ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

 
Состояние и перспективы развития производства ДПК
Популярные области применения ДПК

Опыт промышленного производства и интенсивного применения ДПК насчитывает немногим более 20 лет. Однако, последние 10 лет строительные изделия на основе ДПК завоевывают рынок довольно быстро.


Ключевым вопросом общественного мнения в отношении нового продукта в строительной промышленности является оценка продукта как строителями, так и домовладельцами. Вероятно, ДПК попали в нужное место. Общественное мнение о ДПК трудно оценить более или менее объективно. Мно¬гие никогда не слышали о ДПК. Многие предпочитают «настоящее дерево». Дере¬во — превосходный материал, намного превосходящий ДПК по многим свойствам, прежде всего, по прочности и жесткости, сопротивлению скольжению, а для мно¬гих типов модифицированной древесины — огнестойкости (кроме древесных композитов на основе ПВХ). Обычное дерево, однако, хуже по качеству по сравнению с ДПК в отношении водопоглощения, микробной деструкции и долговечности. Существуют особые виды де¬рева, которые удовлетворяют вкусам искушенного клиента, но эти виды слишком дороги для общего рынка.
В целом очень многие потребители охотно приняли внешний вид ДПК на рын¬ке, хотя многие сомневаются, а многие прямо их забраковали.
Что так привлекает в продуктах ДПК? Этот вопрос ясен только в отношении ДПК настилов, поскольку другие изделия не получили достаточного распростра-нения на рынке. Да, настилы из ДПК, как правило, выглядят довольно хорошо. Любой может ходить по ним босиком без какого-либо опасения получить занозу. Вообще нет никаких заноз. Затем, настилы ДПК действительно требуют мини¬мального обслуживания. А обслуживание деревянных декинговых средств (атмосферостойких напольных покрытий), — это, прежде всего, регулярное травление и окраска. Настилы из ДПК не требуют этого, поскольку они окрашены на весь срок службы, если содержат красители, и не выгорают. Хотя очень немногие половые доски из ДПК не выгорают совсем. На юге древесные настилы часто требуют обработки антибактериальными и антитермитными препаратами. Настилы из ДПК не требуют этого, поскольку они значительно более стойкие к биологической деструкции.
Здесь необходимо отметить, что биологическая стойкость половых досок из ДПК снижается с увеличением содержания древесного волокна (выше 40%) и повышается с увеличением содержания минеральных наполнителей (кремнезем, карбонат кальция, тальк и т. д.). Настилы из ДПК требуют, тем не менее, обыкновенного мытья, очистки и другого ухода, как обычные деревянные полы. Очевидно, что барбекю на веранде неиз¬бежно привело бы к загрязнению и масляным пятнам; когда на пол переворачивает¬ся миска с картофельным салатом (а по-другому картофельный салат не падает, что может подтвердить каждый), изготовлен он из дерева или из ДПК, остаются пятна, которые не слишком легко, хотя и можно, удалить. Практически гораздо легче удалить жир с пола из ДПК, чем с деревянного пола.
В целом настилы из ДПК намного более долговечны, чем деревянные настилы, и требуют значительно меньше работы в течение длительного периода, что, безу¬словно, привлекательно для некоторых людей. Однако зачастую ДПК дороже и требуют соблюдения некоторых специфических требований при эксплуатации, что является отталкивающим обстоятельством для других людей. Обе особенности ДПК влияют на общественное мнение, и обе рассматриваются как во¬прос практичности.
Другим важным фактором успеха на строительном рынке является доступность продукта. Технически это означает быстрый путь от заводского склада до склада пиломатериалов, к дистрибьюторам, дилерам, поставщикам, розничным продавцам и конечным потребителям.
В настоящее время львиная доля ДПК используется для декинга и систем ограж¬дений (половые доски, лестницы, стойки и манжеты стоек, обвязка перил и фунда¬мента, наголовники стоек и балясины и другие небольшие аксессуары) и подобных конструкций, присоединяемых снаружи к жилым домам, а также променадов (до¬щатых тротуаров). Относительно небольшое количество промышленно произво¬димых ДПК идет на сайдинг, изгороди, паллеты, кровельную черепицу и оконный профиль. Другие изделия типа свай, железнодорожных шпал, пристаней, оконных ставней и звуковых барьеров являются скорее опытными (не промышленными) или продаваемыми в очень небольших объемах по сравнению с основными продук¬тами из ДПК.




















Рис.2.1. Популярные области применения ДПК

Объем и динамика рынка ДПК

Отечественный рынок изделий из ДПК сколь-нибудь заметного развития достиг в последние 5 лет и к настоящему времени на период 2013-2014 г.г. представлен продукцией как импортного, так и отечественного производства. Тем не менее статистические данные представлении весьма ограниченно.
Американский рынок для двух основных продуктов из ДПК. то есть, декинга и комплектующих ограждений, составляет приблизительно 22% от всего объема декинга и ограждений (дерево, полимерные пиломатериалы, винил, ДПК).
Цифры по композитному декингу и системам ограждений, особенно прогно-зы, среди аналитиков различаются в значительной степени. Например, Freedonia Group давала прогноз в 2002 г., что продажи декинга и ограждений из ДПК соста-вят $680 млн в 2006 г. [6]. Согласно Principia Partners, этот объем был значительно больше уже в 2004 г. ($820 млн), далее увеличился в 2005 г. ($956 млн), и прогно¬зировалось увеличение до $1195 млн в 2006 г. (табл. 2.1), что почти на 80% выше прогноза Freedonia Group, Ясно, все эти цифры, особенно когда они даются с точно¬стью до 0,1% скорее имеют ограниченное значение и зависят от многих различных и переменных факторов.

Общий объем рынка ДПК декинга и ограждений в Северной Америке
Таблица 2.1.
Продукт Значение в миллионах долларов
2004 2005 2006
ДПК декинг 670 766 929
ДПК ограждения 150 190 271
ДПК декинг и ограждения 820 956 1200
Всего декинга (все материалы) 2570 2960 3170
Всего ограждения (все материалы) 1860 2,150 2,280
Всего декинга и ограждений (все материалы) 4430 5110 5450
Погонный фут (в миллионах)
ДПК декинг 450 479 590
ДПК ограждения 12 14 18
ДПК декинг и ограждения 462 493 608
Всего декинга (все материалы) 3650 3760 3990
Всего ограждения (все материалы) 220 230 240
Всего декинга и ограждений (все материалы) 3870 3990 4230

Что бесспорно — так это то, что строительные материалы из ДПК, прежде все¬го декинг и ограждения из ДПК, неуклонно вытесняют традиционный деревянный декинг и ограждения на рынке. С 2001 по 2011 г. рост потребления декинга из ДПК при ежегодном темпе прироста композитов 22%. Аналогично, наблюдается рост доли ДПК с 7% в 2002г. До 14 % в 2007 г.и более 30% в 2011г.
Результаты анализа отечественного рынка ДПК приведены на рис.2.




























Рис. 2.2. Результаты анализа отечественного рынка ДПК

Как видно по результатам анализа североамериканского, а также отечествен-ного рынка, наибольший объем производства приходится на долю декинга.
Декинг (террасная доска) — это материал для помоста, присоединенного к зданию или не присоединенного, если это променады (дощатые дорожки), пе¬шеходные дорожки, молы, причалы и пристани для яхт. Рынок декинга включа¬ет половые доски, системы ограждений (состоящие из верхней обвязки, перил, нижней обвязки и стоек), и аксессуаров, типа лестниц и встроенных карнизов. По данным Principia Partners*, спрос в США на декинг (дерево и ДПК) в 2012 г. до¬стиг $5,1 млрд, или около 4,0 млрд борд-футов (в одном борд-футе — 2359,7 см3), а в 2013 г. планируется рост до $5,5 млрд и 4,2 млрд погонных футов.
Цены на этот вид продукции колеблются в широких пределах и зависят во многом от уровня качества и себестоимости производства, которая в свою очередь напрямую связана со стоимостью сырьевых компонентов. Сводные данные по некоторым видам данной продукции, представленной на отечественном рынке, приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2
Торговая марка Фото профиля Сайт Цена, руб/ кв.м.
Werzalit Верцалит (Германия)
www.terradeck.ru 4600 руб.
Twinson Твинсон (Бельгия)
www.twinson-rus.ru
2800 руб.
Tekos / Текос (Россия-Бельгия)
www.tecos.ru 2530 руб.
Dumadeck Думадек, пустотелая доска (Бельгия)
www.dumadeck.ru 2960 руб.
Terradeck Deckron (Россия)
www.terradeck.ru
1490 руб.
MultiDeck МультиПласт (Россия)
www.tat-plast.ru 1401 руб.
ПолиэДек (Россия)
www.polyedeck.ru 2000 руб.
WPC-Deck ВиПиСи-Лаб (Россия)
www.wpc-lab.ru 1900 руб.
XylTech Ксилтек (Франция)
www.xyltech.co.uk 2150 руб.
Терраса - Юг (Россия)
www.terrasa-ug.ru 1600 руб.
Wood Magic Вуд Мэджик (Россия)
www.dpknn.ru 1780 руб.
Deckra / Декра, шовная доска (Россия)
www.deckra.ru 1600 руб.
Ставсервис (Россия)
www.stavservice.ru 1990 руб.
Lignatek Лигнатэк (Россия)
www.lignatek22.ru 1550 руб.
МаРиМ Premier Примьер (Россия)
www.wpc-russia.com 1780 руб.
Karaon Караон, террасная доска (Россия)
www.karaon.ru
2190 руб.
Darvolex ECO Дарволекс Эко (Болгария)
www.darvolex.ru
2300 руб.
 
Журнал Consumer Reports (июль 2004 г., с. 22) приводит следующие ценовые данные для 100 кв. футов настила (только доски; стоимость ограждений, лест¬ниц, опорных конструкций и работы не включена):
дерево — $190-450, что соответствует $0,95-2,25 за погонный фут (доска 2x6 дюймов);
ДПК — $300-720, что соответствует $1,50-3,60 за погонный фут;
пластик или ПВХ — $400-1000, или $2,00-5,00 за погонный фут.
Обратим внимание на обычные настилы из древесно-полимерных компо¬зитов (или древопластиков) (Wood Plastic Composite, WPC или ДПК) предпочти¬тельно высшего качества. Что необходимо сделать, чтобы избежать жалоб потре-бителей? Какие свойства настила мы должны рассматривать, чтобы увеличить срок службы его до максимально возможного, предпочтительно более длительного, чем срок службы пиломатериалов из прессованной древесины? Иными словами, что требуется для материала, который должен быть достаточно прочным, чтобы соот¬ветствовать гарантийным требованиям, и в то же время рентабельным, чтобы быть конкурентоспособным на рынке? Что может произойти с настилом из ДПК при экс¬плуатации, и как это предотвратить? К каким свойствам композитного материала мы должны стремиться, что для этого мы должны исследовать, что мы должны про¬верять и как, что мы должны оптимизировать, чтобы произвести качественный про-дукт, или, по крайней мере — для менее претенциозного производителя — чтобы удовлетворять строительным нормам и правилам.
Рассмотрим декинг из ДПК. В простом случае это относится к доскам, изготов¬ленным из композитного материала. Доски могут быть монолитными или полыми, или «открытой» разработанной конструкции (см. рисунки табл. 1.2), они могут изготав¬ливаться экструзией (в обычном случае) или прессованием. Обычно, но не всег¬да, ДПК-доски имеют ширину 5,5 дюйма (139,7 мм), высоту (толщину) 1,25, 1,00, 15/16, или 13/16 дюймов (31,75-20,64 мм), и — для стандартных досок — длину 12, 16 или 20 футов. Поверхность досок может быть ровной (не обработанной щетка¬ми), обработанной щетками, рельефной или иметь «экзотический» вид типа полос, имитирующих структуру дерева.


Процентная доля декинга по данным The Freedonia Croup [1,2,5]
Таблица 2.3

Год Рынок, млрд $ - Доля, %

Дерево Чистый пластик ДПК
1999 2,3 97 1 2
2002 3,4 91 2 7
2005 5,1 77 4 19
2006 5,5 73 5 22
2011 6,5 66 4 30

Примечание: По данным The Freedonia Croup, потребность в декинге из композитной или полимерной древесины в 1999, 2004 и 2011 г. составила (в млн долл) 317, 662 и 1370 соответственно. Согласно Principia Partners только композитного декинга в 2004 г. в Северной Америке было продано более чем на $670 млн

Доски могут быть изготовлены из полимеров любого типа. Однако большинство (если фактически не все) доски из ДПК, изготовленные и проданные на сегодняш¬ний день, произведены на основе полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП) или поливинилхлорида (ПВХ), (см. табл. 2.4).
Причина проста: поскольку доски из ДПК конкурируют па рынке с обычной древесиной, их стоимость должна быть одного порядка. С практической точки зрения их цена должна быть не более чем в 2-3 раза выше по сравнению с досками из древесины и это увеличение должно быть оправдано, скажем, эстетикой (хорошим внешним видом и отсутствием сучков, заноз, искривления и трещин), приемлемыми механическими свойствами, хорошей долговечностью, низкими эксплуатационными расходами, отсутствием микробной деструкции, стойкостью к термитам и, возможно, даже огнестойкостью. Пока только три названных выше полимера (ПЭ, ПП и ПВХ) могут вписаться в соответствующую ценовую категорию, в то же время обеспечив свойства, необходимые для ДПК материала, соответствующего строительным нормам.
 

2.2. Состав древесно-полимерных композитных половых досок
Декинг и системы ограждений из ДПК и в отчетах производителей ICC-ES*
Табл. 2.4
Номер Производитель Производные целлюлозы Форма
1 2 3 4
Продукты на основе ПЭ
1 Advanced Environ -mental Recycling Technologies; Weyerhaeuser 52% древесных волокон Монолит
2 Epoch Composite Products 50% древесных волокон Монолит
3 Integrated Compos¬ite Technologies Древесная мука Монолит или полый
4 Universal Forest Products Ventures 11 50% древесной муки Монолит
5 Fiber Composites; LMC 50% древесной муки Монолит
6 LDI Composites Рисовая шелу¬ха, Biodac Полый
7 Bluelinx 50% древесной муки Монолит
8 Brite Manufactu¬ring 50% древесной муки Полый
9 Green Tree Composites 55% древесной муки Монолит
10 Nexwood Industries 60% рисовой шелухи Полый
11 Alcoa Home Exteriors 55% древесной муки Монолит
12 Composatron Manufacturing 50% древесной муки Монолит
13 Master Mark Plastic
ESR-1461 Products 50% древесных волокон Монолит
14 HBEG Building Industries 60% древесной муки Монолит
15 TimberTech 50% древесной муки Монолит или открытые профили
16 Trex Company 50% древесной муки Монолит
17 Midwest Manufac- turing Extrusion 60% древесной муки Полый или монолит
18 Carney Timber 60% рисовой шелухи Полый
19 Louisiana Pacific 60% древесной муки Полый и монолит
Продукты на основе ПП
20 Correct Building 60% древесных волокон Монолит
21 Elk Composite Building Products Древесная мука Монолит
Продукты на основе ПВХ
22 CertainTeed 35-45% волокна твердых пород дерева Монолит
23 Millenium Decking Древесное волокно Полый
24 Procell Льняное волокно Монолит
 
Строительные материалы из ДПК состоят из смеси цел¬люлозных волокон и промышленных сортов таких полимеров, как полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП) и поливинилхлорид (ПВХ).Для увеличения жесткости композитных досок некоторые производители ДПК добавляют в композицию минеральные наполнители. Только ряд производителей материалов из ДПК используют такие наполнители, как карбонат кальция, тальк и наполненные минералами побочные продукты бумажных фабрик.
Материалы ДПК производят путем смешения (компаундирования) полимера и (лигно)целлюлозного волокна с добавками (смазки, аппреты, пигменты, антиоксиданты, УФ-стабилизаторы, антибакте¬риальные добавки и т. д.) и переработки с использованием высокопроизводи-тельного процесса типа экструзии, компрессионного формования или литья под давлением.

2.2.1.Полимерные связующие для ДПК

В древесно-полимерных композитах применимы только такие термопласты, ко¬торые могут перерабатываться при температурах ниже 200 °С. Это ограничение обусловлено невысокой термостойкостью древесины, что до некото¬рой степени сужает выбор полимеров, но и не является абсолютным, поскольку в ДПК может использоваться делигнифицированная целлюлоза, а лигнин является наиболее чувствительной к температуре фракцией древесных материалов. Но время пребывания цел¬люлозных материалов в высокоскоростных смесителях и экструдерах может быть значительно уменьшено при увеличении скорости переработки и другими способа¬ми, снижающими время контакта целлюлозы с горячим расплавом. Поэтому, с дру¬гой стороны, полимеры с высокой температурой переработки могут использовать¬ся для получения ДПК с повышенными характеристиками.
Производители древесно-полимерных композитов в Северной Америке в 2005 г. Потребили около 600 млн фунтов термопластов, из которых ПЭ составляет около 90% объема, а ПП и ПВХ — оставшиеся 10%. Из них регенерированные полимеры составляют около 35-40% общего потребления полимеров, первичные полимеры — 60-65% [1].

Полиэтилен
Полиэтилен (ПЭ) является самым крупнотоннажным по объему полимером, про¬изводимым в мире. Он имеет относительно низкую температуру плавления (обыч¬но между 106 и 130 °С, в зависимости от плотности/разветвленности ПЭ) и может производиться с очень широким диапазоном вязкостей расплава. Расплавы хорошо смешиваются с наполнителями, а низкая температура плавления позволяет ис¬пользовать целлюлозное волокно в качестве наполнителя без большого риска зна-чительной термодеструкции.
ПЭ является частично кристаллическим полимером. Это означает, что при нор-мальных температурах полимер состоит из двух довольно различных фракций или фаз — кристаллической и аморфной. Для ПЭ температура стеклования меняется от очень низкой до низкой (от -130 до -20 °С), делая полимер пластичным при обычных температу¬рах.
ПЭ довольно мягок, что способствует более легкому прибиванию, привинчиванию, разрезанию и распиловке композитных половых досок на основе ПЭ. Как и ПП,
Полиэтилен обладает почти нулевым водопоглощением (обычно ниже 0,02% через 24 часа погружения под водой) и очень высокой стойкостью к химикатам, включая сильные кислоты, такие как серная, соляная и азотная.
Полиэтилен производится в различных полимерных формах, отличающихся по молекулярной массе и «линейности», или наличием нерегулярностей или от¬ветвлений, ненасыщенности и т. д. Это, в свою очередь, определяет плотность, или удельный вес полимера, что применяется в качестве основного признака классифи¬кации ПЭ. Основные виды ПЭ следующие:
полиэтилен высокой плотности (ПЭВП);
высокомолекулярный ПЭВП;
сверхвысокомолекулярный ПЭВП;
полиэтилен низкой плотности (ПЭНП);
линейный ПЭ низкой плотности (ЛПЭНП);
полиэтилен сверхнизкой плотности.
Линейный ПЭ низкой плотности (ЛПЭНП) имеет плотность, близкую к ПЭНП, а линейность — к ПЭВП. Боковые цепи в ЛПЭНП сравнительно короткие. Ни один из производителей ДПК не сообщал, что производит композитные половые доски на основе ЛПЭНП, а также на основе ПЭ очень низкой плотности и ПЭ сверхнизкой плотности. Два последних ПЭ имеют чрезвычайно высокую эластичность, ко¬торая сделала бы их непригодными для композитных половых досок или систем ограждения.
ПЭНП может легко царапаться ногтем, ПЭВП царапается с трудом, а на по-липропилен вообще вряд ли могут быть нанесены царапины. Это также относит¬ся к соответствующим ДПК.
Полиэтилен средней плотности ПЭСП — это обычно смесь ПЭНП и ПЭВП. Ни один из производителей ДПК не сообщает о том, что они используют «полиэтилен средней плотности», а также «сверхвысокомолекулярный» ПЭ для изготовления своих продуктов.
ПЭВП из-за более высокой кристалличности по сравнению с ПЭНП, более прочный и жесткий, чем ПЭНП, но более склонен к короблению. Он показывает более высокую усадку из-за образования кристаллических, уплотненных областей после перехода из расплавленного состояния в твердое. Его предел прочности при растяжении в два-три раза больше по сравнению с ПЭНП, и он имеет довольно хо¬рошую прочность при сжатии (4600 psi), тогда как ПЭНП обычно не ломается при сжатии. Оба, как правило, обладают очень хорошей ударной вязкостью, хотя не¬которые материалы на основе ПЭВП с высокой степенью кристалличности могут быть довольно хрупкими.
В общем случае повышение плотности и соответствующий переход от ПЭНП к ПЭВП приводит к повышению сопротивления истиранию (абразивной стойко¬сти), химической стойкости, твердости, прочности, жесткости, снижению газо- и во¬допроницаемости, термического расширения и ударной вязкости.
Полипропилен
Доля декинга из ДПК на основе ПП на рынке относительно мала и в целом составляют около 10% продаж ДПК материалов.
По ряду свойств ПП превосходит ПЭ. Он легче, прочнее, жестче; он показывает повышенную стойкость к ползучести, меньше изнашивается и менее скользкий. Од¬нако, он более хрупкий чем ПЭ, особенно при низких температурах, и такой жест¬кий, что его трудно крепить, используя гвозди или винты. Вот почему ДПК на осно¬ве ПП устанавливают, используя специальные системы крепления, рекомендуемые производителями. Для сравнения, использование обычных гвоздей и винтов дела¬ет доски из ДПК на основе ПЭ очень легкими для установки. Кроме того, доски на основе ПП намного труднее резать и пилить при монтаже по сравнению с досками на основе ПЭ.
Полипропилены подразделяются на гомополимеры и сополимеры. Гомополимеры являются более кристаллическими, имеют достаточно хорошо определен¬ные температуры плавления при 161-165 °С, размягчения примерно при 155 °С и имеют довольно узкое молекулярно-массовое распределение. Сополимеры обычно содержат некоторое количество этиленового сомономера и, в свою очередь, подразделяются на рандом- (статистические) и блок-сополимеры. Их температура плавления находится в интервале 140-155 °С. Полипропилены имеют удельную массу (плотность) 0,90-0,91 г/см3, которая примерно равна плотности ПЭ с очень низкой плотностью, и ниже, чем плотность большин¬ства ПЭ, особенно ПЭВП (0,941-0,965 г/см3). ПП гомополимеры более жесткие, чем сополимеры, их модули упругости при изгибе 165 000-290 000 psi и 130 000-175 000 psi соответственно. ПП гомополимеры, в свою очередь, вообще более жесткие по сравнению с ПЭВП.
ПП больше подвержены окислению, следовательно, требуют гораздо более высокого содержания антиоксидантов и УФ-стабилизаторов по сравнению с ПЭ. Было показано, что потребление кислорода происходит зна¬чительно быстрее в ПП по сравнению с ПЭ [10]. Основная причина состоит в «ми-кроразветвленной» химической структуре ПП (см. выше), содержащей третичные атомы водорода, которые делают образование гидропероксидов в ПП значительно Легче по сравнению с ПЭ.
Типичные ПП, используемые для экструзии ДПК, имеют показатель текучести расплава (ПТР) 2-5 г/10 мин. Однако стандартный ПТР для ПП не может непосредственно сравниваться со стандартным ПТР для ПЭ, поскольку они измеряются при различных температурах (190 и 230 °С соответственно), но при одинаковой по¬стоянной нагрузке (обычно 2,16 кг).
ПП, так же, как ПЭ, характеризуется незначительным водопоглощением (менее 0,01% через 24 ч выдержки в воде; по некоторым данным 0,008% для ПП, и 0,03% для ПЭВП).
Термическое расширение-сжатие полимеров примерно такая же для ПЭВП, ПП, ПВХ, АБС и нейлона 6 и 6/6, и все соответствующие ко¬эффициенты термического расширения находятся в интервале 2-13 • 10-51/°С.

Поливинилхлорид

Есть два основных вида ПВХ — жесткий и пластифицированный или гибкий. Жесткий, немодифицированный ПВХ более прочный и жесткий, чем ПЭ и ПП. Из жесткого ПВХ изготавливают, например, пластиковые карточки. Гибкий, модифи¬цированный, пластифицированный ПВХ ведет себя подобно резине, что больше подходит для шлангов и занавесок для душа, и не используется в производстве ком¬позитный половых досок. Чтобы снизить стоимость ДПК на основе ПВХ и избе¬жать трудностей с установкой (распиловка, прибивание и завинчивание) жестких композитных половых досок на основе ПВХ, в настоящее время большинство ДПК на основе ПВХ вспенивают.
ПВХ — самый тяжелый материал по сравнению с полиэтиленами и полипро-пиленами. Удельный вес (плотность) для ПВХ — 1,32-1,44 г/см3, по сравнению с ПЭВП (0,94-0,96 г/см3) и ПП (0,90-0,91 г/см3).
По сравнению с ПЭ и ПП, поливинилхлорид имеет некоторые внутренние недо¬статки, среди них низкая термостойкость и высокая хрупкость (например, по срав¬нению с ПЭВП). Высокая хрупкость ПВХ при температуре окружающей среды вызвана относительно высокой температурой стеклования ПВХ, которая находит¬ся обычно в интервале температур 70-90 °С
Одно из основных полезных свойств ПВХ это то, что он является сам по себе трудногорючим. ПВХ содержит около 57% хлора. Индекс распространения пламе¬ни для ДПК на основе ПВХ {Boardwalk) составляет 25, тогда как для ДПК на осно¬ве ПЭВП он находится в интервале 50-170, что зависит в основном от формы доски (монолитная или полая) и содержания минеральных наполнителей.
При горении ПВХ выделяет ядовитый хлористый водород НО, поэтому его обычно считают наиболее экологически вредным среди термопластов. Даже при температурах выше 70 °С (158 °F) ПВХ, если он не стабилизирован, может начать деструктировать и выделять НС1. Поскольку такая температура может достигать¬ся на юге может вызывать определенное беспокойство.
ПВХ разлагается при 148 °С (298 °F). Это вызывает коррозию технологического оборудования и требуе использования коррозионностойких металлов и покрытий. Именно поэтому строительные материалы на основе ПВХ, включая ДПК, ча¬сто рассматривают как «не предпочтительные с экологической точки зрения» материалы.
Однако, среди дистрибьюторов или конечный потребителей не наблюдается какого-либо заметного сдвига назад против IIВХ. ДПК на основе ПВХ производят 4% декинга (эта ве-личина не изменилась существенно с 2002 по 2005 г.) и 22% изделий для ограждений. [13].
Прочность при изгибе ПВХ выше, чем для ПП (6000-7000 psi) и ПЭВП (который слишком эластичен, чтобы разрушиться, или иногда разрушается при приблизительно 1400 psi). Интересно, тем не менее, что монолитная композитная доска на основе ПВХ имеет прочность при изгибе только около 2700 psi.Для сравнения, промышленные древесно-полипропиленовые композиты имеют прочность при изгибе 5300-6200 psi.
ПВХ обладает очень низким водопоглощением — около 0,1% после выдержки под водой в течение 24 ч. Это ставит его в один ряд с ПП и ПЭ, которые обладают незначительным водопоглощением (менее 0,01% через 24ч выдержки под водой.

Сополимер стирола с акрилонитрилом и бутадиеном (АБС)

Привлекательным свойством АБС как полимера для ДПК является его отно¬сительно низкая температура плавления 100-110 °С, что предохра¬няет древесное волокно от горения во время переработки. Однако рекомендуемая температура переработки чистого АБС находится обычно в интервале 177-260 °С, что делает изготовление ДПК достаточно сложным.
По сравнению с ПЭВП, материал АБС ведет себя весьма благоприятно по отноше¬нию к температуре. Таким образом при 70°С, «высокотемпературная потеря» составила только 15%. Для ДПК на основе ПЭВП эта «высокотемпературная потеря» часто достигает 50%.
К недостаткам АБС относятся недостаточная долговечность и атмосферостойкость, низкая огнестойкость, высокая плотность/вес и относительно высокая цена по срав¬нению с полиолефинами.

Выводы по разделу

Несмотря на неблагоприятные механические свойства ПЭ по сравнению с ПП, ПВХ, АБС и полиамидом, ПЭВП является самым распространенным полимером в ДПК. ПП слишком жесток, что усложняет использование гвоздей и винтов в каче¬стве крепежа при монтаже настилов. Композиты на основе ПП требуют специальных систем крепления. ПВХ обычно считают неблагоприятным для окружающей среды. Другие полимеры являются неатмосферостойкими, хрупкими или дорогими.
С 2007г. ежегодные темпы роста производства и продажи ПЭВП, ПЭНП, ПП и некоторых конструкционных полимеров типа полиамида, выше средних темпов роста полимеров (5% или более), тогда как для ПВХ и ПЭНП, темпы роста (4% или менее ежегодно). Ожидается, что ПВХ будет постепенно вытесняться полиолефинами и другими по¬лимерами по экологическим соображениям. Эта обеспокоенность не всегда может быть обоснована с научной точки зрения, но общественное мнение — влиятельная сила, которая не должна недооцениваться.

2.2.2. Лигноцеллюлозные наполнители для ДПК

«Целлюлозным волокном» или «древесиной» в этом контексте явля¬ется (лигно)целлюлозное волокно, типа древесной муки, рисовой шелухи и т. д. обычно в виде молотых (дробленых) продуктов древесины или частиц отхо-дов древесины, других видов и происхождения.

Древесная мука
Древесная мука является тонкоизмельченной молотой древесиной, по внешнему виду похожей на муку. Древесная мука, которая обычно используется в ДПК, име¬ет размер около 40 меш, то есть примерно 400 мкм. Однако сорта древесной муки классифицируются в определенном диапазоне размеров: 50-150, 100-200, 200-450 и 250-700 мкм. Увеличение размера частиц древесной муки обычно обеспечивает лучшее течение расплава композита, снижает технологическую усадку и повышает модуль упругости при изгибе.
Объемная плотность древесной муки обычно составляет около 0,1-0,3 г/см3. Коэффициент формы древесной муки (отношение длины к толщине волокна) на¬ходится обычно между 3:1 и 5:1.
Существует мнение, что увеличенный размер частиц обеспечивает более низкую технологическую усадку из-за лучшего течения (более низкой вязкости). Одна¬ко в действительности связь между этими двумя параметрами более сложная. Показано, что когда средний размер частиц древесной муки увеличился примерно с 50-60 до 200 мкм, технологическая усадка снизилась с 0,58 ± 0,02 до 0,47 ± 0,02%, и при дальнейшем увеличении до 500 мкм технологическая усадка или оставалась такой же, или даже немного увеличивалась, примерно до 0,49 ± 0,02% [ ].
С другой стороны, существуют и другие типы натуральных волокон, отбеленного целлюлозного волокна или натурального волокна доступных из многочисленных промышленных источников.
Других известных натуральных волокон, используемых в обычных половых досках из ДПК в промышленном масштабе, нет, за исключением — в ограниченном объеме — относительно дорогого льна.

2.2.4. Минеральные наполнители
Карбонат кальция (СаС03)
Имеется много публикаций, главным образом поставщиков минеральных наполнителей и академических исследователей, описывающих преимущества карбоната каль¬ция в ДПК. Очевидно самое замечательное свойство полимеров, модифицированных за счет наполнения карбонатом кальция, — это его модуль упругости при изги¬бе.
Удельная масса (плотность) карбоната кальция обычно составляет 2,7-2,9 г/см3 твердость по Моосу 3-4. Линейный коэффициент термического расширения СаСОэ от 2 до 6 х 10-61/°С, который примерно в 10-20 раз ниже, чем для ПЭВП. Следовательно, наполненный СаС03 ПЭВП обычно имеет пропорционально более низкое значе¬ние коэффициента расширения. Частицы карбоната кальция имеют неправильную форму. Размеры частиц промышленного СаСОэ изменяются для различных марок от 0,2 до 30 мкм. Осажденный СаС03 может иметь более мелкие частицы,

Тальк
Тальк — это гидратированный силикат магния, неметаллический минерал белого цвета, химически инертный. В отличие от многих других минеральных наполните¬лей, его частицы имеют особую пластинчатую форму. Он имеет естественное срод¬ство к маслу и, следовательно, служит хорошим наполнителем для гидрофобных полимеров, таких как полиэтилены и полипропилен. Пластинчатые частицы талька структурно не однородны; они имеют слоистый состав, в котором слой брусита (те-траэдрический элемент атомной структуры на основе магния) зажат между двумя слоями диоксида кремния (октаэдрический элемент атомной структуры). «Элемен¬тарный» слой имеет толщину 7А(0,7 нм).
Тальк является сложным гидроксидом силиката магния, Mg3Si4O10(OH)2. Он со¬держит Si02 (45-65%), MgO (25-30%), CaO (0,5-13%), незначительные включения А1203 и Fe203 и микроэлементы. Удельная масса (плотность) талька — 2,7-2,9 г/см3, твердость по Моосу 1-1,5, удельная поверхность 3-35 м2/г, влагосодержание — обычно низкое (0,1-0,6%), средний размер частиц 1,5-15 мкм.
В общем случае тальк улучшает многие свойства полиолефинов при использо¬вании его в качестве наполнителя. Он повышает жесткость (модуль упругости при изгибе и прочность при растяжении и изгибе, снижает техно-логическую усадку, водопоглощение и коэффициент термического расширения-сжатия, последний не конкретно, а только за счет замещения матрицы. Он позволя¬ет снижать стоимость в силу замены более дорогой смолы.
Каолиновая глина (AI203-2Si02-2H20)
Каолин применяется в ПЭНП в количествах 20-45 %масс. для увеличения стойко¬сти к истиранию полимера.
Каолин принадлежит к минеральным глинам, которые состоят из пяти групп: 1) каолинит и галлонзит, 2) иллит, 3) монтмориллонит и гекторит, 4) сепи-олит и аттапульгит, и 5) вермикулит. Всех их называют наполнителями глины. Все имеют сложный химический состав, и в общем случае состоят из Si02 (50-60%). А12Оэ (25-35%) и небольших количеств Fe203, ТiO2, CaO, MgO, K20 и Na20, все они составляют около 1% или менее. Каолиновая глина, или китайская глина, име¬ет химический состав Si02 (40-60%), А1203 (25-45%) и небольшие количества тех же оксидов, в основном Fe203,ТiO2, и К2O.
Слюда
Как сообщается, слюда увеличивает термические свойства и упрочняет полиолефины. Слюда — сложный алюмосиликат с химическим составом Si02 (40-50%), MgO (20-25%), А12Оэ (10-40%), К20 (3-11%) и Fe203 (следы до 11%). Удельная масса (плотность) — 2,7-3,2 г/см3, твердость по Моосу 2,5-4. Влагосодержание слюды обычно низкое (0,3-0,7%), а водопоглощение достигает 3-4%. Размер частиц слюды для различных промышленных марок изменяется от 4 до 70 мкм.
Поскольку пластинки слюды по размеру значительно больше, чем у талька, и бо¬лее темные, она гораздо меньше используется в качестве наполнителя по сравнению с тальком. Однако боль¬ший размер частиц слюды снижает ударную вязкость наполненных полимеров. Группа слюды является большой, с более 30 минералами (мусковит, флогопит, биотит являются наиболее распространенными среди них). Они часто содержатся в известняках, доломитах и других богатых магнием камнях. Слюда изучена на модельных системах ДПК и в сравнении с другими филлосиликатами слюда имеет наименьшие пре¬имущества.
Зольная пыль
Зольная пыль — это основной побочный продукт сгорания угля и производится в очень больших количествах во всем мире. Это порошкообразное вещество, полученное из пылесборников угольно-электрических предприятий энергоснабжения. По существу, 60-90% зольной пыли является стеклом. Более конкретно зольная пыль в общем состоит из 30-60% Si02, 10-20% А1203, 5-10% Fe203, 5-6% MgO и 2-45% СаО.

Заключение
Несмотря на полезные свойства минеральных наполнителей, только немногие име¬ющиеся в продаже террасные доски из ДПК содержат их наряду с целлюлозным во¬локном типа древесной муки и/или рисовой шелухи. В результате многие промыш¬ленные террасные доски из-за их высокого прогиба (низкий модуль упругости) при нормированной заданной нагрузке могут быть установлены с пролетом только менее 16 дюймов.
Очевидно, основные причины, почему изготовители ДПК не используют ми-неральные наполнители, — это стоимость продукта и износ перерабатывающего оборудования. Многие производители ДПК стараются поддерживать стоимость материалов насколько возможно низкой и пытаются минимизировать стоимость обслуживания и ремонта оборудования любым способом.
Минеральные добавки нанонаполнителя пока еще не показали существенного улучшения механических и других свойств ДПК, следовательно, их промышленно не используют в материалах из ДПК.
В табл. 2.5 показаны основные свойства минеральных наполнителей, которые или используются, или легко могут использоваться в ДПК.
Некоторые важные свойства промышленных минеральных наполнителей, используемые в промышленности пластмасс и/или ДПК материалах
Таблица 2.5
Материал Химическая
формула Удель-
ная
масса,
г/см3 Твер-
дость
по Моосу Линейный
коэффициент термического расширения,
х 10-6 1/°F Средний
размер частиц,
мкм
Удельная
поверх-
ность,
м2/г Маслоем-
кость,
г/100 г
Карбонат
кальция СаСОэ 2,7-2,9 3-4 2-6 0,2-30 5-24 13-21
Тальк Mg,Si4O10(OH)2; Si02 45-65%, MgO 25-30%, CaO 0,5-13%, A1203,
Fe203 2,7-2,9 1-1,5 4 1,5-15 3-35 22-57
Biodac Смесь целлюлозного волокна, СаСОэ и каолиновой глины 1/58 300 150
Кремнезем Si02 1,9-2,2 1* 0,3 1-40 1-800 20-330
Каолиновая
глина Al203-2Si02-2H20,
Si02 40-60%, А1203 25-45%, Fe203,Ti02, CaO, MgO, К2О, Na2О 2,6 2-2,5 0,2-7 8-70 30-50
Слюда Сложный алюмоси¬ликат, Si02 40-50%, MgO 20-25%, Al2O3 10-40%, K20 3-11%, Fe203,0-11% 2,7-3,2 2,5-4 1-14 4-70 65-72
Зольная
пыль Si02 30-60%, A1203
10-20%, Fe203 5-10%, MgO 5-6%, CaO 2-45% 2,1-2,2 3-5,5 0,3-80 0,2-0,8 15-30
Стеклово-
локно Si02 50-60%, CaO
20-25%, A1203 14-15%, B203 5-10% 2,5-2,7 6-6,5 50-
20000
Сажа Углерод 1,7-1,9 10-250 10-600
* Осажденный кремнезем.

2.3. Свойства древесно-полимерных композитов

Независимо от формы доски из ДПК, состава материала или внешнего вида доски, половая доска должна отвечать требованиям строительных норм, которые «объединяют» применяемые материалы. То есть одни и те же нормы существу¬ют и для обычных деревянных досок или ограждений, и для досок и ограждений из ДПК. Основные критерии контроля (АС*) для систем декинга и ограждений, ICC-ESAC 174 «Критерии контроля для допустимых значении пролетов половых Досок и систем ограждений (ограждения и перила)», действующие с 1 июля 2006 г., не имеют дифференциации между различными видами материалов декинга и си¬стем ограждения, из которых они произведены. Будь это дерево, сталь, бетон или ДПК, конечное изделие должно соответствовать одинаковым строительным нор¬мам. Это достаточно перспективная задача для материалов из ДПК. Каковы критерии?
Прочность на изгиб
В отечественной нормативной документации требования к ДПК не установлены. Наиболее очевидное требование — настил не должен разрушаться под воздействием определенного разумного веса (нагрузки). Нормы определяют его как рабочую на¬грузку и применяют термин «выход из строя» вместо «разрушение». Требованием ICC является однородно распределенная нагрузка 100 фунтов на кв. фут доски. (1 фунт=0,454кг; 1 фут=0,3048м)
Однако нормы ICC также требуют 2,5-кратного запаса прочности при верхнем пределе требований 100 фунтов/кв. фут, то есть настил должен выдерживать вре¬менную однородную нагрузку 250 фунтов/кв. фут. Достаточно жестко, не так ли?
Что о половой доске из ДПК? Как краткий пример, рассмотрим доски из ДПК — Тгех. Тгех сообщает, что прочность на изгиб их досок (монолитные доски 5,5 дюйма шириной и 1,25 дюйма толщиной) составляет 1423 psi*
Это означает, что доска Тгех, поме¬щенная на две балки с пролетом 16 дюймов, будет иметь разрушающую нагрузку, полученную из формулы
S = PLh/8I,
где S — прочность при изгибе (1423 psi для стандартной доски Тгех); Р — разрушающая нагруз¬ка, или центральная точка разрушающей нагрузки (фут); L — пролет (в этом случае 16 дюймов=0,4064м); h — высота/толщина доски (1,25 дюймов в этом случае); I — момент инерции, равный bh3/12 в данном случае для монолитной доски шириной b = 5,5". Для стандартной доски Тгех момент инерции равен 0,895 дюйма.
Из вышеприведенного уравнения разрушающая нагрузка (предельная нагруз¬ка) для стандартной доски Тrех равняется 509 фунтам (231 кгс)
Ее можно перевести в пре¬дельную однородно распределенную нагрузку
с использованием стандартной формулы для предельной однородно распределенной нагрузки:
W= 16 хMxSxI/bhL2,
где W — однородно распределенная нагрузка; Ь — ширина доски.
Как видно, доска Тгех в состоянии выдержать 1667 фунтов/кв. фут, значение ко¬торого более чем в шесть раз выше, чем требуемая ICC нагрузка, включая необходимый 2,5 кратный запас прочности.


Термическое расширение-сжатие
Это достаточно неприятное свойство настилов, изготовленных из досок ДПК, следовательно, это очень важная характеристика. Понравится ли потребителю, если концы половых досок достаточно заметно высунутся из каркаса настила на лишние несколько дюймов в жаркий день и полностью исчезнут в каркасе настила холодной ночью?
Коэффициент линейного расширения-сжатия (КТР, для коэффициента терми¬ческого расширения) является мерой «сколько». Фактически коэффициент численно описывает долю длины доски, на которую будет увеличена (расширение) или уменьшена (сжатие) на 1 °С температуры. Если, например, 20-футовая доска из ДПК удлиняется на 1/2 дюйма, когда температура поверхности доски увеличи¬лась с 21 до 54 °С, коэффициент линейного расширения составит | 0,5 дюймов/240 дюймов 33 градусов = 3,47 х 10-51/градус. Это, кстати, очень близ¬кое к типичному значению для расширения-сжатия досок из ДПК.
Обычно летним днем температура по¬верхности настила будет около 34 °С, на севере и 60 °С, на юге.
В целом величины расширения-сжатия досок из ДПК в значительной степени непредсказуемы и представляют эмпирическое значение. Производство композит¬ных половых досок с действительно минимизированными коэффициентами терми¬ческого расширения-сжатия является весьма актуальной задачей, пока еще не ре¬шенной в промышленности.

Сопротивление скольжению
Скольжение по полу — это очень серьезный вопрос. Чья-то сломанная конечность может разорить хорошую компанию, особенно если это не единичный случай.
В целом половые доски из ДПК являются более скользкими, чем деревянные.
Чтобы минимизировать скольжение, некоторые производители ДПК создают текстуру поверхности своего материала (обычно обработка щетками или глубокое рифление). Известно, что некоторые типы полимеров, например, полиэтилен низ¬кой плотности (ПЭНП), является заметно менее скользкими (имеет более высокий коэффициент трения), чем другие полимеры (например, ПЭВП). Однако изготов¬ление досок из ДПК с заранее заданными и регулируемыми свойствами сцепления в целом пока еще не входит в число проблем производителей ДПК.
Водопоглощение, разбухание и вспучивание (выгибание)
ДПК материалы будут поглощать определенное количество влаги, некоторые больше, некоторые меньше. При погру¬жении в воду они поглощают влагу обычно от 0,7 до 3% по весу через 24 ч выдержки в воде. Это можно сравнить с водопоглощением дерева, типа прессован¬ной древесины, абсорбирующей около 24% воды по весу через 24 ч погружения. При погружении в воду в течение значительно более длительного времени материалы из ДПК поглощают до 20-30% воды, дерево — более 100% по весу.
Именно поэтому инструкции по установке для многих композитных насти-лов предписывают, чтобы настилы устанавливали, по крайней мере, в 12 дюймах от уровня грунта или крыши, или обеспечивали бо¬лее широкий зазор между досками. В некоторых инструкциях по установке говорится, что нарушение соблюдения надлежащей вен¬тиляции может аннулировать гарантию.
Если ДПК доски поглощают воду, они разбухают. Когда доски находятся в тесном контакте друг с другом, в области контакта может возникать очень высокое давление. Это может привести к вспучиванию полов.
Чтобы водопоглощение досок из ДПК было минимальным, они должны иметь настолько высокую плотность, насколько позволяет их состав. Чтобы достигнуть этой цели, в рецептуру необходимо ввести надлежащее количество антиоксидантов. Антиоксиданты замедляют деструкцию полимера при высокой температуре, износе и т. д., следовательно, минимизирует соответствующее снижение плотности.

Биостойкость
Появление плесени на некоторых настилах и лестницах из ДПК может быть обу¬словлено, наиболее вероятно, определенными типами рецептур ДПК, неправильной установкой настила и климатиче¬скими условиями.
Рецептуры ДПК, которые вызывают плесень, — это рецептуры с относительно высокой пористостью (обычно полученные с использованием сырого древесная го волокна) и, следовательно, имеющие более низкую плотность, чем она могла бы быть в конечном продукте. Особенно это происходит, когда профиль из ДПК экструдируют в отсутствие или при недостаточном количестве антиоксидантов. Как правило, эти материалы из ДПК поглощают больше воды по сравнению с другими ДПК продуктами на рынке. Рецептуры, которые менее вероятно способствуют об¬разованию плесени на настиле, содержат не только антиоксиданты, но также и минеральные наполнители, которые создают естественный барьер для микробной де¬струкции материалов из ДПК. Очевидно, биоциды и другие антибактериальные агенты в рецептуре способствуют предотвращению или замедлению распростране¬ния плесени на настилах.
Материалы из ДПК обычно очень стойки к термитам. Несмотря на то что древесные волокна, как правило, не полностью капсулированы в полимерной матрице и термиты не могут проникнуть в полимерную матрицу. В лучшем случае, термиты могут только слегка повредить целлюлозное волокно на поверхности ДПК.
Пять брусков размером 1,00 х 1,00 х 0,25 дюйма из древесины южной желтой сосны и пять брусков из ДПК доски, подвергались воздействию термитов в течение 8 недель. На образцах из древесины потеря веса из-за воздействия термитов составила 9,1 ± 0,7%. На образцах из ДПК два из пяти образцов фактически остались нетронуты (нет потери веса), а общая средняя потеря веса составила 0,2 ± 0,2%.
Горючесть
Материалы из ДПК на основе ПЭ и ПП горючи. Горючесть материалов характеризуется многими различными способами, од¬ним из них является индекс распространения пламени (FSI). В качестве исходного значения FSI произвольно установлен равным 0 для поверхности неорганической армированной цементной доски, а для поверхности отобранного сорта дуба — 100 при указанных условиях. FSI для обычных древесных видов обычно составляет от 100 до 200, а для некоторых специальных случаев он достаточно низок и составляет 60-70. Средний FSI для примерно 30 различных видов дерева составля¬ет 125 ±45.
Для сравнения, полые доски из древеснонаполненного ПЭВП имеют FSI при-мерно 150, монолитные доски — примерно 80-100, полые доски из ДПК, содержа¬щие минералы, имеют FSI примерно 100, и древеснонаполненные половые доски на основе ПВХ обычно имеют FSI от 25 до 60.
Как обычные виды дерева, так и большинство половых досок из ДПК относятся к классу С категории горючести с точки зрения распространения пламени. Суще¬ствует четыре основных категории, или класса, для индекса распространения пла¬мени: класс А, с FSI от 0 до 25; класс В, с FSI от 26 до 75; класс С, с FSI от 76 до 200; и ниже класса С, с FSI выше 200 (неклассифицированные материалы). Классы А, В и С иногда называют классами I, II, и III.
Технически изготовить настил из ДПК с низкой горючестью не сложно. Принципиально есть два пути — или включить в состав ДПК антипирены, или использовать ПВХ (или другие трудногорючие полимеры) в качестве базового полимера для ДПК.
Как всегда, целью является оптимизация. ПВХ нельзя рассматривать как эко-логически безвредный материал. При загорании полимер выделяет хлористый водород, токсичную и летучую сильную кислоту (НС1). Некото¬рые антипирены, в особенности полибромированные дифенилэфиры, также дале-ки от благоприятных. Для эффективности минеральных антипиренов типа тригидрата алюминия и гидроксида магния требуется высокий уровень наполнения (до 40-50 %вес).
Кроме того, замена древесного волокна стоимо¬стью 3-5 центов/фунт минеральным антипиреном стоимостью 20-30 центов/фунт значительно повысила бы стоимость конечного материала. Все эти вопросы вызы¬вают большие проблемы у производителей ДПК, нацеленных на получение негорю-чих композитных досок настила.
Окисление и выкрашивание
Одной из самых неприятных, разрушающих и неожиданных особенностей, возникающих в некоторых материалах из ДПК, является их повышенная подверженность окислению, приводящая к выкрашиванию досок. При прогрессировании выкрашивания на досках ДПК возникают крошечные и затем развитые тре¬щины, их поверхность становится более пыльной и мягкой до такой степени, что она легко царапается, оставляя глубокие следы. В конечном счете, настил может разрушиться под собственным весом.
Существует ряд факторов, приводящих к ускорению окисления ДПК, а отсут-ствие антиоксидантов (в исходных, входящих полимерах), и/или недостаточные количества, содержащиеся в рецептуре, являются самыми важными из них.
Антиоксиданты подавляют свободные радикалы, которые образуются в процессе деструкции полимера под воздействием кислорода и ини¬циируются температурой и УФ светом, и поддерживаются влагой, напряжением, присутствием металлов и других катализаторов окисления полимера. Если они не перехватываются антиоксидантами, полимер деструктирует так, что теряет целостность и уже перестает быть пластиком. Он превращается в рыхлый порошкообразный материал, главным образом, наполнитель.
Фотоокисление и выцветание
Ясно, что потребители обычно предпочитают, чтобы их полы не выцветали вооб¬ще. Однако их либо не информируют относительно предполагаемого выцветания, либо они не знают, что некоторые ДПК практически не выцветают, или принимают выцветание как данность. Когда солнечное облучение их настила однородно в тече¬ние дня, это не создает проблемы. Однако во многих случаях уже через несколько месяцев различия в цветовой гамме их настилов слишком заметны.
С целью повышения светостойкости в состав рецептур ДПК включают УФ-адсорберы, которые снижают эффект воздействия ультрафиолетового излучения солнца. Большое значение имеет также правильный выбор красителей, например минеральных пигментов или сажи вместо синтетических.
В заключении следует отметить, что правильный выбор номенклатуры и величины показателей качества ДПК представляет сложную научно-практическую задачу. Основные требования, рекомендованные отечественным научно-исследовательским центром «Древесно-полимерные композиты» приведены в табл.2.6.

Номенклатура показателей качества профильных досок из ДПК
Таблица 2.6
Базовые Показатель Норма Стандарт
1 Плотность, кг/м3 - ГОСТ 15139
2 Предел прочности при статическом изгибе, МПа ≥ 25 ГОСТ 4648
3 Предел прочности при растяжении, МПа ≥ 10 ГОСТ 11262
4 Твердость при вдавливании шарика, Н/мм2 ≥ 90 ГОСТ4670
5 Удельное сопротивление выдергиванию шурупов, Н/мм ≥ 120 ГОСТ 10637
6 Прочность при изгибе профильной доски (максимальная изгибающая нагрузка), Н ≥ 2000 ГОСТ 4648
7 Водопоглощение в кипящей воде за 2 часа ≤ 5 ГОСТ 9590
Разбухание в кипящей воде за 2 часа ≤ 1,5
8 Водопоглощение при 20 С за 24 часа, % ≤ 2 ГОСТ 19592
Разбухание при 20 С за 24 часа ≤ 1
9 Факультативные Модуль упругости при изгибе, МПа ≥ 3000 ГОСТ 9550
10 Ударная вязкость по Шарпи без надреза при отрицательной температуре, КДж/м2 ≥ 3 ГОСТ 4647
11 Температура размягчения по Вика, оС ≥ 110 ГОСТ 15088
12 Коэффициент линейного теплового расширения оС-1 5-9×10-5 ГОСТ 15173
13 Стойкость к действию химических сред - ГОСТ 12020
14 Условная светостойкость инструментально DЕ, 0 -5,5 ГОСТ 21903
визуально по серой шкале, балл 2-3
15 Потеря прочности при изгибе после 20 циклов ускоренного старения, % не более 20 -
16 Распределенная нагрузка на 1 м 2 напольного покрытия, кг/м2 ≥1400 -

2.4. Технология и оборудование производства ДПК

Исходным сырьем для производства ДПК является древесная мука (или волокно), базовая смола в виде суспензии или гранул и до 6-7 видов необходимых добавок (аддитивов).
Существует три принципиально различающихся схемы получения экструзии-онных изделий из термопластичных ДПК:
- трехстадийный процесс (смешивание, гранулирование, экструзия),
- двухстадийный процесс (смешивание, компаундирование + экструзия),
- одностадийный процесс (прямая экструзия).
Трехстадийный процесс представляет собой комплекс операций смешивания компонентов, гранулирования и экструзии профилей на отдельных позициях оборудования, не связанных в единый поток с большой долей ручных операций дозирования, загрузки и выгрузки сырья, полуфабрикатов и готовой продукции. Оборудование в основном изготовляется в Китае. Комплектность оборудования, его производительность и уровень качества варьируется в широких пределах, но тем не менее заметно дешевле, чем в двух других случаях.
Мука, подсушенная в специальной установке и смола взвешиваются вручную или направляются в весовой дозатор, и поступаю в смеситель периодического действия, где тщательно перемешивается в горячем виде с добавлением необходимых аддитивов. Полученная смесь далее поступает в гранулятор, где формируется в виде некрупных гранул (пеллет), которые затем охлаждается в специальном устройстве (охладителе).





Рис. 2.3. Схема получения гранулированного древесно-полимерного компаунда

Затем, этот компаунд используется для экструзии профильных изделий, см. схему экструзионного участка, Рис. 2.4.











Рис. 2.4. Схема экструзионного участка

Гранулят подается в обогреваемый экструдер, продавливается через фильеру. Выдавленный профиль калибруется, распиливается поперек ( а при необходимости и вдоль) и укладывается на приемный стол.
Древеснополимерный компаунд используется также для литья или прессования изделий из термопластичных ДПК.

Достоинства трехстадийного процесса:
высокое качество смешивания
невысокие требования к влажности и фракционному составу древесного сырья
возможность использования как порошковых, так и жидких добавок, а также вторичных полимеров
возможность использования одношнековых экструдеров
Недостатки:
усложненный процесс производства
высокие энергозатраты
невысокие скорости экструзии – 0,3-0,6 м/мин

В двухстадийном процессе смола и мука находятся в двух силосах. Мука, подсушенная в специальной установке и смола после дозирования направляются в смеситель, где тщательно перемешивается в горячем виде с добавлением необходимых аддитивов. Полученная смесь далее подается на линию экструзии. Линия на базе запатентованного тандемного (каскадного) экструдера, не имеет аналогов в станах Азии. Состоит из двух экструдеров, что выгодно отличает ее от других одношаговых линий по качеству смешивания древесной муки и полимера. Расплавленный ДПК композит поступает из одного экструдера в другой без промежуточного охлаждения и грануляции - что выгодно отличает данную линию от других.


























Рис. 2.5. Двухстадийная технология производства ДПК с помощью каскадной линии экструзии
В данном случае, древесная мука подается из бункера в сушильную установку, подсушивается до влажности менее 1 % и поступает в бункер-накопитель. Затем мука, добавки, пигмент и смазывающий агент из бункера-накопителя поступают в дозатор, а из него - в миксер (смеситель). Подготовленный в миксере компаунд (смесь наполнителей) при помощи транспортной системы подается в накопительную емкость экструдера. Полимерное связующее и наполнители из соответствующих емкостей подаются в экструдер, где происходит их окончательное перемешивание, нагрев и выдавливание через фильеру. Далее происходит охлаждение ( и при необходимости ) калибровка полученного профиля, а затем обрезка на нужную длину.
Достоинства:
отсутствие стадии гранулирования
высокое качество смешивания
эффективная дегазация в первом экструдере
возможность использования вторичных полимеров
повышенная производительность по сравнению с двухшнековым экструдером
уменьшенное энергопотребление по сравнению с трехстадийной схемой
Недостатки:
оборудование требует частого профилактического обслуживания
необходимость регулировки синхронизации «верхнего» и «нижнего» экструдера
Одностадийный процесс предусматривает непосредственную подачу всех компонентов в экструдер при помощи автоматической системы гравиметрического дозирования. Такая схема называется прямой экструзией.












Рис. 2.6. Производство ДПК методом прямой экструзии

Примерное расположение оборудования экструзионного участка (линии) для прямой экструзии профильных деталей см. на следующей схеме.



Достоинства:
высокое качество профиля
возможность работы на высоких скоростях : 0,9-2 м/мин
отсутствие необходимости предварительного смешивания
относительно низкие затраты энергии

Недостатки:
ограничение по влажности древесной муки (не более 4 %)
сложность применения порошковых добавок без дополнительных дозаторов ( используются гранулы)
высокие требования к качеству полимера и добавок
высокая стоимость оборудования
В настоящее время в промышленности широко используются три схемы, хотя многие считают более прогрессивной прямую экструзию. В зависимости от цели проекта, производство экструзионных ДПК может быть реализовано в виде компактного участка на одной установке, либо в форме цеха (завода с большим или меньшим количеством технологических линий.








На крупных предприятиях могут стоять десятки экструзионных установок.

2.5. Выбор технологии и оборудования для настоящего проекта

На основании анализа имеющихся предложений по поставке оборудования и их технико-экономических показателей для настоящего проекта рекомендована линия прямой экструзии для производства древесно-полимерных профильных изделий (погонажа) на основе древесной муки и полиолефинов с технологическими добавками и предназначенных для применения в качестве различных отделочных материалов, используемых в строительстве, реконструкции зданий и сооружений различного назначения, в том числе в условиях атмосферных воздействий.
Расчетная производительность для профиля 140 ͯ 22 мм составляет 180 - 200 кг/час при плотности 1250 кг/м3 (зависит от свойств материалов и параметров производственного процесса).
МАКСИМАЛЬНАЯ ЛИНЕЙНАЯ СКОРОСТЬ: 1,3 - 1,5 м/мин
Метод производства – одностадийный, методом прямой экструзии без предварительного смешивания/агломерации материала.
ПОСТАВЩИК ОБОРУДОВАНИЯ:
«ICMA SAN GIORGIO - Industria Costruzioni Macchine ed Affini SpA»