Internet:  http://www.drevoplast.narod.ru

E-mail:    drevoplastik@mail.ru

Информационный материал

Древесно-полимерные композиты (ДПК)

После нескольких десятилетий исследований, опытно-конструкторских и технологических работ в США и Европе были созданы древесно-полимерные композиты (ДПК), пригодные для промышленной переработки. Термином «древесно-полимерный композит» обозначается материал, содержащий древесную составляющую (как наполнитель или армирующий элемент) и полимерное связующее (матрицу). В настоящий момент технология постоянно совершенствуется и объемы производств в Америке и Европе с каждым годом увеличиваются.

По внешнему виду ДПК профили получаются идеально ровными, гладкими, с матовой однородной поверхностью без сучков, заусенцев, искривлений по длине. Они могут окрашиваться в массе или подвергаться лакокрасочной отделке обычными красками и эмалями, облицовываться синтетическими пленками или натуральным шпоном. Для дополнительной защиты и/или декорирования также существует технология покрытия ДПК тонким облицовочным слоем пластмассы, или даже нескольких пластмасс, непосредственно в процессе выдавливания в экструдере, которая называется соэкструзия.

Сфера применения ДПК постоянно расширяется. Материал можно использовать как в экструзии, формовании, так и в литье под давлением. Методом экструзии можно производить практически любые погонажные изделия: доски, подоконники, уголки, наличники и т.п. Для литья под давлением используются термопластавтоматы, на которых можно производить, например, цветочные горшки, косметические карандаши, мерительные инструменты, ручки инструментов, офисные аксессуары, футляры для музыкальных инструментов, декоративные коробки и т.д.

Наибольшей популярностью на рынках Америки и Европы пользуется, так называемая, «террасная доска» или «декинг», поскольку материал ДПК ведет себя стабильно в окружающей среде под воздействием влаги, плохо подвержен коррозии и гниению. Ориентировочная рыночная стоимость декинга в Европе около 45-50 Евро/м2. За более подробной информацией о декинге можно обратиться, например, на сайт фирмы GeoDeck (www.geodeck.com) или Holzdorf (http://holzdorf.com.ua)

Одна из важных особенностей экструзии ДПК - возможность производства пустотных профилей, что позволяет уменьшить удельный вес профиля, снизить материалоемкость. Например, при плотности 1,2-1,4 вес декинга с пустотами составляет около 2,0кг/м. Ориентировочные характеристики свойств ДПК указаны ниже.

№ Наименование Ед.изм. ДПК

1 Предел прочности на разрыв МПа 30

2 Относительное удлинение при разрыве % 0.9

3 Модуль упругости на растяжение МПа 5100

4 Прочность на изгиб МПа 48

5 Прочность на удар кДж/мм2 6.4

6 Плотность г/см3 1.2-1.4

7 Остаточная влага % 1.2

8 Абсорбация воды % 1.5 -3

К другим преимуществам материала является его биологическая основа, он показывает хорошую стабильность формы при температурном воздействии и высокий модуль упругости. В отличие от широко представленных на нашем рынке профилей и панелей, профиль ДПК не содержат никаких фенолформальдегидных смол. В качестве связующих используются полимеры: полиэтилен, полипропилен или ПВХ с высоким индексом текучести (ПТР>20). Ориентировочная стоимость полимеров около 45-50руб/кг. Возможно использование вторичного полиэтилена высокого качества, стоимость вторичных полимеров 26-38руб/кг, стоимость отходов полиэтилена 3-12руб/кг.

Также для получения заданных свойств материала, в его состав вводят различные добавки-модификаторы в малом количестве (1-3%): антиокислители, антимикробные средства, поверхностно-активные вещества, противоударные модификаторы, смазочные материалы, температурные стабилизаторы, огнезащитные средства, светостабилизаторы. Добавки производятся европейскими заводами и их стоимость составляет порядка 200руб/кг.

В качестве древесного сырья в экструзии древесно-полимерного композита используется древесная мука (согласно ГОСТ 16361-87) или мелкая щепа, стружка хвойных пород. Допустимы лишь небольшие примеси твердолиственных пород древесины, коры. При этом необходим одинаковый насыпной вес материала (однородность) и размер фракции в пределах 0,5-2мм. Следует учитывать, что качество исходного материала напрямую отражается на качестве конечного продукта.

Также важное значение имеет остаточная влажность материала. Содержание влаги до 8% не оказывает негативного влияния на производительность, а более низкая влажность материала (4-6%) способствует щадящему режиму работы.

Подготовка исходного древесного материала в соответствии с изложенными требованиями – достаточно сложный процесс, где используются дробилки и сушка, то есть оборудование аналогично производству пеллет и древесной муки. За более детальной информацией можно обратиться на специализированные немецкие фирмы, например, Pallmann (www.pallmann.de) или Amandus Kahl (www.akahl.de). Стоимость оборудования для подготовки древесного материала от 100 тыс.евро.

Особенностью древесно-полимерной экструзии является повышенный износ шнеков и цилиндра из-за высокой абразивности материала. Однако технологи фирмы ДРЕВОПЛАСТ нашли успешное решение этой проблемы путем нанесения на шнеки и цилиндр уникального бронированного слоя, придающего им особую прочность и защиту.

Для экструзии ДПК используются специально модифицированное оборудование типа ДП, с производительностью от 50 до 90 кг/час. В самом производственном процессе реализованы передовые идеи, и оно экологично – отсутствует пыль, вредные выбросы.

В настоящее время на рынке предлагается 3 основных направления производства древесно-полимерных материалов методом экструзии и прессования.

1. Прямая экструзия.

Технология прямой экструзии не предусматривает этап предварительного гранулирования и позволяет получить профиль за один цикл.

Прямая экструзия предусматривает выпуск профилей различного типа, состоящих на 70-80% из древесных волокон и на 30-20% -из полипропилена с небольшими добавками (примерно3%) аддитива.

Состав линии прямой экструзии ДПК:

• двушнековый экструдер

• система объемного дозирования

• формующий инструмент

• охлаждающие рольганги

• отрезное устройство

• сбрасывающее устройство.

Работа линии происходит следующим образом. Отдельные компоненты (древесный материал, полимер и аддитив) подаются через систему объемного дозирования непосредственно в экструдер. Напорный дозатор является неотъемлемым и обеспечивает как четкую подачу материала, так и сохранение предварительно заданного соотношения смеси. Соотношение смешиваемых компонентов может при этом варьироваться в определенных пределах. Из экструдера расплав проходит через формующий инструмент, который придает форму изделию. Затем изделие подается на охлаждающий рольганг, где посредством воздушного охлаждения приобретает соответствующую твердость. Отрезное устройство режет изделие на необходимую длину, которое затем подается на сбрасывающее устройство. Со сбрасывающего устройства изделия можно обвязывать, упаковывать.

Стоимость комплектной линии «прямой экструзии» при производительности около 100 кг/ч с инструментом для декинга около 320 000 Евро*.

Основное преимущество этого метода – относительно невысокие первоначальные инвестиции. Главные недостатки - низкая скорость экструзии (0,35-0,5м/мин), высокие эксплутационные затраты, разнотолщинность стенок, сложный уникальный инструмент.

Повысить скорость можно путем использования специального оборудования, но даже при этом суммарная скорость не будет превышать 0,8 м/мин, при этом стоимость инструмента значительно возрастет.

2. Экструзия гранулята ДПК.

Принимая во внимание недостатки «прямой экструзии» специалисты разработали второй вариант: предварительное гранулирование материала с последующей экструзией. При этом процесс производства разбивается на 2 этапа:

1. Гранулирование

2. Экструзия

1. Процесс гранулирования, как и

по технологии «прямой экструзии»

осуществляется путем загрузки 3-х

компонентов напрямую в экструдер

через дозатор. Затем материал

нарезается гранулирующей головкой и

посредством воздуходувок через

циклон по трубам охлаждается и

подается в биг-бэг или контейнер.

Полученный гранулят по своим

качествам и постоянству насыпного

веса приближается к грануляту ПВХ.

В дальнейшем, такой гранулят

используется как в экструзии, так и в

литье под давлением (требуется небольшая доработка термопластавтоматов).

В настоящий момент существует три рецептуры гранулята ДПК:

• древесина/ПВХ – 50/50 (цена ок. 1200,--Евро/т)

• древесина/ПП – 60/40 (цена ок. 1100,--Евро/т)

• древесина/ПЭ – 70/30 (цна ок. 1100,--Евро/т)

Рецептура с ПВХ -наиболее устойчивая к воздействиям окружающей среды и эстетически практически идентична пластику. Рецептура с ПЭ/ПП отлично подходит для изделий внутренней отделки.

Стоимость линии грануляции на 200-300кг/ч составляет около 380 000 Евро. Широкий диапазон производительности объясняется различной дисперсионностью древесного материала.

Экструзия на основе гранулята ДПК идентична экструзии ПВХ. Таким образом, в состав комплектной линии гранулированного ДПК входят:

• экструдер с загрузочной воронкой

• профильный инструмент

• водные калибровочные ванны со втулками

• устройство обдува/сушки

• тянущее устройство (иногда исключается)

• пила

• укладчик

Преимуществами данной технологии являются более высокие скорости до 2м/мин, более стабильный процесс экструзии, снижение износа инструмента и экструдера, улучшенные физико-механические и эстетические свойства изделий. К недостаткам можно отнести более высокие инвестиции.

Стоимость комплектной линии на базе специально разработанного экструдера производительностью 200-300 кг/ч с инструментом для работы на грануляте ДПК составляет около 420 000 Евро. Широкий диапазон производительности объясняется, прежде всего, типом производимого профиля и качеством гранулята.

Таким образом, стоимость комплекса из 2-х линий для производства профиля из ДПК при производительности 200-300кг/ч составляет ориентировочно 800 000 евро.

Принимая во внимание колоссальный опыт специалистов ДРЕВОПЛАСТ, рекомендуется на начальном этапе освоения технологии ДПК использовать уже готовый гранулят, который в настоящий момент свободно предлагается на европейском рынке. Его цены отмечены выше. Использование готового гранулята позволит уже в короткие сроки освоить производство и технологию без дополнительных затрат на оборудование. Также это позволяет минимизировать риски с выводом нового продукта, поскольку гранулят можно экструдировать на аналогичных ПВХ линиях, меняя лишь формующий

инструмент.

3. Формование ДПК

Принимая во внимание высокую стоимость инвестиций в оборудование по производству ДПК, фирма ДРЕВОПЛАСТ предложила альтернативный вариант: предварительное гранулирование с последующим формованием. При этом процесс производства разбивается на два этапа:

1.    Гранулирование

2.    Формование

Процесс гранулирования, отличается от технологии «прямой экструзии», подготовка компонентов проходит параллельно и независим друг от друга. Смешение компонентов производится на предпоследнем этапе, непосредственно перед формованием. За счет параллельности процессов, производительность технологической линии может быть увеличена без лишних инвестиционных затрат.

Стоимость комплектной линии «формования» при производительности около 100 кг/ч  с инструментом для плитки, декинга составляет около 165 000 Евро.

Стоимость комплектной линии «формования» при производстве малых форм (корпусов и т.п.) составляет около 62 000 Евро.

Основное преимущество этого метода – низкие первоначальные инвестиции. Увеличение производительности без необходимости закупки новой технологической линии, возможны поставки отдельных компонентов. Главные недостатки – сложная технология гранулирования, которая компенсируется низкой себестоимостью гранул.

Проведя некоторый экономический расчет, были установлены ориентировочные сроки окупаемости: прямая экструзия –2,5-3 года, экструзия гранулята –2 года, формование – 0,6-1,5 года.  

* -все цены даны на условиях EXW, Россия (без доставки, страховки, растаможки) и являются ориентировочными.

За более детальной информацией просьба обращаться к представителям в г.Иваново.