Восемь лет тому назад компания ICMA запатентовала технологию производства наполненных древесиной композитов с использованием однонаправленно вращающихся двухшнековых экструдеров. "Наличие двухшнекового экструдера, вращающегося в одном направлении, позволяет осуществлять раздельную подачу древесины и полимера с боковой подачей древесной муки вместо предварительного смешивания", - говорит Марко Реццонико, коммерческий директор ICMA. Один из испанских производителей использует патент ICMA для соэкструзии трехслойного листа, который называется Naturcore, с использованием вращающихся в одном направлении двухшнековых экструдеров. Naturcore применяется для производств решетчатых ящиков для овощей и рыбы. В нем используется древесный наполнитель, размещаемый в середине между поверхностными слоями не наполненного полипропилена. Кроме того, компания Bausano Group из Италии предложила технологию с добавлением расплавленного полимера к сухой древесной муке, вместо обратной операции. В Bausano используют два двухшнековых экструдера встречного вращения, причем один осуществляет подачу сбоку в другой. Большой двухшнековый экструдер с отношением длины и диаметра 35:1 высушивает древесную муку, вытягивая влагу через два воздушника корпуса, причем во втором используется вакуум. Двухшнековый экструдер меньшего размера, 24:1, плавит и смешивает полипропилен и стабилизаторы, а затем вводит их сбоку в больший экструдер на расстоянии, составляющем две трети от длины цилиндра, сразу после второго воздушника. На новом предприятии Louisiana-Pacific Polymer используется данная технология. Введение древесного наполнителя в пластмассовую древесину и оконные профили началось еще в начале девяностых годов. Компания Andersen Corp. еще в 1993 г. запустила в промышленное производство свои первые армированные древесным волокном профили из ПВХ, которые назывались Fibrex. Andersen начала с производства обвязки для дверей для внутренних двориков, а затем расширила применение Fibrex, распространив его на изготовление окон, которые заменяются по индивидуальным заказам. В компании Andersen осуществляют соэкструзию гладкого окрашенного слоя поверхностного покрытия из чистого ПВХ поверх наполненного волокном ядра. Competitor Certainteed Corp. осуществляет обратное: центральная часть из чистого ПВХ покрывается поверхностным слоем из наполненного древесиной ПВХ так, чтобы его можно было декорировать или окрашивать как древесину. Еще более молодым рынком для древесных наполнителей является рынок товарных гранулированных компаундов. "Этот рынок еще только зарождается", - говорит Майкл Форд, вице-президент по маркетингу компании Fiber Composites, которая производит компаунды по индивидуальным заказам с количеством древесного наполнителя, достигающим до 60%. Крупным компаниям, занимающимся производством компаундов, еще только предстоит перейти на широкое использование древесной муки, но практически все они уже попробовали работать с ней. "Одним из недостатков является отсутствие чистоты", - говорит Форд. "Образуется пыль, и она может быть летучей. Многие составители окрашенных компаундов работают в режиме чистой комнаты, поэтому для них проще отдавать производство наполненных древесиной компаундов на субподряд". Но, как предсказывает Форд, когда коммерческий успех наполненных древесиной компаундов станет общепризнанным, крупные производители компаундов тоже захотят получить свой кусок пирога. Не все виды древесины одинаковы Товарные виды древесной муки реализуются на рынке с меш размерами от двадцати до ста, но для изготовления большинства применений из термопластов требуются размеры ячейки в диапазоне от 40 до 80. У "волокна" аспектное отношение (отношение длины и диаметра) 10:1 или 20:1, в о время как у "муки" обычно аспектное отношение от 1:1 до 4:1. Компания Shore Pacific производит компаунды с порошкообразной мукой с тонкостью помола до 200 меш. А компания Dura Products International производит гранулы с грубым волокном на 20 меш.
Мука с небольшим размером ячейки повышает жесткость, но ухудшает ударопрочность. Более длинные волокна древесины повышают прочность и делают продукт легче, но их труднее вводить в композит. Помимо размера ячейки и однородности существенное значение имеет также и сорт древесины, из которой изготовлена мука или волокно. Компания American Wood Fibers предлагает 15 марок на основе древесины твердых пород или сосны. P.J. Murphy Forest Products предлагает материалы из сосны, ели, гемлока, клена, дуба, а также березы. Ellingers Wood Flour реализует 10 марок из двух сортов древесины. "Возможно, твердость древесины и структура клеток оказывают воздействие на параметры твердости и модуля упругости при изгибе композита", - говорит Фред Фэнер, президент компании P.J. Murphy. Сорт древесины также влияет и на окрашивание. Следует отметить, что одна из японских компаний, занимающихся обработкой композитов древесного волокна и полиэтилена, экспериментирует с бамбуком. В имеющей штаб-квартиру в Осаке компании Eidai Kako Co. говорят, что они еще не получили достаточно стабильного качества при использовании данного подхода. Научитесь правильно с ними работать Древесная мука очень чувствительна к воздействию влаги и температуры. Ее деградация начинается, когда температура превышает 3750 F. При уровне влажности древесной муки более 0.5-0.7% мука начинает образовывать в экструдере вспененный композит. (Тем не менее, некоторые обработчики намеренно сочетают химическое вспенивание и использование древесных наполнителей). Производители композитов древесины и пластмассы специально указывают максимально допустимые уровни влажности для поставляемой древесной муки. Так, компания Andersen допускает не более 8% влажности для своих собственных отходов. LP Polymers допускает до 6%. Но Dura Products принимает опилки с лесопилок с влажностью до 20%.
Пластмасса и древесина смешиваются с трудом, хотя некоторые полимеры более совместимы, чем другие. ПВХ, который подобно древесине полярен, связывается, по имеющимся данным, с наполнителем без использования специальных легирующих элементов или же средств, способствующих адгезии между смолой и наполнителем. Полиолефины хуже связываются с древесиной, так что для их использования, скорее всего, понадобится их изменение. Так при использовании одной патентованной технологии (разработанной и лицензируемой Strandex Corp.) всего лишь небольшое количество (2-3%) термопластической смолы позволяет связывать древесину и с полиолефинами, и с ПВХ. Участие в работе
Основными областями для роста производства композита древесины и пластмассы по-прежнему являются изготовление оконных профилей, листа для внутренней отделки автомобилей, а также пластмассовой древесины для настилов. Отрасль производства товарных компаундов и маточных смесей также развивается, но несколько медленнее. Ниже приводится перечень того, что делается в этой области различными компаниями: AERT Corp. (Advanced Environmental Recycling Technologies) из Спрингдейла, Арканзас, была одной из первых компаний, начавших производить наполненные древесиной полиэтиленовые профили для изготовления окон и дверей в начале девяностых годов. Компания все еще является обладательницей одного из самых старых патентов с самой широкой формулой изобретения на материалы из композитов древесины и пластмассы.
Andersen Corp., Бейпорт, Миннесота, начала промышленное производство профилей Fibrex с 60% ПВХ и 40% древесного волокна в 1993 г. для изготовления обвязки дверей для внутренних двориков и, позже, замены окон. И ПВХ, и древесная мука производятся из отходов, которые образуются при производстве прочих продуктов компании. В компании Andersen сначала изготавливают гранулы из смеси на двухшнековом смесителе для компаундов с использованием одношнекового экструдера для горячего расплава, а затем экструдируют профиль с использованием конического сдвоенного экструдера от Cincinnati Milacron. В патентах Andersen говорится, что волокна древесины выравниваются в ходе экструзии, что, как сообщается, повышает модуль упругости при растяжении до 0.7-1.1 тысяч фунтов на кв. дюйм с 0.43 тысяч фунтов на кв. дюйм для чистого ПВХ. B&F Plastics, Ричмонд, Индиана, производит толстый конструкционный листовой материал из высоконаполненных полиолефинов. В число продуктов, которые производит эта работающая уже пять лет компания, входят: компаунды из древесной муки, утилизированная пластмасса, а также утилизированные покрышки. Первый компаунд B&F, который называется Tireplast, содержит 70% крошки из утилизированных покрышек и 30% полиолефина. Во втором продукте компании, WoodPlast, который был запушен в промышленное производство два года тому назад, содержится до 50% древесной муки и 50% утилизированного HDPE. B&F производит гранулы из смеси на установке для создания компаундов с двумя шнеками, вращающимися в одном направлении, от ICMA San Giorgio и экструдирует лист с помощью шести одношнековых экструдеров. Certainteed Corp., Вэллей Фордж, Пенсильвания, производит оконные профили из композита древесины и ПВХ под названием CertaWood, в Гриннелле, Айова. Этот продукт был запущен в промышленное производство в прошлом году для изготовления замен для окон марки Haverford и окон для нового строительства марки New Haven. Comptrusion Corp., Торонто, которая на протяжении двух лет была лицензиатом Strandex, производит оконные и дверные профили по индивидуальным заказам. В них используется мука на 40-60 меш из твердых и мягких пород древесины в полиэтилене и ПВХ. Большинство профилей соэкструдируется с поверхностным слоем. У компании Comptrusion имеется три конических сдвоенных линии от Cincinnati Milacron.
|