"Древопластики", кто же они?

А знаете ли вы что деревопластики – это одни из первых композиционных материалов?! Упоминания об этом приводятся в наших предыдущих статьях. ДПК на основе реактопластичного связующего производились еще с 1940х годов.

Несмотря на то что минеральные наполнители улучшают некоторые свойства композитов и широко используются, они имеют несколько существенных недостатков. Неоргагические наполнители добываются из невозобновляемых источников (природных залежей), имеют высокий удельный вес от 2,0 до 4,7 кг/м3. В связи с тем что изделие «обьемное» то доля введенного наполнителя по массе значительно превалирует над обьемом, их использование может оказаться недостаточно прибыльным. Более того, неорганические наполнители приводят к износу оборудования при переработке .

Такие природные органических наполнителей как, древесная мука, джут, лен, кенаф, конопля, шелуха пшеницы (гречки, пшена, подсолнуха), сизаль и др., за последние 20лет проникли на рынок термопластов. Их преимущества: высокая удельная прочность, возобновляемость, способность к биологическому разложению и т.д. Главным преимуществом является низкая удельная масса по сравнению с минеральными.

Мало кто задумывается о цене наполнителя, а ведь 1 кг МЕЛА (СaCO3) в среднем стоит 0,2$, в то время как подготовленная древесная мука – не менее 0,3$ !!!

Однако следует построить некоторые зависимости отображающие экономический эффект от применения:

Из рисунка видно что кажущаяся экономическая еффективность от тяжелого неорганического наполнителя (пунктирная линия) в действительности оказывается менее пологой (верхняя линия). Стоимость выраженая за единицу обьема составляет 1$ (при 50% наполнении), тогда как если выразить стоимость, при такой же степени наполнения, за килограм композита - это значение находится на уровне 0,65$!
Кажущаяся экономичекая эффективность погубила многих…..
Но как видно из рисунка, наполнение органическим наполнителем, где его плотность равна или меньше плотности полимера, оказывается намного более выгодным.

Структура древесины может быть представлена в виде пачек слипшихся соломинок, уложенных непрерывной цепью.Твердая часть – элементы древесины, а полые участки – называются люменами. В древесине присутствует 2 типа элементов: I – волокна (арматура), II – сосуды (пустоты проводящие питательные вещества). В зависимости от соотношения этих составляющих элементов, древесина делится на две группы: МЯГКАЯ и ТВЕРДАЯ.

Мягкая древесина характеризуется пористой структурой, образованной большим количеством волокон (длинна 3-8мм). Волокна мягкой древесины жесткие и очень длинные, ориентированны в виде почти ровных прямых рядов.

Твердая древесина содержит и волокна (1мм), и сосуды, ориентированные в древесине случайным образом.

Мягкая:
• Сосна;
• Ель;
• Пихта;
• Кедр;
• Липа;
• Осина;
• Ольха;
• Ива.

Твердая:

• Дуб;
• Клен;
• Береза;
• Тис;
• Ясень;
• Вяз;
• Груша;
• Орех;
• Бук;
• Граб.

Древесина – это сложный лигноцеллюлозный материал. Основные компоненты: целлюлоза (до 50%), лигнин (15-30), гемицеллюлоза(15-25%), экстрактивные вещества (1-10%), зола (0-0,5%).

В настоящее время более 80% композитных полимерных материалов с натуральными волокнами получают с полиолефиновыми матрицами – ПОЛИЭТИЛЕН и ПОЛИПРОПИЛЕН. Да долю ПВХ припадает около 10%.

Замещение неорганических наполнителей природными волокнами обеспечивает интенсификацию процесса производства полимерных композиционных материалов.

При температурной переработке древесины: первая деструкция возникает в диапазоне температур 200-280 С и связана с деструкцией экстрактивных веществ и гемицеллюлозы; вторая в диапазоне 280-300 С и обусловлена деструкцией лигнина.

Натуральные волокна преимущественно состоят из гидрофильной целлюлозы, которая абсорбирует влагу. Влага будет вести себя как вспенивающий агент при переработке. Это приведет к ухудшению адгезии наполнитель/полимер и образованию дефектов структуры (воздушные поры).

Волокна из мягкой древесины более предпочтительны чем волокна из твердой древесины, так как они упрощают процесс переработки и улучшают механические свойства материалов. Такое неравенство свойств обусловлено морфологическим отличием пород древесины. В целом с увеличением содержания натуральных волокон в композите, его прочность на разрыв и отн. удлинение - снижаются, а жесткость может увеличиваться. Теоретически большая длинна волокон обеспечивает большую прочность композитов, однако учитывая фактор качества смачивания наполнителя связующим, и способность к спутыванию волокнистого наполнителя, наиболее предпочтительной формой является – древесная мука. Особенно в процессе переработки композита методом литья под давлением.

Самыми интерестными на сегодняшний день являются гибридные композиты, тоесть композиты одновременно наполненые несколькими видами наполнителей: волокна/дисперсный порошок; орг./неорг.; орг./орг/; неорг./неогр. наполнитель и прочие комбинации. Пример: стекло/древесная мука; глина/древесная мука.

Пониженая прочность деревопластиков обуславливается низкой адгезией смешиваемых компонентов, причиной тому является природа несовместимости фаз во время смешивания гидрофильных волокон с гидрофобной полимерной матрицей. Основной идеей при переработке композитов пластиков с натуральным наполнителем является модифицирование поверхности наполнителя при помощи агентов сцепления и агентов, улучшающих совместимость. Такие химические вещества делают гидрофильную поверхность наполнителя гидрофобной и называются – гидрофобизаторами. Наиболее интерестными являются химические агенты способные химически реагировать по обоим концам во время переработки: с одной стороны – с наполнителем, а с другой с полимерами, образуя тем самым химический мостик на поверхности раздела. Образующееся в результате химическое связывание повышает способность матрицы передавать напряжение армирующему наполнителю. Пример – полиолефины функционализированные малеиновым ангидридом.

Натуральные наполнители обрабатывают – изооктанами, силанами, аддитивными дисперсантами (стеариновая к-та, ангидриды), малеиновым ангидридом и др.

Термопластичные композиты, наполненые натуральными волокнами, используются в ряде инновационных направлений, таких как декорирование, материалы для ландшафтной архитектуры, изгородей, столбы и заграждения, напольных покрытий, оборудоване спортивных площадок, дверных и оконных рам, элементы интерьера автомобиля и др.

Иногда древесно-полимерные композиты (ДПК) можно изготовить на стандартном оборудовании!!! Для этого требуется минимальная доработка, капиталовложения не превышают 2-15% стоимости вашего стандартного оборудования (литьевая, экструдер).

Авторские права на статью принадлежат автору и сайту plast-tech.ru
Публикации без согласия автоматически будут рассматриватся как незаконные.

Древесно пластиковые композиты, дпк, дпкт, деревопластики, древесно пластмассовая экструзия, древополимеры, деревополимеры, жидкое дерево, поливуд, polywood, Wood plastic compound, wpc.