Получение и применение изделий из древесно-полимерных композитов с термопластичными полимерными матрицами (стр. 2 )

– высокая стоимость изделий из ДПКт по сравнению с аналогичны - ми изделиями из других материалов на основе древесины (цены на де-
кинг в 2013 г.: из лиственницы – 400 – 800 руб./м2, из ДПКт – 1200 –
4000 руб./м2);

– меньшие значения некоторых механических свойств по сравнению  с массивной древесиной (предел прочности при статическом изгибе: декинга из лиственницы 60 – 100 МПа, из ДПКт – 13 – 40 МПа).

В решении ценовой проблемы ДПКт отмечены следующие тенденции:

использование вторичных термопластичных полимеров; увеличение массовой доли наполнителя в составе композита более 70 мас. %; использование более дешевых добавок и снижение их доли в композите; вторичная переработка изделий из ДПКт.

Для применения в строительстве изделия из ДПКт должны иметь необходимые свойства. При этом необходимо учитывать и свойства самих ДПКт. Основные свойства ДПКт перечислены ниже.

Плотность. Под «плотностью» ДПКт мы подразумеваем здесь не абсолютную плотность, а плотность материала ДПКт.

Практически невозможно получить изделия из ДПКт без какой-либо пористости, следовательно, без какого-либо снижения плотности по сравнению с её теоретическим значением. Даже следы влаги в древесном наполнителе преобразуются в пар при температурах расплава полимера, следовательно, приводят к пористости. Чем больше температура получения изделия, тем больше деструкция полимера и древесины и выше пористость материала ДПКт.

Снижение плотности материала ДПКт затрагивает практически все важные свойства полученных из них изделий.

Пористость в ДПКт, которая непосредственно связана с уменьшением плотности материала, обеспечивает химически реактивную область для кислорода. Кислород проходит в поры и атакует ДПКт «изнутри», особенно при повышенных температурах. Повышение температуры на каждые
10 °F ускоряет окислительную деструкцию ДПКт примерно в три раза [1].

Очевидно, что пористые изделия из ДПКт, имеющие низкую плотность, а также поры, заполненные кислородом воздуха, будут поддерживать распространение пламени значительно легче, чем изделия с более высокой плотностью.

Также, чем выше плотность, тем ниже влагосодержание и водопоглощение изделий из ДПКт, меньше у них разбухание и коробление, микробная деструкция. Изучение усадки террасных досок GeoDeck, оградительных штакетин и других изделий показало, что чем ниже плотность ДПКт, тем выше усадка изделий.

Прочность и модуль упругости при изгибе материалов и профильно-погонажных изделий. Механические свойства композитных террасных досок и деталей перил (свойства при изгибе, сжатии, сдвиге, растяжении, ударе и ползучести, и их прочность при изгибе и особенно жесткость)  являются наиболее важными характеристиками. В США прочность при  изгибе и жесткость – это основные показатели приемочных критериев  ICC-ES, таких, как АС-174 «Критерии приемки для номинального пролета террасных досок и систем ограждений (ограждения и поручни)». Причем учитывается не только «как есть» при температуре окружающей среды, но также при других температурах до и после атмосферного воздействия [1].

В то же время методы определения прочности при изгибе и модуля упругости при изгибе материалов в целом, и композитных материалов  в частности, являются довольно сложными и могут привести к значительным отклонениям от достоверных значений, зависящих от базовых определений, экспериментальных установок и интерпретации экспериментальных данных. Вязкоупругое поведение пластмасс и композитных материалов на полимерной основе, как и определенная неоднородность матрицы композитных материалов, вносят свой вклад в измерения и интерпретацию экспериментальных значений прочности и модуля при изгибе.

Прочность и модуль при сжатии и растяжении ДПКт не являются стандартными параметрами, которые обязательны для характеристики композитов. Они обычно не включаются в критерии приемки или другие нормативные документы. Типичные данные в испытаниях на растяжение – это растяжение или вытягивание образца, т. е. его удлинение. Удлинение обычно выражается в процентах деформации, отнесенной к базовой длине.

Линейная усадка. Существует два принципиально различных типа показателей усадки ДПКт, зависящих от температуры изменений размеров в изделиях из полимеров и полимерных композитов: линейная усадка и расширение – сжатие. Усадка – это одновременно необратимый процесс  и результат процесса. Расширение – сжатие – это обратимый процесс.

Сопротивление скольжению и коэффициент трения на поверхности изделий из ДПКт. Сопротивление скольжению характеризуется количественно через коэффициент трения покоя. Неформально его также называют силой сцепления. Достаточное сопротивление скольжению обусловливает безопасное передвижение человека, что особенно важно для пожилых людей. Деревянные настилы проявляют весьма высокое сопротивление скольжению, в особенности во влажном состоянии. ДПКт обычно имеют более низкое сопротивление скольжению, чем пропитанная древесина. Очевидно, что настил досок из ДПКт должен быть безопасным для человека в указанном отношении.

В России пока нет национального стандарта качества ДПКт, но работа по его созданию ведётся [5, 8, 9].

Рассмотрим конкретные изделия из ДПКт строительного назначения.

Декинг

Террасная доска (декинг – decking) используется на открытых площадках и причалах, вблизи водоемов, во влажных помещениях, таких, как бани и бассейны, в садово-ландшафтном строительстве для настила дорожек, строительства беседок, хозяйственных помещений.

Террасные доски из ДПКт изготавливают сплошными или с пустотами. Очевидно, что по механическим свойствам сплошной декинг превосходит декинг с пустотами, но уступает ему по массе. Форма декинга может быть различной (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Формы декинга

В качестве комплектующих изделий для изготовления настилов из ДПКт получают лаги, декоративный плинтус, торцевые заглушки, торцовочные ленты (рис. 1.4).

а

б

в

Рис. 1.4. Комплектующие изделия из ДПКт для обустройства настила:

а – лага, б – торцевая заглушка, в – торцовочная лента

Порядок сборки настила из декинга обычно следующий (рис. 1.5):

на подготовленную поверхность устанавливают опорные лаги с шагом 300 – 400 мм и технологическими зазорами между торцами лаг 10 мм. При диагональной укладке расстояние между лагами – 250 мм; расстояние лаг от стен, заборов и т. п. – 15 мм; террасную доску выкладывают перпендикулярно лагам и закрепляют монтажной клипсой, соблюдая технологические зазоры; расстояние между досками (5 мм) определяется монтажной клипсой; монтажные зазоры между торцами досок – 5 мм; монтажные зазоры от досок до стен – 15 мм; устанавливают декоративный плинтус по периметру настила на саморезы (расстояние от плинтуса до досок – 5 мм).

Рис. 1.5. Схема сборки настила из декинга

В строительстве для настилов используют не только доски, но и кассеты из ДПКт (рис. 1.6).

а

б

Рис. 1.6. Настилы из ДПКт: а – доски, б – кассеты

При введении в состав ДПКт специальных добавок (красителей, антипиренов, биоцидов) декингу можно придать любой цвет, повышенную огне - и биостойкость.

Декинг не имеет сучков и дефектов и не требует защитных покрытий. На террасной доске из ДПКт человеку не грозят занозы, а рифленая текстура предохраняет его от скольжения по мокрой поверхности.

Декинг можно обрабатывать при укладке тем же инструментом, что и дерево. Он легко сверлится, пилится, обладает высоким сопротивлением выдёргиванию шурупов и гвоздей.

Сопоставительную характеристику свойств декинга, имеющегося на российском рынке, проводит Научно-исследовательский центр «Древесно-полимерные композиты» («Scientific Research Center Wood-Polymer Composites»). Этим центром (НИЦ «ДПК») из всех методик для оценки качества декинга из ДПКт были выбраны основные, базовые показатели  [7, 8], которые наиболее полно характеризуют качество материала (таб-
лица 1.1).

Таблица 1.1

Показатели качества декинга

Наименование показателя, единица измерения	Баллы
2-4	4-6	6-8	8-10
Плотность, кг/м3	1100-1400
Водопоглощение при кипячении 2 часа, %	10	10-7	7-4	4
Разбухание при кипячении 2 часа, %	1,0	0,6-1,0	0,4-0,6	0,4
Цветовая стабильность	Визуально
Твердость при вдавливании шарика, Н/мм2	50-70	70-120	120-190	190-250
Предел прочности при статическом изгибе, МПа	13-18	18-25	25-40	40
Предел прочности при растяжении, МПа	4-6	6-10	10-16	16
Прочность при изгибе профильной доски (максимальная нагрузка при расстоянии между опорами 400 мм), кг	150-200	200-300	300-600	600-900
Удельное сопротивление выдергиванию шурупов, Н/мм	50-80	80-120	120-180	180-230

По мнению НИЦ «ДПК», базовые показатели обязательны для систематического контроля качества выпускаемой продукции. Остальные показатели – факультативные и, как правило, определяются периодически
в специализированных лабораториях при создании нормативно-технической документации или при серьезных изменениях в технологическом процессе.