Термопластичный древесно-полимерный композит ДПК от Поливуд (Polywood) – сравнительно новый товар на российском рынке. В США применяется достаточно давно, имеет очень широкое распространение благодаря усовершенствованным практическим и эстетическим свойствам, объединившим красоту и экологичность дерева с прочностью и долговечностью пластика.
Что такое композитная древесина
В категорию «простых» древесных композитов можно отнести ДВП, ДСП, клееную фанеру, то есть все материалы, в производстве которых древесина или ее отходы смешиваются с клеевыми составами.
В то же время жидкое дерево (оно же древотермопласт, пластиковая древесина) – это уже ДПК или ДПКТ, то есть древесно-полимерный композит термопластичный. В качестве связующего используются полимеры, а именно:
- Полипропилен ПП,
- Полистирол ПС (поливинилбензол),
- Поливинилхлорид ПВХ,
- Полиэтилен ПЭ и другие вещества из этой группы.
Также композитная древесина производится и в России, но из списка связующих исключили полистирол и ПВХ, как слишком дорогие материалы для массового производства – их использование в основном практикуется на зарубежных заводах для продукции премиум-класса. В российском же ДПК применяется только полиэтилен и полипропилен.
Древесно-пластиковый композит (ДПК) – это общий термин, относящийся к древесным элементам, таким как пиломатериалы, шпон, волокна или мука, из которых в сочетании с термореактивными или термопластичными полимерами создают композиционные материалы.
Вводимые в состав химические добавки минимальны, они необходимы лишь для обеспечения интеграции полимера и древесной муки (порошка) в процессе экструзии.
Первая композитная доска появилась более 30 лет назад, в Японии, когда в одной инжиниринговой компании придумали и разработали заменитель древесины, сделанный из мягких древесных отходов и переработанных полимерных смол.
Этот материал обладает внешним видом и качествами редких пород древесины. Правда, еще раньше, в 1900-х годах, был изобретен композитный материал под фирменным названием Бакелит, но состоял он из фенола формальдегида и древесной муки.
По некоторым данным, первое его коммерческое использование – это ручка переключения передач в автомобиле Роллс Ройс в 1916 году.
Физические характеристики доски из древесно-полимерного композита
| Композит | Предел прочности | Нагрузки на изгиб | Деформационная теплостойкость (°C) | ||||
| Плотность (г/см3) | Прочность (МПа) | Модуль механического напряжения (ГПа) | Растяжимость (%) | Прочность (МПа) | Растяжимость (%) | ||
| ПП | 0.9 | 28.5 | 1.53 | 5.9 | 38.3 | 1.19 | 57 |
| ПП + 40% древесная мука | 1.05 | 25.4 | 3.87 | 1.9 | 44.2 | 3.03 | 89 |
| ПП + 40% древесина | 1.03 | 28.2 | 4.2 | 2.0 | 47.9 | 3.25 | 100 |
| ПП + 40% древесноеволокно + 3%связующий агент | 1.03 | 52.3 | 4.23 | 3.2 | 72.4 | 3.22 | 105 |
Состав ДПК
Добавки (аддитивы)
Выбор добавок так же влияет на качество конечного продукта, как и технологичность оборудования или сырье. При изготовлении пластиковой древесины вводятся следующие добавочные компоненты:
Аппреты
Несут основную функцию в композитах, используются для повышения однородности смеси разнородных и несовместимых материалов.
Отсутствие однородности может негативно повлиять на структуру ДПК, следовательно, использование аппретов улучшают его физические свойства. Кроме того, они снижают процент поглощаемой волокнами воды.
Стабилизаторы
Функция стабилизаторов – предотвращение или минимизация вредных химических реакций, в результате которых происходит деформация материала.
В частности, это антиоксиданты, УФ-стабилизаторы, термостабилизаторы для ПВХ, а также другие виды, вводимые с учетом требований в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации.
Вспенивающие агенты
Вводятся для уменьшения массы готовой продукции и улучшения поверхности.
Биоциды
Это добавки, предотвращающие появление и размножение микробов, питающихся органическими веществами, входящими в состав натурального волокна. Существует два основных вида микробного заражения:
- образующиеся на поверхности композита и вызывающие очаги плесени,
- проявляющиеся в структуре, в основном, грибковые.
Плесень на поверхности – это неэстетично и вредно для здоровья, а грибковая гниль подрывает структурную целостность композита.
Лубриканты
Обеспечивают улучшенную влагостойкость ТДПК и ускоряют его экструзию в процессе производства.
Внутренние лубриканты влияют на вязкость компонентов, так как эти добавки совместимы со связующим агентом, по существу, смазывая его молекулы. Внешние лубриканты влияют на антипригарное и антискользящие свойства.
Антипирены
Придают материалу свойства огнестойкости, предотвращают распространение пожара за счет введения в состав специализированных веществ – замедлителей горения.
Колоранты (пигменты)
Именно от них зависит внешний вид древесно-пластиковых досок. Вещества придают структуре и поверхности насыщенный и стойкий оттенок.
Полимеры в составе ТДПК
Полимеры могут быть натурального (например, коллаген, кератин) или синтетического (например, полипропилен, полиэтилен) происхождения. Полимером называется пластик, «смешанный» с другими материалами, такими как стабилизаторы, пластификаторы и пр.
Как уже было отмечено, в основном в российском производстве ТДПК применяется полиэтилен, что объясняется его низкой стоимостью доступность вторичных источников из полиэтилена. В то время как полипропилен широко используется в Европе.
Полимеры придают жидкому дереву свойства деформационной и термической стабильности, эластичности, износоустойчивости, стойкости к механическим повреждениям – то есть все те качества, которых часто не хватает древесине для ее беспроблемного применения в условиях жесткой эксплуатации.
Преимущества деревопластика
Композит – это сочетание двух или более материалов в любой форме и способах использования. Композитные материалы вбирают преимущества и свойства каждого компонента и часто имеют больше полезных характеристик, чем их составляющие.
Прогресс в области химических полимеров привел к созданию нового класса из древесной продукции с существенно улучшенными физико-химическими, механическими и биологическими свойствами.
Получившийся продукт напоминает натуральное дерево, а его качественные характеристики представляют собой комбинацию того, чем обладает древесина и полимерный материал, например, в случае деревянных компонентов:
- повышенная твердость,
- сопротивление истиранию,
- прочность на сжатии и изгиб,
- формоустойчивость,
- биостойкость.
И если деревянные детали легко разрушаются микроорганизмами и не отличаются пожаростойкостью, то композиты избавлены от этих изъянов.
Также среди неоспоримых достоинств древесно-пластикового композита можно выделить следующие:
- Повышенная прочность, водоустойчивость, твердость, теплостойкость, антибактериальность.
- Стойкость к механическим повреждениям и факторам внешней среды – влаги, плесени и пр.
- Устойчивость к насекомым, долговечность и минимальные расходы на техническое обслуживание даже при неблагоприятных погодных условиях.
- Отсутствие формальдегидов и летучих органических веществ, в отличие от МДФ и других подобных изделий.
- Устойчивость к износу, стабильность (минимальная деформация при высоких нагрузках), сравнительно малый вес.
- Хорошая обрабатываемость с использованием обычных инструментов.
- ДПК не подвержены коррозии и обладают высокой устойчивостью к гниению и распаду.
- Экологическая безопасность, обусловленная использованием переработанных пластмасс и отходов лесной промышленности.
- Ремонтопригодность: мелкие царапины можно зашлифовать.
Древесно-полимерный композит является более экологически чистым и требует меньше технического обслуживания, чем варианты из массива древесины, обработанной консервантами.
Недостатки
К сожалению, такой материал не может стоить дешево – даже несмотря на применение сравнительно недорогих компонентов производственный процесс довольно затратен.
Композитная доска, невосприимчивая к воздействию влаги и повышенной температуры по отдельности, плохо справляется в случаях, когда эти два фактора объединяются.
При отсутствии вентиляции есть некоторый риск заплесневения композитных досок. При сильной и стабильной влажности не помогут даже специальные добавки, входящие в его состав.
Влияние состава на качество
В зависимости от процентного состава древесины и полимеров кардинально меняются и эстетические, и технические характеристики композита. Он может варьироваться от 70/30 до 50/50.
Если преобладает древесина, то потеряется часть свойств полимеров. Соответственно, материал получится деформационно неустойчивым, восприимчивым к влаге, менее прочным, но больше похожим на настоящее дерево.
Если в составе доминируют полимеры, то доска ДПК мало чем отличается от традиционного пластика, теряют всю эстетичность и оригинальность. При этом пропадает рифленость поверхности, вследствие чего она становится совершенно гладкой, а при определенных условиях – скользкой.
Самое оптимальное соотношение – 50/50. Сохраняется вся эстетика древесины, поверхность становится шероховатой, при этом сохраняются все свойства полимеров.
