Древесно-полимерный композит (ДПК): состав, характеристики, преимущества и недостатки, применение, правила монтажа. Что такое дпк и где он используется

⁰

Древесно-полимерные композиционные материалы (ДПК), предназначенные для переработки методом экструзии состоят из трех основных компонентов:

частиц измельченной древесина
синтетических или органических термопластичных полимеров или их смеси,
комплекса специальных химических добавок (модификаторов) , улучшающих технологические и другие свойства композиции и получаемой продукции, часто называемых также аддитивами.

От традиционных древесно-наполненных пластмасс (ДНП) композитные материалы отличаются высоким (более 50 процентов) содержанием древесины по массе в составе общей композиции и соответствующим ее влиянием на свойства готового продукта. В ДНП древесного наполнителя не много и свойства такой пластмассы определяются, в основном, свойствами полимера. А когда древесины становится больше, то свойства композита определяются уже:

свойствами матрицы,
свойствами частиц древесины,
характером связей между древесными частицами и матрицей,
структурой полученного композита.

На рисунках ниже показаны три схематических структуры наполненного материала:

Cлабо-наполненный пластик, средне-наполненный композит и высоко-наполненный композит.

Содержание древесины в составе древесно-полимерного композита на основе термопластичных смол может меняться в широких пределах. Большинство американских производителей работают пока с составами, содержащими 50 - 70 % древесины. Европейские разработчики технологий экструзии ДПКТ стремятся получать композиции, содержащие более высокое наполнение древесиной - до 80% и более.

Древесина подвергается измельчению на специальных мельничных установках различного типа и превращается в древесную муку или в древесное волокно. В настоящее время наиболее широко для изготовления ДПК используется древесная мука. Производство древесной муки давно освоено отечественной промышленностью. Она используется как наполнитель пластмасс, сырье для взрывчатых веществ, для микробиопрома и т.д.). Наряду со специально измельченной древесиной в состав ДПКТ могут входить некрупные опилки и шлифовальная пыль.

Перспективным является использование в ДПКТ и древесных волокон по типу применяемых в производстве ДВП, МДФ и бумаги. Древесные волокна получают методом дефибрации, т.е. расщепления древесины на волокна. В некоторых случаях используют готовое волокно из картонных и бумажных отходов (макулатуры). Например, у китайской компании имеется опыт промышленной утилилизации в производстве ДПКТ бумажных молочных пакетов, содержащих одновременно полиэтилен, бумагу и даже алюминиевую фольгу.

Рис.1. Топливные гранулы

Финскими специалистами проверена возможность использования в качестве сырья для изготовления компаунда стандартных древесных топливных гранул (на экструдере типа Conex).

Гранулы проще перевозить и хранить, чем муку

Внешний вид топливных гранул, см. рис 1.

Древесная мука (англ. wood flour, wood meal, нем holzmehl) - изготавливается преимущественно из мягких, не смолистых, пород древесины, например сосны. Вовсе не исключается и применение твердых лиственных пород, только их несколько сложнее измельчать. В нашей стране мука выпускается по ГОСТ 16361-87 "Мука древесная. Технические условия".

За рубежом с успехом изготавливается древесная мука для использования в термопластичных ДПК из оболочек зерен растений (рисовой шелухи, ореховой скорлупы). Американское предприятия Heartland BioComposites LLC недавно освоило применение в качестве сырья пшеничной соломы.

В большинстве случаев размер древесных частиц в композите находится в пределах от 500 до 50 мкм. Частицы древесной муки могут принимать самые разнообразные формы. Отношение длин частиц муки к их ширинам находится в пределах от 1:1 до 4:1.

В мельничных установках в ходе размола выделение нужной фракции муки осуществляется при помощи системы сит или центробежными методами. За рубежом принято обозначать фракцию муки при помощи числа Mesh. По российскому стандарту подразделение древесной муки осуществляется по нескольким маркам.

У древесного волокна (wood fiber) длина зависит от породы древесины: у лиственных пород 1 - 1, 5 мм, у хвойных 3 - 3, 5 мм. Отношение длины к толщине древесного волокна составляет от 1: 10 до 1: 20.

Древесина традиционно используется в механической обработке металлов в качестве шлифующего и полирующего материала, так как обладает заметными абразивными свойствами. Эти свойства сохраняются и у древесной муки. Однако, абразивность древесины ниже, чем у стекловолокна и некоторых др. минеральных наполнителей, используемых в производстве наполненных пластмасс и композитов. Поэтому она считается относительно "мягким" наполнителем.

Скорость абразивного износа оборудования пропорциональна давлению в цилиндре экструдера (и фильере), температуре и скорости движения рабочей смеси относительно поверхности рабочих органов и естественно зависит от состава рабочей смеси (соотношения количества муки и смолы, вида смолы, видов и количества смазочных материалов и др. факторов). В зависимости от стойкости рабочие цилиндры и шнеки экструдеров могут эксплуатироваться 1-2 года до замены или ремонта.

Насыпная плотность древесной муки и волокна может колебаться в пределах 100 - 300 кг/ м3. Влажность муки в поставке желательно иметь не более 8 %. В готовом композите влажность древесных частиц должна быть, как правило, менее 1 %. Чем меньше влаги в структуре материала, тем более он устойчив ко внешним воздействиям.

Существуют различные и иногда противоречивые мнения, относительно применения различных пород древесины и размеров частиц.

Отметим очевидные вещи:

в исследованиях изучено влияние размеров частиц на механические свойства композитов, однако оно не очень велико;
слищком мелкие (пыль) и слишком крупные частицы ухудшают прочность композита, однако это не всегда критично для готового изделия;
крупные частицы снижают производительность подготовительного оборудования в силу их малой насыпной плотности;
при плотности композита, приближающейся к 1,4 г/ куб.см, т.е. к истинной плотности древесины, порода древесины уже не имеет принципиального значения.

Композит, изготовленный из крупных частиц будет иметь более зернистую поверхность, подобную поверхности древесно-стружечной плиты и это может требовать шлифования, применения утолщенной облицовки и (или) отделки поверхности изделий. Например, из опыта мебельной промышленности, зернистость профилей, изготовленных фрезерованием из древесно-стружечной плиты не всегда удается скрыть при облицовывании дорогими декоративными пленками на основе пропитанных смолами бумаг общей массой до 130 г на 1 кв метр. А для облицовывания профилей из МДФ, обладающей мелкой равномерной структурой, могут успешно применяться более дешевые декоративные пленки массой менее 80 г на 1 кв.м. Кроме того, крупные частицы древесины, особенно находящиеся вблизи поверхности изделия более подвержены воздействию влаги и повреждению под воздействием неблагоприятных факторов внешней среды.

Очень мелкие пылевидные частицы (менее 50 мкм) имеют большую удельную поверхность и в силу этого требуют использования большего количества смолы для образования полноценной полимерной матрицы.

Примечание. В настоящее время проводятся исследования по использованию в композитных материалов микроцеллюлозы. Но это скорее будет уже друглй класс материалов, т.н. нанокомпозиты.

Окончательное превращение рабочей смеси в композитный материал происходит постепенно по зонам экструдера и в фильере. Полимер должен охватить всю поверхность частицы древесной частицы, внедриться в ее поры и тем самым обеспечить плотное молекулярное взаимодействие между древесиной и полимером. Это существенно отличает процесс экструзии ДПК от процесса экструзии обычных пластмасс, т.к. древесина плохо смачивается расплавом полимера. Интенсифицировать процесс смачивания за счет повышения температуры в экструдере сложно вследствие опасности тепловой деструкции древесины, полимера и возгорания смеси (при температуре более 200 град. С).

Поэтому, с точки зрения качества получаемой продукции и производительности процесса - очень важен технологический уровень применяемого оборудования и состав рецептуры смеси (качество базовой смолы, вид и количество вводимых в рецептуру добавок - модификаторов).

Примечания:

1. Технологическими и физико-механическими свойствами близкими к древесно-полимерным композитам являются композиционные материалы, получаемые на основе и других растительных волокон, например: пенька (Hemp), лен (Flax), сизаль (Sisal), кенаф (Kenaf) и др. волокнистых растений.

Растительные волокна могут вводиться в состав ДПК и одновременно с древесными волокнами. Применение недревесных волокон растительного происхождения особенно активно разрабатывается сейчас в странах Юго-Восточной Азии, в частности в Китае. Подробнее о волокнах см. специальное приложение и библиотеку Биокомпозиты.

2. При внешней простоте идеи производства ДПК, сама конструкция вещества древесно-полимерного композита имеет очень сложную структуру. Не менее сложны для описания и химические, физические и механические процессы технологии производства экструзионных ДПК. Эти сложности определяются сложностью и неоднородностью самой древесины.

С большим или меньшим успехом, в производстве ДПК могут использоваться любые термопластичные полимеры, однако на практике сейчас используются, в основном, четыре вида термопластичных смол: полиэтилен (PE), полипропилен (PP), поливинилхлорид (PVC) и, в меньшем количестве, полистирол (PS). На диаграмме (рис.4.2.) отражены существующие соотношения применения различных смол и наполнителей и прогноз на ближайшие годы.

Рис.2. Состояние и прогноз применяемости базовых смол и наполнителей в производстве композитов

Таким образом, на первом месте по применяемости находится полиэтилен (высокой и низкой плотностей) , затем следует ПВХ и полипропилен. Однако, в Европе наболее перспективным считают полипропилен. В частности, немецкая фирма Advanced Extruder Technologies AG (изготовитель оборудования для экструзии ДПК) указывает на следующие оптимальные соотношения наполнение композита древесиной для различных типов базовых смол:

на основе ПВХ - 60 %
на основе полиэтилена - 70 %
на основе полипропилен - 80 % и более.

Существенный рост предполагается по всем видам композитов, но начиная с 2003 особенно быстро увеличивается применение, в качестве основы композита, и других (не древесных) растительных волокон.

Наряду со смолами заводского изготовления, поставляемых в виде суспензии или гранул, ряд американских компаний используют в производстве ДПК пластиковых промышленных и бытовых отходов (упаковочной пленки, бутылок и т.п.), подвергаемых мытью, сушке и измельчению.

Проводятся эксперименты и по использованию в термопластичных ДПК других промышленных термопластов - АБС-пластика, полиамидов (капрона, нейлона), поликарбонатов, полиэтилентерфталата и др. в первичных формах и отходов.

Ориентировочные соотношения мировых цен на сырье (в английских фунтах за тонну, март 2003 г), используемое в производстве ДПК приведено в табл. 4.1

Данная таблица хорошо иллюстрирует экономическое существо интереса к проблемам производства древесно-полимерных композитов и объективных тенденций в развитии и совершенствовании их технологии производства. Следует иметь ввиду, что текущие цены на базовые смолы на мировом рынке сильно зависят от цен на нефть и подвержены значительным колебаниям.

В производстве древесно-полимерных композитов применяются следующие виды добавок - модификаторов: связующие агенты, смазочные материалы, антимикробные добавки, антиокислители, вспенивающие агенты, пигменты, огнезащитные аенты, противоударные модификаторы, светостабилизаторы, температурные стабилизаторы и др.

Эти добавки используются при экструзии и литье обычных наполненных и ненаполненных пластмассовых профилей и примерно с теми же целями, но соотношение их в сочетаннии с древесиной несколько меняется. В первую очередь это относится к связующим агентам, смазочным материалам, и, при необходимости, - к противоударным модификаторам. Добавки поставляются по отдельности, или в виде комплексов (как поливитамины, - все в одной грануле).

Древесина, в отличие от минеральных наполнителей для пластмасс, обладает не очень высокой адгезией к базовым смолам, особенно - к полиолефиновым. Это можно обьяснить очень сложной формой поверхностей ее частиц, затрудняющей процесс смачивания ее расплавленным полимером, а так же ее химическим составом. Это обстоятельство предъявляет к подбору добавок и к конструкции экструдера повышенные требования. На фотографиях ниже показаны 2 образца древесно-полимрной смеси (электронный микроскоп, 200-кратное увеличение, соотношение 60% полипропилена, 40% древесной муки).

На левой фотографии отчетливо видны многочисленные незаполненные полимером пустоты. На правом образце структура материала цельная. Именно это делает материал - композитом, в котором работает и полимерная матрица и древесина. Улучшение структуры обеспечено включением в состав материала специального связующего агента, обеспечивающего хорошую связь между частицами древесины и смолы.

Схематически характерные дефекты структуры композита показаны на двух рисунках ниже

На левой схеме синим цветом выделены незаполненный смолой отдельные пустоты. На правой схеме показано образование агломератов, составляющихся из нескольких не склееных друг с другом древесных частиц. Наличие таких дефектов, особенно на поверхности изделий, приводит к снижению прочности и долговечности материала.

Конкретные рецептуры древесно-полимерных композитов разрабатываются применительно к заданным продуктам, применяемым базовым смолам и технологическим процессам. Они часто являются производственным секретом фирмы-изготовителя конкретных изделий или предметом лицензии поставщика технологии или оборудования.

Важным направлением в области разработок современных рецептур экструзионных ДПК, являются поиски в области использования в их составе природных, т.е. биологических полимеров. Успешным достижением в этой сфере стало использование крахмалистых веществ, например - кукурузной муки (материалы типа Fasal - Fasalex). Активно проводятся исследования по применению лигнина (отходы целлюлозного производства), отходов кожевенной и мясомолочной промышленности и т.д. Есть сведения об исследованиях российских специалистов о возможности применения хвойной смолы - живицы в качестве одного из компонентов экструзионных ДПК.

Внешний вид древесно-полимерных композитов.

В естественном виде ДПК с высоким содержанием древесины более всего напоминает МДФ и или твердую ДВП, см рис.3. Он может окрашиваться в массе или подвергаться лакокрасочной отделке обычными красками и эмалями, или облицовываться синтетическими пленками или натуральным шпоном. На ощупь композит теплый, иногда слегка маслянистый.

Рис.3. Срезы ДПК профилей

Существует технология покрытия ДПК тонким облицовочным слоем пластмассы, или даже нескольких пластмасс непосредственно в процессе его выдавливания в экструдере. Эта технология, широко распространенная в пластиковой индустрии называется со-экструзия или ко-экструзия.

Однако, если при изготовлении компаунда использовались древесные частицы крупных фракций, то поверхность изделия будет ближе по внешнему виду к поверхности древесностружечной плиты. Такие профили выпускаются, например, голландской компанией Tech-Wood.

Термопластичные ДПК имеют слабый запах древесины (опилок).

Физические и механические свойства композитов

Плотность экструзионных композитов может находится в пределах 1000 - 1400 кг/м3. Плотность изделий может быть снижена при использовании специальных вспенивающих агентов до 700-900 кг/м3, но вспенить можно только полимерную матрицу.

Примечания:

Плотность композита зависит от плотности используемой базовой смолы и применяемых аддитивов и их количества и плотности частичек древесины. В ходе компаундирования и экструзии под воздействием высокого давления и темературы частички древесины уплотняются, - вплоть до значения 1400 кг/м3, т.е. достижения истинной плотности древесины, свободной от пор и др. пустот.
Истинная плотность древесины практически не зависит от ее породы.
Изучаются вопросы применения в ДПК полых микронаполнителей (пластиковых и стеклянных микросфер).

Прочностные свойства ДПК в значительной степени зависят от вида базовой смолы, см. табл. 2.

Однако, управлением составом композита и технологическим процессом можно в значительной степени улучшить его прочностные и др. свойства.

Рассмотрим свойства ДПК на примере трех конкретных модификаций выпускаемых под маркой "Fasal" разработанных с применением в качестве базовой смолы полипропилена австрийской фирмой " Austel research and development" Gmbh и продаваемых фирмой "Fasalex ", Австрия, см. табл. 3.

Таблица 3. Свойства ДПК.

Свойства	Размерность	Fasal F134	Fasal F 386	Fasal F 465
Плотность	кг/дм 3	1,4	1,35	1,2
Предел прочности (временное сопротивление)	МПа	25	17	23
Модуль упругости при растяжении (мод. Юнга)	ГПа	8	4	5,1
Сопротивление изгибу	МПа	41	30	52
Модуль упругости при изгибе	ГПа	5,8	3,8	5
Относительное удлиннение при растяжении	%	0,5	0,6	1
Ударная вязкость по Шарпи	КДж/м2	3,2	3,3	4
Срок биологического разложения	недели	месяцы	неразлагаемый
Снижение сопротивления изгибу в воде при 23 град.C:
- после 30 мин. выдержки	%	65	14	0
- после 120 мин. выдержки	%	90	35	0

В композиции, предлагаемой фирмой Strandex , США, в качестве базовой смола используется полиэтилен и его отходы. Твердые и мягкие породы древесины считаются приемлемыми, а так же другие целлюлозные волокна, такие как солома, лен, рисовая шелуха, арахисовая шелуха, бамбук, кенаф и пр. Размер частиц 425 микрон (40 mesh) и менее. Допускается большое содержание более мелких частиц (200 mesh и мельче), включая шлифовальную пыль. Плотность композита составляет 0,98 - 1, 2 кг/дм3. Композит и технология запатентованы и продаются по лицензии вместе с фильерами. Стоимость одной фильеры более 20 000 долларов США, стоимость лицензии (по некоторым данным) более 1 млн. долларов.

Однако в использовании отходов ДСТП и МДФ существует серьезная проблема. Она связана с возгонкой паров формальдегида из фенольных смол, которые содержатся в этих плитах.

Примечание. Хотя прочность термопластичных ДПК при испытаниях находится на уровне природных древесных материалов, их реальная эксплуатационная прочность во многих случаях существенно выше, т.к. изделия, изготовленне из ДПК, не имеют естественных пороков, присущих древесине (сучков, трещин, свилеватостьи и т.п.), не изменяют своей прочности при увеличении влажности и не поражаются грибками и бактериями.

В начале освоения производства ДПК технологи старались обеспечить максимальную биостойкость изделий. И эта задача была решена.В частности, ряд фирм-изготовителей ДПК предоставляют гарантии на 10, 25 и 50 лет эксплуатации готовых изделий на улице, т.е. самой высокой устойчивости к воздействию влаги, света, грибков и насекомых без специальной защиты. Большинство производимых ДПК могут принимать в себя небольшое количество (0,1 - 4 %) влаги не теряя при этом формы и прочности и восстанавливать прежние свойства при высыхании.

Новым направлением в производстве ДПК, является создание рецептур легко утилизируемых биоразлагаемых ДПК с пониженной биостойкостью. Они предлагаются, например, фирмой Fasalex, - как экологически безопасные по всему жизненному циклу (указанные выше композиции Fasal F 134 и F 386) .

Необходимо отметить, что не смотря на уже солидный производственный опыт и многочисленные уже проведенные исследования, в сфере древесно-полимерных композиций существует еще огромное количество неисследованых направлений. С одной стороны это связано с бесконечными возможностями химии полимеров, а с другой обьясняется молодостью самой этой новой отрасли промышленности.

Способность к обработке

Изделия из ДПК обрабатываются теми же инструментами, что и древесина. ДПК легко пилятся, строгаются, сверлятся, шлифуются и т.п. Очень хорошо удерживает гвозди, скобы, шурупы, см. рис. 4.

Многие рецептуры композитов поддаются склеиванию. Некоторые рецептуры можно сваривать, подобно пластмассе. Уже освоена практика гнутья изделий профильных изделий после нагрева, подобно пластмассовым профилям и т.п.

Рис.4.Обработка древесно-полимерных композитов

ДПК не очень легко воспламенимы, особенно, - если они выполнены на основе поливинилхлоридной смолы.

Интересным направлением в использовании экструзионных ДПК является совместное применения ДПК профиля и металлического проката. В этом случае в полость профиля вставляется стальная труба, полоса и т.п. Металл принимает на себя полностью или частично силовую нагрузку, а профиль выполняет декоративные, защитные и другие функции.

Пока не существует принятой стандартизированной классификации термопластичных ДПК.

Современные материалы помогают нам создавать уют и неповторимый интерьер в доме. Строительный рынок всех времен всегда предлагал отделочные материалы из натуральной древесины. Они не только позволяют сделать дом красивым и теплым, а еще и экологичным, безопасным для здоровья. Совсем недавно выбор деревянных изделий пополнился таким материалом как древесно- полимерный композит (ДПК).

Что такое древесно-полимерный композит?

Уже из самого названия можно догадаться о природе этого материала. Он сочетает в себе древесный наполнитель и полимер, происхождение которого может быть натуральным или химическим. ДПК таким образом объединяет самые лучшие свойства и пластика и древесины. Как правило, дерево изменяется химическими добавками.

Древесно-полимерный композит довольно часто заменяют синонимами – жидкое дерево, древесно-пластиковый композит, древопласт, древотермопласт. На импортных упаковках вы встретите надпись wps, которая расшифровывается как wood plastic composite или wood polymer composite.

Непосредственно технология выпуска ДПК в промышленных количествах появилась не так уже и давно, хотя исследования и разработки в этой области проводились долгое время. За счет создания специальных добавок древесно-полимерный композит стал почти, что идеальным отделочным материалом. Он очень хорошо противостоит воздействию влаги, не требует дополнительной покраски, не поддается разрушающему действию бактерий, насекомых, хорошо переносит механические повреждения. Наряду с этими важными характеристиками стоит отметить и тот факт, что ДПК монтируется без особых усилий. И что особенно радует, так это то, что для его укладки совсем не обязательно нанимать специалистов.

Древесно-полимерный композит не боится резких перепадов температуры и стойкий к возгоранию. Свои технические характеристики и свойства ДПК сохраняет при температуре от –50°С до +80°С и даже выше. Вот поэтом такой материал отлично сгодится для изделий, которые будут размещаться в бане, сауне или же на балконе, террасе, которые лишены отопления.

Как и из чего делают ДПК?

Обычная схема производства ДПК следует таким пунктам:

Измельчение древесины;
- просушивание измельченной древесины;
- дозирование необходимых компонентов;
- смешивание всех компонентов;
- подвержение состава прессованию для создания необходимого изделия;
- окончательная обработка полученного материала (обрезка на необходимую длину или ширину).

В принципе общие черты производства схожи с изготовлением ДСП. Разница заключается в применяемом оборудовании. Для производства древесно-полимерных композитов используется оборудование в большей степени химического типа, то есть то, которое используют в пластмассовой промышленности.
По своим свойствам древесно-полимерный композит не отличается от деревянных, пластиковых материалов или керамической плитки. Этот материал собрал в себе все позитивные качества изделий из натуральной древесины, но при этом лишен многих недостатков, присущих ей (высокая степень горючести, подвержена гниению, поражению плесенью, легко поддается механическим воздействиям).

Состоит ДПК из древесной муки или же щепок, оставшихся от обработки хвойных пород деревьев, полимерного материала и аддитивов. В составе композита могут также содержаться и иные растительные волокна (лен, пенька, кенаф, сизаль, скорлупа орехов или рисовая шелуха, даже солома). В качестве полимерного компонента используют разные составляющие в виде термопластических полимеров или их смесей. Но на самом деле используются всего лишь три вида термопластичных смол. Это может быть поливинилхлорид (ПВХ), полипропилен, полиэтилен. Отличаются эти составляющие не только по своей структуре, но и по количеству, в котором они добавляются. Так ПВХ добавляют ровно в таком же количестве, что и деревянной составляющей, полиэтилен берут в соотношении 70 % к 30% дерева, а полипропилена – 60 % к 40. Как видим, любое изделие из древесно-полимерного композита состоит из древесины в большей или меньшей степени. И ясное дело, чем ее процентное соотношение выше, тем материал ближе к натуральному.

Чтобы придать материалу какие-то дополнительные качества, в его состав добавляют также стекло или металл. Также в состав композита вводят и различные модифицирующие добавки – средства с антимикробным действием, антиокислители, связующие и поверхностно-активные вещества, смазочные материалы, стабилизаторы температуры, огнезащитные и противоударные средства, пигменты, светостабилизаторы. В качестве связующих полимеров используют не только первичные полимеры, но и вторичные. Это крахмалы из зерновых культур, отходы бумажного и кожевенного производства и прочие. Это позволяет создавать композиты, которые впоследствии легко утилизируются и поддаются биологическому разложению. Также могут добавляться вспенивающие компоненты, которые снижают плотность будущего композитного материала. Из состава указанных компонентов по инновационным технологиям производят гранулы сырья, из которых в дальнейшем и получают конечный продукт, то есть древесно-полимерный композит.

Изделия из древесно-полимерного композита изготавливают двумя методами – литьем и непрерывной экструзией. Технология производства допускает использование древесины низких сортов и пластмассу после вторичной переработки использованных изделий. Из этих отходов выпускают детали для мебели высокого качества и очень прочные отделочные материалы. Это позволяет поставить производство древесно-полимерного композита в разряд одних из самых рациональных и перспективных способов использования отходов от деревообрабатывающей промышленности. Что характерно для ДПК, так это его повторное участие в процессе создания того же ДПК.

Как работать с ДПК?

Это композитный материал, который в своем составе имеет древесину. По внешнему виду ДПК больше похож на МДФ или твердую ДВП. Если древесины в нем меньше, то внешне материал будет напоминать пластмассу. В монтажных работах такой материал очень хорошо применять, поскольку он легко распиливается, сверлится и обрабатывается рубанком. Иными словами инструменты для работы с ним нужны те же, что и для деревянных материалов. Особо ценным свойством изделий из древесно-полимерного композита является возможность их сгибания в прогретом состоянии как деталей из пластика. Некоторые изделия можно подвергать склеиванию или сварке, опять же, как пластмассу. В изделие из древесно-полимерного композита запросто вбиваются гвозди, вы можете покрасить поверхность из такого материала, если захотите изменить цвет. Для этого вам понадобится обычная лакокрасочная продукция. Также изделия из ДПК можно облицевать синтетической пленкой или натуральным шпоном.

Если вы хотите продлить срок службы рабочей поверхности, то лучше выбирать не натуральную террасную доску, а доску из ДПК. Но это в том случае, конечно, если у вас нет категорического желания использовать только натуральную древесину.

Спектр применения изделий из ДПК

Из древесно-полимерного композита в дальнейшем производят разные виды настенных панелей, вагонки, мебель для саун и улицы (лавочки, качели и прочее). И это далеко не предел использования материалов из ДПК. В автомобильном строительстве из них производят внутренние панели, прокладки для дверей и крыш, коробы. Полы грузовиков, спинки сидений, подъемные полки. Как строительные элементы изделия из ДПК можно узнать в кровлях, оконных и дверных профилях, настилах, штакетниках, других аксессуарах. Для потребительского применения изготавливают такие изделия, как различные садовые конструкции, садовую мебель, ограды, оборудование для детских и спортивных площадок и прочее.

Изделия из древесно-полимерного композита могут успешно заменять материалы из натуральной древесины, а также быть альтернативой использования изделий из ПВХ, конкретно – сайдинг для наружных отделочных работ, настенные панели, террасная доска.

Однако на сегодняшний день самую большую популярность завоевал декинг или террасная доска. Это доски из ДПК, которые предназначаются для покрытия пола на террасах, площадках возле бассейна, для садовых дорожек. В принципе стелить декинг можно и в жилом помещении, однако изначально он разрабатывался как материал для внешних отделочных работ, то есть способен выдерживать суровые климатические условия. Поскольку декинг хорошо противостоит воздействию влаги, то его можно применить для напольного покрытия в ванной, санузлах.

Поверхность террасной доски очень приятна для ног, а рельеф на ней не позволяет поскользнуться даже на влажной доске. Однако специальные бороздки делаются еще и для того, чтобы в значительной мере улучшить отвод воды от самой доски.

Насыщенность строительных рынков изделиями из древесно-полимерного композита позволяет оценить их во всех проявлениях. При всех своих достоинствах древесно-полимерный композит имеет один важный недостаток, который в значительной степени тормозит активность со стороны покупателей. Это высокая стоимость ДПК. Однако она в полной мере оправдывает себя производственными затратами и в какой-то мере постепенно снижается.

Материалы на основе нескольких компонентов, что обусловливает их эксплуатационные и технологичные характеристики. В основе композитов лежит матрица на основе металла, полимера или керамики. Дополнительное армирование выполняется наполнителями в виде волокон, нитевидных кристаллов и различных частиц.

За композитами - будущее?

Пластичность, прочность, широкая сфера применения - вот чем отличаются современные композитные материалы. Что это такое с точки зрения производства? Эти материалы состоят из металлической или неметаллической основы. Для усиления материала используются хлопья большей прочности. Среди можно выделить пластик, который армируется борными, углеродными, стеклянными волокнами, или алюминий, армированный стальными или бериллиевыми нитями. Если комбинировать содержание компонентов, можно получать композиты разной прочности, упругости, стойкости к абразивам.

Основные типы

Классификация композитов основана на их матрице, которая может быть металлической и неметаллической. Материалы с металлической матрицей на основе алюминия, магния, никеля и их сплавов обретают дополнительную прочность за счет волокнистых материалов или тугоплавких частиц, которые не растворяются в основном металле.

Композиты с неметаллической матрицей в основе имеют полимеры, углерод или керамику. Среди полимерных матриц наиболее популярны эпоксидная, полиамидная и фенолформальдегидная. Форма композиции придается за счет матрицы, которая выступает своеобразным связующим веществом. Для упрочнения материалов используются волокна, жгуты, нити, многослойные ткани.

Изготовление композитных материалов ведется на основе следующих технологических методов:

пропитка армирующих волокон матричным материалом;
формование в пресс-форме лент упрочнителя и матрицы;
холодное прессование компонентов с дальнейшим спеканием;
электрохимическое нанесение покрытия на волокна и дальнейшее прессование;
осаждение матрицы плазменным напылением и последующее обжатие.

Какой упрочнитель?

Во многих сферах промышленности нашли применение композитные материалы. Что это такое, мы уже сказали. Это материалы на основе нескольких компонентов, которые обязательно упрочняются специальными волокнами или кристаллами. От прочности и упругости волокон зависит и прочность самих композитов. В зависимости от вида упрочнителя все композиты можно поделить:

на стекловолокниты;
карбоволокниты с углеродными волокнами;
бороволокниты;
органоволокниты.

Упрочнительные материалы могут укладываться в две, три, четыре и больше нити, чем их больше, тем прочнее и надежнее в эксплуатации будут композиционные материалы.

Древесные композиты

Отдельно стоит упомянуть древесный композит. Он получается посредством сочетания сырья разного типа, при этом в качестве основного компонента выступает древесина. Каждый древесно-полимерный композит состоит из трех элементов:

частиц измельченной древесины;
термопластичного полимера (ПВХ, полиэтилена, полипропилена);
комплекса химических добавок в виде модификаторов - их в составе материала до 5 %.

Самый популярный вид древесных композитов - это композитная доска. Ее уникальность в том, что она объединяет в себе свойства и древесины, и полимеров, что существенно расширяет сферу ее применения. Так, доска отличается плотностью (на ее показатель влияет базовая смола и плотность древесинных частичек), хорошим сопротивлением на изгиб. При этом материал экологичный, сохраняет текстуру, цвет и аромат натурального дерева. Использование композитных досок абсолютно безопасно. За счет полимерных добавок композитная доска обретает высокий уровень износостойкости и влагостойкости. Ее можно использовать для отделки террас, садовых дорожек, даже если на них приходится большая нагрузка.

Особенности производства

Древесные композиты имеют особенную структуру за счет сочетания в них полимерной основы с древесиной. Среди материалов подобного типа можно отметить древесно-стружечные, разной плотности, плиты из ориентированной щепы и древесно-полимерный композит. Производство композитных материалов данного типа ведется в несколько этапов:

Измельчается древесина. Для этого используются дробилки. После дробления древесину просеивают и делят на фракции. Если влажность сырья - выше 15 %, его обязательно высушивают.
Дозируются и смешиваются основные компоненты в определенных пропорциях.
Готовое изделие прессуется и форматируется для обретения товарного вида.

Основные характеристики

Мы описали самые популярные полимерные композитные материалы. Что это такое, теперь понятно. Благодаря слоистой структуре есть возможность армирования каждого слоя параллельными непрерывными волокнами. Стоит отдельно сказать о характеристиках современных композитов, которые отличаются:

высоким значением временного сопротивления и предела выносливости;
высоким уровнем упругости;
прочностью, которая достигается армированием слоев;
за счет жестких армирующих волокон композиты обладают высокой стойкостью к напряжениям на разрыв.

Композиты на основе металлов отличаются высокой прочностью и жаропрочностью, при этом они практически неэластичны. За счет структуры волокон уменьшается скорость распространения трещин, которые иногда появляются в матрице.

Полимерные материалы

Полимерные композиты представлены в многообразии вариантов, что открывает большие возможности по их использованию в разных сферах, начиная от стоматологии и заканчивая производством авиационной техники. Наполнение композитов на основе полимеров выполняется разными веществами.

Наиболее перспективными сферами использования можно считать строительство, нефтегазовую промышленность, производство автомобильного и железнодорожного транспорта. Именно на долю этих производств приходится порядка 60 % объема использования полимерных композиционных материалов.

Благодаря высокой устойчивости полимерных композитов к коррозии, ровной и плотной поверхности изделий, которые получаются методом формования, повышается надежность и долговечность эксплуатации конечного продукта.

Рассмотрим популярные виды

Стеклопластики

Для армирования этих композиционных материалов используются стеклянные волокна, сформованные из расплавленного неорганического стекла. Матрица основывается на термоактивных синтетических смолах и термопластичных полимерах, которые отличают высокая прочность, низкая теплопроводность, высокие электроизоляционные свойства. Изначально они использовались при производстве антенных обтекателей в виде куполообразных конструкций. В современном мире стеклопластики широко применяются в строительной сфере, судостроении, производстве бытового инвентаря и спортивных предметов, радиоэлектронике.

В большинстве случаев стеклопластики производятся на основе напыления. Особенно эффективен этот метод при мелко- и среднесерийном производстве, например корпусов катеров, лодок, кабин для автомобильного транспорта, железнодорожных вагонов. Технология напыления удобна экономичностью, так как не требуется раскраиваться стекломатериал.

Углепластики

Свойства композитных материалов на основе полимеров дают возможность использовать их в самых разных сферах. В них в качестве наполнителя используются углеродные волокна, получаемые из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, пеков. Волокно обрабатывается термически в несколько этапов. По сравнению со стеклопластиками углепластики отличаются более низкой плотностью и более высоким при легкости и прочности материала. Благодаря уникальным эксплуатационным свойствам углепластики находят применение в машино- и ракетостроении, производстве космической и медицинской техники, велосипедов и спортивных принадлежностей.

Боропластики

Это многокомпонентные материалы, в основе которых лежат борные волокна, введенные в термореактивную полимерную матрицу. Сами волокна представлены мононитями, жгутами, которые оплетаются вспомогательной стеклянной нитью. Большая твердость нитей обеспечивает прочность и стойкость материала к агрессивным факторам, но при этом боропластики отличаются хрупкостью, что осложняет обработку. Борные волокна стоят дорого, поэтому сфера применения боропластиков ограничена в основном авиационной и космической промышленностью.

Органопластики

В этих композитах в качестве наполнителей выступают в основном синтетические волокна - жгуты, нити, ткани, бумага. Среди особенных свойств этих полимеров можно отметить низкую плотность, легкость по сравнению со стекло- и углепластиками, высокую прочность при растяжении и высокое сопротивление ударам и динамическим нагрузкам. Этот композиционный материал широко используется в таких сферах, как машино-, судо-, автостроение, при производстве космической техники, химическом машиностроении.

В чем эффективность?

Композитные материалы за счет уникального состава могут использоваться в самых разных сферах:

в авиации при производстве деталей самолетов и двигателей;
космической технике для производства силовых конструкций аппаратов, которые подвергаются нагреванию;
автомобилестроении для создания облегченных кузовов, рам, панелей, бамперов;
горной промышленности при производстве бурового инструмента;
гражданском строительстве для создания пролетов мостов, элементов сборных конструкций на высотных сооружениях.

Использование композитов позволяет увеличить мощность двигателей, энергетических установок, уменьшая при этом массу машин и оборудования.

Какие перспективы?

По мнению представителей сферы промышленности России, композиционный материал относится к материалам нового поколения. Планируется, что к 2020 году вырастут объемы внутреннего производства продукции композитной отрасли. Уже сейчас на территории страны реализуются пилотные проекты, направленные на разработку композитных материалов нового поколения.

Применение композитов целесообразно в самых разных сферах, но наиболее эффективно оно в отраслях, связанных с высокими технологиями. Например, сегодня ни один летательный аппарат не создается без использования композитов, а в некоторых из них используется порядка 60 % полимерных композитов.

Благодаря возможности совмещения различных армирующих элементов и матриц можно получить композицию с определенным набором характеристик. А это, в свою очередь, дает возможность применять эти материалы в самых разных сферах.

У жидкой древесины много преимуществ. Поговорим о том, из чего она состоит, где ее можно использовать, на что обращать внимание при покупке этого материала, а также как сделать его самостоятельно.

Из чего делается жидкая древесина

Разумеется, настоящее дерево не может быть жидким. Такое словосочетание обозначает древесно-полимерный композит (ДПК) – новый строительный материал, в состав которого входят следующие компоненты:

измельченная древесная основа (опилки, стружка и прочее),
связующая часть (полиэтилен, полипропилен и так далее),
присадки (аддитивы).

Причем самого дерева в ДПК может содержаться до 80 процентов. Причем это не свежесрубленный материал, а отходы от производства пиломатериалов. То есть при производстве ДПК фактически не пострадало ни одно дерево.

Прочность изделий из жидкой древесины иногда превышает даже показатели клееного бруса. Ведь в качестве связки в процессе изготовления выступают термопластичные полимеры, спекающие частички опилок и стружки в монолитную массу.

Ну а самым интересным компонентом это сплава являются присадки-аддитивы. Именно они берегут древесную основу от грибка, плесени и влаги. Именно они окрашивают изделия в приятный "древесный" цвет. А еще аддитивы позволяют вспенить ДПК, в результате чего получается легкая, но прочная масса.

Для смешения всех компонентов производителям ДПК нужно лишь нагреть состав до разжижения и спровоцировать эффект совместной полимеризации. После чего горячая масса заливается в форму. А после остывания этой отливки, в процессе которого допускается принудительное охлаждение, мы получаем готовый продукт – древополимер.

Где можно использовать ДПК

У древополимера есть свойства природных и рукотворных материалов. Он выглядит и пахнет как дерево и не гниет, не реагирует на температурные колебания и не разрушается под действием ультрафиолета как пластик.

Полученные из древопластика изделия нашли свое применение и в строительстве, и в дизайне. Из ДПК делают прекрасную основу для пола. Досками из жидкого дерева можно настелить даже открытую террасу. И они не будут коробиться или трескаться от холода и гнить от дождей или снега. А еще из древополимера можно отлить заготовки или детали для предметов меблировки. И они будут держать нагрузку лучше древесно-стружечных плит.

Кроме того, из ДПК делают элементы внешнего и внутреннего декора. Аддитивы не влияют на экологичность, полиэтилен использует даже пищевая промышленность, а дерево – это самый благоприятный вариант для здоровья человека из всех строительных материалов. Поэтому отделка из ДПК будет более уместна, чем пластиковые панели или виниловые обои. Хотя подобный вариант потребует хорошей вентиляции отделанного древопластиком помещения.

Вдобавок этот материал плохо горит и хорошо переносит соседство с кирпичом или бетоном. Там, где дерево начинает тянуть влагу и гнить, ДПК лежит и делает свое дело в течение 40-50 лет. Именно поэтому древопластик является очень перспективным отделочным материалом для внешних работ.

Словом, у натурального дерева есть только одно неоспоримое преимущество перед жидким аналогом – низкая стоимость. Доски и изделия из ДПК стоят немного дороже материалов из натуральной древесины. Однако с учетом того, что пиломатериалы с аналогичной долговечностью и прочностью можно получить только из ценных пород дерева, разница в цене выглядит не столь ошеломляющей, как казалось бы.

Как сделать ДПК своими руками

Для этого нужно предпринять следующее:

1. Взять древесные опилки. Причем сорт основы тут не важен – можно брать и сосновую и дубовую стружку.
2. Засыпать измельченную древесину в кофемолку (желательно электрическую) и перемолоть ее на "муку".
3. Подготовить емкость для перемешивания. Это может быть и таз, и ведро, и небольшая банка.
4. Засыпать древесную "муку" в емкость и залить ее клеем ПВА. Причем, если вам нужна высокая прочность – используйте не канцелярские, а строительные составы или столярные клеи на их основе.
5. Взбить массу с помощью миксера до однородной консистенции. При больших объемах это может быть строительный миксер.

Если состав получается слишком жидким – нужно добавить опилок. Если вы получили очень густую массу – долейте клея ПВА.

Правда по вышеприведенному рецепту у вас получится не полноценный древопластик, а его аналог. Но по структуре и базовым качествам самодельный материал практически не будет отличаться от фабричного. Его можно применять для заделывания отверстий, колов и прочих дефектов в настоящем ДПК, а также для отливки декоративных элементов, не несущих эксплуатационную нагрузку.

При заделке дефектов самопальным ДПК применяется следующая технология: на место повреждения наносят и заполняют скол или отверстие полученной массой, используя резиновый шпатель для затирки швов в кафеле. После застывания остатки массы зашлифовываются мелкозернистой наждачкой и окрашиваются под цвет поверхности.

Для заливки самодельного ДПК в форму используют жидкий состав, напоминающий по консистенции раствор бетона. Причем для выдавливания пузырьков из отливки заполненная форма проходит вибростенд. После чего ее оставляют в покое до полного высыхания. Мелкие дефекты на поверхности отливки можно заполнить клеем или зашлифовать.

Осмотрите доску или другое изделие из жидкой древесины. Если на ее поверхности есть светлые точечки, то перед вами продукт сомнительного качества, поскольку такой дефект сигнализирует о некачественном помоле и замесе древесной муки. Под открытым небом такой продукт долго не проживет. Точечки начнут чернеть, притягивая гниль и влагу, спустя несколько лет эксплуатации.

Обратите внимание на фактуру изделия. Для отделки часто предпочитают брать гладкую, практически полированную поверхность. Для напольного покрытия гладкие доски нельзя использовать ни в коем случае, они очень травмоопасны. Лучше всего взять шероховатый вариант, даже с нанесенным рифлением.

Если это возможно, узнайте состав древесной муки, используемой в производстве ДПК. Лучший вариант – отходы древесины лиственных пород. Такие материалы плохо горят. А вот смолянистые хвойные породы снизят пожарную безопасность вашего дома сразу на несколько пунктов.

Посмотрите на цвет изделия. Он должен быть равномерным. Пятна, светлые участки и прочие дефекты говорят о плохом замесе компонентов. Такая доска и выглядит плохо, и уступает в прочности даже обычной древесине, не говоря уже о качественном ДПК.

Узнайте, какие гарантийные обязательства предоставляются. Надежные производители дают гарантию на 20-25 лет. Если в спецификации к доске идет речь о 4-5 годах, то в составе такого древополимера есть явные просчеты. Постарайтесь отказаться от подобной покупки.

Если вы будете следовать этим советам, то приобретенные изделия из ДПК не разочаруют вас в течение 30-40 лет службы.

Расходы на покрытие террасы	Лиственница сорт Экстра, руб	Террасная доска, руб
Цена за кв.м.	1800	2000
	200	Лага 600 + монтажная клипса 300
	50	0
	50	0
Пропитка	200	0
	100	0
	400	400 (можно самостоятельно)
Стоимость материалов и работ изначально	2800	3300
Расходы на 3-й год
Антисептик, защита от грибка (Россия), 1 кв.м.	50	0
Обработка антисептиком, 1 кв.м.	50	0
Пропитка	200	0
Нанесение пропитки (1 слой), 1 кв.м.	50	0
Стоимость работ	350	0
Расходы на 5-й год (замена покрытия вследствие порчи от погодных условий и других естественных факторов)
Цена за кв.м.	1800	0
Лага + монтажный кляймер (на 1 кв.м.)	200	0
Антисептик, защита от грибка (Россия), 1 кв.м.	50	0
Обработка антисептиком, 1 кв.м.	50	0
Пропитка	200	0
Нанесение пропитки (2 слоя), 1 кв.м.	100	0
Монтаж террасного покрытия, 1 кв.м.	400	0
Стоимость материалов и работ при укладке и обслуживании на 5 год эксплуатации	2800	0
Всего за 5 лет	5950 руб./кв.м.	3300 руб./кв.м.

История ДПК

Технология производства древесно-полимерного композита была разработана еще в 70-х годах 20 века с целью более эффективного использования большого количества древесных отходов. Тогда же в Швеции появился первый завод по производству материала. Но так как технология была несовершенной и в процессе производства сильно изнашивалось оборудование, опыт не стал успешным.

В конце 20 века технологией заинтересовались американские производители. Традиционные для частных построек террасы (настилы) ранее монтировали из древесины. Но такие конструкции требовали постоянного ухода и не отличались долговечностью. Пластик, который тоже можно было использовать для сооружения террас, в те времена стоил недешево. Поэтому материал, который наполовину состоял из древесных отходов, а наполовину – из пластика, стал настоящей находкой для всех строителей и простых домовладельцев.

В это же время древесно-полимерный композит начали активно использовать в Японии. Им обшивали балконы и террасы. А в Китае из ДПК делали даже тротуары, садово-парковые дорожки, скамейки и беседки

В настоящее время композитные материалы в буквальном смысле завоёвывают всё новые и новые сферы. Рост рынка ДПК в мире составляет 20% в год, технологии производства совершенствуются и становятся еще более экономичными и безопасными для человека и окружающей среды. А сам материал приобретает новые свойства и в определённых областях уверенно вытесняет и древесину и пластик.