Технологии

 

В системе Verset используется горячий воздух и холодный пресс для формования древесных щепок и утилизированной полиэтиленовой пленки в плоские панели, такие как панели боковой обшивки.

PTT позволяет осуществлять прессование в форме целлюлозы без термической деградации, поскольку температура расплава PTT 4370 F намного ниже температуры расплава PET (4900 F). Волокна PTT также изготавливаются из смолы Corterra компании Shell, которая стоит ненамного дороже, чем PET.

Компания CreaFill провела испытания предварительно пропитанных композитов с 60% целлюлозы из газетной или крафтовой бумаги и 40% волокна PTT. Также проводились испытания смесей 15% волокна PET/40% волокна PTT/45% крафтцеллюлозы и 30% PET/40% PTT/30% крафтцеллюлозы. Добавление PET увеличивает относительное удлинение при разрыве на 27%, а также повышает ударопрочность.

Компания CreaFill предлагает низкозатратное целлюлозное волокно из газетной бумаги (марка TC 1004) по цене 20¢ за фунт. Средняя длина волокна составляет 850 микронов, что много для целлюлозы, изготовленной из газетной бумаги. TC 1004 использовалось при испытаниях для компании Ford Motor Co. Добавление 10% талька и 30% утилизированной целлюлозы из газетной бумаги в способную подвергаться биологическому разложению матрицу смолы из PLA (полиоксипропионовая кислота) повышает прочность на изгиб и модуль упругости при изгибе по сравнению с чистым целлюлозным волокном. Предел прочности при статическом изгибе составил 94 Мпа для PLA с целлюлозой плюс тальк по сравнению с 77 МПа при одной целлюлозе. Модуль упругости при изгибе составил 10.8 МПа с целлюлозой плюс тальк по сравнению с 6.7 МПа при одной целлюлозе. Обработанный кремневодородом тальк (такой как Mistron CB  компании Luzenac) значительно усилил свойства.

Древесное волокно в пенопласте

Добавки, смазочные вещества, наполнители, а также типы и размеры волокон влияют на жесткость, устойчивость к воздействию атмосферных явлений, влагопоглощение и цветостойкость композитов, но взаимодействия между ними очень сложны и часто непредсказуемы. Так, например, размер древесных волокон влияет на способность создавать пенопласты с тонкими ячейками, как сообщили представители лаборатории Микроячеистых пластмасс Университета Торонто на конференции в Мэдисоне.

В университетской лаборатории вспенивали композиты из HDPE с углекислым газом и использовали три диапазона размеров древесных волокон от 120 - 200 ячеек (25 - 125 микронных частиц) и до 20 - 60 ячеек (250 - 850 микронов). Ожидалось, что самые небольшие волокна дадут самую высокую вязкость расплава, поскольку площадь их поверхности самая большая. Но этого не произошло. Вместо этого самую высокую вязкость расплава дали волокна среднего размера. Исследователи предполагают, что, возможно, большая площадь поверхности малых волокон позволяет им выделять больше летучих веществ, что позволяет снизить вязкость. Тем не менее, более мелкие древесные волокна позволяют образовывать более мелкоячеистую структуру, возможно, потому, что малые волокна в большей степени способствуют зародышеобразованию.

Согласно докладу, представленному на Мэдисонскую конференцию Лесным управлением Университета штата Мичиган в Ист Лэнсинге, модифицирующие добавки, увеличивающие ударную прочность, повышают скорость газовыделения при вспенивании композитов древесины и PVC с углекислым газом в ходе периодического процесса. Такие модифицирующие добавки также препятствуют объемному расширению. (Примерно 20% древесных композитов вспененные, большинство из них на основе PVC.)

Прогноз относительно воздействия атмосферных явлений

 

N-FiberBase представляет собой базу данных открытого доступа по натуральным волокнам и пластмассовым компаундам, а также содержащим их готовым продуктам.

В лаборатории USDA Forest Products Lab испытывали воздействие ультрафиолетового света в сочетании с водяным орошением на изготовленные литьевым формованием образцы наполненного древесным волокном на 50% HDPE. Было выявлено, что ультрафиолетовое излучение в сочетании с орошением водой вызывает значительно большее повреждение композитов с древесиной, чем раздельное погружение в ультрафиолетовые лучи и воду.

Воздействие при стандартном режиме испытаний ASTM в 3000 циклов ультрафиолетового излучения и водяного орошения (в каждый цикл вошли 102 минуты ультрафиолетового облучения, а затем 18 минут воздействия и ультрафиолетовых лучей, и водяного орошения) сделало окраску светлее на 87%. То же количество циклов одного только ультрафиолетового облучения в ходе двухчасового цикла, сделало окраску всего на 28% светлее. Изменение окраски от простого погружения в воду также было значительно меньше, чем от сочетания ультрафиолетового облучения и орошения водой. Плотность композита также упала с 1.08 до 1.05 г/куб. см. при воздействии ультрафиолетовых лучей и воды, в то время как при воздействии только ультрафиолетовых лучей плотность уменьшилась только до 1.07 г/куб. см. Композитная доска также стала тоньше после воздействия ультрафиолетовых лучей и орошения водой, в то время как обработка только ультрафиолетовым излучением не изменила толщины. В исследовании делался вывод о том, что ультрафиолетовое облучение в сочетании с водой на самом деле смывает слой лигнина и деградировавшей древесины.

На этой конференции компания Epoch Composite Products из Ламара, Миссури, провела обсуждение предварительных (за 12 месяцев) результатов испытаний проводящегося исследования устойчивости к воздействию атмосферных явлений, в котором сравнивается воздействие естественного и ускоренного старения на цветостойкость настила компании EverGrain, которое изготавливается прессованием в форме (50% древесной муки в полиолефине). На протяжении восьми месяцев компания Epoch сравнивала естественное воздействие атмосферных явлений (ASTM G7) с ускоренным на протяжении 1200 часов с воздействием с помощью ксеноновой дуги (ASTM G155). Для испытаний были выбраны два цвета настилов, из красного дерева и кедра, стандартные красители против специально сконцентрированных красителей, неорганические красители из смеси металлических оксидов, а также красители с антиоксидантами и Уф стабилизатором.

Первым результатом, полученным Epoch, было то, что концентрированные цветные пигменты повышают устойчивость к воздействию атмосферных явлений и цветостойкость. Ультрафиолетовая и антиоксидантная стабилизация не препятствовали изменению окраски, но улучшили целостность поверхности и устойчивость к воздействию атмосферных явлений. Красители из оксида смеси металлов вообще не улучшили цветостойкость. Предварительные данные также показали, что окрашивание древесной муки перед созданием компаунда повысило цветостойкость только для окраски кедра, а не для красного дерева.  Использование утилизированного HDPE вызвало деградацию поверхности, но не повлияло на воздействие атмосферных явлений на окраску.

Исследование также показало большое различие между влагопоглощением при естественном воздействии вне помещения, и влагопоглощением в ходе стандартных лабораторных испытаний ASTM. Марек Гнатовски, директор по исследовательской работе канадской пластмассовой консалтинговой компании Polymer Engineering Co., сообщил в Мэдисоне, что образцы настила поглощали только примерно 1% влаги при 24-часовом вымачивании в соответствии с ASTM D1037. Но они поглощали, по крайней мере, 15% воды при воздействии атмосферных явлений вне помещения на протяжении 21 месяца.

Обычно заявляется, что общее содержание влаги в настиле из композита с древесиной, составляет менее 2%. Тем не менее, как отмечает Гнатовски, материал на концах досок и находящийся на 1- - 7 мм ниже поверхности доски "часто имеет влажность более 25%". Эти 25% являются просто приглашением для грибка, который поражает композит с древесиной. Более высокое содержание древесины увеличивает глубину этой содержащей большую влажность зоны. Гнатовски установил, что добавление бората цинка в качестве биоцида к компаундам для настилов также позволит уменьшить влагопоглощение. "Эта функция была ранее неизвестна и явилась неожиданностью", - добавляет он.

Также на конференции в Мэдисоне Лесным управлением Университета штата Мичиган было представлено исследование долговечности композитов древесины и HDPE при ускоренных циклах замораживания и оттаивания. Замораживание и оттаивание вызывают существенное ухудшение жесткости, которого можно избежать при 2% добавлении вещества, усиливающего адгезию слоев.

Проблема появления грибов

В исследовании, о котором рассказали на конференции в Мэдисоне представители Университета Гвадалахары, Мексика, работавшие в сотрудничестве с сотрудниками Университета штата Орегон в Корвалисе, показано, что, при соответствующих условиях, грибковые образования могут уничтожить не только поверхность композита, содержащего более 50% древесины. На очень тонкие планки образцов нанесли агар, гель, используемый в лабораториях в качестве среды для выращивания микробных культур. На эти образцы был сделан посев различных типов грибков, и их сохраняли влажными на протяжении 12 недель инкубационного периода. Другой метод испытаний, который называется испытание с почвенно-перегнойным горшочком (ASTM D1413), предполагает воздействие на образец настила влажной почвы на протяжении определенного периода времени. Хотя эти методы и могут казаться не совсем реальными условиями для испытания настилов из древесины и пластмассы, местные отложения листьев и грязи могут оказывать примерно такое же воздействие. Планки образцов, на которые нанесли агар, потеряли 10 - 25% массы, а те, на которые воздействовала почва, потеряли 12 - 18%.

За период проведения этих испытаний содержание влаги в этих композитах возросло с 65% до 95%. Более чем 25% влажности в поверхности композита с древесиной толщиной в 2 микрона достаточно для того, чтобы вызвать появление плесени через 12 недель, как сообщила Beologic NV из Бельгии на конференции в Мэдисоне. Beologic вот уже пятый год является производителем пластмассовых гранул, наполненных древесиной, в PP, PE, PS, и PVC. Компания установила, что рост грибков можно свести к минимуму двумя способами: использованием фунгицидов и использованием более длинных волокон.

Сотрудники Школы лесных ресурсов Мичиганского Технического университета, Хафтон, сообщили на конференции в Мэдисоне, что более высокое содержание смазочных веществ способствует образованию грибкового повреждения. Этому можно воспрепятствовать за счет использования биоцидов, таких как борат цинка 2 - 5% или 1 - 1.5% хлорталонил.

Недавно было обнаружено, что низкие концентрации вещества, повышающего адгезию между слоями, могут повысить поверхностную влагостойкость настолько, чтобы плесень перестала быть проблемой. Как сообщают в компании DuPont, даже очень малые концентрации (0.5%) ангидридно-функционального полиолефинового вещества, повышающего адгезию между слоями, такого как Fusabond компании DuPont, могут очень существенно снизить влагопоглощение. "Я думал, что вещества, улучшающие адгезию между слоями, используются для улучшения свойств", - говорит человек, который ранее занимался продажами веществ, улучшающих адгезию, для композитов с древесиной. - "Но сейчас их используют для повышения влагостойкости".

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка ДПКТ можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок древесно-полимерных композиционных материалов в России».