Стоимость одной фильеры может находиться в пределах от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч долларов (в зависимости от размеров, сложности конструкции и точности и применяемых материалов).

Кажется, что техническая сложность мощных современных экструдеров и фильер для них (по точности, технологиям производства и применяемым материалам) приближается к сложности авиационных двигателей и далеко не всякому машиностроительному заводу это по плечу. Однако, вполне можно рассматривать возможность организации производства отечественной экструзионной техники, - если использовать готовые комплектующие изделия импортного производства (рабочие цилиндры, шнеки, редукторы и пр.). За рубежом существуют компании, которые специализируются на изготовлении именно такой продукции.

4. Дозаторы и смесители.

В производстве конструкционных материалов вопросы однородности (равномерности структуры) и постоянства состава имеют, как известно, первоочередное значение. Важность этого для древесно-полимерных композитов даже не требует специальных пояснений. Поэтому в технологии ДПК большое внимание уделяется средствам дозирования, перемешивания и подачи материалов. В производстве ДПК реализуются разнообразные технологические приемы и схемы решения этих процессов.

Дозирование материалов осуществляется 5 способами:

• Простое обьемные дозирование, когда материал насыпается в емкость определенного размера (мерное ведро, бочку или емкость смесителя)
• Простое весовое дозирование, когда материал насыпается в емкость, расположенную на весах.
• Непрерывное обьемное дозирование, например при помощи шнекового дозатора. Регулирование осуществляется изменением скорости подачи устройства.
• Непрерывное весовое (гравиметрическое) дозирование при помощи специальных электронных устройств.
• Комбинированное дозирование, когда одни компоненты дозируются одним способом, а другие - другим.

Средства обьемного дозирования дешевле, средства весового дозирования точнее. Средства непрерывного дозирования проще организовать в автоматизированную систему.

Смешивание компонентов может осуществляться холодным и горячим способами. Горячий компаунд направляется непосредственно в экструдер для формирования профиля или в гранулятор и охладитель для получения гранул. В роли горячего смесителя может выступать специальный экструдер-гранулятор.

Примечания:

1. Гранулированные материалы имеют обычно стабильную насыпную массу и могут быть достаточно точно дозированы обьемными методами. С порошками, и тем более с древесной мукой, дело обстоит противоположным образом.
2. Органические жидкие и пылевидные материалы склонны к возгорания и взрыву. В нашем случае это относится, особенно, к древесной муке.

Смешивание компонентов может быть выполнено различными способами. Для этого существуют сотни различных устройств, как простейших мешалок, так и автоматических смесительных установок, см. , например, смесители лопастного типа для холодного и горячего смешивания.

Рис. 14. Компьютеризированная смесительно-дозирующая станция фирмы Colortonic

На рис. 14. изображена гравиметрическая система автоматического дозирования и смешивания компонентов, разработанная специально для изготовления древесно-полимерных композитов. Модульная конструкция позволяет формировать систему для смешивания любых компонентов в любой последовательности.

5. Питатели

Особенностью древесной муки является ее очень маленькая насыпная плотность и не очень хорошая сыпучесть.

Рис. 15. Конструктивная схема питателя

Как бы быстро не вращался шнек экструдера, - он не всегда в состоянии захватить достаточное количество (по весу) рыхлой смеси. Поэтому, для легких смесей и муки разработаны системы принудительного питания экструдеров. Питатель подает муку в зону загрузки экструдера под некоторым давлением и обеспечивает, тем самым, достаточную плотность материала. Схема устройства такого питателя показана на Рис. 15.

Обычно, принудительные питатели поставляются изготовителем вместе с экструдером по специальному заказу под конкретную смесь, см. например схему организации процесса прямой экструзии, предлагаемую фирмой Coperion , Рис. 16.

Рис. 16. Схема прямой экструзии ДПК с принудительным питанием, фирма Coperion.

Схема предусматривает загрузку отдельных компонентов композита в разные зоны экструдера. Внешний вид подобной установки фирмы Milacron, см. рис.1.17.а.

Рис. 17.а. Двухшнековый конический экструдер TimberEx TC92 c системой принудительного питания производительностью 680 кг/час.

6. Охладитель.

В простейших случаях процесс экструзии ДПК может быть закончен охлаждением профиля. Для этого используется несложный водяной охладитель, например - корыто с душевой головкой. Горячий профиль попадает под струи воды, охлаждается и принимает окончательную форму и размеры. Длина корыта определяется из условия достаточного охлаждения профиля до температуры стеклования смолы. Эта технология рекомендуется, например, фирмами Strandex и TechWood. Она применяется там, где требования к качеству поверхности и точности формы профиля не слишком высоки (строительные конструкции, некоторые декинг-продукты и т.п.) или предполагается последующая обработка, например - шлифование, облицовывание и т.д..

Для изделий с повышенными требованиями к точности размеров изделия (сборные конструкции, элементы интерьера, окна, двери, мебель и т.п.) рекомендуется использовать калибрационные устройства (калибраторs).

Промежуточное положение по точности размеров получаемых изделий занимает технология естественного воздушного охлаждения профиля на рольганге, применяемая, например, немецкой фирмой Pro-Poly-Tec (и кажется одной из корейской фирм).

7. Калибраторы.

Выходящий из фильеры профиль имеет температуру до 200 градусов. При охлаждении происходит температурная усадка материала и профиль обязательно изменяет свои размеры и форму. Задача калибратора - обеспечить принудительную стабилизацию профиля в процессе охлаждения.

Калибраторы бывают воздушного и водяного охлаждения. Существуют комбинированные водо-воздушные калибраторы, обеспечивающего лучший прижим экструдата к формующим поверхностям калибратора. Наиболее точными считаются вакуумные калибраторы, в которых движущиеся поверхности формируемого профиля подсасываются вакуумом к поверхностям формующего инструмента.

Австрийская фирма Технопласт недавно разработала специальную систему водяного калибрования и охлаждения древесно-полимерных профилей, получившую название Лигнум, см. рис. 18.

Рис. 18. Система калибрования Лигнум фирмы Technoplast, Австрия

В этой системе калибрование профиля происходит при помощи специальной приставки к фильере, в которой происходит водяное вихревое охлаждение поверхности профиля.

8. Тянущее устройство и отрезная пила.

На выходе из экструдера горячий композит имеет малую прочность и может быть легко деформирован. Поэтому для облегчения его движения через калибратор часто используется тянущее устройство, обычно гусеничного типа.

Рис. 19. Тянущее устройство с отрезной пилой фирмы Greiner

Профиль деликатно захватывается траками гусениц и уводится из калибратора с заданной стабильной скоростью. В некоторых случаях могут быть использованы и валковые машины.

Для деления профиля на отрезки нужной длины используются подвижные дисковые маятниковые пилы, которые в процессе пиления двигаются вместе с профилем, а затем возвращаются в исходное положение. Пильное устройство, при необходимости, может быть снабжено и продольной пилой. Тянущее устройство может быть выполнено в одной машине с отрезной пилой, см. фотографию на Рис. 19.

9. Приемный стол

Mожет иметь различную конструкцию и степень механизации. Чаще всего используется простейший гравитационный сбрасыватель. Внешний вид см., например, Рис. 20.

Рис. 20. Автоматизированный разгрузочный стол.

Все эти устройства смонтированные вместе, снабженные общей системой управления, образуют экструзионную линию, см. Рис. 21.

Рис. 21. Экструзионная линия для производства ДПК (приемный стол, пила, тянущее устройство, калибратор, экструдер)

Для перемещения профилей по предприятию используются различные тележки, транспортеры и погрузчики.

10. Отделочные работы.

Во многих случаях профиль, изготовленный из ДПК не требует дополнительной обработки. Но есть много применений, в которых по эстетическим соображениям отделочные работы необходимы.

11. Упаковка

Готовые профили собирают в транспортные пакеты и обвязывают полипропиленовой или металлической лентой. Ответственные детали для защиты от повреждений могут быть дополнительно укрыты, например, полиэтиленовой пленкой, картонными прокладками).

Мелкие профили для предохранения от поломки могут требовать жесткой упаковки (картонные ящики, обрешетки).

Отечественные аналоги.

В ходе информационных исследований в области экструзии ДПК был проведен и поиск отечественных технологий. Единственную линию для производства древесно-полимерного листа предлагает завод "Ростхиммаш", сайт http://ggg13.narod.ru

Технические характеристики линии:

Вид продукции - лист 1000 х 800 мм, толщина 2 - 5 мм

Производительность 125 - 150 кг в час

Состав линии:

• экструдер двухшнековый
• дисковый экструдер
• головка и калибр
• вакуум-калибровочная ванна
• тянущее устройство
• режущее устройство, для обрезки кромок и обрезки по длине
• накопитель-автомат

Габаритные размеры, мм, не более (габарит указан без тепловой станции и комплекта устройств управления – уточняется при расстановке оборудования у заказчика)

• длина, 22500 мм
• ширина, 6000 мм
• высота, 3040 мм

Масса - 30 620 кг

Установленная мощность электрооборудования около 200 квт

Данную установку можно оценить следующим образом:

• имеет невысокую производительность
• не приспособлена к производству профильных деталей
• крайне низкая точность (+/- 10 % по толщине)
• большая удельная материалоемкость и энергопотребление

1. Описание и химический состав
2. Соотношение полимера и дерева
3. Преимущества материала

На строительстве и при изготовлении мебели применяются новые высокотехнологичные материалы с улучшенными свойствами, по сравнению с обычными того же класса, а цена их ниже. Один из таких материалов – древесно-полимерный композит (ДПК). Сейчас он широко распространен, что связано с доступностью и невысокой ценой. Он дешевле, чем обычное дерево, но обладает такой же прочностью.

При изготовлении композита используют натуральную древесину и полимер, который не вредит здоровью человека. Обычно ДПК получают методом литья, что существенно повышает его прочность.

Композит можно использовать при укладке настила. Он применяется при установке перил на открытых террасах, в беседках, на балконах, поскольку устойчив к перепадам температур, любым осадкам, механическому воздействию. Это делает ДПК универсальным. Материал имеет красивую структуру.

ДПК распространен в США, где его активно применяют при строительстве коттеджей . Технологию производства, характеристики важно знать, если выбрали этот материал. Если знать особенности процесса изготовления жидкого дерева, то можно изготовить композит своими руками.

Описание и химический состав

Древесно-полимерный композит, который называют жидким деревом, представляет собой искусственный материал, получаемый в результате смешивания дерева и мономера. В процессе изготовления происходит экструзия, образующая полимер. Подобным способом изготавливают полимерную доску, по прочности превосходящую обычное дерево, но немного уступающую керамической плитке. Сами доски приобретают форму в процессе литья.

Производится «жидкое дерево» путем добавления к стружке связующих полимеров: полистирола, полиэтилена, полипропилена и поливинилхлорида. Название «жидкое дерево» ДПК получил из-за гибкости и пластичности .

«Жидкое дерево» применяют в производстве половых досок, сайдинга, труб (для водопровода, канализации), мебели.

В химический состав ДПК входят всего 3 компонента:

1. Мелкие частицы древесины (стружка, опилки, измельченное дерево, аброформ, в дешевых моделях попадается жмых от семян подсолнечника, измельченная фанера). Количество присадки может колебаться в составе от 1/3 до 4/5 общей массы.
2. Полимерная добавка – поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП).
3. Специальные химические добавки, которые значительно улучшают технические свойства, внешний вид (красители, лаки). Объем этих добавок составляет 0,1–4,5% общей массы.

Соотношение полимера и дерева

Пропорции соотношения полимера и дерева могут быть разными. Подбор осуществляется с учетом того, какие технические показатели ДПК требуются.

Дерево (аброформ) к полимеру относится как 2:1. Такое соотношение придает ДПК свойства древесины – масса будет содержать больше волокон дерева. Доски из такого материала будут набухать от влаги, что существенно снижает срок эксплуатации во влажном климате. Для средней полосы и юга России оно составит 5–10 лет. ДПК получается относительно хрупким, что ограничивает его применение, однако стройматериал имеет красивую текстуру дерева и «рифленую» поверхность.

Соотношение дерева к полимеру, как 2:3, значительно ухудшает внешний вид доски ДПК, что ограничивает использование досок в декоративных целях. На ощупь доска напоминает обычный пластик, а поверхность становится более гладкой (иногда скользкой).

Если древесно-полимерный композит имеет соотношение волокон дерева (аброформ) к полимеру 1:1, доска приобретает оптимальные характеристики . Текстура получается красивой, с шероховатой поверхностью, нескользкой. Упрощается процесс литья: не требуется греть составляющие до нужной температуры. Приготовление ДПК этим способом не передает свойства дерева материалу: он не впитывает влагу, не набухает, относительно прочен в применении.

Жидкое дерево разливают в специальные формы, которые предусматривают наличие шипов и пазов для крепления досок.

Преимущества материала

ДПК устойчив к воздействию ультрафиолета: он не растрескивается, не деформируется. Он не изменяет свою структуру при низких температурах воздуха, воздействии влаги, кислот и других негативных сред.

Материал устойчив к воздействию плесени, в ДПК не заводятся насекомые, он не является приманкой для мышей, крыс и прочих грызунов. Для большей устойчивости его могут покрывать специальной полимерной пленкой.

Еще один плюс – более высокая прочность (позволяет выдерживать более 5 ц на 1 м 2). Это дает возможность размещать на досках любую тяжелую мебель.

Жидкое дерево – гибкий материал, который легко поддается обработке . Его можно распиливать, обстругивать. Это учитывается в производстве полимеров или в процессе литья.

Жидкое дерево – экологически чистый материал, поскольку используемый аброформ и полимер не выделяют ядовитых веществ и не представляют опасности для человека. ДПК не горюч и не поддерживает горение.

Возможно ли изготовить его самостоятельно?

Сделать «жидкое дерево» (аброформ) в домашних условиях можно, при этом ДПК, изготовленный своими руками, будет обладать нужными характеристиками. Заготовки подойдут для реставрационных работ (мебель), грубого полового настила для вспомогательных помещений, беседок, террас.

Чтобы изготовить жидкое дерево, надо взять древесные опилки и измельчить их при помощи домашних мельниц или кофемолок . В смесь добавляют клей ПВА (соотношение опилок и клея 70:30). Полученная смесь должна быть густой. Чтобы материал имел нужный цвет, рекомендуется добавить краску (эмаль) подходящего цвета.

Полученная масса – аналог ДПК. Материал можно наносить на поврежденные участки паркета, ламината, мебели.

Если залить пол таким материалом, то под него надо сделать опалубку, а саму смесь подготовить в нужном объеме. Затем можно приступать к заливке. Рекомендуемая толщина будущей доски – 50 мм.

Бизнес идея для организации мелкосерийного производства изделий из различных литьевых материалов в домашних условиях. Благодаря инновационным технологиям сегодня при изготовлении пластиковых изделий можно обойтись без дорогих станков термопласт автоматов. Более того, наладить мелкосерийное мини-производство можно прямо на своем рабочем столе. Данную бизнес идею можно рассматривать в двух направлениях:

1. Как основной бизнес по изготовлению готовых изделий и форм путем литья из:жидкого:
   • пластика;
   • силикона;
   • полиуретана;
   • прозрачных смол и прочих материалов.
2. Изготовление форм как эффективное дополнение к другим видам бизнеса в области:
   • строительства;
   • пищевой промышленности;
   • мыловарения.

В первом и во втором случаи литье в домашних условиях не требует больших вложений финансовых средств. Начать литьевой бизнес можно просто сейчас.

Изготовление с помощью жидких пластиков

Процесс изготовления осуществляется с помощью жидких пластиков и силиконовых форм. Теперь появилась возможность в домашних условиях производить пластиковые изделия мелкими сериями:

• сувенирную продукцию;
• игрушки;
• бижутерию;
• запчасти для автотюнинга;
• запчасти для разных механических устройств;
• обувь;
• посуду.

Существуют компоненты для изготовления деталей из тонкостенного пластика, которыми можно существенно расширить ассортимент продукции и производить детали любой сложности. Например, смешивание двух компонентов марки Axson FASTCAST F32 от французского производителя позволяет получить супер-жидкий пластик, который оттекает мельчайшие складки рельефа формы модели. К тому же он безвредный для детей и не имеет запаха.

Подготовка к производству

Для организации производства потребуется в первую очередь модель-образец. По ней сначала нужно сделать форму из специальных силиконовых или полиуретановых компонентов. С опытом и качеством материалов можно научиться снимать формы с моделей на таком высоком уровне, что будут даже видны отпечатки пальцев на изделиях (при необходимости). То есть копия получиться на уровне идентичности, которую нельзя отличить не вооруженным глазом. Пластиковым изделиям можно придать сложные компаунды с любым рельефом. Если нет готовой модели для образца, а нужно сделать уникальные изделия, ее можно заказать у владельцев 3D принтера. Кстати литье существенно превышает по показателям производительности 3D печати из пластика.

Когда ваше изделие готово его можно оформить с помощью сопутствующей продукции, которая прилагается к жидким пластикам:

• краски для художественных эффектов;
• грунтовки;
• клея.

Естественно в некоторых случаях без творчества не обойтись, и придется вручную разрисовать изделия, что может отразиться на производительности. Но создания каждого бизнеса это бесспорно творческий процесс. Ведь управление финансами - это искусство.

Изготавливаем изделие из жидкого пластика

Технология создания идеального мелкого рельефа при изготовлении в силиконовой форме своими руками. Для начала необходимо подготовить все компоненты и материалы. Нам потребуются:

1. Селикон Platinum.
2. Жидкий пластик Axson FASTCAST F18 (цвет белый, имеет консистенцию воды, без запаха!).
3. Краситель для силикона алого цвета.
4. Полиуретановый лак.
5. Весы.
6. Шприц.
7. Пилка-баф.

Надежно закрепляем модель-образец на дне опалубки для формирования формы, с помощью нейтрального воскового пластилина (чтобы избежать подтекания силикона). Красим силикон, из которого получиться готовая форма в алый цвет, чтобы на форме четко было видно качество вымешивания компонентов жидкого, белого на цвет пластика. Полезный совет: чтобы форма была идеальна, следует предварительно модель-образец обмазать силиконом с помощью широкой кисточки. Таким образом, аккуратно заполнить все углубления рельефа компаунды. Только после этого, заливаем форму полностью. Силиконом заполняем всю опалубку. Оставляем на закрепления структуры формы 7-8 часов. Самое трудное позади.

Поздравляем!!! Теперь у вас есть готовая форма для неоднократного производства изделий-копий модели-образца. Перед началом литья убедитесь в том, что форма полностью высушена, дабы избежать образования пузырьков. Потом очень тщательно смешиваем компоненты пластика 1:1 по весу (для этого лучше использовать аптечные или лабораторные электронные весы). Время схватывания 7 минут, но для полного закрепления потребуется еще 20 минут. Этот пластик нейтрален к силикону и не прилипает к нему. Но после многократного использования компаунды со временем, возможно, понадобится смазка-разделитель с защитными свойствами EaseRelease. После истечения необходимого времени достаем готовое изделие, которое скопировано точно по образцу.

Полиуретановые формы для строительства

Вместе с пластиковыми изделиями можно производить формы для литья. Применение литьевых форм в строительстве сейчас очень популярно. Можно производить компаунды для производства строительных материалов. Они долговечны и не требуют обработки специальными разделяющими смазками при изготовлении. Ведь бетон абсолютно нейтрален к полиуретану. Например, жидкие полиуретановые компаунды позволять изготавливать формы для заливки:

• бетонных декоративных изделий (плитки, заборы и др.);
• гипсовых элементов декорации интерьера (балясины, лепины и др.);
• жидкого пластика при создании самых разных изделий (сувениры, игрушки, статуэтки и др.).

Силиконовые формы для кондитера и мыловарения

Применение технологии литья в формах в пищевой промышленности вполне очевидно. Новые инновационные решения в области химии сегодня предлагают жидкие: пластики, силиконы, силиконовые массы, которые соответствуют всем нормам здравоохранения и имеют соответствующие сертификаты. Такими безопасными компонентами можно изготавливать формы для пищевой промышленности. Например, для производства:

• шоколада;
• карамели;
• изомальта;
• льда;
• мастики.

Также компаунды пользуются большим спросом у мыловаров. Они всегда нуждаются в новых оригинальных формах, для создания продаваемых сувениров сделанных из мыла. Совершенно не сложно найти заказчика желающего изготавливать свою продукцию с уникальной формой.

Возможности небольшой бизнес-идеи

Данная бизнес-идея позволяет легко создавать востребованную продукцию своими руками. Готовые работы можно продавать через интернет-магазин. Также можно предоставлять услуги или продавать готовые компаунды для других производителей в других отраслях. Самое главное, что при всех этих широких возможностях домашнего бизнеса стоимость компонентов более чем доступна. Ассортимент компонентов широк и позволяет выбрать необходимые материалы для создания форм или их заливки. Все что потребуется это модель-образец, с которой будет снята форма. Такая бизнес-идея весьма привлекательна для домашнего бизнеса. Она не требует много затрат, позволяет производить полезные товары и увлекает творческим процессом производства.