Kompozyty WPC i ich zastosowanie w przemyśle
Kompozyty WPC to skuteczne połączenie drewna i tworzyw sztucznych. Dzieje się tak nie tylko ze względu na atrakcyjny wygląd, ale przede wszystkim na unikalne połączenie najlepszych cech, pochodzących z dwóch różnych materiałów. Tym samym więc WPC stają się coraz bardziej poważnym konkurentem zarówno dla przemysłu drzewnego jak i branży tworzyw sztucznych.
Elementy konstrukcyjne w przemyśle motoryzacyjnym powstałe na bazie żywic fenolowych wzmocnionych włóknami celulozowymi, takie jak bawełna, drewno, konopie, len, a także żywice fenolowe z włóknami drzewnymi stosowane przede wszystkim w przemyśle elektrotechnicznym jako materiał konstrukcyjny i izolacyjny, to trend znany w przemyśle już od kilku dekad.
Kompozyty WPC (Wood Plastic Composites) stanowią od kilku lat dynamicznie rozwijający się rynek materiałów drewnopochodnych w USA, Kanadzie, Japonii i Europie Zachodniej. Największe ich atuty to atrakcyjny wygląd oraz połączenie najlepszych cech, pochodzących z dwóch różnych materiałów, czyli drewna i tworzywa sztucznego.
Z jednej strony zachowują się jak drewno, co oznacza, że można je obrabiać tymi samymi narzędziami, co ich naturalny odpowiednik. Z kolei termoplastyczna osnowa nadaje im odporność na wilgoć, korozję biologiczną i chemiczną.
Kompozyty WPC stosowane są zatem nie tylko wewnątrz, ale również w aplikacjach zewnętrznych, czyli wszędzie tam gdzie drewno nie spełnia wymagań eksploatacyjnych.
Ze względu na udział cząstek drewna dzieli się je na trzy grupy. Pierwsza z nich, to materiały, o których można powiedzieć "drewno jak tworzywo". Cechuje je wysoka zawartość termoplastu, niska zawartość cząstek drewna 10 - 40 proc. Druga grupa to tzw. standardowe WPC, w których zawartość termoplastu osiąga poziom 20 - 40 proc., a zawartości cząstek drewna 40 - 80 proc. Ostatnia z odmian to tzw. upłynnione drewno. Chodzi tu o materiały, w których występuje niska zawartość termoplastu oraz wysoka zawartości cząstek drewna dochodząca do 90 proc. Jest to zalecany dodatek żywic fenolowo-formaldehydowych.
Kompozyty wzmocnione włóknem drzewnym produkowane są różnymi metodami przetwórstwa. O doborze odpowiedniej metody przetwórstwa decyduje głównie dziedzina zastosowania. Jednocześnie istotne jest uzyskanie odpowiednich parametrów wytrzymałościowych jak i walorów estetycznych gotowego produktu. Ponieważ największy rynek zbytu ma jak do tej pory przemysł budowlany, więc najczęściej stosowaną metodą jest wytłaczanie (70 proc.).
Niemniej jednak eksperci przewidują już w niedalekiej przyszłości znaczny wzrost zainteresowania produkcją WPC poprzez wtryskiwanie, co z kolei otwiera dla nich nowe możliwości zastosowań.
Natomiast dla przemysłu samochodowego kompozyty te otrzymuje się przede wszystkim techniką prasowania, choć coraz częściej poprzez wtryskiwanie. W USA przodującym polimerem do produkcji kompozytów wzmocnionych włóknem drzewnym jest polietylen. Główną zaletą polietylenu jest niska cena. Jednakże w wyższych temperaturach nie jest on tak stabilny jak PVC i dlatego też wymaga zastosowania środków pomocniczych. Podobnie zachowuje się polipropylen, przy czym polimer ten posiada lepsze parametry wytrzymałościowe w porównaniu z polietylenem.
Nieco odmiennie wygląda to na rynku niemieckim. Tradycyjne już stawianie jakości przed ilością spowodowało, ze wiodącym polimerem do produkcji WPC stał się w tym kraju polipropylen. WPC na bazie PVC stosowane jest głównie do produkcji okien i drzwi.
Jeśli chodzi o surowce do produkcji WPC, to w odniesieniu do osnowy to może być ona wykonana z termoplastu, duroplastu, biopolimeru, który jest dostarczany m.in. przez takie firmy jak Anwil, Sabic, Basell Orlen Polyolefins oraz Zakłady Azotowe Tarnów.
Warto zdawać sobie sprawę z tego, że produkcja kompozytów WPC wiąże się z uwzględnieniem wielu czynników, które decydują o jego późniejszych właściwościach mechanicznych. Nieodzowną rzeczą przy wytwarzaniu WPC w szczególności do aplikacji zewnętrznych są wszelkiego rodzaju dodatki i środki pomocnicze. Koniecznością w tym przypadku jest zastosowanie odpowiedniego środka adhezyjnego, który "łączy" hydrofilowe włókna drewniane z hydrofobową matrycą.
Alternatywą mogłaby stać się modyfikacja chemiczna tych włókien (acetylowanie, alkalizacja, estryfikacja, eteryfikacja, uretanizacja, środki proadhezyjne), jednak nie każda z nich okazuje się być opłacalna i ekologiczna. Modyfikacje te zwiększają stabilność wymiarów, ograniczenie chłonności wody, poprawę adhezji oraz zwiększenie odporności na czynniki środowiskowe. W zależności od stawianych wymagań stosuje się także inne dodatki tj. pigmenty, woski, UV-stabilizatory, uniepalniacze, biocydy oraz środki spieniające.
Światowym liderem w branży WPC jest Ameryka Północna, gdzie produkuje się ok. 700 tys. ton kompozytów WPC. W Niemczech liczbę kompozytów WPC oszacowano na blisko 10 tys. ton, co stanowi 1/3 produkcji w Europie.
Sięgnięto m.in. po materiały z konferencji podczas targów Plastpol 2008, gdy na temat kompozytów WPC mówiła Monika Letman-Sakiewicz z firmy Brenntag.
