Древесно-полимерные композиты : области применения, технология, рынок

Композиционные древесно-полимерные материалы (Wood-Plastic-Composites, WPC, англ.) являются одной из новых групп строительных материалов, которая в последние годы характеризуется высокой динамикой развития. Это материалы, состоящие из древесных волокон (от 35 до 75%), термопластичных полимеров (полиэтилен, полипропилен или ПВХ) и добавок (аддитивов). Типичной продукцией из WPC-материалов являются, например, настилы для веранд, балконов и террас, успешно конкурирующие в США с традиционными деревянными настилами. Но из WPC-материалов теперь изготавливают самую разнообразную продукцию, в т.ч. подоконники, фасадные элементы, дверные и оконные профили.

Интерес к производству WPC-материалов постоянно растет, чему способствует рост мировых цен на нефть и продукты ее переработки. Подтверждением этому стал 1-й германский конгресс по WPC, прошедший в Кельне в конце 2005 года и организованный Институтом Nova (г. Хюрт). Конгресс собрал около 300 участников из 14 стран.

На стыке двух отраслей

Известно, что «прорывные» технологии, как правило, рождаются на стыках традиционных отраслей. Это полностью справедливо и в отношении WPC-материалов, являющихся принципиально новым классом материалов, как для индустрии пластмасс, так и для деревообрабатывающей промышленности. Поэтому не вызывает удивления то обстоятельство, что на 1-м германском конгрессе по WPC- материалам большое внимание уделялось проблемам, связанным с терминологией: считать эти материалы термопластиками с древесным наполнением или же древесиной, связанной термопластиками.

Преимуществами WPC-материалов считаются:

— возможность использовать для производства WPC-материалов отходы деревообрабатывающей промышленности (опилки и др.) и отходы, образующиеся в результате переработки аграрных культур (кукуруза, рис, сахарный тростник и др.);
— экологическая безопасность изделий и возможность их вторичной переработки;
— возможность получения материалов с заданными характеристиками (например, устойчивость к воздействию влаги, повышенные физико-механические показатели, стойкость к воздействию повышенных температур и др.);
— хорошая обрабатываемость, возможность нанесения различных декоративных покрытий;
— относительная невысокая себестоимость, что в ряде случаев уже позволяет изделиям из WPC-материалов успешно конкурировать с изделиями из древесины или пластика.

Важным преимуществом WPC-материалов по сравнению с древесиной является возможность приме¬нять для производства изделий из них те же методы, что и для производства изделий из пластмасс, в т.ч. литье под давлением и экструзию. В то же время значительный рост мировых цен на нефть и продукты ее переработки, к которым относятся и большинство пластмасс, способствовал повышению интереса к WPC-материалам, как экономичной альтернативе.

Промышленное производство WPC-материалов в развитых странах мира стремительно растет. В Германии в 2005 году оно составило около 10 000 тонн (2004 г. — 5000 тонн); в Японии в 2003 г. произведено 30 000 тонн (1999 г. — 14 000 тонн). Но абсолютным лидером являются США — 400 000 тонн в 2003 г. и 700 000 тонн (вместе с Канадой) в 2005 г.

Области применения

Области применения WPC-материалов на сегодняшний день уже достаточно разнообразны. Типичной продукцией, широко распространенной теперь не только США, но и в других странах, являются экструдированные профили для настилов полов веранд.

Материал, из которого они изготовлены, имеет примерно следующий состав: 70% — древесная мука; 25% — полиэтилен или полипропилен; 5% — добавки (аддитивы), включающие пигменты и компоненты, служащие для защиты от воздействия УФ-излучения (стабилизаторы и абсорбенты).

Настилы из WPC-материалов устойчивы к атмосферным воздействиям, требуют минимального ухода и обладают весьма привлекательной ценой, позволяющей им успешно конкурировать на североамериканском рынке не только с качественными настилами из ценных пород древесины, но и с более дешевыми настилами из сосновых досок.

В 1997 году настилы из WPC-материалов составляли в США лишь около 2,5% рыночного объема, в 2003 году их доля увеличилась уже до 14%, а по итогам 2005 г. должна была составить не менее 20%. При этом, по состоянию на 2003 год, общий объем американского рынка настилов для полов и веранд оценивался величиной $3,5 млрд. Таким образом, емкость рынка настилов из WPC-материалов в США оценивается теперь более чем в $ 750 млн.

Строительство рассматривается сегодня как основная область применения WPC-материалов. Кроме настилов для террас и веранд, уже изготавливаются ограждения, перила, поручни, отделочные листы для стен и потолков, окантовочные профили, обрамления, фасадные элементы и др. Производители окон и дверей начинают использовать не только подоконники, дверные обвязки и шпунтовочные рейки из WPC-материалов, но и WPC-профили для оконных рам.

WPC-материалы начинают широко применяться также в мебельной промышленности. Причем речь идет не только о заготовках (профили, панели, листы), но и о готовых изделиях. На 1-м германском конгрессе было представлено, например, кресло из WPC-материала, изготовленное методом ротационного литья.

Опыт использования WPC-материалов в автомобильной промышленности насчитывает уже несколько десятков лет. Так, например, детали из WPC-материала более 30 лет применяются в автомобилях FIAT (Италия). Крючки для сидений автомобилей «Мерседес» класса S изготавливаются из WPC-материала методом литья под давлением. Но, конечно, в первую очередь WPC-материалы используются для отделочных элементов.

В Японии WPC-материалы широко используются в производстве мебели и в строительстве (настилы для полов и веранд, стеновые элементы). Причем строительство рассматривается как наиболее перспективная область. Кроме того, WPC-материалы применяются при изготовлении дверей, перегородок, стеллажей и садовой мебели, при строительстве гаражей и пристроек, в производстве тары и упаковки.

Материалы и технологии

WPS-материалы, как это и следу¬ет из их названия, состоят из двух основных компонентов — древесины и пластмассы (полимерной матрицы). Добавки (аддитивы) занимают сравнительно небольшую долю в рецептурах и обычно учитываются в доле пластмассы.

Пластмасса

В качестве синтетического полимерного сырья при производстве WPS-материалов преимущественно используются полиэтилен, полипропилен или поливинилхлорид, причем их доли на различных рынках существенно отличаются. Другие пластмассы, например, АВС-пластики, используются крайне редко.

В Северной Африке производители WPS-материалов используют в качестве полимерной матрицы, главным образом, полиэтилен (в т.ч., вторичный, что экологически выгодно). На рынке США доля полиэтилена в совокупном объеме полимеров, используемых в производстве WPS-материалов, составляет около 70%. Причем по некоторым оценкам, эта доля доходит даже до 83%.

В Европе для производства WPS-материалов, напротив, предпочтение отдают полипропилену, позволяющему получать более высокие физико-механические характеристики.

Древесина

В составе WPS-материалов древесина в форме волокон, муки или гранул составляет, как правило, наибольшую долю. При этом, различные виды используемого древесного сырья ведут к получению WPS-материалов с самыми разнообразными свойствами. Так, например, использование мягких пород древесины способствует повышению качества экструдируемых профилей. Древесная мука в составе получаемого композиционного материала работает как наполнитель, а древесное волокно (длина от 0,5 до 30 мм, диаметр от 0,02 до 0,04 мм) — как армирующий материал (данные: Thoemen, 2005 г.; Schwendemann и Frisk, 2004 г.), повышающий механические характеристики продукта.

Для производства ряда WPS-материалов в настоящее время используются волокна древесины хвойных пород длиной 2,5-3,0 мм и диаметром 0,03 мм (соотношение диаметра к длине составляет примерно 1:100). Волокна подвергаются предварительной термомеханической и/или химической обработке. Но отмечается, что все это значительно увеличивает производственные затраты, поэтому «волоконные» WPS-материалы пока отличаются весьма высокой ценой.

Технологии

Как отмечалось выше, одно из достоинств WPS-материалов — возможность их получения методами, применяемыми в индустрии пластмасс, в т.ч. экструзией и литьем под давлением. В Европе опыт промышленного производства экструдированных профилей из WPS-материалов насчитывает уже около 30 лет. Но по ряду причин новая технология не получила развития, а продукция не была востребована вплоть до начала нового века. Зато теперь, в т.ч. и под влиянием успехов WPS-материалов в США и Японии, в этой области наблюдается настоящий бум. Технология экструзии WPS-материалов («жидкое дерево») разрабатывается ведущими европейскими фирмами и исследовательскими центрами. Отрабатываются способы подготовки и состав сырья. Появились высокотехнологические продукты, такие как Fasalex и Techwood.

Рынок

В то время, когда европейские эксперты заняты «определением понятий, норм, стандартов для измерений параметров и выдачи сертификатов соответствия», американские и японские производители, не обремененные требованиями «гармонизации технических норм», стремительно наращивают выпуск WPC-материалов.

По данным Nova Institut GmbH, в 2000 году производство WPC-материалов составляло:

Европа — 3000 тонн;
Япония — 22 000 тонн;
Северная Америка —135 000 тонн.

В 2003 году производство WPC-материалов составило:

Европа — до 30 000 тонн (по дру¬гим оценкам — 20 000 тонн);
Япония — 30 000 тонн;
Северная Америка — 600 000 тонн.

Производство WPC-материалов в Германии, составлявшее в 2004 г. 5000 тонн, увеличилось за один год вдвое — до 10 000 тонн по итогам 2005 г. Однако это в 70 раз меньше, чем в Северной Америке (США и Канада), где производство WPC-материалов по итогам 2005 г. оценивается цифрой 700 тыс. тонн. Причем, по прогнозам, уже в 2006-2007 гг. североамериканский рынок WPC-материалов должен выйти на уровень 1 млн. тонн. Объем рынка аддитивов в США составил в 2001 г. более $57 млн. Прогноз на 2006 год — до $120 млн Объемы потребления WPC-материалов на рынке Китая составляют, по экспертным оценкам, от 136 000 до 150 000 тонн (2005 г.). Причем ежегодный прирост оценивается величиной 50 000 — 70 000 тонн. Таким образом, Китай в настоящее время является вторым (после Северной Америки) мировым рынком WPC-материалов как по объемам потребления, так и по темпам роста. В Европе ведущие производители материалов и оборудования так же включились в борьбу за место на новом мировом рынке. Смогут ли они догнать ушедших далеко вперед американцев — покажет будущее.

«Фасадные системы» 6 (45) 2006

Смотрите также по теме «Древесно-полимерные композиты : области применения, технология, рынок»:


Новости

2019-04-06

Ложементы и полимеры в упаковочной индустрии: от идеи к реализации

2019-03-27

Полимерная индустрия и интернет: проверка на прочность

2019-03-14

Мастер класс по пайке ППР труб

2019-01-12

Промагросоюз: промышленное и агротехническое оборудование с доставкой по всей России

2018-08-05

Промышленное оборудование для торцевания и резки: движение в сторону эффективности

2018-06-09

Полимеры, лазеры и микрохирургия при помощи роботов: клиники Швейцарии идут вперед

Все новости RSS / Atom