Drewno: nowy materiał KONSTRUKCYJNY

-- piątek, 28 listopad 2008

Czy ktokolwiek jeszcze pamięta „drewniane auta” — wczesne samochody kombi, w których tylna część konstrukcji nadwozia była wykonana z drewna? Do lat 60-tych, po kilku niezbyt udanych próbach zastąpienia drewna plastikiem, praktycznie wyszły z użycia.

Teraz mogą powrócić. Coraz wyższe ceny węglowodorów w połączeniu z rosnącym zainteresowaniem konstrukcjami ekologicznymi powodują, iż powraca zainteresowanie drewnem i drewnopodobnymi roślinami jako materiałami konstrukcyjnymi. Kilku europejskich producentów sprzętu oryginalnego wykorzystuje formowane kompozyty drewniane jako elementy wykończenia wnętrza. Obecnie kompozyty drewniane wykorzystywane są przez dwóch północnoamerykańskich producentów zabawek.

Zastosowanie drewnianych kompozytów termoplastycznych jest już stosowane powszechnie w materiałach pokryć i ogrodzeń. Według dostawców, nowe odkrycia umożliwiają solidne formowanie wtryskowe materiałów. Możliwe jest wykonywanie wypełnień zawierających 60 procent drewna, w których pozostałą część stanowią tworzywa sztuczne, takie jak polietylen, polipropylen, kopolimery ABS, polistyren i termoplastyczne elastomery olefinowe (TPO).

„Drewnem” mogą być odpady drzewne, łupiny ryżu, odpady z włókien palmowych, czy len. Na odpady drzewne składać się może sosna, klon albo dąb.

Nowy samochód koncepcyjny firmy Toyota, zaprezentowany w tym roku (model 1/X) obejmuje elementy wytworzone z bioplastiku uzyskanego z roślin kenaf (hibiscus) i ramia. Rezultatem jest dach o poprawionej izolacji cieplnej, mniejsza emisja dwutlenku węgla, większa ilość światła przedostająca się do kabiny i mniejszy hałas – podaje komunikat firmy Toyota. Ramia to włóknista roślina rosnąca we wschodniej Azji. Kenaf z kolei wykorzystywany był jako wzmocnienie w plastikach od ponad 12 lat.

Z technicznego punktu widzenia uważa się, że kompozyty drewna i plastiku pozwalają uzyskać produkt końcowy o dużej sztywności konstrukcyjnej, naturalnym wykończeniu, miłym zapachu i możliwości sprzedaży na rynku. Kandydatami do zastosowania tego kompozytu są elementy o grubych ściankach oraz elementy, w przypadku których sztywność i trwałość wymiarowa stanowi zaletę. Kompozyty drewna i plastiku są jednak mniej odporne na rozbicie, niż wiele z formowanych wtryskowo plastików, a także nie tolerują zbyt mocnych uderzeń. Większa zawartość plastiku poprawia odporność na uderzenia.

Trueman, prezes zarządu firmy JER Envirotech, wykonującej produkty na zamówienie, który opracował możliwy do formowania kompozyt z drewna i plastiku. Ostre krawędzie nie są pożądane, wolimy miękkie naroża. Jak można się domyślać, nasz produkt jest wrażliwy na naprężenia, ponieważ komponent drewniany jest dosyć czuły na warunki naprężeniowe i wyższe temperatury obróbki. Nacinanie zmniejszające naprężenia jest dobrym pomysłem.

Dwie amerykańskie firmy produkujące zabawki przeprowadzają istotne działania z wykorzystaniem kompozytów z drewna i plastiku produkowanych przez JER Envirotech.

Nowa seria produktów Sprig Adventure, która obejmuje wymienne figurki postaci w reflektorach opartych na diodach emisyjnych, jest formowana wtryskowo z wykorzystaniem produktu nazwanego Sprigwood, opracowanego wspólnie przez JER i Sprig Toys. Poza doskonałą wytrzymałością i ekologicznym charakterem termoplastyczne materiały biokompozytowe firmy JER zapewniają, że nasze produkty są organiczne w dotyku, kolorze i posiadają zapach drewna – stwierdza Craig Story, kierownik zarządu firmy Sprig Toys. Firma planuje rozszerzyć linię zabawek o nowy kompozyt w roku 2009.

Firma Rolco niedawno wprowadziła na rynek nową linię pionków do gier planszowych wykonanych z termoplastycznego biokompozytu, włącznie z pionem, który został specjalnie zaprojektowany z myślą o materiale firmy JER.

Jedną z zalet zabawek wykonanych z kompozytu drewna i plastiku jest zapach sosny.

Przemysł gier planszowych czuje nacisk klientów i sprzedawców, by nabrać bardziej ekologicznego charakteru – twierdzi Vern Olson, założyciel i kierownik badań i rozwoju firmy Rolco. Nasza firma testowała kompozyt z drewna i plastiku przez kilka lat z niewielkim powodzeniem, po czym w 2006 r. zaczęliśmy badać zastosowanie zastrzeżonych formuł firmy JER i wreszcie uzyskaliśmy doskonałe wyniki. Rolco przeprowadziła szczegółowe prace badawczo-rozwojowe skupiające się w szczególności na obszarach zastosowania kolorów i formowania wielowtryskowego.

Rolco to wyspecjalizowany formierz obsługujący 32 linie formowania wtryskowego, obejmujące dziewięć maszyn wielowtryskowych. Rolco to jedna z utrzymujących się na rynku amerykańskich firm, produkująca elementy gier planszowych, włącznie z pionami, domami, hotelami, bączkami i żetonami do pokera, która wykorzystuje formowanie wtryskowe. Firma sprzedaje je projektantom gier planszowych, producentom i hurtowniom na całym świecie zarówno tradycyjnymi kanałami, jak i poprzez Internet.

Luksusowe wykończenie wnętrza

Producenci samochodów tacy, jak GM, w modelach luksusowych oferują drewniane wykończenie wnętrza. W Stanach Zjednoczonych próby wprowadzenia kompozytów z drewna i plastiku są we wczesnej fazie. Z początku naszą przepustką na rynek samochodów były stacjonarne zastosowania nieistotne dla bezpieczeństwa – twierdzi Trueman. Europejscy producenci oryginalnych pojazdów w większej mierze stosują kompozyty z drewna i plastiku. Belgijska firma o nazwie Beologic dostarcza kompozytów wypełnionych w 25 do 85 procentach przetworzonymi włóknami drewna w matrycy z PCW, PP lub PE. Komponenty te są obecnie sprzedawane przez Arkema, która szacuje, że rynek kompozytu z drewna i plastiku w Europie rośnie o 20 procent rocznie. BO-Systems GmbH została założona w roku 2003 w Sontra, w Niemczech, by produkować elementy z kompozytu drewnianego przeznaczone do wykończenia wnętrz aut.

Kompozyty drewniane używane do tłoczonych pokryć i ogrodzeń niespecjalnie się sprawdziły, choć problemom takim, jak kurczenie się, czy blaknięcie można zapobiec poprzez przetwarzanie i dodatki. Ze względu na problemy takie, jak niejednakowa jakość, niejednakowe podawanie i kwestie związane z przetwarzaniem, materiał ten niezbyt szybko przyjmował się także w firmach wykonujących formowanie wtryskowe.

Sprigwood to nowy, wspólnie opracowany kompozyt.

JER Envirotech uważa, że rozwiązała problem dzięki materiałowi pierwotnie opracowanemu wraz z kanadyjskim National Resources Council of Canada i opatentowanemu w 2006 r. Konkretnym celem badań było opracowanie materiału o lepszych właściwościach mechanicznych i o lepszych temperaturach eksploatacji, a także odpornego biologicznie. Nowy kompozyt składa się z poliolefinów, wypełniacza celulozowego, kwasu karboksylowego i podstawowego wypełniacza reaktywnego. Na tym polega tajemnica, dlaczego materiał ten obecnie wkracza w obszar formowania wtryskowego.

JER wykorzystuje specjalnie zaprojektowany sprzęt i możliwości przetwórcze, by zmniejszyć zawartość wilgoci w drewnie. W stanie naturalnym drewno zawiera ponad 25 procent wilgoci – stwierdza Trueman. Wilgoć w połączeniu z polimerem stwarzają ogromne zagrożenie dla właściwości fizycznych i mechanicznych materiału. Jeśli nie można wydajnie usunąć wilgoci, nie osiąga się równowagi w zakresie własności. I o to wszystko się rozbija: O możliwość zredukowania wilgoci wewnątrz materiału do poniżej 0,5 procent.

Oszczędność kosztów

Kompozyty drewna i plastiku często kosztują i ważą mniej, niż niewypełnione lub wypełnione włóknem szklanym plastiki. Często stanowią konkurencję dla propylenu wypełnionego węglanem wapnia lub talkiem. W tym przypadku podstawową zaletą jest estetyka.

Większość inżynierów nie uznałaby drewna za materiał możliwy do wykorzystania w formowaniu wtryskowym. Drewno może ulec zniszczeniu w temperaturach ponad 200°C. W związku z tym nie jest wykorzystywane z polimerami wymagającymi wyższych temperatur. Zazwyczaj temperatura formowania kompozytów z drewna i PP wynosi od 171°C do 188°C w przypadku obszaru tylnego i od 193°C do 210°C w przypadku przedniego obszaru. Drewno ma pozytywny wpływ na wskaźnik prędkości płynięcia. Kompozyty z drewna i PP posiadają dobry wskaźnik płynięcia przy względnie niskich temperaturach i ciśnieniach. Formierze mogą produkować kompozyty z drewna i plastiku przy niższych temperaturach, tym samym oszczędzając energię i skracając czas cyklu.

Wzór wymaga dokładności

W przypadku każdego materiału obowiązują pewne kryteria projektowania, zgodnie z którymi należy postępować - twierdzi Ed

dn