Влияние рецептурно-технологических факторов на свойства ДПК
Оглавление
1. Введение. 2
2. Древесно-полимерные композиты.. 2
2.1. Описание и классификация ДПК.. 2
2.2. Сфера применения ДПК.. 4
3. Оборудование и технология производства ДПК.. 4
4. Изделия из ДПК.. 6
5. Влияние рецептурно-технологических факторов на свойства ДПК.. 7
1. Полимерные связующие для ДПК.. 8
2. Древесная мука. 8
5.2.1. Влияние породы древесины.. 10
5.2.2. Влияние размера частиц наполнителя. 11
3. Добавки для ДПК.. 12
4. Полимерное связующее. 14
6. Литература. 15
Введение
Древесно - полимерные композиты все большее используются в строительной индустрии. Прирост производств ДПК оценивается экспертами примерно в 10-20 % ежегодно. Это характеризуется свойствами ДПК: они поддаются механической обработке; сырьем служат отходы производств – (это обеспечивает снижение себестоимости готовой продукции, а также помогает решить проблему переработки отходов)
Изготовление экологически безопасных древесных композитов из древесных отходов экономически целесообразно, так как повышается полезный выход продукции, снижаются издержки на утилизацию отходов, что снижает себестоимость продукции. [4]
Древесно-полимерные композиты
Описание и классификация ДПК
Древесно-полимерный композит – это современный строительный материал, технология производства которого основана на смешении древесной муки, полимера и других компонентов при помощи эструзии с последующим формованием изделий в соответствии с требованиями [16].
Свойства ДПК в основном определяются характеристиками органического наполнителя и полимерным связующим: полипропилен, полиэтилен низкого давления или поливинилхлорид. Это очень важно, так как дает различные подходы в оптимизации свойств древесно-полимерных композиций.
Имеется возможность эксплуатации изделий на открытом воздухе при любых погодных условиях – материал не деформируется на морозе; экологичные ингредиенты, отсутствие токсичных выделений; разнообразные и сложные конфигурации профиля; экономия на весе при производстве полого профиля; окраска по всему объему.
Изделия из ДПК обладают свойствами характеристики дерева. И состоят из полимерного связующего (как правило, ПП, ПНД или ПВХ), органического наполнителя и различных добавок. В качестве связующих агентов так же используют малеинизированные полиолефины.
Классификация древесно-полимерных композитов очень сложна из-за большого вида материалов. Условная классификация приведена в таблице 1.
Таблица 1. – Классификация ДПК
| № п/п | Признак классификации | Виды ДПК |
| 1 | По типу связующего полимера | ПЭ ПП ПВХ |
| 2 | По виду технологии переработки | Литье Экструзия Прессование |
| 3 | По виду древесного компонента | Мука Древесное волокно Растительные волокна Смесь муки и волокна |
| 4 | По конструкции изделия | Однослойные Двухслойные Многослойные |
| 5 | По плотности | Сверхлёгкие (до 700 кг/м3) Лёгкие (до 900 кг/м3) Плотные (до 1200 кг/м3) Тяжелые (до 1400 кг/м3) |
| 6 | По горючести | Горючие С затрудненной горючестью |
Сфера применения ДПК
Древесно-полимерные композиции благодаря своим уникальным свойствам являются очень перспективными строительными материалами: дешевизна материалов, экологичность, водостойкость и атмосферостойкость, рациональное использование отходов деревообрабатывающего производства, использования растительных целлюлозосодержащих отходов и вторичных пластмасс.
Древесно-полимерные композиции позволяют создавать элементы архитектуры, элементы мостов и причалов, пешеходные дорожки, ограждения, ступени, беседки, транспортные поддоны, различную уличную мебель.
Оборудование и технология производства ДПК
Технологическая схема производства ДПК на линии компании Krauss Maffei Berstorff [16] представлена на рис. 1
Рисунок 1. - Технологическая схема производства ДПК
Древесная мука подается из бункера в воронку экструдера. Так степень наполнения композиций достигает 80%. Технологическая линия имеет систему подводной грануляции, в которую материал подается из экструдера через шестеренчатый насос.
Высокая чувствительность древесного волокна к повышенным температурам при переработке подвергает ухудшению свойств материала, так как производитель изделия повторно расплавляет компаунд при его окончательном формовании. Для решения этой проблемы необходимо совмещение процесса компаундирования композиций и формование конечной продукции из него. Данный процесс получил название in-line компаундирования [16].
Самый распространенный метод переработки ДПК является экструзия [5]. Подобным образом изготавливаются, например, террасные доски. Технологическая схема in-line производства профилей ДПК на линии компании Krauss Maffei Berstorff [16] представлена на рис. 2.
Рисунок 2. - Технологическая схема in-line производства профилей из ДПК
Производство изделий из древесно-полимерного композита состоит из следующих операций: измельчение древесины в порошок, сушка древесной пыли, формование изделий. Формование изделий из ДПК осуществляется несколькими способами: экструзией, прокаткой листовых материалов, литьем под давлением, прессованием. [5]
Измельчение древесины происходит на ножевых и молотковых дробилках, после этого материал просеивается. На этом этапе определяется качество исходного продукта: более тонкие фракции (до 200 мкм) используются для профилей без дополнительной отделки поверхности, средние (до 400 мкм) – под отделку пленками, шпоном или окраску, а грубые (более 400 мкм) – для технических профилей. [5]
Требования допустимой влажности сильно расходятся (от 1 до 9 %). Чем выше процент влажности, тем больше времени необходимо для ее удаления, при этом, резко снижается производительность формующего оборудования. [38]
При формования под действием температуры полимер размягчается и становится пластичным, что позволяет придавать ДПК различные геометрические формы. [5]
Изделия из ДПК
Наиболее многочисленными изделиями из ДПК являются профили различной формы и назначения [16]. Классификация древесно-полимерных изделий, получаемых методом экструзии, основана на геометрии поперечного сечения. Сложный профиль изделия имеет уникальную конструкцию. (Таблица 2.) [16]
Таблица 2. – Конструкции экструзионных сложнопрофильных изделий ДПК
Использование технологических приемов при выборе профиля обеспечивает высокую точность геометрических параметров изделия и снижение затрат материала. В итоге, изделия становятся менее материалоемкими и более прибыльными. [16]
Влияние рецептурно-технологических факторов на свойства ДПК
Одно из главных направлений науке о полимерах занимает модифицирование полимеров и придание им заранее заданных свойств. Свойства ДПК сильно зависит от выбранной рецептуры, метода и технологических параметров переработки материала.
Наиболее существенно на характеристики получаемого изделия влияют следующие факторы: свойства связующего полимера, свойства древесного наполнителя, различные добавки, технология переработки.
Например, применение метода сверхглубокого проникновения (СГП) при введения твердых частиц в термоэластопласт за счет создания оптимальной структуры происходит улучшение деформационно – прочностных характеристик. [9]
Полимерные связующие для ДПК
В качестве связующего сырья для изготовления ДПК обычно используются такие термопласты, которые могут перерабатываться при температурах ниже 190°С, это обусловлено низкой термостойкостью древесины 50–190°С. [14]
Главными полимерами, используемыми при изготовлении ДПК, являются полиэтилен, полипропилен и поливинилхлорид (ПВХ). От полимерных составляющих сильно зависят свойства и особенности получения материала. У ДПК из полиэтилена и полипропилена значительно ниже водопоглощение, чем из ПВХ, поэтому композит из ПВХ быстрее подвержен распаду.
При работе с полипропиленом и полиэтиленом можно использовать до 100% вторичного материала при условии, что это однородный материал. Использование вторичного ПВХ затруднено причине содержания в нем многих технологических добавок. Полипропилен и полиэтилен более безопасны для окружающей среды по сравнению с ПВХ, содержащим в своем составе хлор. Учитывая преимущества и недостатки материалов, для изготовления ДПК используют в большинстве случаев полиэтилен (83%) и небольшое количество полипропилена и поливинилхлорида. [14]
Древесная мука
Древесная мука в России получила наиболее широкое распространение в качестве наполнителя древеснополимерных композитов(рисунок 3). Она состоит из природных смол, целлюлозы и лигнина. В качестве наполнителя ДПК используется мука с размером частиц от 40-300 мкм. [1]
Рисунок 3. – Древесная мука
По сравнению с минеральными наполнителями древесные наполнители имеют характеристику, которую следует учитывать при определении составной композиции и оптимальных параметров обработки. Капиллярно-ячеистая структура древесины приводит к ее легкой деформируемости при сжимающих напряжениях. [29]
Древесный наполнитель, прошедший термомодифицирование приобретает стабильность геометрических размеров, увеличенную гидрофобность, улучшенную стойкость к биоповреждениям, повышенную твердость, что позволяет обеспечить высокие эксплуатационные характеристики ДПКМ. [10,11] А увеличение упругости ДПК происходит благодаря продуктивным усилением низкомодульной полипропиленовой матрицы высокомодульным древесным наполнителем. [25]
Повышение содержания древесной муки с 40% до 60% незначительно зависит от размера частиц и марок древесной муки, но при увеличении содержания целлюлозы для большинства ДПК происходит снижение электрической прочности. [2,22] Использование волокон в большом количестве не желательно, так как древесные частицы могут соприкасаться друг с другом, что приводит к снижению прочности Ориентация волокон является важным фактором, который значительно влияет на свойства композита. [19]
По экономическим соображениям более предпочтительны повышенные значения наполнителя, но это характеризует рост влагопоглощения, опасность грибкового воздействия и снижением стойкости к УФ-излучению. [24]
Влияние породы древесины
В роли древесного наполнителя используется не только древесина хвойных пород, но практически любой вид древесины, а также различные отходы: шпон, стружки, рейка, обрезки, опилки лесопильных и деревообрабатывающих производств и невостребованная древесина санитарных рубок в лесах. [14]
Порода древесной муки чаще всего выбирается в зависимости от доступности и затратности, но многие физико-механические свойства древесины зависят от ее макро- и микроструктуры и влажности. [38]
Композиты с сельскохозяйственными отходами заметно уступают ДПКт с древесной мукой по показателям твердости и контактного модуля упругости, также они обладают значительно меньшей водостойкостью.
Композит на основе полипропилена и древесного опила показывает наиболее высокое значение предела прочности при изгибе (36 МПа). В то же время он обладает достаточной низкой вязкостью. [6] Но сама порода древесины существенного влияния на эксплуатационные и технологические характеристики наполненного ПВХ материала практически не оказывает. [39]
Химический состав древесной муки всех пород почти одинаков, но содержание основных компонентов (гемицеллюлозы , целлюлозы и лигнина) в древесной муке хвойных и лиственных пород отличается (таблица 3.) [40].
Таблица 3. Основные компоненты древесины
Отношение модуля упругости при растяжении к сжатию для необработанной липы составило приблизительно 1,9 и для необработанного сахарного клена около 1.3 [20]
Композит со шлифовальной пылью фанеры по прочностным показателям и водопоглощению за 24 часа превосходит ДПКт с древесной мукой. [15]
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 255; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!