Форм из древесного пластика. Как сделать жидкий пластик своими руками? Технология изготовления и область применения средства

В этой статье мы расскажем, как можно сделать популярный строительный материал под названием жидкое дерево своими руками, а также опишем все его достоинства.

Любой домашний умелец знает, что изделия из древесины боятся негативных воздействий разнообразных эксплуатационных факторов, что снижает срок их службы. При этом дерево любимо многими людьми и профессиональными строителями. Оно экологичное, великолепно выглядит, заряжает человека положительной энергией, обладает множеством других достоинств.

Изделие из жидкого дерева

По этим причинам специалисты достаточно долго пытались придумать заменитель натуральной древесины, который бы визуально и по физическим свойствам ничем не отличался от дерева, превосходя последнее по своему качеству и стойкости к влиянию природных явлений. Исследования завершились успехом. Современная химическая промышленность смогла создать уникальный материал – жидкое искусственное дерево. Оно буквально ворвалось на строительные рынки всего мира. Сейчас такое дерево продается под аббревиатурой ДПК (древесно-полимерный композит). Интересующий нас материал изготавливается из следующих компонентов:

Измельченная древесная основа – по сути, отходы обработки натурального дерева. В том или ином композите их может содержаться от 40 до 80 %.
Термопластичные химические полимеры – поливинилхлориды, полипропилены и так далее. С их помощью древесная основа собирается в единую композицию.
Добавки, называемые аддитивами. К таковым относят колоранты (окрашивают материал в требуемый оттенок), лубрикаторы (увеличивают стойкость к влаге), биоциды (защищают изделия от плесени и насекомых-вредителей), модификаторы (сохраняют форму композита и обеспечивают его высокую прочность), вспениватели (позволяют снизить массу ДПК).

Указанные компоненты смешивают в определенных пропорциях, сильно нагревают (до тех пор, пока состав не станет жидким), производят полимеризацию смеси, а затем подают ее в особые формы под высоким давлением и охлаждают. В результате всех этих действий получается композиция, которая обладает гибкостью и отличной коррозионной устойчивостью, упругостью и ударопрочностью. А главное – ДПК имеет волшебный аромат натуральной древесины, а также цвет и текстуру, идентичную настоящему дереву.

Надеемся, что из нашего короткого обзора вы поняли, как производится жидкое дерево, и разобрались, что это такое. Описываемые древесно-полимерные изделия характеризуются рядом эксплуатационных преимуществ. Приводим основные из них далее:

повышенная устойчивость к повреждениям механического плана;
стойкость к температурным перепадам (эксплуатировать изделия из ДПК можно и при +150 °С, и при -50°);
высокая влагостойкость;
легкость самостоятельной обработки и монтажа (для этих целей применяют инструмент, которым работают с натуральным деревом);
длительный срок службы (минимум 25–30 лет);
большой выбор цветовых решений;
стойкость к грибку;
простота обслуживания (композит легко моется, его можно циклевать, лакировать, окрашивать в любой цвет).

Украшение из деревопластика

Важным достоинством деревопластика является и то, что он имеет вполне доступную стоимость. Достигается это за счет использования при производстве ДПК продуктов вторичной переработки (измельченная фанера, опилки, стружка). Недостатки в рассматриваемом нами материале найти сложно, но они есть. А как без этого? Минусов у деревопластика всего два. Во-первых, при его использовании в жилых комнатах необходимо обустраивать качественную вентиляцию. Во-вторых, ДПК не рекомендуется применять в случаях, когда в помещении одновременно и постоянно присутствует высокая влажность и повышенная температура воздуха.

Особые характеристики композита из древесины и пластика позволяют изготавливать из него различные строительные изделия. Этот материал идет на производство наружного сайдинга, гладкого, пустотелого, рифленого и сплошного декинга (иначе говоря – террасной доски). Из ДПК делают шикарные балюстрады, вычурные перила, надежные заборы, роскошные беседки и множество других конструкций. Деревопластик позволит вам роскошно обустроить интерьеры в жилом помещении и сделать свой загородный участок по-настоящему красивым.

Стоимость описываемого композита зависит от того, какой полимер используется для его изготовления. Если производитель делает ДПК из полиэтиленового сырья, цена на готовую продукцию будет минимальной. Но стоит заметить, что такие изделия не обладают стойкостью к ультрафиолету. А вот поливинилхлоридные полимеры придают деревопластику высокую стойкость к огню и УФ-лучам, а также делают его очень долговечным. Изделия из ДПК (в частности, декинг) принято делить на бесшовные и со швами. Первые монтируются без кляммеров, саморезов и других метизов. Такие доски просто-напросто сцепляются друг с другом, формируя прочную сплошную поверхность.

Древесно-пластиковый материал

А вот для установки изделий со швами необходимо использовать пластиковый либо металлический крепеж (чаще всего в роли такового выступают кляммеры). ДПК-плиты или доски могут быть пустотелыми и полнотелыми. Для обустройства веранд частных домов лучше использовать изделия с пустотами. Они легкие, работать с ними самостоятельно очень просто. Полнотелый деревопластик, который способен выдерживать существенные нагрузки, больше подходит для укладки в общественных местах (набережные, летние рестораны и бары, корабельные палубы), где отмечается высокая проходимость людей.

При выборе досок из ДПК обращайте внимание на толщину их стенок (она должна быть не менее 4–5 мм), высоту ребер жесткости (чем они выше, тем более надежными в эксплуатации будут изделия) и их количество (чем больше ребер, тем прочнее получается конструкция).

Также следует разумно выбирать ширину композитных панелей и досок. Здесь нужно понимать один момент. Ч ем более широкие изделия вы купите, тем легче вам будет с ними работать, ведь для монтажа таких досок потребуется ощутимо меньше креплений. Еще несколько полезных советов для вас. Уточняйте у продавцов, из каких опилок изготавливался ДПК. Если для этих целей производитель использовал хвойную древесину, лучше поищите другой материал. Почему? По той причине, что композиты на хвойной основе считаются пожароопасными. Да и прочностные характеристики таких изделий оставляют желать лучшего. ДПК на базе отходов переработки лиственных деревьев лишены указанных недостатков.

В случаях, когда на композитных панелях (досках, плитах) хорошо видны светлые прожилки либо участки, эксплуатационная надежность изделий будет низкой. Вероятнее всего, производитель применял древесную муку невысокого качества, да, к тому же, плохо перемолотую. Такие панели, как правило, имеют малый показатель водостойкости. Использовать их на улице нельзя. О недостаточном качестве ДПК говорит и наличие на его поверхности неоднородного окраса (разводы, хорошо заметные переходы оттенков).

А теперь самое интересное. При желании вы вполне можете в домашних условиях изготовить своими руками достойный аналог ДПК. Самодельный деревопластик производится из опилок и обычного ПВА-клея и используется для восстановления паркетной доски, ремонта ламината на полу, реставрации других деревянных покрытий. Также его можно применять для изготовления грубых настилов для полов в беседках и в помещениях вспомогательного назначения.

Кмпозитный материал из опилок и клея

ДПК делается своими руками по следующей схеме:

Измельчаете древесные опилки в кофемолке или ручной кухонной мельнице до состояния пыли.
Добавляете к измельченным опилкам ПВА-клей (пропорции – 30 к 70 %) и перемешиваете эти компоненты до момента, пока у вас не получится смесь с консистенцией пасты.
В сделанный состав наливаете краситель (рекомендуется использовать добавки, применяемые для обыкновенной водоэмульсионной краски). Еще раз все перемешиваете.

Вот вы и изготовили самодельный деревопластик! Смело заполняйте таким составом дыры в деревянных полах. После застывания ДПК отреставрированный участок нужно будет лишь отшлифовать, используя наждак с мелким зерном. Состав, сделанный своими руками, можно применять и для обустройства новых полов. Соберите , изготовьте домашний ДПК в нужных количествах и залейте им опалубочную конструкцию. Толщина самодельных досок в данном случае должна равняться не менее 5 см. Дерзайте!

480 руб. | 150 грн. | 7,5 долл. ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников

Савиновских Андрей Викторович. Получение пластиков из древесных и растительных отходов в закрытых пресс-формах: диссертация... кандидата технических наук: 05.21.03 / Савиновских Андрей Викторович;[Место защиты: Уральский государственный лесотехнический университет].- Екатеринбург, 2016.- 107 с.

Введение

ГЛАВА 1. Аналитический обзор 6

1.1 Древесно-композиционные материалы с синтетическими связующими 6

1.2 Лигноуглеводные и пьезотермопластики 11

1.3 Способы модификации древесных частиц 14

1.4 Лигнин и лигноуглеводный комплекс 19

1.5 Кавитация. Кавитационная обработка растительного сырья 27

1.6 Биоактивация древесных и растительных частиц ферментами.. 33

1.7 Выбор и обоснование направления исследований 35

ГЛАВА 2. Методическая часть 36

2.1 Характеристика исходных веществ 36

2.2 Методики проведения измерений 41

2.3 Подготовка биоактивированного пресс-сырья 41

2.4 Изготовление образцов ДП-БС 41

2.5 Приготовление навески пресс-сырья для пластика 42

ГЛАВА 3. Получение и изучение свойств древесных пластиков без связующего с использованием модификаторов 43

ГЛАВА 4. Влияние химической модификации шелухи пшеницы на свойства РП-БС 57

ГЛАВА 5. Получение и изучение свойств древесных пластиков без связующего с использованием биоактивированого пресс-сырья 73

ГЛАВА 6. Технология получения ДП-БС 89

6.1 Расчет производительности экструдера 89

6.2 Описание технологического процесса производства 93

6.3 Оценка себестоимости готовой продукции 95

Заключение 97

Список литературы

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Объемы производства продуктов переработки древесного и растительного сырья постоянно увеличиваются. При этом возрастает и количество различных отходов переработки древеси-ны(опилки, стружка, лигнин) и сельскохозяйственных растений (солома и оболочка семян злаков).

Во многих странах существуют производства древесных композиционных материалов с использованием в качестве полимерной матрицы синтетических термореактивных и термопластичных органических и минеральных связующих, в качестве наполнителей – измельченных отходов растительного происхождения.

Известна возможность получения древесных композиционных материалов плоским горячим прессованием из отходов деревообработки без добавления синтетических связующих, которые получили название пьезотермо-пластики (ПТП), лигноуглеводные древесные пластики (ЛУДП). При этом отмечается, что исходные пресс-композиции обладают низкими показателями пластично-вязкостных свойств, а полученные композиты имеют невысокие показатели физико-механических свойств, особенно водостойкости. И это требует поиска новых способов активации лигнин-углеводного комплекса.

Таким образом, работы, направленные на применение древесных и растительных отходов без использования синтетических связующих с целью создания изделий, являются актуальными.

Работа выполнялась по заданию Минобрнауки РФ, проект № 2830 «Получение древесных пластиков из отходов биомассы дерева и сельскохозяйственных растений» на 2013-2016 гг.

Цель и задачи работы. Целью работы является получение пластиков из древесных (ДП-БС) и сельскохозяйственных отходов (РП-БС) без добавления синтетических связующих с высокими эксплуатационными свойствами.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Исследовать процесс формирования ДП-БС и РП-БС на основе древесных (опилки сосны) и растительных (шелуха пшеницы) отходов.

Изучить влияния химических модификаторов, а также технологических параметров (температура, влажность) на физико-механические свойства ДП-БС и РП-БС.

Определить рациональные условия получения ДП-БС и РП-БС из древесных и растительных отходов.

Установить влияние биоактивации пресс-сырья активным илом на физи-

ко-механические свойства ДП-БС.

Степень разработанности темы исследования. Анализ научно-технической и патентной литературы показал очень низкую степень разработанности вопросов, связанных с закономерностями формирования структуры и свойств древесного пластика без синтетического связующего.

Научная новизна

Методом ДСК установлены кинетические закономерности процесса формирования ДП-БС и РП-БС (энергия активации, предэкспоненциальный множитель, порядок реакции).

Установлено влияние химических модификаторов (пероксид водорода, уротропин, изометилтетрагидрофталевый ангидрид, кавитационный лигнин, гидролизный лигнин) на скорость процесса формирования ДП-БС и РП-БС.

Получены кинетические закономерности получения ДП-БС с использованием биоактивированных древесных отходов.

Теоретическая значимость работы заключается в установлении закономерностей влияния ряда модификаторов и влажности пресс-сырья из древесных и сельскохозяйственных отходов на физико-механические свойства ДП-БС и РП-БС.

Практическая значимость работы состоит в использовании отходов возобновляемого сырья и экспериментальном доказательстве возможности получения ДП-БС и РП-БС с повышенными физико-механическими свойствами. Предложена рецептура получения ДП-БС и РП-БС. Изделия из ДП-БС обладают низкой эмиссией формальдегида.

Методология и методы исследования. В работе использовались традиционная методология научных исследований и современные методы исследования (дифференциальная сканирующая калориметрия, ИК Фурье-спектроскопия, ПМР 1 Н).

На защиту выносятся

Результаты исследования термокинетики образования ДП-БС, РП-БС и влияния модификаторов и влажности на данный процесс.

Закономерности формирования свойств ДП-БС и РП-БС в закрытых пресс-формах под воздействием температуры, влажности пресс-сырья и его химической модификации.

Степень достоверности результатов исследований обеспечена многократным повторением экспериментов, применением методов статистической обработки полученных результатов измерений.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на VIII международной научно-технической конференции «Научное творчество молодежи – лесному комплексу» (Екатеринбург, 2012), IX международной научно-технической конференции «Научное творчество молодежи – лесному комплексу» (Екатеринбург, 2013), Международная конференция «Композиционные материалы на древесных и других наполнителях» (г.Мытищи, 2014).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 статей, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объём работы

Диссертация изложена на 107 страницах машинописного текста, содержит 40 таблиц и 51 рисунков. Работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы, включающего 91 ссылки на отечественные и зарубежные работы.

Лигноуглеводные и пьезотермопластики

Лигноуглеводные и пьезотермопластики. Эти материалы изготавливаются из древесных опилок или другого растительного сырья высокотемпературной обработкой пресс-массы без ввода специальных синтетических связующих. Технологический процесс производства лигноуглеводных древесных пластиков состоит из следующих операций: подготовки, сушки и дозирования древесных частиц; формирования ковра, холодной его подпрессовки, горячего прессования и охлаждения без снятия давления. При подготовке пресс-массы древесные частицы сортируют, затем фракция крупностью более 0,5 мм дополнительно измельчается, кондиционные опилки поступают в сушилку, а затем в расстилочную машину. Ковер формируется на поддонах, покрытых слоем талька или антиадгезионной жидкости. Сначала готовый ковер подается в пресс для холодной подпрессовки, которая длится в течение 1,5 мин при давлении 1- 1,5 МПа, после чего направляется на горячее прессование при давлении 1,5-5 МПа и температуре 160-180 С. Прессование плит толщиной 10 мм продолжается 40 мин.

Под воздействием температуры происходят частичный гидролиз полисахаридов древесины и образование органических кислот, которые являются катализаторами, способствующими деструкции лигноуглеводного комплекса. Образовавшиеся химически активные продукты (лигнин и углеводы) взаимодействуют между собой при прессовании. В результате образуется более плотный и прочный материал, чем древесина.

Сырье для производства лигноуглеводного древесного пластика получают обработкой древесины хвойных и лиственных пород. Наряду с опилками, станочной стружкой, дробленкой, для получения пластика могут быть использованы кора в смеси с древесиной, дробленые лесосечные отходы и некоторые одревесневшие сельскохозяйственные отходы. Примеси в сырье частично сгнившей древесины улучшают физико-механические свойства лигноуглеводных пластиков.

По сравнению с древесностружечными плитами, лигноуглеводные пластики обладают рядом преимуществ: они не подвержены старению из-за деструкции органического вяжущего и их прочностные показатели не снижаются со временем; при эксплуатации нет токсичных выделений в окружающую среду. Существенными недостатками производства лигноуглеводных пластиков являются необходимость мощного прессового оборудования и длительность цикла прессования .

Отмечено что под влиянием давления и температуры размельченная растительное сырье приобретает способность образовывать прочный и твердый материал темного цвета, который может формоваться. Этот материал получил название пьезотермопластик (ПТП) .

Исходным сырьем, наряду с опилками, могут служить измельченная древесина хвойных и лиственных пород, льняная и конопляная костра, камыш, гидролизный лигнин, одубина.

Существует несколько способов получения ПТП, прошедших глубокую проработку и внедрение в производство, но не нашедшего дальнейшего применения в связи с высокими энергозатратами: 1) одностадийный способ получения ПТП (А.Н. Минин. Белорусский технологический институт) ; 2) двухстадийный способ получения пластиков из гидролизованных опилок (Н.Я. Солечник, Ленинградская ЛТА) ; 3) технология получения лигноуглеводных древесных пластиков (ЛУДП) (ВН. Петри, Уральский ЛТИ) ; 4) технология парового взрыва (Я.А. Гравитис, Институт химии древесины. Латвийская АН) . Пьезотермопластики подразделяют на изоляционные, полутвердые, твердые и сверхтвердые.

При средней плотности 700-1100 кг/м3 пьезотермические пластики, изготовленные из березовых опилок, имеют предел прочности при статическом изгибе 8-11 МПа. При повышении средней плотности до 1350-1430 кг/м3 предел прочности при статическом изгибе достигает 25-40 МПа.

Высокие физико-механические свойства пьезотермопластиков позволяют применять их для изготовления полов, дверей, а также в качестве отделочного материала. Разновидностью древесных пластиков является вибролит, технологические особенности которого, заключаются в частичном измельчении опилок и мелкой стружки на вибромельнице, перемешивании тонко размолотой массы с водой и затем получаем шлам. Из смеси шлама с частицами величиной 0,5-2 мм в отливной машине формируется ковер, обезвоживаемый вакуум-насосом. Полученная пресс-масса поступает на холодное и горячее прессование. Готовые плиты транспортируют в закалочную камеру, где в течение 3-5 ч при температуре 120-160 С они подвергаются термической обработке, вследствие чего почти в 3 раза снижается их водопоглощение и более чем в 2 раза - разбухание.

Вибролит применяют для настила черного пола, устройства перегородок, облицовки панелей стен в общественных зданиях, изготовлении встроенной мебели и щитовых дверей.

Начиная с 30-х годов в СССР получением плитных материалов путём пьезотермической обработки растительного сырья без применения традиционных связующих занимались многие исследователи. Работы велись в следующих направлениях: 1) прессование естественных, ничем не обработанных опилок ; 2) прессование опилок, подвергнутых предварительно автоклавной обработке водяным паром (предгидролиз) или водяным паром с катализатором (минеральная кислота) ; 3) прессование опилок, предварительно обработанных химическими реагентами: а) желатинирование пресс-массы (хлором, аммиаком, серной кислотой и др. веществам) для её частичного гидролиза и обогащения веществами, обладающими связующими свойствами ; б) химическая поликонденсация пресс-массы с участием других химических веществ (фурфурол, фенол, формальдегид, ацетон, щелочной и гидролизный лигнины и др.) .

Подготовка биоактивированного пресс-сырья

Эндотермический минимум отвечает процессу гидролизу лигнин – углеводного комплекса и легкогидрализуемой части целлюлозы (полисахаридов).

Экзотермический максимум соответствует процессам поликонденсации, которые и обуславливают процесс образования ДП-БС. Так как процесс катализируется кислотами, которые образуются при пиролизе древесины, а также за счет наличия смоляных кислот, содержащихся в составе экстрактивных веществ – это реакция n-го порядка с автокатализом.

Для древесных отходов с модифицирующими добавками (пероксид водорода, уротропин, ИМТГФА) максимумы пиков на кривых ДСК сдвигаются влево, что указывает на то, что данные соединения выступают в качестве катализаторов вышеуказанных процессов (Т1 100-120 0С, Т2 180-220 0С), ускоряя процесс гидролиза полисахаридов древесины, а также лигнин-углеводного комплекса.

Из табл.3.2 видно, что на первой стадии с увеличением влажности пресс-сырья увеличивается эффективная энергия активации (с 66,7 до 147,3 кДж/моль), что свидетельствует о большей степени гидролитической деструкции древесины. Применение модификаторов приводит к уменьшению эффективной энергии активации, что указывает на их каталитическое действие.

Значения эффективной энергии активации на второй стадии процесса для модифицированного пресс-сырья с увеличением влажности изменяется незначительно.

Применение модификаторов приводит к снижению эффективной энергии активации и на второй стадии процесса. Анализ кинетических уравнений показал, что наилучшей моделью на первой стадии процесса является реакцией n-порядка, на второй стадии – n-порядка с автоускорением: A 1 B 2 C.

Используя кинетические параметры процесса, были рассчитаны t50 и t90 (время, необходимое для достижения степени превращения 50 и 90%) для не модифицированного и модифицированного пресс-сырья (табл.3.3), а также представлены кривые степени превращения (рис.3.4-3.6).

Зависимость степени превращения от времени при различных температурах (сосна, исходная влажность пресс-сырья– 8%) Рисунок 3.5 - Зависимость степени превращения от времени при различных температурах (сосна, модификатор – уротропин, исходная влажность пресс-сырья – 12%)

Зависимость степени превращения от времени при различных температурах (сосна, модификатор – пероксид водорода, исходная влажность пресс-сырья – 12%) Таблица 3.3 – Значения времени достижения степени превращения 50% и 90% при различных температурах № п/п Степень превращения Пресс-сырье с влажностью 8% Пресс-сырье свлажностью 12%(модификатор -1,8% H2O2, %) Пресс-сырье свлажностью 12%(модификатор - 4%C6H12N4, %)

Использование пероксида водорода приводит к ускорению процесса на первой стадии более чем в 4 раза, чем при модификации пресс-сырья уротропином. Аналогичная закономерность наблюдается и на второй стадии процесса. По суммарному времени формирования ДП-БС активность пресс-сырья можно расположить в следующий ряд: (немодифицированное пресс-сырье) (пресс-сырье модифицированное уротропином) (пресс-сырье модифицированное перекисью водорода). С целью установления влияния влажности и содержания количества модификатора в пресс-сырье на эксплуатационные свойства ДП-БС, было проведено математическое планирование эксперимента. Предварительно проведено исследование влияние влажности исходного пресс-сырья на физико-механические свойства ДП-БС. Результаты приведены в табл. 3.4. Установлено, что чем больше исходная влажность пресс-сырья, тем меньше физико-механические свойства, такие как прочность при изгибе, твердость, модуль упругости при изгибе. По нашему мнению это связано с большей степенью термогидролитической деструкцией лигноуглеводного комплекса. Таблица 3.4 - Физико-механические свойства ДП-БС полученные при различной влажности пресс-материала

Таким образом, физико-механические свойства ДП-БС зависят от рецептуры и условий его получения. Так для пластика с высокими физико механическими свойствами нужно использовать следующий состав: содержание лигнина 3%, содержание ИМТГФА 4%, исходная влажность пресс-сырья 6% и температура горячего прессования 1800C. Для пластика с низкими значениями водопоглощения и разбухания требуется использовать состав: содержание лигнина 68%, содержание ИМТГФА 2%, исходная влажность пресс-сырья 17% и температура горячего прессования 195 C0.

Влияние химической модификации шелухи пшеницы на свойства РП-БС

Глубина протекания термогидролитической деструкции лигнина древесины и растительного сырья зависит от вида применяемого химического модификатора.

Проведенные нами исследования формальной кинетики получения пластиков показывают, что лигнин хвойных пород (сосна) имеет большую реакционноспособность, чем лигнин однолетних растений (шелуха пшеницы). Эти результаты согласуются с результатами по окислению модельных соединений лигнина хвойных, лиственных пород и лигнина растительного происхождения. Анализ литературных показал, что теоретические исследования особенностей превращения древесины при энзиматическом воздействий дали возможность разработать биотехнологию древесных пластиков на основе частичной биодеградации лигноуглеводного комплекса.

Известно, биотрансформированные древесные частицы существенно изменяют свою пластичность. Также породный состав древесного сырья оказывает значительные влияние на физико-механические свойства пластика.

Биоактивированая обработка древесных отходов различными видами лигноразрушающими грибами, бактериями, в нашем случае активным илом, является перспективным для изготовления пресс-сырья для ДП-БС(Аи).

Первоначально были изучены закономерности процесса получения ДП-БС(Аи) на основе древесных отходов с использованием активного ила (рис 5.1) с различным сроком биоактивации. 0,5 7 суток 14 суток

Исследование процесса формирования ДП-БС(Аи) методом ДСК показало, что на кривых w = f(T) (рис. 5.2) имеется два экзотермических максимума. Это указывает на то, что процесс можно представить как две параллельные реакции, соответствующие для биоактивированного и неактивированного пресс-сырья, т.е. A 1 B и C 2 D. При этом реакции 1 и 2 являются реакциями n-порядка).

Определены кинетические параметры процесса образования ДП-БС(Аи). Результаты приведены в табл. 5.1. Таблица 5.1 - Кинетические параметры процесса образования ДП-БС(Аи)

На второй стадий процесса получения ДП-БС(Аи) значения эффективной энергии активации имеет один и тот же порядок, что и для древесного пресс-сырья (см. гл. 3). Это указывает на то, что этот экзотермический пик соответствует не биоактивированного древесного пресс-сырью. С использованием кинетических параметров процесса, были рассчитаны t50 и t90 (время, необходимое для достижения степени превращения 50 и 90%) модифицированного пресс-сырья (рис.5.3, 5.4).

Рисунок 5.3 - Значения времени превращения ДП-БС(Аи) при различных температурах (время биоактивации 7 суток) Рисунок 5.4 - Значения времени превращения ДП-БС(Аи) при различных температурах (время биоактиваций 14 суток)

С целью установления влияния активного ила и кавитационного лигнина на физико-механические свойства ДП-БС(Аи) была составлена матрица планирования эксперимента на основе регрессионного дробного математического планирования вида 25-1 (см. табл 5.2).

В качестве независимых факторов были использованы: Z 1 – содержание кавитационного лигнина, %, Z 2 – температура горячего прессования, C, Z 3 – расход активного ила, %, Z 4 – продолжительность выдержки (биоактивации), сут; Z 5 – исходная влажность пресс-сырья, %.

За выходные параметры взяты: плотность (P, кг/м3), прочность при изгибе (П, МПа), твердость (Т, МПа), водопоглощение (В), разбухание (L, %), модуль упругости при изгибе (Eи, МПа), ударная вязкость (А, кДж/м2).

Согласно плану эксперимента были изготовлены образцы в виде дисков и определены их физико-механические свойства. Экспериментальные данные были обработаны и получены изучения уравнении регрессий в виде линейной, полинома 1 и 2 степени с оценкой значимости факторов и адекватности уравнений, которые представлены в табл.5.2-5.4. Таблица 5.2 - Матрица планирования и результаты эксперимента (трехуровневый пятифакторный математический план) а) температуры горячего прессования и содержания кавитационного лигнина; б) расхода иловой смеси и температуры прессования; в) влажности пресс-сырья и продолжительности биоактивации; г) продолжительности биоактивации и содержания кавитационного лигнина.

Установлено, плотность ДП-БС(Аи) при увеличении содержания кавитационного лигнина в пресс-сырье носит экстремальный характер: минимальная плотность 1250 кг/м3 достигается при содержании КЛ - 42%. Зависимость плотности ДП-БС(Аи) от продолжительности биоактивации пресс-сырья также имеет экстремальный характер и максимальное значение достигается при 14 суток биоактивации (рис 5.5в).

Оценка себестоимости готовой продукции

Проведенные исследования по получению ДП-БС, ДП-БС(Аи) и РП-БС (см. гл. 3,4,5) показывают что физико-механические свойства пластика зависят от рецептуры пресс-сырья, вида химического модификатора и условия его изготовления.

В табл. 6.1 приведены физико-механические свойства пластиков (ДП-БС, ДП-БС(Аи) и РП-БС), полученных при рациональных условиях.

Из анализа полученных результатов (табл. 6.1) видно, что для изготовления изделий имеющих высокие физико-механические свойства, рекомендуется пресс-композиция следующего состава: древесные отходы (сосновые опилки), модификатор – пероксид водорода (расход - 1,8%) исходная влажность – 12%.

Для повышения производительности предлагается экструзионный способ, который позволяет изготавливать погонажные изделия.

В диссертационной работе рассмотрено производство плинтуса. Для соблюдения условий, определенных при горячем прессовании в закрытых пресс-формах, экструзионная головка состоит из двух частей (обогреваемая часть головки и вторая – без обогрева). При этом время пребывания пресс-композиции в обогреваемой части экструзионной головки – 10 мин.

Для определения годового объема производства был выполнен расчет производительности экструдера.

Для одношнекового экструдера с переменной (уменьшающейся) глубинной нарезки спирального канала расчет объемной производительности (Q, см3/мин) можно проводить следующим образом :

Здесь А1, В1, С1 – постоянные соответственно прямого и двух обратных потоков при переменной глубине нарезки шнека, см3; Таблица 6.1 – Физико-механические свойства ДП-БС, ДП-БС(Аи) и РП-БС (сводная таблица) № п/п1245 6 Показатель Влажностьпресс-сырья,% Модификатор ДП-БС(Аи) ДП-БС РП-БС 12% (4%-C6H12N4) 12% (1,8%-Н202) КЛ - 3% Расход АИ-37% Влажность - 10% ГЛ - 3% ИМТГФА-4% Влажность - 6% ГЛ - 68% ИМТГФА-2,5% Влажность-17,9% Влажность - 12% ГЛ - 3%Пероксидводорода–0,06%Влажность- 12% ГЛ - 35%Пероксидводорода- 5%Влажность– 12%

Прочность при изгибе, МПа 8 12,8 10,3 9,6 12,0 - 8 9,7 Твердость, МПа 29 29,9 27,7 59 69 20 19 34 Модуль упругости при изгибе, МПа 1038 2909,9 1038,6 732,6 2154 1402 1526 1915 Водопоглощение, % 59,1 148 121,7 43 59 34 143 139 Разбухание, % 6,0 12 8 3 5,0 1,0 7 7,0 1 К – коэффициент геометрической формы головки, К=0,00165 см3; n – частота вращения шнека, n=40 об/мин. где t – шаг нарезки, см принято t = 0,8D; - число заходов нарезки шнека, =1; e – ширина гребня шнека, см; e = 0,08D; – коэффициент геометрических параметров шнека:

Коэффициенты,a,b зависят от геометрической размеров шнека. Их легко рассчитать, если имеется чертеж шнека, из которого берут следующие величины: h1 – глубина спирального канала в начале зоны питания, см; h2 – глубина спирального канала в начале зоны сжатия, см; h3 – глубина спирального канала в зоне дозирования, см; Если размеры шнека неизвестны (за исключением D и L, которые известны из марки экструдера), то принимают h1=0,13D. После этого вычисляют остальные параметры: где L – длина шнека, см; L0 – длина шнека до зоны сжатия, см; где Lн – длина напорной части шнека, см; Lн=0,5L. где і - степень сжатия материала; і=2,1. Полученные результаты расчетов по вышеприведенным формулам позволяют рассчитать некоторые другие параметры шнека.

Древесные отходы сортируются на виброситах (поз.1) от крупных частиц, затем древесные частицы проходят металлоискатель (поз.3). Крупная фракция попадает в молотковую дробилку (поз.2) и после этого возвращается на вибросито (поз.1). С вибросита мелкие частицы пневмотранспортом подаются в циклон (поз.4), а затем в бункер (поз.5), откуда порционным винтовым транспортером подаются в сушилку барабанного типа (поз.6), древесные частицы сушат до влажности 6%. Измельченные древесные отходы поступают в циклон (поз.7), затем в бункер сухих измельченных отходов (поз.8) с винтовым транспортером, посредством которого они подаются на ленточные весы (поз.9).

Приготовление раствора пероксида водорода происходит в баке (поз.10) для смешения с водой. Пероксид водорода дозируется с помощью весов (поз.11). Подача необходимого количества воды регулируется расходомером. Концентрация пероксида водорода должна составлять 1,8%. Ленточные весы подают необходимое количество измельченных частиц древесины в смеситель непрерывного действия (поз.12), куда также поступает определенное количество раствора модификаторов. В смесителе осуществляется тщательное перемешивание компонентов, влажность пресс-сырья должна составлять 12%.

Затем пресс-сырье попадает в распределительную воронку (поз.13), откуда поступает в бункер (поз.14) готового пресс-сырья. Бункер является основным буферным складом для обеспечения бесперебойной работы установок. Бункер (поз.14) снабжен шнековым дозатором (поз.15), при помощи которого осуществляется загрузка готовой композицией в бункер экструзионной установки (поз.16), при помощи которого готовая композиция подается в экструзионную головку.

Канал экструзионной установки (поз.17) разогревается до температуры 1800С, время пребывания в обогреваемой части составляет 10 мин, в необогреваемой так же 10 мин.

Отпрессованное изделие (поз.18) направляется на стадию обрезки, выбраковки и сортировки, затем поступает на стадию механической обработки. После стадии контроля, готовые изделия направляется на склад готовой продукции. Рисунок 6.1 Технологическая схема производства изделия в форме плинтуса ДП-БС из отходов деревообработки без добавления связующих методом экструзии

В таблице 6.2 представлен расчет годовой потребности в сырье для производства плинтуса. Предполагаемая годовая производительность линии по производству данного вида продукции составляет 1 тонна. Таблица 6.3 – Расчет потребности в сырье и материалах Вид сырья Норма расхода (1 т), Стоимость 1 кг сырья, руб. Сумма затрат на 1т продукции, тыс.руб. Сосновые опилки 0,945 8 7,56 Техническая вода 0,048 7 0,33 Пероксид водорода 0,007 80 0,56 Итого: 8,45 Сумма затрат для приобретения сырья на одну тонну готовой продукции производства составит 8,456 тысяч рублей. По сравнению с производством данного вида продукции из ДПКТ, которое составила 47,65 тысяч рублей. Таким образом, производство плинтуса из ДП-БС является экономически целесообразным. При производстве 50 т/г экономия по сырью составит 1,96 млн.руб.

Пластик является универсальным материалом Он нашел широкое применение в изготовлении разнообразных узлов и деталей как в промышленной, так и в бытовой технике. Изделия из него используют в оформлении интерьеров жилых помещений и офисов.

Разновидность материала, называемая жидким пластиком, позволяет создавать самые разнообразные по форме и размерам поделки. Это дает возможность воплощать в жизнь оригинальные дизайнерские решения. Как сделать жидкий пластик в домашних условиях?

Материалы для изготовления

Чтобы сделать жидкий пластик своими руками, необходимо подготовить следующее:

контейнер из стекла или металла;
ацетон;
пенопласт.

При этом количество используемого ацетона зависит от желаемого объема готового средства.

Если вы хотите сделать жидкий пластик своими руками, рецепт его приготовления будет основан на растворении пенопласта в ацетоне. Для этого используют Он является упаковочной тарой для различной бытовой и электронной техники.

Как сделать жидкий пластик своими руками

Пошаговый рецепт приготовления названного материала выглядит так:

Открыть емкость с ацетоном и налить жидкость в стеклянный контейнер так, чтобы ее уровень от дна был равен приблизительно 1 см.
Полистирольный пенопласт необходимо поломать на множество мелких кусочков, каждый из которых будет легко размещаться под толщей растворителя.
Жидкий пластик своими руками можно сделать, опуская каждый кусок в контейнер и дожидаясь его полного растворения.
Пенопласт следует добавлять в емкость до той поры, пока он перестанет плавиться. Затем нужно подождать 5-10 минут, чтобы неиспользованный ацетон испарился.
После этого на дне контейнера образуется вязкая масса, которую можно использовать для производства разнообразных изделий.

Зная, как сделать жидкий пластик, помните, что полное затвердение массы продолжается 20-30 часов. Следовательно, изготавливаемую деталь нельзя извлекать из формы в течение данного промежутка времени.

Следует наносить вещество резиновым шпателем небольшого размера. Движения при этом должны быть плавными. Жидкий пластик необходимо растянуть на обрабатываемой поверхности. Если с его помощью заполняют щели, лучше использовать в работах кисти с жестким ворсом. Ими необходимо «проталкивать» смесь в зазоры. После застывания пластика рекомендуется нанести еще один слой вещества.

Описываемое средство давно продается в готовом виде. Его необходимо только разогреть на водяной бане или в специальном оборудовании. Также для этого часто используют строительный фен.

Как правило, жидкий пластик выпускают в плотных упаковках. Его сроки и условия хранения строгие. Температура в помещении, где он находится, не должна опускаться ниже 15 градусов. Иначе средство потеряет эксплуатационные характеристики:

вязкость;
эластичность;
твердость после застывания;
практичность;
долговечность.

Стоимость жидкого пластика довольно высока. Именно поэтому лучше сделать его самостоятельно.

Меры предосторожности

Ацетон является весьма опасной жидкостью, которая крайне негативно воздействуетна организм человека. Поэтому жидкий пластик своими руками разрешается изготавливать только при строгом соблюдении следующих мер предосторожности:

Перед работой с ацетоном необходимо тщательно изучить инструкцию по его применению. Она указана на этикетке емкости.
Следует использовать специальные герметичные защитные очки. Они уберегут глаза в случае попадания капель и испарений жидкости. Работа без них может привести к серьезным травмам глаз.
Ацетон токсичен, поэтому пользоваться ним следует только в пределах хорошо проветриваемого помещения. При этом необходимо использовать средства защиты органов дыхания.
Это легко воспламеняющееся средство. Поэтому жидкий пластик своими руками делают вдали от источников открытого огня. А при выполнении работ категорически запрещается курение.
Остатки ацетона запрещается сливать в систему канализации.
По окончании процесса, а также после заливки готового пластика в формы, необходимо тщательно вымыть руки.

Применения жидкого пластика в отделке

Для отделки средство используют давно. После его нанесения, на обрабатываемой поверхности возникает эластичная пленка. Она обладает высокой водонепроницаемостью и устойчивостью к ультрафиолетовому воздействию. Защищенный подобной пленкой материал не боится воздействия агрессивных моющих средств. Ровная поверхность обладает приятным блеском и сохраняет свои характеристики на протяжении многих лет.

Жидкий пластик в оконных работах

Большинство вновь установленных пластиковых окон в зоне соединений имеют зазоры. Чтобы исключить подобное явление все детали оконной конструкции, которые соединены между собой, обрабатывают описываемым веществом. Оно после высыхания создает на поверхности эластичную герметичную пленку. Нанесение жидкого пластика на окна своими руками возможно после изготовления материала по указанной выше методике.

Средство в антикоррозийной обработке

Жидкий пластик характеризуется и высокой степенью адгезии с обрабатываемой металлической поверхностью. Это свойство вещества стали использовать в антикоррозийной обработке стали. Жидкий пластик наносят на поверхность без предварительного грунтования. Он высыхает через несколько часов. После этого на поверхности образуется пленка, которая защитит материал от появления ржавчины.

К сожалению, всем нам известный и столь распространенный во всем мире пластик содержит вредные для здоровья человека вещества. Более того, в его производстве используются нефтепродукты. Однако до недавнего времени альтернативы этому дешевому материалу фактически не было. Конечно, новые конструкционные материалы появляются постоянно. Это клееная фанера, древесностружечные и древесноволокнистые плиты. Есть свои новинки и в бетонной индустрии, металлургии, стекольной промышленности. Тем не менее, по стоимости, а, значит, и доступности им все-таки далековато до пластика.

Вначале нового тысячелетия ученым удалось создать принципиально новый конструкционный материал, который в ближайшие десятилетия может практически полностью заменить привычный пластик. Это термопластичный древесно-полимерный композит (ДПКТ или ДПК), а в простонародье - «жидкое дерево». В его производстве используются первичное (вторичное) сырье ПП, ПЭ или ПВХ плюс древесные добавки (древесная мука, прочие растительные волокна) и вспомогательные присадки. Эффект превзошел все ожидания. Новейший материал не только экологичен (содержание серы сокращено на 90%), но и, сочетая в себе лучшие свойства дерева и пластмассы, сохранил относительно низкую себестоимость.

По оценкам экспертов, ежегодный рост продаж ДПК в мире составляет около 20%. Так что же это за чудо, которого так долго ждали архитекторы, конструкторы и производственники? Попробуем разобраться.

Применение и обработка

Благодаря своим свойствам древесно-полимерный композит отлично применяется в самых различных областях. Материалы отличаются однородностью и гладкостью поверхности, пластичностью, стойки к атмосферному и биологическому воздействию, а срок эксплуатации даже в жестких уличных условиях достигает 50 лет.

Всё это позволяет использовать ДПК в производстве различных архитектурных и строительных материалов: плинтусов, вагонки, подоконников, профилей, декоративных элементов, а также наполнителей.

Изготавливают из ДПК и готовые к использованию изделия: ламинат, напольные покрытия, мебельные листы, мебель, кабельные коробки, многокамерные оконные профили и даже декинг - профиль для изготовления причалов и пирсов.

Физико-механические свойства древесно-полимерного композита предоставляют широкие возможности для его обработки. Материал не теряет своей формы и прочности , приняв в себя до 4% влаги. Из него можно изготавливать облегченные, пустотелые вещи. Монтируется он как с помощью гвоздей и шурупов, так и на специальные защелки.

А ещё, ДПК можно фанеровать шпоном, ламинировать пленками и листовыми пластиками, красить любыми красками и лаками, получать различные декоративные эффекты, добавляя пигменты в композицию и пр.

Полученные из ДПК изделия легко поддаются механической обработке. Они легко пилятся, сверлятся, режутся, клеятся, свариваются друг с другом, гнутся (после предварительного нагрева горелкой), а, если в состав материала добавлена мука из мягких пород дерева или целлюлозосодержащие отходы, то это придает изделию ещё и повышенную пластичность.

Наконец, ДПК, помимо эстетичности, который ему придает внешний вид, приятен и для обоняния, обладая легким древесным запахом.

Технология производства

Для изготовления древесно-полимерного композита используется ряд компонентов. В первую очередь это, конечно, измельченное древесное или целлюлозосодержащее сырье. То есть это может быть не только древесина, но и кукуруза, рис, соя, солома, бумага, опилки и пр. Второй основной составляющей ДПК являются синтетические связующие. К ним относятся: полиэтилен, пропилен ПВХ и др. Остальные компоненты - это дополнительные добавки, состав которых варьируется в зависимости от предназначения будущего изделия. К наиболее распространенным относятся: красители, пигменты, антиоксиданты, противоударные модификаторы, свето- и термостабилизаторы, антипирены и антисептики для защиты от огня и гниения, гидрофобные добавки для устойчивы к сырости, вспенивающие агенты для снижения плотности ДПК.

Объем древесных частиц в материале может составлять от 30 до 70%, а их размер от 0,7 до 1,5 мм. Тонкие фракции используются в производстве готовых профилей, не требующих дополнительной обработки поверхности. Средние подходят под покраску или отделку шпоном. Грубые - для технических целей.

Объем синтетических связующи х также варьируется и может составлять от 2 до 55%. Зависит это опять же от предназначения будущего изделия. Что касается дополнительных добавок, то их объем в материале не превышает 15%.

Кстати, не так давно немецким разработчикам удалось изготовить «жидкое дерево» идеального качества . Специалисты института Фраунгофера создали его из лигнина. Этот материал получают из древесины. ДПК под названием Arboform является абсолютно не токсичным продуктом. Более того, если обычный древесно-полимерный композит можно перерабатывать 3-4 раза, то этот до 10 раз. К чему мы это? Дело в том, что в Китае индустрия по производству ДПК разрастается как нигде в мире. И, если в Европе и США созданные материалы проходят серию тестирований, то в Поднебесной себя этим не утруждают и поставляют на рынок, в том числе международный, продукт не самого лучшего качества.

Теперь об оборудовании для производства ДПК . В его стандартный состав входят: экструдер двухшнековый, фильера формовки, стол калибрации и охлаждения, тянущее устройство, отрезное устройство по длине, деление по ширине (при необходимости) и укладчик. Вся линия отличается компактностью, а управление ей, обычно, полностью автоматизировано. В комплектации некоторых моделей присутствуют также: мельница (измельчитель сырья) автозагрузчик сырья, и смеситель.

Производителями таких линий и модулей являются в основном китайские компании . Лидеры среди них - WPC, Zhangjiagang City Boxin Machinery и др. Качество техники достойного уровня, тем более, что основные узлы для них производятся европейскими машиностроительными заводами.

Всем привет!

У нас продаже появилось много интересных пластиков для декоративной 3D печати. Сегодня мы расскажем вам о новинке – Wood от компании FiberForce. Цена катушки 0,5 кг. - 3500 рублей.

Фирма FiberForce была основана в 2013 году в Италии. Помимо ABS и PLA FiberForce производит несколько видов спец.пластиков, в частности FiberForce Carbon , который мы уже довольно давно поставляем в Россию и который отлично зарекомендовал себя
Из названия FiberWood становится ясно, что пластик имитирует изделия из дерева. Сегодня мы попробуем разобраться, в чем же его отличие от других похожих пластиков?
Декоративные пластики условно можно разделить на 2 вида:

1. Имитирующие только цвет изделия за счет добавленных пигментов.
Например, ESUN Wood или ESUN Bronze .
Неоспоримое достоинство этих пластиков – они не вызывают проблем при печати, и вы сразу получаете готовое изделие, имитирующее цвет металла или дерева.

2. Содержат в своем составе «наполнение» в виде материала, который имитируют.
Например, ESUN eAfill или eCopper . С этими пластиками стоит внимательнее относится к настройке печатных параметров. Неправильные параметры могут привести к засору сопла. Для «вскрытия» наполнителя иногда может потребоваться дополнительная обработка изделия после печати.
Wood от компании FiberForce относится ко второму виду декоративных пластиков. В основе пластика используется обычный PLA с наполнением из древесной пыли.

Пруток на ощупь шероховатый, с интересным матовым цветом светлой древесины.

Рекомендуемая температура сопла для печати около 200 градусов, столика - 50-60 градусов. Хотя пластик отлично липнет к печатным платформам, не имеющим подогрева. Главное не забудьте включить вентилятор для обдува модели=)
При печати пластик очень приятно пахнет свежими опилками.
В отличии от похожего пластика LAYWOO-D3, Fiber Wood не меняет свой цвет при изменении температуры печати, не засоряет сопло и очень стабилен при печати.
LAYWOO- D3 – удавалось стабильно печатать только, применяя сопла большого диаметра (от 0,8).

Спустя 40 минут печати получаем вот такую симпатичную машинку)
Поверхность изделий выглядит очень красиво. За счет матовости материала почти не видно слоев.

Удивительно, но наша баночка внутри до сих пор пахнет деревом=)

Изделия из FiberWood отлично шкурятся и обрабатываются.

Итоги

Самым главным достоинством FiberWood от Fiber Force можно назвать то, что в отличие от других аналогичных материалов, которыми мы печатали, риск забивания сопла минимизирован. И всё благодаря оптимальному (небольшому) содержанию древесной пыли. Этот декоративный пластик не доставил нам хлопот и хорошо себя проявил при печати. Несмотря на то что основой Fiber Wood является PLA пластик, он отлично шкурится, режется и обрабатывается. Это оказалось приятным плюсом.

Он отлично подходит для создания декоративных элементов, художественных объектов или повседневных предметов «под дерево».