Производство ДПК: технология изготовления изделий из древесно-полимерного композита, необходимые линии и цены на оборудование для работы с жидким деревом

Древесно-полимерный композит (ДПК) – это современный, очень востребованный материал.

Высокая востребованность ДПК обусловлена его физико-химическими свойствами и сочетанием материалов, из которых он состоит.

Основу ДПК составляют измельченные древесные отходы и различные термопластичные полимеры, которые в нагретом состоянии легко принимают любую форму, а после охлаждения твердеют и обретают довольно высокую прочность.

Более подробную информацию об этом материале и способах его применения вы найдете тут.

Из ДПК производят:

• террасную доску;
• несущие детали для легких одноэтажных конструкций;
• окна и двери;
• облицовочные автомобильные панели;
• мебель и многое другое.

Далее мы расскажем:

• как производят древесно-полимерный композит;
• какое оборудование и технологии используют для этого;
• можно ли сделать его самостоятельно.

Изготовление изделий из древесно-полимерного композита

Технология производства изделий из древесно-полимерного композита или, как его еще называют, жидкого дерева представляет собой следующий алгоритм действий:

• измельчение основных компонентов (древесина и полимер);
• дегазация измельченной древесины;
• смешивание компонентов;
• плавление;
• формовка изделия;
• охлаждение;
• нанесение рисунка (если необходимо) и нарезка.

Измельчение

Основным материалом для получения муки являются различные отходы здоровой древесины, такие, как:

• очищенный горбыль;
• ветки;
• сучки;
• обрезки бревен и досок;
• кривые бревна;
• любой неликвид.

Измельчение происходит в 2 этапа. Сначала древесные отходы перерабатывают с помощью измельчителей, о которых мы рассказывали в этих статьях:

• Дробилки для щепы;
• Оборудование для производства щепы.

Можно также использовать отходы станочной обработки древесины (опилки или стружку), в этом случае первый этап, а также оборудование для него не требуются. Затем измельченную древесину подают в мельницу, которая истирает ее в муку.

Из-за очень жестких требований к влажности готового продукта измельченную древесину сушат, используя для этого оборудование, о котором мы говорили тут.

Ведь максимальная влажность перед подачей материала в мельницу не должна превышать 10%, оптимальное значение 4–5%.

Полимеры измельчают также в 1 или 2 этапа, это зависит от типа исходного сырья (первичное или вторичное). При использовании первичного полимера линию по его производству оснащают гранулятором, формирующим из пластмассы гранулы небольшого размера. Вторичный продукт сначала перерабатывают шредером до состояния мелкой крошки.

Если первичный полимер не производят на месте, а завозят в виде кусков или брусков, то его также сначала либо измельчают шредером, либо проводят через гранулятор с предварительным подогревом, расплавляющим материал.

После этого крошку или гранулы измельчают с помощью мельницы до получения муки.

Измельчители могут быть как частью линии, так и отдельными устройствами или участками. В первом случае их производительность и фракция готовых продуктов полностью соответствуют мощности и технологическому процессу линии, поэтому их включают в автоматическую систему управления (АСУ).

Если же они выполнены в виде участков или отдельных устройств, то для включения в АСУ их необходимо адаптировать. Такую адаптацию должны выполнять квалифицированные специалисты, в противном случае велика вероятность нарушения технологической цепочки и различных сбоев.

Дегазация

Для расплавления полимерной составляющей необходимо нагревать смесь до температур, превышающих значение 200 градусов, что приводит к испарению воды, содержащейся в древесине.

Водяной пар, находясь внутри расплавленной смеси, делает ее более пористой и менее прочной, поэтому очень важно снизить влажность древесного наполнителя до безопасного уровня в 1–2%.

Эту процедуру называют дегазацией, ведь в отличие от традиционной сушки ее проводят не нагревом, а воздействием вакуума. Сильное разряжение проводит к снижению температуры кипения воды и ее быстрому испарению.

Оборудование для дегазации обычно входит в состав линий/участков измельчения или смешивания, только на очень крупных производствах его могут вывести в отдельный участок. Его обязательно подключают к АСУ, ведь необходимо не только удалять водяной пар, но и делать это максимально экономично.

Поэтому датчики определяют уровень влажности древесной муки, затем передают данные на контроллер, который и выбирает режим работы оборудования дегазации.

Смешивание

Качество готового изделия напрямую зависит от однородности смеси компонентов, поэтому смешивание проводят в 2 этапа:

• перемешивают измельченные исходные продукты;
• перемешивают расплав.

Чаще всего для перемешивания измельченных компонентов используют двухшнековый экструдер.

Это устройство состоит из корпуса и длинного вала, на котором установлены шнеки, подающие материал навстречу друг другу.

Шаг каждого из шнеков подобран таким образом, чтобы он давал необходимое количество исходного материала.

Поэтому чем выше массовая доля древесины, тем более производительный шнек устанавливают на этот материал. Оба материала поступают к выходному отверстию, откуда высыпаются в плавильную камеру, а после расплавления пластичная смесь поступает в еще один шнековый экструдер, который выполняет несколько операций:

• производит более полное перемешивание;
• подает расплав на формовочный участок;
• создает давление, необходимое для качественной формовки изделия.

При таком способе смешивания дополнительные компоненты подают вместе с одним из материалов. Оборудование для смешивания составляющих ДПК монтируют на том же участке, где установлены аппараты, обеспечивающие плавление и формовку смеси.

Это снижает расходы на энергоносители, ведь чем дальше эти устройства друг от друга, тем выше потери тепла расплава, а значит, выше затраты на его подогрев.

Существует и другой способ смешивания, при котором в экструдер загружают полимеры и присадки, а древесный наполнитель добавляют после расплавления.

Оба материала поступают под давлением к отверстию небольшого диаметра, где и происходит смешивание, затем к фильеру (отверстию, форма которого соответствует форме готового изделия). Этот способ менее эффективен, однако отличается существенно меньшими энергозатратами.

Помимо шнековых смесителей используют также барабанные устройства, однако их выполняют единым блоком с участком плавления.

В таких устройствах роль шнека играет барабан со спиральной резьбой внутри, то есть вывернутый наизнанку шнек.

Во время вращения барабана смесь перемещается от одного его края к другому и поступает в плавильную камеру.

Затем такой же барабан, но с постоянным подогревом, проводит дальнейшее перемешивание расплава, после чего он поступает на формовочный участок.

Плавление

Температура плавления смеси зависит от типа полимера и составляет 220–280 градусов, для чего стенки плавильной камеры нагревают прямым или удаленным способом. Прямой способ подразумевает установку нагревательных элементов на стенки камеры без промежуточного теплоносителя.

Это делают двумя способами:

• индукционным;
• реостатным.

Индукционный способ подразумевает воздействие высокочастотным магнитным полем на металлическую камеру, благодаря чему она нагревается до нужной температуры.

Меняя мощность электромагнитного поля, регулируют температуру в камере. Плюсом этого способа является высокая точность и малая инерционность регулировки температуры, к серьезным минусам можно отнести сложность и дороговизну электронной части.

Для нагрева реостатным способом на корпус плавильной камеры наматывают обмотку из нихрома или других сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Проходящий через обмотку ток нагревает ее, следом нагревается и плавильная камера.

Плюсом такого способа нагрева является дешевизна материалов и отсутствие сложных электронных блоков, к минусам можно отнести высокую инерционность всей системы. Из-за этого любое нарушение подачи смеси, в том числе избыточная загрузка, приводит к колебанию температуры в широких пределах.

В системах с удаленным нагревом в качестве теплоносителя используют специальное высокотемпературное масло.

Несмотря на огромную инерционность системы, избыточная мощность и ограничение температуры теплоносителя компенсируют большинство нарушений режима подачи материала.

Плюсом такого способа нагрева является возможность использования в качестве энергоносителя не только электричества, но также газа и древесных отходов. Минусом таких устройств является довольно большой размер и высокая цена.

Формовка

Чтобы получить из расплавленной массы готовое изделие, смесь пластика и наполнителя с помощью шнека подают к фильере, размер и форма которой полностью соответствуют контурам готового продукта.

Пропускная способность фильеры мала, поэтому материал проходит через нее под высоким давлением, благодаря этому полностью заполняется рисунок профиля любой сложности. Если аппарат или линию ДПК нужно перевести на другие размеры или форму готовой продукции, то устанавливают фильеру требуемой формы.

Этот метод подходит лишь в тех случаях, когда производительности линии хватает для подачи материала с нужной скоростью.

Если заполнение нового профиля требует больше материала, то либо увеличивают производительность линии, либо переносят формовку на более мощное производство. Если форма фильеры требует меньше материала для заполнения, то снижают производительность линии (это резко увеличивает расходы на производство готовой продукции) или устанавливают несколько участков формовки.

На выходе формовочного участка материал превращается в непрерывную доску нужной формы, которую затем охлаждают для дальнейшей обработки.

Причем быстрое охлаждение приводит к неравномерной кристаллизации отливки, что негативно сказывается на ее прочности.

Поэтому нередко после участка формовки устанавливают участок протяжки, ведь сразу после фильеры отливка еще очень мягкая и не может без деформации проталкивать вперед остывшую часть готового продукта.

Охлаждение

Наиболее эффективным способом охлаждения является пропуск отливки через ванну с водой определенной температуры. В стенках ванны установлен расширитель системы охлаждения, благодаря чему вода быстро передает тепло от горячего пластика к холодным стенкам.

Возможны и другие варианты охлаждения, включая обдув холодным воздухом или орошение водой. Все зависит от конфигурации линии по производству изделий из древесно-полимерного композита.

После правильного охлаждения материал уже не сминается под собственным весом, но еще достаточно пластичен для нанесения на него рисунка. Ведь чрезмерное охлаждение приведет к тому, что пресс или валик не смогут продавить наружную поверхность материала и деформируют изделие, после чего оно будет пригодно лишь к повторной переработке.

Нанесение рисунка

Наиболее популярным методом нанесения рисунка является прокатка наружной поверхности материала на специальном станке, оснащенном барабаном с требуемым рисунком. Диаметр барабана зависит от длины рисунка.

Для увеличения эффективности нанесения рисунка барабан нагревают до температуры плавления пластика, благодаря чему он продавливает материал на небольшую глубину и никак не влияет на структуру.

Помимо горячей прокатки возможны и другие способы нанесения рисунка, включая обработку металлическими щетками и различными фрезами.

После нанесения рисунка отливку еще раз охлаждают до комнатной температуры, затем режут на куски нужной длины. При этом очень важно совмещать края рисунка и отрезанной детали, иначе рисунок окажется сдвинутым.

Это особенно важно для садового паркета и других мелких изделий со сложным рисунком. Поэтому операции нанесения рисунка и торцевания всегда выполняют на одном участке, ведь чем больше расстояния между оборудованием для этих операций, тем выше вероятность появления ошибки.

Кроме того, выполнение обеих операций на одном участке позволяет упростить АСУ и снизить количество датчиков, а значит и стоимость всей линии.

Наиболее популярные технологии

Несмотря на то, что общий принцип изготовления изделий из ДПК одинаков, существуют различия, благодаря которым технологию делят на 2 вида, то есть:

• одношаговую;
• двухшаговую.

При одношаговой технологии измельченный материал (полимер и древесина) поступает сначала в смеситель, где его наполняют присадками, затем его плавят и сразу же отправляют на участок формовки.

Главный плюс этой технологии производства древесного композита в небольших затратах на оборудование и заметно меньшем расходе энергии, ведь нагревать смесь приходится только один раз.

Минус этой технологии в том, что сбой на любом участке линии приводит к ее полной остановке, кроме того, участки смешивания и расплавления вынуждены работать с перерывами, ведь участок формовки не может быстро выработать подготовленную смесь.

При двухшаговой технологии измельченный пластик смешивают с присадками и плавят, чтобы затем сделать из него гранулы небольшого размера. Благодаря этому не приходится сильно измельчать исходный полимер, однако после застывания гранул их все равно нужно превращать в муку.

Основным преимуществом этого метода является высокая производительность, поэтому его применяют там, где установлены несколько участков формовки.

Кроме того, поломка на любом участке всей линии не ведет к остановке участка заготовки и измельчения, ведь гранулы, равно как и древесную муку можно заготавливать в прок или продавать в качестве полуфабриката.

Главным минусом двухшаговой технологии является очень высокая энергоемкость, поэтому ее бессмысленно применять на линиях небольшой производительности с одним участком формовки.

Встречаются и попытки совместить обе технологии, к примеру, смесь измельченного полимера и необходимых добавок плавят, затем в нее вводят древесный наполнитель, после чего готовую массу подают к узлу раздачи.

Установленный перед фильерой мощный шнековый пресс дополнительно перемешивает материал, благодаря чему формовке подвергается однородная пластичная масса. Возможны и другие сочетания обеих технологий.

Необходимое оборудование

Для получения качественной и недорогой продукции необходима максимально автоматизированная линия, в которой каждый элемент полностью соответствует всем параметрам. Поэтому сборка производства из отдельных деталей обходится гораздо дороже покупки готовой линии.

Все собранные в России линии двухшаговой технологии испытывают трудности с началом или стабильностью работы, поэтому более популярны одношаговые линии. А в странах ЕС, Китае и США наоборот популярна двухшаговая технология благодаря более высокой производительности.

Мы подготовили таблицу, в которые вошли только полностью укомплектованные линии, ведь зачастую отдельные механизмы, обладающие нужными характеристиками, приходится делать на заказ. Мы не указываем стоимость, потому что цена даже стандартной линии или отдельного оборудования зависит не только от курса рубля, но и от многих технологических факторов. Цену нужно уточнять у поставщика.

Дополнительные линии и агрегаты

Большинство линий поставляют без узлов:

• измельчения;
• дегазации;
• смешивания.

Поэтому производители предлагают оборудование, выполняющее эти функции, причем один аппарат нередко выполняет несколько функций.

Можно ли сделать жидкое дерево самостоятельно?

Температура плавления термопластичных полимеров превышает 200 градусов, а для эффективного формирования через фильеру необходимо давление в десятки атмосфер, поэтому сделать самому такое же изделие из ДПК, как на производстве, невозможно.

Тем не менее, древесно-полимерный, пусть и не термопластичный, композит, можно делать даже в домашних условиях.

Ведь поливинилацетат, из которого состоит клей ПВА, после застывания превращается в термопластичный водонерастворимый полимер, обладающий довольно высокой прочностью и твердостью.

Смешав древесную пыль с клеем ПВА, получают исходный древесно-полимерный композит, пригодный для различного применения.

Более подробную информацию об изготовлении и применении ДПК на основе ПВА вы найдете тут (ДПК своими руками).

Видео по теме

Процесс производства террасной доски из древесно-полимерного композита показан на представленном ниже видео:

Вывод

В теории производство древесно-полимерного композита является довольно простым, для этого достаточно:

• измельчить в пыль древесину и термопластичный полимер;
• смешать, затем расплавить их;
• отлить из этого расплава деталь нужной формы;
• нанести на ее поверхность рисунок нужной формы;
• нарезать на куски необходимой длины.

Однако все действия должны быть максимально согласованными, поэтому для производства изделий из ДПК применяют автоматические линии, в которых характеристики каждого узла максимально соответствуют друг другу.

Теперь вы знаете, как устроены и работают все элементы линии по производству ДПК, а также какие технологии используют для этого.