CC BY
19«Вопросы развития современной науки и техники»
УДК 691.1
Мирзаев Ойбек Олимжон угли Mirzayev Oybek Olimjon ugli
Магистр Master
Камалдинов Рифат Эркинович Kamaldinov Rifat Erkinovich
Магистр, Казанский Национальный Исследовательский
Технологический Университет Долгих Сергей Александрович Dolgih Sergey Aleksandrovich
Доцент, к.т.н. кафедры разработки и эксплуатации месторождений трудноизвлекаемых углеводородов Казанский (Приволжский) Федеральный Университет Associate Professor, Ph.D. Department of Development and Operation of Hard-to-Recover
Hydrocarbon Fields Kazan (Volga Region) Federal University
WOOD-PLASTIC COMPOSITE TECHNOLOGY
ДРЕВЕСНО-ПЛАСТИКОВАЯ КОМПОЗИТНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Аннотация: Древесно-пластиковые композиты (ДНК) представляют собой форму композита, сочетающего древесные элементы с полимерами.
Процессы изготовления ДНК включают экструзию, литье под давлением и компрессионное формование или термоформование (прессование). Более новые производственные процессы для ДНК включают аддитивное производство с помощью моделирования сплавленного слоя и лазерного спекания. Важным ограничением для полимеров, используемых в ДНК, является требование условий процесса (температура расплава, давление), которые не будут термически разрушать древесный наполнитель. Древесина деградирует около 220 ° С; таким образом, полимеры общего назначения, такие как полиэтилен и поливинилхлорид, обычно используются для изготовления ДНК. Древесные волокна по своей природе гидрофильны из-за гидроксильных групп, содержащихся в молекулярных цепях целлюлозы и гемицеллюлозы.
Таким образом, модификация древесного волокна с помощью химической или физической обработки очень важна для создания улучшенных ДНК. Наиболее распространенные профили из древесно-пластиковых композитов - это доски или пиломатериалы, используемые в наружных настилах.
Хотя ранние продукты WPC были в основном экструдированы для профилированных
III Международная научно-практическая конференция секций, в настоящее время многие инъекционные детали, изготовленные из WPC, внедряются для различных отраслей промышленности, включая электрические оболочки, упаковку, материалы для повседневного использования и применения в гражданском строительстве. Плесень, плесень и выцветание WPC являются проблемами долговечности, имеющими первостепенное значение для WPC. Последние исследования долговечности WPC фокусируются на исследованиях, чтобы лучше понять механизмы, способствующие различным проблемам деградации, а также методы повышения долговечности. Большинство продуктов WPC в США используются в строительных материалах, за некоторыми исключениями, для жилых и коммерческих зданий, что означает, что строительные нормы и правила являются наиболее важными национальными правилами для производителей WPC. Разрабатываются новые разработки, особенно в области нанодобавок для ДПК, включая наноцеллюлозу.
В последнее время тенденция регистрации патентов на ДПК перешла на новые продукты или приложения вместо самих материалов.
Abstract : Wood-plastic composites (WPCs) are a form of composite combining wood-based elements with polymers.
The processes for manufacturing WPCs include extrusion, injection molding, and compression molding or thermoforming (pressing). Newer manufacturing processes for WPCs include additive manufacturing via fused layer modeling and laser sintering. An important constraint for polymers used in WPCs is requiring process conditions (melt temperature, pressure) that will not thermally degrade the wood filler. Wood degrades around 220 °C; thus, general- purpose polymers like polyethylene and poly vinyl chloride are typically used for manufacturing WPCs. Wood fibers are inherently hydrophilic because of the hydroxyl groups contained in the cellulose and hemicellulose molecular chains.
Thus, modification of the wood fiber via chemical or physical treatments is very critical to making improved WPCs. The most abundant profiles made from wood-plastic composites are boards or lumber used in outdoor decking applications.
Although early WPC products were mainly extruded for pro- filed sections, nowadays, many injected parts made of WPC are being introduced for various industries, including electri- cal casings, packaging, daily living supplies, and civil engi- neering applications. Mold and mildew and color fading of WPCs tend to be the durability issues of prime importance for WPCs. Most recent research on WPC durability focuses on studies to better understand the mechanisms contributing to various degradation issues as well as methods to improve durability. Most WPC products in the USA are utilized in building materials with few exceptions for residential and commercial building applications, which means that building codes are the most important national rules for the WPC
«Вопросы развития современной науки и техники» man- ufacturers. New developments are being made especially in the area of nano additives for WPCs including nanocellulose.
Recently, the trend of patent registrations for WPCs has shifted to new products or applications instead of the materials itself.
Ключевые слова. Аддитивное производство; Моделирование плавленого слоя; Нанофибриллы целлюлозы; Прочность сцепления; Композитный.
Keywords: Additive manufacturing; Fused layer modeling; Cellulose nanofibrils; Adhesion strength; Composite.
Введение
Древесно-пластиковый композит (WPC) - это общий термин, относящийся к элементам на основе дерева, таким как пиломатериалы, фанера, волокна или частицы, которые в сочетании с полимерами образуют композитный материал. Это широко используемый термин, и как таковые, деревянные элементы могут сочетаться с термореактивными или термопластичными полимерами. Термин древесно-пластиковый композит используется взаимозаменяемо с древесно-полимерными композитами, а древесные композиты, изготовленные из термопластичных или термоусадочных полимеров, часто классифицируются как отдельные типы материалов [1]. Примеры древесно-пластиковых композитов, изготовленных из различных типов полимеров и древесных элементов, приведены в таблице 1.
Таблица 1. Примеры древесно-пластиковых композитов, изготовленных из различных типов полимеров и древесных элементов
Клееная фанера_
Древесноволокнистые плиты_
Древесностружечные плиты_
Древесные формовочные прессмассы_
Клееные деревянные строительные конструкции_
Самые ранние древесно-пластиковые композиты появились почти столетие назад, когда древесная мука была объединена с фенолформальдегидной смолой для создания композиционного материала, используемого в качестве
III Международная научно-практическая конференция ручки переключения передач в автомобиле [2]. Отличный обзор композитов,
изготовленных путем комбинирования древесины с термореактивными
полимерами. Ранние ссылки на сочетание древесных опилок с термопластичной
смолой посредством экструзионной обработки появились более 60 лет назад [4].
Более поздние ссылки на древесно-пластиковые композиты из термопластичных полимеров включают Oksman et а1 и Клёсов.
Также представляет интерес производство экокомпозитов с использованием биополимерных полимерных матриц. Этот обзор будет посвящен древесно-пластиковым композитам, изготовленным из термопластичных полимеров и древесной муки или древесных волокон [4].
Производственные процессы
Основными процессами производства древесно-пластиковых композитов являются экструзия, литье под давлением, литье под давлением или термоформование (прессование). Более новые производственные процессы для ДПК включают аддитивное производство с помощью моделирования сплавленного слоя и лазерного спекания.
Экструзионная обработка
Экструдер является ядром системы обработки профилей WPC, и основная цель экструдера - расплавить полимер и смешать полимер, древесину и добавки в процессе, называемом компаундированием. Кроме того, экструдер транспортирует составную древесно-полимерную смесь через головку. Существует четыре основных типа экструзионных систем, используемых для обработки профилей WPC. Это (1) один винт, (2) двухвинтовой винт с вращением в одном направлении, (3) двухвинтовой винт с противоположным вращением и (4) Woodtruder ™.
Одношнековый экструдер
Одношнековый волоконный композитный экструдер - это самая простая экструзионная система для производства профилей WPC. Типичный одношнековый экструдер имеет отношение длины цилиндра к диаметру ^ / D) 34: 1. Он будет использовать две стадии: плавление и дозирование, а также
«Вопросы развития современной науки и техники» вентиляционную секцию для удаления летучих веществ. Форма материала для
одношнекового экструдера будет состоять из предварительно смешанных
полимерных гранул, заполненных волокном. Также может потребоваться
сушилка для сушки гранул. Метод подачи материала обычно осуществляется
гравитационным бункером.
Механизм плавления / перемешивания - это нагревание цилиндра и винтовой сдвиг.
Преимущества одношнекового экструдера заключаются в том, что это проверенная технология, и этот метод имеет самую низкую стоимость приобретения капитала. К недостаткам относятся высокая стоимость сырья, более низкая производительность, необходимая система сушки, полимер плавится с волокном с большим риском термического разложения волокна, высокая скорость шнека (об / мин) с большим риском ожога на конце шнека и невозможность сохранить расплав. низкая температура при более высоком давлении в головке.
Двухшнековая экструзия с противоположным вращением
Двухшнековые экструдеры с противовращением превосходно подходят для применений, где используются термочувствительные полимеры, такие как жесткий поливинилхлорид (ПВХ), низкотемпературная экструзия для волокон и пен, несмешанные материалы, такие как порошковые смеси, материалы, которые трудно подавать, и те материалы, которые требуют дегазации. Двойной винт, вращающийся в противоположных направлениях, может иметь параллельную или коническую конфигурацию винта. Волокно / мука и полимер имеют одинаковый размер полимера, обычно от 250 до 400 мкм.
Подготовка материала включает сушку волокна с последующим интенсивным смешиванием с полимером и добавками. В способе подачи материала обычно используется кормовой механизм. Механизм плавления / перемешивания - нагревание в бочке и перемешивание шнеком.
Винтовое перемешивание осуществляется с помощью винтовых вырезов и зубчатых смесителей. Удаление влаги происходит через вакуумную вентиляцию.
III Международная научно-практическая конференция Иреимущества двухшнекового экструдирования с противовращением включают
низкую скорость вращения шнека (об / мин) и перемешивание с низким сдвигом,
и это проверенная технология. Недостатки заключаются в том, что требуется
система сушки, может потребоваться система уменьшения размера для
подаваемых материалов, требуется система предварительного смешивания, и
транспортировка материала может влиять на соотношение подачи смеси.
Двухшнековая двухкомпонентная и одношнековая композитная система
для горячего расплава
Двойной винт, вращающийся в одном направлении, в сочетании с одним
винтом из горячего расплава, можно использовать для изготовления профилей
из дерева и пластика. В этом случае параллельный двухшнековый экструдер 40:
1 L / D с совместным вращением соединен с одношнековым экструдером с
горячим расплавом 10: 1 L / D. Материалом для этой системы является древесная
мука или волокно с влажностью окружающей среды (от 5 до 8%), и полимер и
добавки могут находиться в своем естественном состоянии. Не требуется
подготовка материала с точки зрения предварительного смешивания
компонентов. Нредпочтительными системами подачи материала являются
гравиметрические питатели и двухшнековые боковые питатели. Механизм
плавления / перемешивания включает нагревание цилиндра, скорость шнека (об
/ мин) и перемешивание шнека.
Удаление влаги достигается за счет использования атмосферных и
вакуумных вентиляционных отверстий. Нреимущества этой системы включают
способность обрабатывать древесину при влажности окружающей среды,
поскольку экструдер используется для сушки волокна с устранением операций
сушки и предварительного смешивания, а также хорошего смешивания волокна
/ полимера [5]. Недостатки включают в себя необходимость в периферийных
системах подачи, высокую скорость вращения шнека (об / мин) и отсутствие
охлаждения шнека (повышенный риск ожога), невозможность поддерживать
низкую температуру расплава при более высоких давлениях в головке, а полимер
все еще плавится с волокном (повышенный риск ожога). труднее вентилировать).
«Вопросы развития современной науки и техники»
Выводы
Технология древесно-пластиковых композитов продолжает совершенствоваться, совершенствуясь в производственных процессах (экструзия, литье под давлением и компрессионное формование); материальные достижения в новых полимерных матрицах, обработках и добавках; профили и запчасти для строительства, автомобилей и мебели; устойчивость к погодным условиям, пожарам и биологическим атакам; а также разработка стандартов на продукцию для строительства. В настоящее время разрабатываются новые разработки в области нанодобавок для ДПК, включая наноцеллюлозу. Патентная активность в ДПК продолжает расти с развитием новых видов продукции и областей применения на рынке.
Библиографический список:
1. Лаборатория лесных товаров. Справочник по дереву - дерево как инженерный материал. Общий технический отчет.
2. Богоева-Гацева Г., Авелла М., Малинконико М., Бузаровская А., Грозданов А., Джентиле Г. и др. Экокомпозиты из натуральных волокон.
3. Исследовано в России и зарубежом [Электронный ресурс]: Блог / Статья - 26 август 2020 г. - Режим доступа: https://www.terradeck.ru/drevesno-polimernyj -kompozit
4. Статья. Журнал, название статьи "УГЛЕРОДНАЯ ОЧИСТКА ГАЗОВОГО КОНДЕНСАТА". Сolloquium-journal / О.О. Мирзаев, С.А. Долгих /
- «Сolloqшum-joumal» Wydrukowano w «Chocimska 24, 00-001 Warszawa, Poland»
- 2020/Часть - 3,Глава - CHEMICAL SCIENCES, страница - 45-47, Выпуск- №9 (61), 2020, УДК: 66.074.5, DOI: 10.24411/2520- 6990-2020-11594
5. Статья. Журнал, название статьи "Органический синтез высокомолекулярных соединений". МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ «НАУКА. ИССЛЕДОВАНИЯ. ПРАКТИКА» / С.Н. Степин, Т.А. Холмуродов, О.О. Мирзаев / - ГНИИ «Нацразвитие» -2020/Глава - ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ, страница - 90-92, УДК 544.476.2, DOI 10.37539/SRP289.2020.13.60.005
