Способ и установка для изготовления искусственного материала из древесно-минерально-полимерного композита (ДМПК), имитирующего природный Российский патент 2024 года по МПК B27N3/00 B44F9/02 C04B18/26 

Группа изобретений относится к изготовлению искусственных материалов и может быть использована в мебельном производстве и строительстве для наружной и внутренней отделки различных поверхностей.

Натуральная древесина остается основным строительным материалом, находя самое широкое применение от отделки до декорирования. Однако, кроме своего негативного влияния на экологию посредством активной вырубки лесов, деревянная доска сама по себе обладает рядом недостатков, включая неоднородность строения в виде сучков и склонность к загниванию, и требует проведения затратных этапов дополнительной обработки перед непосредственным использованием: пропитки, покраски, нанесения защитного слоя на поверхность, склеивания меньших частей в более крупные элементы. Альтернативным материалом, лишенным указанных недостатков, выступает полимерная или композитная доска.

Известен способ изготовления ламинированной декоративной плиты, содержащей сердцевину из волокнистого или стружечного материала, содержащий смолу промежуточный слой, расположенный по меньшей мере на одной стороне сердцевины, не пропитанный смолой декоративный слой с графическим изображением поверхности имитируемого материала и прозрачный покрывной слой, снабженный с помощью тиснения рельефной имитацией поверхностной структуры имитируемого материала, причем промежуточный слой состоит из нанесенного в жидком виде на сердцевину затвердевающего под действием давления и/или тепла клея, включающий следующие стадии:

a) подготовка плиты из волокнистого или стружечного материала,

b) покрытие плиты, по меньшей мере, с одной стороны жидким, затвердевающим с помощью давления и/или тепла клеем,

c) напрессовка не пропитанного смолой декоративного слоя на слой клея,

d) нанесение термопластичного или жидкого покрывного материала на декоративный слой,

e) прессование и нагревание образованной таким образом слоистой структуры с образованием поверхностной структуры покрывного слоя (патент на изобретение RU 2471631, МПК B32B 21/00, B44C 5/04, B32B 3/04, B27N 3/02, опубликован 10.01.2013).

Известна строительная панель, содержащая поверхностный слой (5) и внутренний слой (6), где внутренний слой содержит древесные волокна (14), а поверхностный слой (5) содержит по существу гомогенную смесь древесных волокон (14), которые содержат природные смолы, связующего вещества (19) и износостойких частиц (12), при этом поверхностный слой (5) дополнительно содержит отпечаток, который проходит в поверхностный слой, и способ изготовления такой строительной панели (1), включающий следующие этапы: смешивание древесных волокон (14), износостойких частиц (12) и связующего вещества (19) с получением по существу гомогенной смеси, печатание с помощью струйного печатающего устройства отпечатка на данной смеси и воздействие на смесь температурой и давлением с формированием, таким образом, строительной панели (патент на изобретение RU 2628514, МПК B27N 3/06, опубликован 17.08.2017).

Известен способ изготовления декорированных плит на основе древесного материала со следующими шагами:

а) проклеенные древесные волокна или древесные опилки насыпают в брикет на основе древесного материала,

б) брикет на основе древесного материала под воздействием повышенной температуры спрессовывают в несущую плиту, которую обеспечивают без обработки после прессования и которая по меньшей мере на одной из своих верхних сторон имеет возникшую при ее изготовлении прессовочную пленку,

в) на преимущественно необработанную прессовочную пленку верхней стороны несущей плиты наносят грунтовку из жидкой смолы на меламиновой основе, причем смола по меньшей мере частично проникает в верхний поверхностный слой несущей плиты и при этом по меньшей мере частично пронизывает прессовочную пленку и улучшает ее свойства,

г) сушат грунтовку,

д) на грунтовочный слой наносят основную краску,

е) сушат основную краску,

ж) на высохшую основную краску для образования декора наносят по меньшей мере одну насыщенную красящими пигментами печатную краску на водной основе,

з) сушат декор,

и) на слой декора наносят заделочный слой по меньшей мере из одной смолы на меламиновой основе,

к) сушат заделочный слой,

л) несущую плиту с нанесенной с верхней стороны грунтовкой, основной краской, декором и заделочным слоем, а также с нанесенным с нижней стороны стабилизирующим слоем спрессовывают под воздействием давления и температуры для образования ламината, при этом в качестве основной краски применяют краску на водной основе, которую посредством цифрового печатающего устройства наносят на высушенную грунтовку, а смолу для заделки наносят в жидком виде (патент на изобретение RU 2678393, МПК B44C 5/04, B27N 3/08, B27N 7/00, опубликован 28.01.2019).

Указанные изобретения, кроме получения плит, имитирующих древесный материал только на поверхности, что приводит к необходимости их дополнительной обработки, например, при распиле, для поддержания единства внешнего вида, обладают рядом других общих недостатков:

- неустойчивость материалов к влаге, т.к. необработанные края могут впитывать влагу и разбухать, вследствие чего изделие деформируется и разрушается, что ограничивает использование таких материалов в местах с повышенной влажностью;

- сниженная эластичность материала из-за незначительного содержания связующих веществ (до 5%), что приводит к его расщеплению, аналогичному расслаиванию, при ввинчивании в край листа шурупа (самореза) или к растрескиванию при сильном ударе твердым предметом;

- лёгкая воспламеняемость при контакте с открытым огнём или при длительном контакте с раскаленным предметом;

- ограниченное применение способов и материалов для изделий преимущественно прямоугольной формы без возможности изготовления изделий сложной геометрические формы;

- непригодность для вторичной переработки из-за неоднородной структуры,

- поскольку после повреждения верхнего защитного слоя до 1 мм весь лист подвергается разрушению (расслоению).

Известен искусственный древесный материал в виде уплотненного монолита, содержащий группу кусков натуральной древесины, адгезивно связанных друг с другом сшитым при обработке термопластичным адгезивом, выполненный с возможностью сохранения своей уплотненной формы при повышенных температурах, и способ изготовления указанного искусственного древесного материала, включающий: получение группы кусков натуральной древесины, имеющих, по существу, равновесное содержание влаги; нанесение термопластичного адгезива, содержащего термопластичную смолу и сшивающий агент, на куски древесины для образования кусков древесины с адгезивным покрытием; при необходимости, нагревание кусков древесины с адгезивным покрытием для образования нагретых кусков древесины с адгезивным покрытием; сборку кусков древесины с адгезивным покрытием в заданной конфигурации для формирования собранных кусков древесины с адгезивным покрытием; прессование собранных кусков древесины с адгезивным покрытием в прессе под давлением и в течение времени, достаточного для уплотнения и прессования собранных кусков древесины для выхода запертого воздуха и механической деформации собранных кусков древесины с адгезивным покрытием таким образом, чтобы смежные куски древесины соответствовали форме друг друга; сшивание термопластичного адгезива с, по меньшей мере, предельным количеством сшивок во время этапа прессования для формирования, по меньшей мере, частично отвержденного искусственного древесного материала, при этом предельное количество сшивок является достаточным, таким образом, по меньшей мере, частично отвержденный искусственный древесный материал, по существу, сохраняет свою прессованную форму и препятствует разбуханию кусков древесины, и возврату в их исходное состояние после сброса давления на этапе прессования; извлечение из пресса, по меньшей мере, частично отвержденного древесного материала; и при необходимости, дальнейшее отверждение частично отвержденного искусственного древесного материала для получения искусственного древесного материала, имеющего, по существу, равновесное содержание влаги (патент на изобретение RU 2724496, МПК B27N 3/00, B32B 7/00, опубликован 23.06.2020). Недостатками данного изобретения являются:

- низкое содержание термопластичных адгезизов (не более 15% от массы материала), увеличивающее и без того незначительную пластичность древесных кусков, что снижает суммарную эластичность материала, не позволяя изготавливать изделия сложных геометрических форм в специальных матрицах или пресс-формах и увеличивая себестоимость такого конечного изделия из-за необходимости использования специального оборудования или даже ручного труда;

- использование крупных частей древесного материала (стренги, волокна, стружка, щепа, шпон или куски) в количестве от 85% до 94%, которое приводит к неравномерной структуре материала, склонной к набуханию и последующему разрушению при длительном контакте с водой, и к повышенной возгораемости, что требует дополнительных операций по обработке, увеличивая затраты на производство;

- необходимость дополнительного оборудования для регулировки влажности;

- необходимость дополнительного оборудования для калибрования (расщепления, нарезка) используемого древесного материала.

Задача заявляемого изобретения состоит в создании нового гибкого по отношению к конечному изделию подхода к производству искусственных материалов из ДМПК, имеющих внешний вид и текстуру древесины или камня, с однородной структурой, сниженной возгораемостью и улучшенной эластичностью.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что способ изготовления искусственного материала из ДМПК, имитирующего природный, включает: смешивание компонентов композиции, формирование предварительного листа материала, нанесение дополнительных элементов с помощью 3D принтера, нанесение красящего вещества с помощью краско-струйного принтера, раскрой листов в 2D формате на криволинейные формы, предварительное формирование заготовки путем наложения листов друг на друга и друг к другу, подпрессовку заготовки, прессование заготовки при повышенной температуре, охлаждение заготовки.

Заявленный способ позволяет получить материал с имитацией текстурного рисунка по всему объёму (радиальный, тангенциальный, поперечный срез). Это достигается путём наложения (стыковки) листов, отличающихся по своим размерам (толщина, ширина, длина), друг на друга и друг к другу и последующего их прессования.

Смешиванию подвергаются следующие компоненты композиции:

- органический компонент в виде древесной муки и/или рисовой шелухи, измельченной в муку, и/или шелухи или жмыха семечек, измельченных в муку;

- полимерный компонент в виде полиэтилена и/или поливинилхлорида и/или полистирола, полипропилена и/или поливинилацетата и т.п.;

- минеральные вещества в виде мела и/или талька и/или каолина и/или слюды и/или волластонита и т.п.;

- специальные химические добавки, в частности, модификаторы;

- красящее вещество.

Большое содержание малогорючих и безопасных полимеров, а также улучшающих свойства материала химических добавок позволяет осуществлять производство материала методом экструзии, когда материал в разогретом состоянии очень пластичен и позволяет получать изделия практически любой формы, а также позволяет использовать образующиеся при дальнейшей обработке таких изделий отходы для вторичной переработки.

Горячее прессование проходит под давлением от 1МПа до 20МПа и при температуре от 50°С до 250°С, а охлаждение заготовки осуществляют с помощью воды и/или воздуха.

Установка изготовления искусственного материала из ДМПК, имитирующего природный, включает последовательно соединенные в одну или несколько производственных линий: смесители, экструдеры и/или каландры, 3D-принтеры, краско-струйный принтер, станки для предварительного раскроя листовых материалов, станки для предварительного формирования заготовки, валково-ленточные прессы, гидравлические горячие прессы, установка для охлаждения.

Установка может дополнительно включать станки для изготовления для формирования круглых и/или овальных и/или конусных, форм, который устанавливают после станка для предварительного формирования заготовки и перед гидравлическим горячим прессом.

В зависимости от вида материала, подвергающегося имитации, в смесителе смешивают компоненты древесно-минерально-полимерной композиции.

При этом гидравлические горячие прессы содержат плоскую и/или рельефные пресс-формы в зависимости от назначения получаемого изделия.

Блок-схема установки для реализации способа изготовления искусственного материала из ДМПК, имитирующего природный, приведена на фиг. 1 с использованием следующих обозначений:

1 – смеситель;

2 – экструдер (каландр)

3 – 3D-принтер;

4 – краско- струйный принтер;

5 – станок для предварительного раскроя;

6 – станок для предварительного формирования заготовки;

7 – валково-ленточный пресс;

8 – гидравлический горячий пресс;

9 – установка для охлаждения;

10 – станок для формирования непрямоугольных форм.

В смеситель 1 поступают компоненты древесно-минерально-полимерной композиции, включая органический компонент, полимерный компонент, минеральные вещества, специальные химические добавки, в частности, модификаторы, и красящее вещество. Тщательно перемешанная масса поступает в экструдер (каландр) 2 для формирования предварительного листа материала намеченного размера и рельефа. Далее лист поступает сначала на 3D-принтер 3 для нанесения дополнительных элементов, имитирующих сучки и вкрапления, а затем на краско-струйный принтер 4 для нанесения красящего вещества. Все листы подвергаются обрезанию и/или нарезанию на криволинейные формы на станке для предварительного раскроя 5 в 2D формате. Раскроенные листы материала необходимого размера перемещаются на станок для предварительного формирования заготовки 6 путем наложения листов друг на друга и друг к другу, после чего подвергаются сначала подпрессовке валково-ленточным прессом 7 для удаления воздуха, а затем прессованию под температурой гидравлическим горячим прессом 8. Конечным этапом является охлаждение полученной заготовки с помощью установки для охлаждения 9. При этом для получения изделий непрямоугольной (круглой, овальной и/или конусной) формы предварительная заготовка поступает на соответствующий станок 10, после чего также прессуется и охлаждается.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет получать искусственные материалы, имеющие внешний вид и текстуру древесины или камня, с однородной структурой, сниженной возгораемостью и улучшенной эластичностью.

Группа изобретений относится к изготовлению искусственных материалов и может быть использована в мебельном производстве и строительстве для наружной и внутренней отделки различных поверхностей. Выполняют смешивание компонентов композиции, формирование предварительного листа материала, на который наносят дополнительные элементы с помощью 3D-принтера, затем наносят красящее вещество с помощью краско-струйного принтера, выполняют раскрой листов в 2D формате на криволинейные формы, предварительное формирование заготовки путем наложения листов друг на друга и друг к другу, подпрессовку заготовки, прессование заготовки при повышенной температуре, охлаждение заготовки. Установка включает последовательно соединенные в одну или несколько производственных линий: смесители (1), экструдеры и/или каландры (2), 3D-принтеры (3), краско-струйный принтер (4), станки (5) для предварительного раскроя листовых материалов, станки (6) для предварительного формирования заготовки, валково-ленточные прессы (7), гидравлические горячие прессы (8), установку для охлаждения (9). Снижается возгораемость и улучшается эластичность искусственных материалов из древесно-минерально-полимерного композита, имеющих внешний вид и текстуру древесины или камня, с однородной структурой. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления искусственного материала из древесно-минерально-полимерного композита (ДМПК), имитирующего природный, включающий: смешивание компонентов композиции, формирование предварительного листа материала, отличающийся тем, что на предварительный лист материала наносят дополнительные элементы с помощью 3D-принтера, затем наносят красящее вещество с помощью краско-струйного принтера, выполняют раскрой листов в 2D формате на криволинейные формы, предварительное формирование заготовки путем наложения листов друг на друга и друг к другу, подпрессовку заготовки, прессование заготовки при повышенной температуре, охлаждение заготовки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что композиция включает органический компонент, полимерный компонент, минеральные вещества, химические добавки, красящее вещество.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве органического компонента композиции используют древесную муку и/или рисовую шелуху, измельченную в муку, и/или шелуху или жмых семечек, измельченные в муку.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве полимерного компонента композиции используют полиэтилен и/или поливинилхлорид и/или полистирол и/или полипропилен и/или поливинилацетат.

5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве минеральных веществ используют мел и/или тальк и/или каолин и/или слюду и/или волластонит.

6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что химические добавки представляют собой модификаторы.

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что горячее прессование осуществляют под давлением от 1 МПа до 20 МПа и при температуре от 50°С до 250°С.

8. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что охлаждение заготовки осуществляют с помощью воды и/или воздуха.

9. Установка изготовления искусственного материала из ДМПК, имитирующего природный, включающая последовательно соединенные в одну или несколько производственных линий: смесители, экструдеры и/или каландры, 3D-принтеры, краско-струйный принтер, станки для предварительного раскроя листовых материалов, станки для предварительного формирования заготовки, валково-ленточные прессы, гидравлические горячие прессы, установку для охлаждения.

10. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что установка дополнительно включает станки для формирования круглых и/или овальных и/или конусных форм.

11. Установка по любому из пп. 9, 10, отличающаяся тем, что смеситель предназначен для смешения компонентов ДМПК.

12. Установка по любому из пп. 9-11, отличающаяся тем, что горячий пресс содержит плоскую или рельефную пресс-форму.