Ағаш талшығы және термопластиктен жасалған композиттік материалдар
Wood–plastic composite
Ағаш талшықтары мен термопластиктен жасалған композиттік материалдар: WPC, құрамы, қасиеттері, қосымшалар. Табиғи материалдардан жасалған экологиялық шешім!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ағаш талшықтары мен термопластиктерден жасалған композиттік материалдар.
Composite materials made of wood fiber and thermoplastics
Ағаш-пластик композиттері (АПК) – ағаш талшықтарынан/ағаш ұнынан және полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), поливинилхлорид (ПВХ) немесе полилакты қышқылы (ПЛА) сияқты термопластиктерден жасалған композиттік материалдар. Ағаш талшықтары мен пластиктен басқа, АПК құрамында басқа лигноцеллюлозалық және/немесе органикалық емес толтырғыштар да болуы мүмкін. АПК – табиғи талшықты пластик композиттері (ТТПК) деп аталатын материалдардың кеңірек санатының бір бөлігі болып табылады, олар целлюлоза негізіндегі талшықты толтырғыштарды, мысалы, қағаз массасының талшықтарын, жержаңғақ қабығын, кофе қабығын, бамбукты, сабанды, дигестатты және т.б. қамтуы мүмкін. Химиялық қоспалар полимер мен ағаш ұнын (ұнтағын) біріктіруге және оңтайлы өңдеу шарттарын жасауға мүмкіндік береді.
Wood–plastic composites (WPCs)
are composite materials made of wood fiber/wood flour and thermoplastic(s) such as polythene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), or polylactic acid (PLA). In addition to wood fiber and plastic, WPCs can also contain other ligno cellulosic and/or inorganic filler materials. WPCs are a subset of a larger category of materials called natural fiber plastic composites (NFPCs), which may contain no cellulose based fiber fillers such as pulp fibers, peanut hulls, coffee husk, bamboo, straw, digestate, etc. Chemical additives provide for integration of polymer and wood flour (powder) while facilitating optimal processing conditions.
Тарих
WPC жасау процесін ойлап тапқан және патенттеген компания 1960 жылы Милан қаласындағы Covema болды, оны Террагни ағайындары (Дино және Марко) құрды. Covema WPC-ді «Plastic Wood» саудалық атауымен атады. «Пластикалық ағаш» өнертабысынан кейін бірнеше жыл өткен соң, Icma San Giorgio компаниясы термопластиктерге (WPC) ағаш талшығы/ағаш ұнын қосудың алғашқы процесін патенттеді.
The company that invented and patented the process to create WPC was Covema of Milan in 1960, founded by Terragni brothers (Dino and Marco). Covema called WPC under the tradename Plastic Wood. After a few years from the invention of the Plastic Wood the company Icma San Giorgio patented the first process to add wood fiber/wood flour to the thermoplastics (WPCs).
Қолданылуы
Кейде композитті ағаш деп те аталатын WPC, құрылыс материалы ретінде табиғи ағаштың көп жылдық тарихымен салыстырғанда жаңа материал болып табылады. Солтүстік Америкада WPC ең көп сыртқы террасалық едендерге қолданылады, сондай-ақ қоршаулар, қоршаулар, ландшафттық ағаштар, қаптама және сайдинг, саябақ орындықтары, қалыптау және жиектеу, Woodpecker WPC сауда белгісімен құрастырылған үйлер, терезе және есік жақтаулары, және үй ішіндегі жиһазға қолданылады. WPC алғаш рет 1990 жылдардың басында террасалық нарыққа енгізілді. Өндірушілер WPC-нің қоршаған ортаға ыңғайлырақ және консерванттармен өңделген немесе шіруға төзімді ағаш түрлерінен жасалған қатты ағашқа қарағанда аз күтімді қажет ететінін мәлімдейді. Бұл материалдарды ағаш түйіршігінің бейнесімен немесе одан тысқары қалыптауға болады.
Also sometimes known as composite timber, WPCs are still new materials relative to the long history of natural lumber as a building material. The most widespread use of WPCs in North America is in outdoor deck floors, but it is also used for railings, fences, landscaping timbers, cladding and siding, park benches, molding and trim, prefab houses under the tradename Woodpecker WPC., window and door frames, and indoor furniture. WPCs were first introduced into the decking market in the early 1990s. Manufacturers claim that WPC is more environmentally friendly and requires less maintenance than the alternatives of solid wood treated with preservatives or solid wood of rot resistant species. These materials can be molded with or without simulated wood grain details.
Өндіріс
WPC-лер ағаш ұнтағы мен қыздырылған термопластикалық шайырды мұқият араластыру арқылы өндіріледі. Материалды қажетті пішінге экструзиялау – ең көп қолданылатын өндіріс әдісі, бірақ инъекциялық қалыптау да пайдаланылады. WPC-лер жоғары тығыздықтағы полиэтилен (HDPE), төмен тығыздықтағы полиэтилен (LDPE), поливинилхлорид (PVC), полипропилен (PP), акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), полистирол (PS) және полилакты қышқылы (PLA) сияқты бастапқы немесе қайта өңделген термопластиктерден жасалуы мүмкін. PE негізіндегі WPC-лер ең көп таралған. Түс беретін заттар, байланыстырғыштар, УЛ-стабилизаторлар, көпіршік түзетін заттар, көбіктің көлемін арттыратын заттар және майлау заттары сияқты қоспалар, түпкілікті өнімді қолданылатын салаға бейімдеуге көмектеседі. Экструзияланған WPC-лер қатты және қуыс профильдер түрінде жасалады. Автокөлік есік панельдерінен бастап ұялы телефон қаптамаларына дейін инъекциялық қалыптау арқылы жасалған көптеген бөлшектер де өндіріледі. Кейбір өндіріс орындарында құрамдас бөліктер біріктіріліп, жаңа материалдың гранулаларын шығаратын экструдерде өңделеді. Содан кейін гранулалар қайтадан балқытылып, соңғы пішінге келтіріледі. Басқа өндірушілер дайын өнімді араластыру және экструзияның бір қадамында аяқтайды. Органиқалық материалдың қосылуының арқасында WPC-лер экструзия және инъекциялық қалыптау кезінде дәстүрлі пластиктерге қарағанда әдетте әлдеқайда төмен температурада өңделеді. WPC-лер, мысалы, толтырылмаған материалға қарағанда төмен температурада өңделеді. Көпшілігі шамамен температурада жануды бастайды. WPC-ні тым жоғары температурада өңдеу, инъекциялық қалыптау кезінде тым ыстық материалды тым кішкентай қақпа арқылы итеруден туындайтын қиылу, жану және түс өзгеру қаупін арттырады. Композициядағы ағаш пен пластиктің арақатынасы WPC-нің балқыма ағыны индексін (MFI) анықтайды, көбінесе ағаш мөлшері көп болғанда MFI төмендейді.
WPCs are produced by thoroughly mixing ground wood particles and heated thermoplastic resin. The most common method of production is to extrude the material into the desired shape, though injection molding is also used. WPCs may be produced from either virgin or recycled thermoplastics including high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), polyvinyl chloride (PVC), polypropylene (PP), acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polystyrene (PS), and polylactic acid (PLA). PE based WPCs are by far the most common. Additives such as colorants, coupling agents, UV stabilizers, blowing agents, foaming agents, and lubricants help tailor the end product to the target area of application. Extruded WPCs are formed into both solid and hollow profiles. A large variety of injection molded parts are also produced, from automotive door panels to cell phone covers. In some manufacturing facilities, the constituents are combined and processed in a pelletizing extruder, which produces pellets of the new material. The pellets are then re melted and formed into the final shape. Other manufacturers complete the finished part in a single step of mixing and extrusion. Due to the addition of organic material, WPCs are usually processed at far lower temperatures than traditional plastics during extrusion and injection molding. WPCs tend to process at temperatures of about lower than the same, unfilled material, for instance. Most will begin to burn at temperatures around Processing WPCs at excessively high temperatures increases the risk of shearing, or burning and discoloration resulting from pushing a material that is too hot through a gate which is too small, during injection molding. The ratio of wood to plastic in the composite will ultimately determine the melt flow index (MFI) of the WPC, with larger amounts of wood generally leading to a lower MFI.
Артықшылықтары мен кемшіліктері
WPC коррозияға ұшырамайды және шіруге, ыдырауға, теңіз жәндіктерінің шабуылына жоғары төзімді, бірақ материалдың ішіне енген ағаш талшықтары суды сіңіреді. Судың сіңуі PLA сияқты суы бар матрицасы бар WFC-де көбірек байқалады және сонымен қатар механикалық қаттылық пен беріктіктің төмендеуіне әкеледі. Ылғалды ортадағы механикалық қасиеттерін ацетилдеу арқылы жақсартуға болады. WPC жақсы өңделеді және оны дәстүрлі ағаш өңдеу құралдарымен қалыптастыруға болады. WPC көбінесе тұрақты материал ретінде қарастырылады, өйткені оны қайта өңделген пластиктен және ағаш өнеркәсібінің қалдықтарынан жасауға болады. Бұл материалдар пайдаланылған және тасталған материалдардың қызмет ету мерзімін ұзартса да, олардың өзінің де белгілі бір қызмет ету мерзімі бар; қосылған полимерлер мен жабысқыштар WPC-ні пайдаланғаннан кейін қайта өңдеуді қиындатады. Дегенмен, оларды бетон сияқты жаңа WPC-де оңай қайта өңдеуге болады. Ағашқа қарағанда, материалды кез келген қажетті пішінге келтіру мүмкіндігі артықшылық болып табылады. WPC элементін иіліп, берік қисықтарды жасау үшін бекітуге болады. Бұл материалдардың тағы бір маңызды артықшылығы – оларды бояу қажеттігінің жоқтығы. Олар әртүрлі түстерде шығарылады, бірақ сұр және топырақ түстерінде кеңінен қол жетімді. Құрамында 70% целлюлоза болса да (бірақ 50/50 арақатынасы жиі кездеседі), WPC-нің механикалық қасиеттері таза полимерлерге көбірек ұқсайды. Таза полимерлер қосымша еріткіштерсіз полимерлендіріледі. Бұл WPC-нің ағашқа қарағанда төмен беріктігі мен қаттылығы бар екенін және олар уақыт пен температураға байланысты өзгеретінін білдіреді. Ағаш бөлшектері саңырауқұлақтың шабуылына осал, бірақ қатты ағаш сияқты емес, ал полимерлік компоненті UV сәулесінен зақымдануға бейім. Мұздату-еру циклдары беріктік пен қаттылықты азайтуы мүмкін, бірақ бұл сала бойынша сынақтар әлі де жүргізілуде. Кейбір WPC формулалары әртүрлі заттардың бояуына сезімтал.
WPCs do not corrode and are highly resistant to rot, decay, and marine borer attack, though they do absorb water into the wood fibers embedded within the material. Water absorption is more pronounced in WFCs with a hydrophilic matrix such as PLA and also leads to decreased mechanical stiffness and strength. The mechanical performance in a wet environment can be enhanced by an acetylation treatment. WPCs have good workability and can be shaped using conventional woodworking tools. WPCs are often considered a sustainable material because they can be made using recycled plastics and the waste products of the wood industry. Although these materials continue the lifespan of used and discarded materials, they have their own considerable half life; the polymers and adhesives added make WPC difficult to recycle again after use. They can however be recycled easily in a new WPC, much like concrete. One advantage over wood is the ability of the material to be molded to meet almost any desired shape. A WPC member can be bent and fixed to form strong arching curves. Another major selling point of these materials is their lack of need for paint. They are manufactured in a variety of colors, but are widely available in grays and earth tones. Despite up to 70 percent cellulose content (although 50/50 is more common), the mechanical behavior of WPCs is most similar to neat polymers. Neat polymers are polymerized without added solvents. This means that WPCs have a lower strength and stiffness than wood, and they experience time and temperature dependent behavior. The wood particles are susceptible to fungal attack, though not as much so as solid wood, and the polymer component is vulnerable to UV degradation. It is possible that the strength and stiffness may be reduced by freeze thaw cycling, though testing is still being conducted in this area. Some WPC formulations are sensitive to staining from a variety of agents.
WPC сэндвич тақталары
WPC тақталары жақсы көрсеткіштерді көрсетеді, бірақ монолитті композиттік тақталар салыстырмалы түрде ауыр (көбінесе таза пластиктен ауыр), бұл олардың қолданылуын оңай салмақ қажет емес салалармен шектейді. Сэндвич құрылымды композиттік түріндегі WPC, дәстүрлі ағаш-полимер композиттерінің артықшылықтарын және сэндвич панельдер технологиясының жеңілдігін біріктіреді. WPC сэндвич тақталары ағаш-полимер композиттік қаптамалардан және әдетте төмен тығыздықтағы полимерлік ядродан тұрады, бұл панельдің беріктігін тиімді түрде арттырады. WPC сэндвич тақталары негізінен автокөлік, көлік және құрылыс салаларында қолданылады, бірақ жиһаз өндірісі саласы да дамып келеді. Жаңа, тиімді және көбінесе өндіріс желісіне енгізілген процестер, дәстүрлі пластик жамылғылармен немесе монолитті WPC панельдермен салыстырғанда, төмен құнмен күштірек және қаттырақ WPC сэндвич тақталарын өндіруге мүмкіндік береді.
WPC boards show a good set of performance but monolithic composite sheets are relatively heavy (most often heavier than pure plastics) which limits their use to applications where low weight is not essential. WPC in a sandwich structured composite form allows for a combination of the benefits of traditional wood polymer composites with the lightness of a sandwich panel technology. WPC sandwich boards consist of wood polymer composite skins and usually low density polymer core which leads to a very effective increase of panel's rigidity. WPC sandwich boards are used mainly in automotive, transportation and building applications, but furniture applications are also being developed. New efficient and often in line integrated production processes allow to produce stronger and stiffer WPC sandwich boards at lower costs compared to traditional plastic sheets or monolithic WPC panels.
Қоршаған ортаға әсері
WPC-нің қоршаған ортаға тигізетін әсері жаңартылатын және жаңартылмайтын материалдардың арақатынасына тікелей байланысты. Көбінесе қолданылатын мұнай негізді полимерлер жаңартылмайтын шикізаттарға тәуелділігі мен пластиктің ыдырамайтын қасиеті салдарынан қоршаған ортаға зиянды әсер етеді.
The environmental impact of WPCs is directly affected by the ratio of renewable to non renewable materials. The commonly used petroleum based polymers have a negative environmental impact because they rely on non renewable raw materials and the non biodegradability of plastics.
Өрт қаупі
WPC құрамында қолданылатын пластик түрлері ағашқа қарағанда өрт қаупі жоғары, себебі пластик химиялық жылудың жоғары мөлшерінде болады және еріп кетуі мүмкін. Композиттің құрамына пластик қосылуы WPC-нің ағаштан гөрі өрт қаупін арттыруы мүмкін. Кейбір қағидаларды сақтаушылар WPC-нің өртке төзімділігіне алаңдаушылық білдіріп жатыр.
The types of plastic normally used in WPC formulations have higher fire hazard properties than wood alone, as plastic has a higher chemical heat content and can melt. The inclusion of plastic as a portion of the composite results in the potential for higher fire hazards in WPCs as compared with wood. Some code officials are becoming increasingly concerned with the fire performance of WPCs.