Технология производства древесно-полимерных композиционных материалов
ФГБОУ
ВПО
«Казанский
Национальный Исследовательский Технологический Университет»
Кафедра
«Архитектура и строительство деревянных зданий и сооружений»
КУРСОВАЯ
РАБОТА
по
дисциплине: ”Технология деревообработки”
на
тему:
“Технология
производства древесно-полимерных композиционных материалов”
Выполнил:
Сорокопудов С.А.
гр.2391-32
Проверил: доц.
Игнатьева Г.И.
Казань
2013
Содержание
Введение
Общие
сведения о древесно-полимерном композите
Технология
производства ДПК
Оборудование
для производства ДПК
Применение
продукции ДПК
Рынок
применения ДПК
Заключение
Введение
Производство древесно-полимерных композиционных
материалов на сегодняшний день в России является новой технологией. Изделия из
древесно-полимерного композита широко применяются в мебельном производстве, в
архитектурных элементах интерьера, в строительстве и т.п.
Общие сведения о древесно-полимерном композите
Древесно-полимерный композит (ДПК) - состав,
содержащий полимер (химического или натурального происхождения) и древесный наполнитель,
модифицированный, как правило, химическими добавками. Другие используемые
названия древесно-полимерных композитов: "жидкое дерево",
дерево-пластиковый композит, древесно-пластиковый композит, древопласт,
поливуд, древотермопласт, ЭДНП (экологически чистые древеснонаполненные
пластмассы), ДНПП (древеснонаполненный полипропилен). Особенность
древесно-полимерных композитов заключается в том, что готовые изделия
получаются, по сути, из отходов производства и потребления: опилок, стружек,
древесной муки, сельскохозяйственных отходов и различных видов отходов
потребления. Активно разрабатываются технологии, позволяющие использовать в
процессе производства не первичные, а вторичные полимеры.
По внешнему виду древесно-полимерный композитный
профиль с высоким содержанием древесины более всего напоминает МДФ или твердую
ДВП, а с малым ее количеством - пластмассу. Его можно пилить, строгать
рубанком, вбивать гвозди. Он может окрашиваться в массе или подвергаться
лакокрасочной отделке обычными красками и эмалями, или облицовываться
синтетическими пленками или натуральным шпоном.
Рынок жидкого дерева в России находится пока в
зачаточном состоянии. Однако с усилением государственного регулирования в
области деревообработки и переработки отходов, материал получает дополнительный
стимул для развития в России: появляется спрос на изделия, открываются первые
производства. Древесно-полимерные композиционные (ДПК) материалы, в последнее
время пользуются особым вниманием у инвесторов и производителей.
Древесно-Полимерный Композит - суперсовременный
материал. ДПК имеет все лучшие природные свойства дерева, но лишен таких его
недостатков, как подверженность гниению и плесени, горючесть, дефекты
поверхности, не впитывает влагу и пр.
В состав ДПК входят древесная мука (или мелкая
щепа) с фракцией 0,5-2мм, полимер и аддитивы. В качестве полимера может быть
ПВХ (50/50), полиэтилен (70/30)или полипропилен (60/40) [1].
Производство экструзионных древесно-полимерных
композитов является одним из наиболее перспективных в области рационального
использования отходов лесопиления, мебельного и деревообрабатывающего
производств, использования низкосортной древесины, растительных
целлюлозосодержащих отходов и вторичных пластмасс для переработки в
высококачественные профильные детали для широкого спектра применений, включая
строительство и мебель.
Технология производства древесно-полимерного
композита (ДПК)
Процесс производства строится по следующей
схеме:
измельчение древесины
сушка измельченной древесины (при необходимости)
дозирование и смешивание компонентов
прессование и форматирование изделия
Измельчение древесины
Это довольно сложный процесс, конечным продуктом
которого являются древесные частицы размером 0,7…1,5 мм. Деревоматериалы
дробятся на ножевых и молотковых дробилках. Затем материал просеивается и фракционируется.
На этом этапе закладывается качество продукта, а также его назначение: более
тонкие фракции используются для профилей без дополнительной отделки
поверхности, средние - под отделку пленками, шпоном или окраску, а грубые - для
технических профилей. Следует учитывать, что качество исходного материала
напрямую отражается на качестве конечного продукта. Исходным материалом могут
быть:
комбинированные гранулы со связующим и
аддитивами
топливные гранулы (пеллеты)
отходы деревообработки
Только в первом случае можно пропустить этап
измельчения, т.к. необходимые характеристики выдержаны в закупаемом сырье, и
особое внимание следует уделить деревоотходам - эксклюзивный товар нельзя
сделать из мусора.
Сушка древесины
Требуется только при влажности сырья более 15%.
Дозирование и смешивание компонентов.
Жидкое дерево - инновационный продукт, состоящий
из трех основных компонентов:
частиц измельченной древесины,
синтетических или органических термопластичных
полимеров или их смеси,
комплекса специальных химических добавок
(аддитивов).
Соотношение наполнителя и связующих может широко
варьироваться, в зависимости от назначения продукта:
%...80% - наполнитель - дерево
%...0% - наполнитель - кукуруза (рис, соя,
бамбук, сахарный тростник)
%...20% - синтетические связующие - полиэтилен,
полипропилен, ПВХ
Наиболее интересным для российского рынка
представляется состав из 80% древесины и 20% полипропилена.
Для получения заданных свойств материала, в его
состав вводят различные добавки-модификаторы: антиокислители, антимикробные
средства, поверхностно-активные вещества, противоударные модификаторы,
смазочные материалы, температурные стабилизаторы, огнезащитные средства,
светостабилизаторы и вспенивающие агенты.
Наиболее интересно создание объемноокрашенных
профилей, не теряющих свой внешний вид со временем, например, половых покрытий.
Отметим, что "жидкое дерево" пригодно
к повторному использованию в тех же процессах. Материал не теряет своих свойств
в течение 3-4 циклов переработки.
Прессование и форматирование
Высоконаполненные материалы (объем наполнителя
> 50%) требуют специально разработанной оснастки. Формующая головка должна
обеспечивать высокое качество профиля. Для технологии экструзии "жидкое
дерево" была разработана головка такой конструкции, которая ориентирует
древесные волокна вдоль направления экструзии, что способствует увеличению
механических свойств профиля. Для продавливания профилей из жидкого дерева
необходимы экструдеры, развивающие высокие давления на выходе. Для этой цели
идеально подходят двухшнековые машины.
Производительность установок - до 600…900 кг/ч в
зависимости от мощности. Двушнековые машины могут перерабатывать как
гранулированное сырье, размельчение которого производиться непосредственно в
экструдере, так и порошкообразные смеси.
После добавления небольших количеств пигмента,
смазочных материалов и пластификатора, сухая смесь расплавляется в экструдере и
выдавливается. После этого автоматическая пила отрезает профиль по заданному
размеру.
Оборудование весьма компактно, и для его размещения
нужны небольшие площади. Линия в целом является автоматической. Такое
предприятие может быть эффективным даже при небольшой мощности, при
исключительно высокой производительности труда.
Профили получаются идеально ровными, гладкими, с
матовой однородной поверхностью без сучков, заусенцев, искривлений по длине,
При экструзии в состав компаунда вводят гидрофобные добавки, благодаря которым
профили не боятся сырости. В США весьма популярны такие профили для
изготовления настилов причалов и пирсов, где традиционное дерево нужно менять
каждые 5 лет. При введении в состав компаунда антипиренов и антисептиков
получают профиль, защищенный от огня и гниения на всю глубину профиля. Многие
композиции обладают исключительной стойкостью к атмосферному и биологическому
воздействию. На изделия из "жидкого дерева" предоставляется гарантия
до 50 лет эксплуатации на улице, без специальной защиты от воздействия влаги,
света, грибков и насекомых. Жидкое дерево может принимать в себя небольшое
количество (0,1 - 4%) влаги, не теряя при этом формы и прочности, и
восстанавливать прежние свойства при высыхании без коробления.
Современные экструдеры позволяют изготавливать
изделия различных размеров - от мелких декоративных профилей до изделий шириной
800 мм, например, крышек столов. При использовании щелевой фильеры можно
экструдировать мебельные листы шириной до трех метров различной толщины.
Разработаны и испытаны многокамерные оконные профили.
Одна из важных особенностей - возможность
экструзии пустотных профилей, уменьшающая удельный вес профиля и снижающая
материалоемкость. Внутри пустот можно прокладывать провода. Если
предусматривать специальные конструктивные элементы, то профили можно
монтировать без гвоздей и шурупов - простым защелкиванием. Разобрать такие
профили тоже легко - не ломая их и сохраняя для дальнейшего использования.
Профили из "жидкого дерева" можно
декорировать всеми известными способами: фанеровать шпоном, ламинировать
пленками и листовыми пластиками, красить любыми красками и лаками. Добавляя
пигменты непосредственно в композицию, можно получать уникальные декоративные
эффекты. Обрабатываются они теми же инструментами, что и древесина. Легко
пилятся, строгаются, сверлятся и т.п. Хорошо удерживают гвозди, скобы, шурупы,
многие поддаются склеиванию обычными клеями для дерева. Некоторые композиты
можно сваривать, подобно пластмассе. Возможно их гнутье в подогретом виде.
В отличие от широко представленных на нашем
рынке профилей и панелей, "жидкое дерево" не содержат никаких
фенолформальдегидных смол или соединений хлора. Их связующее - полипропилен -
абсолютно экологически безопасен. В самом производственном процессе также
реализованы передовые идеи и оно экологично - отсутствует пыль, вредные
выбросы, весь процесс автоматизирован. Экструдированные профили могут
производиться практически без отходов, т.к. "жидкое дерево" пригодно
для повторного использования.
древесный полимерный композит
погонаж
Оборудование для производства ДПК
Одношаговая автоматическая линия производства
погонажа из ДПК
Двушаговая автоматическая линия производства
погонажа из ДПК
Производство профилированного
древесно-полимерного композита, из предварительно сделанных гранул ДПК (двушаговая
технология). Состоит из: механизма подачи сырья, экструдера, фильеры,
калибратора, охлаждающего устр-ва, тянущего маханизма, торцовочного узла,
сбрасывателя. Двушаговая технология позволяет увеличить производительность
предприятия при использовании 3-х и более экструзионных линий.
Модуль смешивания древесных волокон и полимеров
Смешивание древесных волокон (древесной муки) с
полимерными ингредиентами и специальными добавками. Используется как в
одношаговой так и в двушаговой технологиях производства.
Дробильная установка для переработки ДПК
Для повторной переработки отходов продукции из
древесно-полимерных композитов. Позволяет добиться максимальной экономии сырья.
Мельница для производства древесной муки
Обрезки ДПК продукции и некондиционный материал
производства можно пустить на вторичную переработку. Что позволяет добиться
максимальной экономии на сырье.
Станок для изготовления древесной муки из опилок
и стружки деревообрабатывающих производств. Древесная мука- основа
древесно-полимерного композита.
Сушильная установка для сушки древесных отходов
Полностью автоматическая установка для сушки
древесной муки. Высушивает древесную муку с 10 процентной влажности до 1-3
процентов.
Шлифовальный станок для ДПК
Станок используется для обработки лицевой
поверхности декинга из ДПК. Для придания материалу тактильных свойств древесины,
матирования поверхности и уменьшения поверхностного скольжения материала.
Пресс для нанесения рельефа на ДПК профиль
Нанесение рельефной текстуры на готовый профиль
из ДПК
Применение продукции из ДПК
Из древесно-полимерного композита, производится
большое количество изделий, которые применяются во внешней и внутренней отделке
помещений. ДПК замечательно подходит для использования его в качестве сайдинга,
половой доски и вагонки, наличники, плинтусы, декоративные профили и др. Так
же, компизитную доску активно используют в мебельных конструкциях. "Жидкое
дерево" сегодня становится незаменимым в строительстве загородных
коттеджей, отделки бассейнов, пирсов в яхт-клубах и причалов, объектов и
сооружений, где предъявляются высокие требования к долговечности и
износостойкости материала. ДПК начинают использовать в ландшафтном дизайне и
при декорировании участков. Доска из древесно-полимерного композита ярко
выделяется при эксплуатации в местах повышенной влажности, в отличие от обычной
древесины, не растрескивается и устойчив к ультрафиолетовому излучению.
Рынок применения ДПК
Следует отметить, что мировой рынок ДПКТ сейчас
находиться в стадии роста и ежегодный увеличение составляет около 18-20%. Даже
рынок Северной Америки, во главе с США не достиг точки насыщения. Рост в США
ожидается вплоть до 2011 года. Увеличение рынка по сравнению с 2008 годом
произойдет почти в 2,5 раза и достигнет 2,5 млрд. долларов. А, по некоторым
оценкам, рынок Китая в части ДПКТ может составить до 10 млн. тонн в год. Ни
один рынок ДПКТ в мире (США, Китай, Европа и т.д.) не приблизился к стадии
насыщения. Наблюдается бум потребления и производства древесно-полимерных
композитов.
В России же рост потребления ДПКТ за один 2006
год составил 30,9%, до 7180 тонн. С учетом стадии жизненного цикла рынка,
динамикой роста потребления и производства в других странах, потенциал
российского рынка древесно-наполненных композитов огромен. Темпы роста
ожидаются на уровне 20-25% ежегодно. Важно успеть занять нишу в период роста
спроса.
Сфера применения ДПКТ огромна. В России
ожидается, что основной сферой применения нового материала будет строительство.
Применение древесных полимеров в строительстве будет полностью удовлетворять
растущий спрос на высококачественные строительные материалы у строительных
организаций. Кроме того, ожидается, что широкое применение древесные композиты
найдут в автомобильной отрасли и в производстве мебели (в т.ч. уличной).
Данный материал более стойкий к внешней среде,
низким температурам, более долговечен по сравнению с древесиной и древесными
плитами. Это очень важно в условиях сурового климата большей части России.
Производство уличной мебели с использованием ДПКТ (лавки, перила, настилы и
т.д.) на выходе будет давать более качественную продукцию. К тому же при
условии полной загрузки производственных мощностей, минимальных транспортных
расходах и т.д. цены на товары из ДПКТ не намного будут превышать цены
товаров-заменителей. Два этих фактора, безусловно, обеспечат стабильный спрос
на древесно-полимерные композиты и продукцию из них. Использование материала в
производстве мебели будет давать возможность компаниям изготавливать более
качественную продукцию. Также благодаря способности древесных полимеров
принимать любые формы при производстве, у мебельщиков появляется возможность более
широкого применения элементов дизайна и креативных идей при проектировании
мебели.
Заключение
В данной курсовой работе я рассмотрел
технологический процесс получения изделий из древесно-полимерного
композиционного материала. Были представлены все виды оборудования, которые
включены в процесс производства ДПК. Я считаю что, на сегодняшний день
технология для получения ДПК в России находится в развивающимся состояний. С
каждым годом спрос на продукцию из ДПК увеличивается, а также расширяется и
рынок применения изделий.