BAZA WIEDZY
Analiza dostępnych na rynku desek kompozytowych
WPC (ang. skrót od Wood plastic composite) jest kompozytem na osnowie polimerów termoplastycznych z dodatkiem włókien drzewnych. Ze względu na rodzaj zastosowanego polimeru możemy wyróżnić dwa podstawowe gatunki kompozytów.
Pierwszym gatunkiem są kompozyty na bazie PVC (polichlorek winylu). PVC występuje w polskim nazewnictwie jako PCV, skrót ten jest wprawdzie niepoprawny, jednak na tyle szeroko stosowany, że praktycznie wyparł poprawną nazwę. PVC jako tworzywo sztuczne, ze względu na swoje wysokie parametry fizyko-mechaniczne, zwłaszcza w kontekście odporności na działanie czynników atmosferycznych, wykorzystywane jest głównie do produkcji wyrobów stosowanych w budownictwie, które ze względu na swoją charakterystykę użytkową wymagają dużej wytrzymałości mechanicznej (stolarka okienna , rynny, wykładziny podłogowe, elektroizolacje, rury). Zastosowanie PVC jako osnowy w kompozytach WPC powoduje, że parametry wytrzymałościowe „przenoszone” są bezpośrednio na deski kompozytowe. Pomimo wyższych kosztów, oraz bardziej skomplikowanego procesu produkcji, PVC jako baza dla kompozytu, jest w dominującej większości wybierany przez europejskich producentów. Głównym powodem są właściwości charakterystyczne dla kompozytów WPC na bazie PVC:
- odporność na działanie czynników atmosferycznych (niska nasiąkliwość, wysoka odporność na UV, przez co kompozyty nie stają się kruche z biegiem lat)
- wysoka klasa palności (dla większości europejskich producentów – klasa B „niezapalne”, praktycznie nieosiągalna dla kompozytów na bazie PP i HDPE)
- wysoka odporność na niskie temperatury(tworzywa przy ujemnych temperaturach przechodzą proces szklenia, który powoduje zwiększenie ich kruchości)
- niska ścieralność (przy powierzchniach szczotkowanych gwarantuje to zachowanie wieloletniej estetyki i właściwości antypoślizgowych, zdecydowanie przewyższających drewno i kompozyty na bazie PP i HDPE)
- wyższa niż w przypadku kompozytów na bazie PP i HDPE temperatura mięknięcia (deski nie miękną i nie deformują się po wpływem słońca)
- pomimo obiegowej opinii kompozyty na osnowie PVC nadają się w 100 % do recyklingu
Drugim gatunkiem są kompozyty na bazie PP i HDPE (polipropylen - PP i polietylen PE, są to tworzywa z grupy poliolefin ) przedrostek HD (high density) oznacza podwyższoną gęstość, która wynosi odpowiednio PP - 0,9 g/cm3 i HDPE 0,94 – 0,96 g/cm3. Dla porównania gęstość PVC wynosi 1,38-1,55 g/cm3, co również przenosi się na twardość desek. Dodatkowo na parametry mechaniczne desek kompozytowych wpływ ma procentowy udział wypełnienia kompozytu drewnem. W przypadku poliolefin, dla obniżenia kosztów produkcji, wypełnienie drewnem może wynosić nawet 80 % masy kompozytu. Zastosowanie zbyt dużej ilości drewna (pow. 50% ) wpływa niekorzystnie na zwiększenie kruchości profili oraz zwiększa stopień chłonności wody. W przypadku markowych desek na osnowie PVC praktycznie nie zdarza się udział drewna powyżej 50%. Mniejsze wymagania technologiczne przy produkcji (możliwość oszczędzania na dodatkach modyfikujących parametry wytrzymałościowe), większy udział drewna (najczęściej ok. 80%), oraz niskiej jakości tworzywo pochodzące z recyklingu (z worków na śmieci, butelek itp.), są czynnikami które w głównej mierze determinują cenę tego typu wyrobów. Kompozyty drugiego gatunku są produkowane głównie w państwach dalekiego wschodu, co dodatkowo wpływa na jakość desek. Chińscy producenci, dbając głownie o zachowanie niskiej ceny, rzadko decydują się na korzystanie z dodatków ulepszających parametry kompozytu. Skutkuje to następującymi efektami:
- brak odporności na niskie temperatury (zdecydowane zwiększenie kruchości już przy – 10 st. C)
- łatwopalność (poliolefiny w odróżnieniu do PVC są palne co, ma przełożenie na klasyfikację palności „C ” lub niższą)
- podatność na zarysowania, niska odporność na obciążenia, zwiększenie elastyczności pod wpływem promieniowania słonecznego (niska gęstość, słabej jakości tworzywo pochodzące z recyklingu oraz wypełnienie w 80% drewnem)
- brak odporności na działanie czynników atmosferycznych (poliolefiny, są bardzo podatne na zmiany koloru i utratę właściwości mechanicznych pod wpływem działania promieni UV, przez co z biegiem czasu tracą kolor w stopniu porównywalnym do drewna i stają się kruche). Nie bez powodu, pomimo teoretycznie niższych kosztów wytwórczych stolarka okienna i systemy rynnowe nie są wykonywane z PP lub PE a rury wodne wykonane z poliolefin dla zachowania właściwości muszą być odcięte od promieniowania UV przez umieszczenie w ziemi.
- zawartość w składzie metali ciężkich (stosowanie w procesie technologicznym tańszych stabilizatorów, starszej generacji, na bazie cyny i ołowiu naraża użytkowników na kontakt z toksycznymi i rakotwórczymi substancjami, jak również uniemożliwi uzyskanie atestu higienicznego)
Tabela z zestawieniem właściwości polimerów wykorzystywanych do produkcji kompozytów:
Polimer | PE (HDPE) - polietylen | PP - polipropylen | PVC – polichlorek winylu |
Gęstość g/cm3 | 0,95 | 0,9 | 1,4 - 1,5 |
Moduł sprężystości * | 0,5 - 1,1 GPa | 0,7 - 1,5 GPa | 3,5 GPa |
Moduł sprężystości przy zginaniu * | 1,25 GPa | da 0,5 a 1,4 GPa | da 2,2 a 3,5 GPa |
Twordość w skali Shorea * | 65 | 70 | >80 |
Współczynnik rozszerzalności 10^5 K^-1 ** | 12 - 18 | 11 | 5 - 8 |
Palność | palne | palne | niezapalne |
Zastosowanie | Folie z tworzyw sztucznych (plandeki, torby plastikowe, worki na śmieci), artykułów gospodarstwa domowego, zbiorniki | Opakowania na żywność, zderzaki samochodowe | Techniczne profile budowlane, rynny, rury kształtowniki do produkcji okien i drzwi |
Właściwości | Odporność na działanie odczynników chemicznych, niska odporność na utlenianie i promieniowanie UV, niska gęstość powoduje podatność na ścieranie i zarysowania | Odporność na działanie odczynników chemicznych, niska temperatura użytkowa, -5 oC – 100oC, niska odporność na utlenianie i promieniowanie UV, niska gęstość powoduje podatność na ścieranie i zarysowania | Odporność na warunki atmosferyczne i degradacji, doskonałe właściwości mechaniczne, odporność na ogień, nieszkodliwe dla zdrowia i odporności na ścieranie |
* wyższa wartość oznacza lepsze właściwości
** niższa wartość oznacza lepsze właściwości