Экологичность

1. Экструзия 


Экструзия – это непрерывный процесс, заключающийся в продавливании материала, обладающего высокой вязкостью в жидком состоянии, через формующий инструмент (экструзионную головку, фильеру) с целью получения изделия с поперечным сечением нужной формы. В индустрии полимеров экструзия применяется с 30-х годов прошлого века.

Методом экструзии древесно-полимерных композитов получают различные профильные погонажные изделия для изготовления оконных и дверных блоков, мебельных деталей, в том числе возможно получение плитных материалов шириной до 3 метров, столярных строительных изделий: половая доска, вагонка, плинтус, наличники, поручни и т.п.

Экструзия является наиболее изученным методом производства древесных композитов. Эта технология в течение долгих лет совершенствовалась североамериканскими и европейскими производителями оборудования. Поставщики экструзионных установок имеют большой опыт работы и готовы самостоятельно подбирать элементы линии и рецептуру на основании анализа сырья заказчика.

Теоретически при открытии нового производства можно сделать ставку и на другие виды переработки полимеров для получения различных изделий. Однако в большинстве своем они являются ноу-хау отдельных компаний, имеющих только узкий набор решений, и чьи производственные линии не могут масштабироваться в соответствии с пожеланиями заказчика.

Рассмотрим основные этапы производства древесно-полимерных композитов методом экструзии.

- Подготовка сырья

Соотношение наполнителя и связующих при экструзии может широко варьироваться в зависимости от назначения продукта:

• 40-95% – древесно-растительные наполнители; 


• 60-5% – синтетические связующие.


 При содержании полимерного связующего менее 10% наблюдается резкое снижение прочности изделий, а повышенное его содержание (более 20%) не приводит к значительному улучшению физико-механических характеристик получаемых изделий, но обуславливает возрастание их стоимости. 


Подготовка сырья зависит от типа линии и применяемой технологии. Существуют два принципиальных подхода: экструзия с использованием полуфабриката и " прямая экструзия". 
 При прямой экструзии отдельные компоненты (древесное сырье, полимер и аддитив) подаются через систему объемного дозирования непосредственно в экструдер. 
 Древесные компоненты, поставляемые в виде необработанного материала, должны пройти стадию предварительной обработки для обеспечения надежного дозирования. Деревоотходы дробятся на ножевых или молотковых дробилках, измельчаются на мельницах тонкого помола, на валковых машинах (типа прокатного стана), на штифтовых мельницах. Затем материал просеивается и фракционируется. 
 Если состав готовых гранул ДПК является сбалансированным, то состав компаунда прямой экструзии необходимо постоянно контролировать посредством системы объемного дозирования. Кроме того, требуется производить специальную обработку древесного наполнителя, поскольку его размер, форма и характеристики имеют большое значение. 
 Наиболее часто используются древесная мука (дисперсность 0.01-1 мм) и опилки (от 1 до 8 мм). Реже – стружка (10-20 мм) или частицы принудительных форм: чешуй чатые, волокнообразные и др. Более тонкие фракции подходят для производства профилей без дополнительной отделки поверхности, средние – под отделку пленками, шпоном или окраску, а грубые – для технических профилей. 


Европейские производители оборудования рекомендуют использовать древесные отходы фракций 0.5-3 мм. 


Второй важный момент в технологии прямой экструзии – влажность древесного сырья. Оптимальная влажность, заявляемая разными производителями, является различной. Это связано с особенностью конструкции экструдеров. Например, для немецкого оборудования содержание влаги даже до 10% не оказывает негативного влияния на производительность оборудования. Низкая влажность (8-6%) при этом способствует его щадящему режиму работы. По другим технологиям влажность древесных волокон не должна превышать 1-3% (но не ниже, т.к. при этом теряется их гибкость, вследствие чего ухудшаются свой ства профиля), поскольку в этом случае процесс становится более стабильным, сравнимым с экструзией чистого ПВХ, и отпадает необходимость в частой регулировке параметров.

Прочность получаемых на сухом сырье изделий заметно выше, как и ударная вязкость, которая увеличивается в 2-3 раза. Стоит отметить, что досушке в экструдере с целью уменьшения влажности подвергаются и гранулы-полуфабрикаты. 


Наконец, третья особенность – необходимость подбора аддитивов. При нарушениях пропорций химических добавок либо на поверхности изделия появляются раковины и заусенцы из-за прилипания к формующему инструменту, либо нарушается прочность – из-за расслаивания древесно-полимерной массы и внутреннего скольжения слоев. Но есть и такие аддитивы, ошибка в дозировании которых не сказывается ни на процессе изготовления, ни на прочности или внешнем виде готового изделия, а проявляется лишь в процессе эксплуатации. К примеру, антиоксиданты составляют в рецептуре лишь десятые доли процента, однако их отсутствие может сказаться на свойствах изделия катастрофически, особенно при наружном применении: через некоторое время материал начинает окисляться и разрушаться. В практике американских производителей, декинг-продукты которых имеют гарантийный срок не менее двадцати лет, встречались драматические примеры миллионных убытков из-за рекламаций на материалы, в производстве которых была допущена ошибка с дозированием антиоксидантов.

Процесс экструзии заключается в нагревании в цилиндре экструдера гранулята или компаунда, который, продвигаясь по цилиндру, превращается в пластичную массу.

Далее, в зависимости от вида конечной продукции, возможны три варианта развития производственного процесса:

• При производстве профилей
 пластифицированная масса продавливается 
 через фильеру, формуясь в первичную
 заготовку профиля. Далее заготовка
 проходит через калибратор, где профиль, 
 охлаждаясь и под воздей ствием вакуума, 
 обретает окончательную форму и размеры.
 Дальней шее охлаждение профиля
 происходит в водной ванне или на
 охлаждающих рольгангах. Отрезное
 устрой ство режет изделие на необходимую
 длину, и оно затем подается на
 сбрасывающее устрой ство. Со сбрасывающего устрой ства изделия можно обвязывать, упаковывать.

Доски из ДПК, предназначенные для строительства настилов, перед окончательным охлаждением обычно обрабатывают специальными металлическими щетками, которые делают поверхность менее скользкой и имитируют на ней узор натурального дерева.

На экструзионной линии конечным продуктом могут быть гранулы-полуфабрикаты. В этом случае на выходе экструдера устанавливается гранулирующая головка, из которой посредством воздуходувок через циклон готовые гранулы, охлаждаясь, поступают в специальный контей нер. 
 Часто в производстве применяют двухступенчатую схему, по которой одна линия производит гранулы, а другая – ориентирована на выпуск профиля (производители оборудования различают линии экструзии и линии грануляции). Такая организация позволяет добиться большей производительности и автоматизации процесса экструзии, поскольку при использовании готовых гранул нет необходимости контролировать дозирование различных компонентов композита. Кроме того, гранулы могут рассматриваться в качестве самостоятельного продукта для поставок на рынок. 


В производстве ДПК может также применяться метод ко-экструзии, когда выходы двух или нескольких агрегатов, перерабатывающих различные смеси, объединяют специальной головкой. Так получают, например, профили из ДПК, покрытые снаружи слоем водостой кого полимера. 
 Аналогичным методом можно наносить древесно-полимерную массу на металлические стержни или проволоку – т.е. непосредственно в процессе изготовления изделия внедрять в него армирующие элементы. 
 Особенности процесса 
 Процесс экструзии имеет массу тонкостей. Если на выходе из экструдера температура полимерного расплава ниже требуемой, он твердеет и продирается через фильеру с образованием раковин и других дефектов, а если он чуть перегрет, то выливается через фильеру, будучи еще относительно жидким, и не приобретает нужной формы. Слишком высокая скорость движения расплава приводит к тому, что температура его поднимется из-за внутреннего трения, со всеми вытекающими последствиями перегретого материала. При чересчур быстром охлаждении полученного изделия полимер " замерзает" в напряженном виде, и эти напряжения потом себя проявят в виде деформаций и недостатка прочности. Этот перечень можно продолжать дальше – особенностям поведения полимерной массы на разных этапах прохождения через экструдер посвящены научные работы. Отметим лишь, что введение в полимерную композицию древесного сырья отнюдь не упрощает процесс, а для получения высоконаполненных древесно-полимерных композиций требуется специализированное оборудование и точное соблюдение всех параметров производственного процесса. 
 Именно из-за сложности технологического процесса производители не спешили использовать такой " капризный" наполнитель, как древесина, несмотря на то, что принципиальная возможность получения древесно-полимерных композитов на термопластичном связующем была известна уже несколько десятилетий.

Очевидно, что процесс производства ДПК методом экструзии является край не технологичным.

Разработкой рецептур ДПК занимаются специализированные компании и научные организации, как правило, в сотрудничестве с производителями экструзионного оборудования.

В настоящее время вариантов организации производства существует немало – выбирать оптимальную комплектацию и сценарий развития нужно, исходя из возможностей конкретного предприятия, планируемых объемов выпуска и назначения продукции.