Изобретение относится к формовочной композиции, к способу получения формованной композиции, содержащей комбинированный материал из древесины и полимера, называемый также wood-plastic-compound (WPC) (древесно-полимерная композиция) и к формованному изделию.
Композиционные материалы из полимеров и древесины и способы их получения экструзией или литьем под давлением известны давно. На протяжении многих лет такие материалы применяются для внутренних и наружных целей.
Основой этих композиций служат полимеры, такие как полиэтилен, высокоплотный полиэтилен, полипропилен, полистирол, поликарбонат и поливинилхлорид. Эти полимеры обладают реологическими свойствами, позволяющими поддерживать на относительно низком уровне, 130-180°С, температуру в процессе обработки с участием древесины. Это необходимо для предупреждения по возможности теплового повреждения древесины.
Древесина используется для усиления полимера или в качестве наполнителя, при этом вода не оказывает длительного отрицательного воздействия на свойства полимера, определяющие стабильность размеров. Это важно для получения материала с устойчивой формой, предназначенного прежде всего для наружного применения. В качестве древесины используется древесная крошка, древесные волокна или даже древесная мука. Характерное распределение по ситовым фракциям в обычной древесной смеси представлено в таблице 1.
Характерное распределение по ситовым фракциям в обычной древесной смеси
Соотношение между полимером и древесиной в смеси составляет от 70:30 вес.% до 20:80 вес.%. В качестве древесного сырья используется, например, специально приготовленная древесина в виде древесной муки или спрессованных из нее древесных гранул.
Недостатком таких композиций является, во-первых, низкая теплостойкость, обусловленная относительно низкой температурой плавления полимеров, и, во-вторых, высокая стоимость.
Также известно применение комбинации из древесины и полимерных материалов во многих разных областях.
Из JP 2001088103 А известна композиция из древесины и полимера, используемая в качестве оптически и осязательно привлекательного декоративного средства и способная впитывать значительное количество влаги. Для получения такого комбинированного материала применяются ненасыщенный сложный полиэфир и метакрилат.
В JP 09254106 А описан полимерный материал, используемый для пропитки балок с целью повышения их срока службы. В качестве полимера применяется смесь из сложного винилового эфира, амидной смолы и ненасыщенного сложного полиэфира.
В JP 05069416 А описан содержащий древесину материал с улучшенной твердостью поверхности и прочностью на излом. Эти свойства достигаются в результате того, что перед обработкой фанеры древесно-полимерной композицией из нее вываривают смолу и затем ее сушат.
В JP 04348903 А описан содержащий древесину материал с улучшенной эмиссией и прочностью на излом. Это достигается заполнением внутренних пор древесины полимерами, а именно водной фенольной и полимеризационной смолами.
В DE 3923555 A1 описан слоистый материал, содержащий основную пластину, декоративный композиционный материал из древесины и смолы и покрытие из слоистого материала, предварительно пропитанного смолой. Композиционный материал из древесины и смолы получают введением древесной крошки в смолу, в качестве которой применяют водную, термоотверждаемую смолу, такую как смола из ненасыщенного сложного полиэфира, полиуретана, диаллилфталата. эпоксидная, силиконовая, фенольная или акриловая смола. В результате образуется поверхность композиционного материала из смолы и древесины, состоящая на 10-90% из древесной крошки.
В DE 2324263 A1 описан конструктивный элемент, состоящий из отдельных, склеенных между собой реек, являющихся отходами в производстве досок. Пустоты между отдельными слоями реек могут быть заполнены пеной из вспучивающего синтетического связующего вещества на основе полиуретана, смолы из ненасыщенного сложного полиэфира или эпоксидной смолы.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в создании высококачественного композиционного материала с низкой себестоимостью. При этом такой композиционный материал должен быть пригодным, в частности, для наружного применения.
Для решения данной технической задачи применяется в качестве полимера синтетический сложный полиэфир, достигаемые при этом преимущества заключаются в улучшенной влагостойкости, повышенном удельном весе, а также и в том, что внесением добавки композиция может быть специфически окрашена.
В качестве дополнительных добавок могут применяться вещества, обеспечивающие получение специальных свойств. Так, например, добавкой веществ, применяемых в производстве полимеров, можно воздействовать на электропроводность (например, с помощью графита или порообразующего графита), устойчивость к ультрафиолетовому излучению, старение, запах, способность к нанесению покрытия, склеиванию, сварке, обработке резанием, противопожарные свойства (например, благодаря порообразующему графиту, фосфорным соединениям или боратам).
Добавкой химически или физически активных порообразователей можно также в сильной степени влиять на пористость и, следовательно, другие физические свойства, прежде всего на теплотехнические свойства. В качестве примера физически активного порообразователя можно привести воду, а примером химически активного порообразователя могут служить азопорообразователи.
Положительно зарекомендовала себя смесь с соотношением между древесиной и синтетическим сложным полиэфиром от 30:70 до 70:30. Предпочтительно, чтобы это соотношение в смеси составило от 60:40 до 30:70, преимущественно от 50:50 до 30:70. Полученное при этом формованное изделие характеризуется по сравнению с другими древесно-полимерными композициями высокой прочностью на изгиб и очень низким водопоглощением. Эти свойства достигаются тем легче, чем больше удельная доля синтетического сложного полиэфира.
В качестве способа изготовления формованного изделия, состоящего по меньшей мере частично из описанной выше формовочной композиции, пригодна как экструзия для получения прутковых формованных изделий, так и технология литья под давлением для изготовления высокоточных формованных изделий сферической формы с жесткими допусками.
Как это обычно принято для смесей, состоящих только из полимеров, в производстве плиточных изделий за экструдером может располагаться каландр или пресс с двойной лентой для обеспечения равномерного распределения формовочной композиции и, следовательно, для повышения точности размеров, улучшения качества поверхности и снижения собственных напряжений в заготовках.
Отделка формованного изделия из древесно-полимерной композиции может производиться разными способами нанесения покрытия.
Так, например, было установлено, что вследствие минимального водопоглощения композиция из древесины и полиэтилентерефталата может применяться для каширования, т.е. служить в качестве подложки для слоистых материалов и пропиточных средств, для других пленок, например, и металлических фольг, для картона, кожи, линолиума, пробки или древесины, в частности, фанеры и пр. В зависимости от своей стойкости к влаге могут потребоваться безводные клеевые системы. Нанесение может производиться известными из уровня техники способами непрерывно или в виде короткого такта.
Благодаря хорошей теплостойкости полиэтилентерефталата после задания соответствующей электропроводности, например, введением графита, достигается также превосходная способность к нанесению порошковых покрытий.
Также возможно нанесение жидких покрытий, например краски, лака или искусственной смолы.
Формовочная композиция описанного выше типа может применяться, например, для получения плиточных формованных изделий, пригодных, в частности, в качестве покрытия для стен, потолка или пола. При этом формовочная композиция обеспечивает преимущества особенно в случае применения во влажных условиях, так как впервые появилась возможность экономичного изготовления материала с любым покрытием. Керамические покрытия, которые являются в данном случае обычными, могут, например, не снабжаться тиснеными узорами.
Наряду со специальными требованиями, предъявляемыми при внутренней отделке, могут также удовлетворяться требования и для наружных работ, преимущественно там, где требуется обеспечить декоративное оформление, устойчивость против атмосферных влияний и одновременно оптимальные прочностные свойства.
В зависимости от назначения может оказаться целесообразным применение соответствующих краевых профилей по кромках плит. Они могут быть отформованы либо непосредственно в процессе изготовления, либо аналогично плиточным материалам последующей обработкой, в большинстве случаев резанием.
Высокопрочные плиточные материалы с оптимальными теплотехническими свойствами могут быть получены за счет применения соответствующих порообразователей.
В прутковых изделиях возможно выполнение профилей любого вида, которые по сравнению с профилями в обычных древесно-полимерных изделиях обладают преимуществами, такими как повышенная термостойкость, улучшенная огнестойкость и отсутствие образования воспламеняющих капель в случае пожара. Целесообразно выполнить профили для рамных элементов окон или дверей с пенным заполнением в их срединной части, за счет чего обеспечиваются превосходные изоляционные свойства и одновременно достигается возможность применения винтов на любом месте для обеспечения высокопрочных соединений, необходимых при большом собственном весе элементов. При сложной конструкции рам возможно выполнение естественно только одного рамного элемента с использованием формовочной композиции согласно изобретению, т.е. например, на обращенной к помещению стороне возможно расположить только одну деревянную раму, которая с наружной стороны будет перекрыта профилем из формовочной композиции, устойчивой к атмосферным воздействиям.
Специально для прутковых изделий, предназначенных для наружного применения, может оказаться целесообразным нанесение полимерного покрытия путем коэкструзии. За счет этого возможно улучшить защиту против атмосферных воздействий.
Пример
Древесину с ситовой характеристикой согласно таблице 1 смешали с крошкой из полиэтилентерефталата. Древесина происходила из промышленной линии для производства древесностружечных плит и специально обработана не была. Влажность составляла около 2%. Полиэтилентерефталатовая крошка была получена из измельченного бутылочного материала из полиэтилентерефталата. Этикетки, крышки и загрязнения в виде пищевых остатков (напитков) заранее удалены не были. Соотношение между древесиной и полиэтилентерефталатом в смеси составило 50:50 (HP 03), 40:60 (HP 02) и 30:70 (HP 01).
Из этой смеси приготовили с помощью экструдера гранулят цветом от средне- до темно-коричневого. Из полученного таким образом гранулята были изготовлены литьем под давлением плиточные изделия (размером около 15×15×0,5 см3), которые после выдержки при нормальных климатических условиях (23°С, 50% относительной влажности воздуха) в течение 14 суток обладали следующими свойствами:
2) Выдержка в промывочном растворе с концентрацией 20 г в 1 л воды. Промывочная жидкость: BULSAN, мыльный детергент.
Дополнительно образцы, полученные по рецептуре HP 03, подвергли искусственному старению в соответствии с таблицей 3 и контролю на разбухание кромок согласно стандарту EN 13329.
Результаты влияния искусственного старения на механические свойства приведены в таблице 4.
Циклы искусственного старения
Пояснение/техническая характеристика:
- температура во время ультрафиолетового облучения: 60°С,
- температура во время конденсации: 45°С,
- освещенность ультрафиолетовыми лампами: 0,77 Вт/м2,
- опрыскивание (дождевание) образцов водой нормальной температуры,
- общая продолжительность цикла: 168 ч,
- общая продолжительность: 2016 ч (12 недель) при 12-кратном повторении цикла.
Изменение прочности на изгиб и ударной вязкости при искусственном старении в течение 400 ч, 1000 ч и 2016 ч.
Разбухание кромок, замеренное в соответствии со стандартом EN 13329, при использовании смеси HP 03 (50% древесины и 50% полиэтилентерефталата) составило менее 2%.
Изобретение относится к технологии получения формованных изделий, в частности к получению композиционных полимерных материалов, содержащих древесину. Формовочная композиция состоит из полиэтилентерефталата и армирующего компонента - древесного материала в виде волокон. Изделие из указанной композиции получают термопластичным формованием экструзией или литьем под давлением. Изобретение обеспечивает создание высококачественного композиционного материала с низкой себестоимостью, предназначенного, в частности, для наружного применения. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 4 табл.
RU 99102672 A, 20.05.2001 | |||
WO 9801275 A1, 15.01.1998 | |||
Термопластичная формовочная композиция | 1989 |
|
SU1776677A1 |
Состав для формования | 1979 |
|
SU861368A1 |
RU 2052473 С1, 20.01.1996 | |||
JP 20011088103 А, 03.04.2001 | |||
JP 09254106 А, 30.09.1997 | |||
JP 05069416 А, 23.03.1993 | |||
DE 3923555 01.02.1990. |
Авторы
Даты
2008-06-20—Публикация
2004-10-01—Подача