Ударопрочный светотехнический УФ-защищенный листовой полистирол

В различных светотехнических изделиях, применяемых в рекламных и строительных технологиях, в городском хозяйстве и производствах, связанных с использованием листовых транслюцентных (полупрозрачных) материалов, используются различные полимерные материалы для светорассеивателей.

Изготовление рассеивателей светильников различного назначения осуществляется традиционными методами термоформования: вакуумформованием, пневмоформованием, горячим изгибанием и др. Для этих целей применяются различные полимерные материалы, но наиболее распространенными являются листовые прозрачные (рифленые) и матовые листы различных марок полистирола.

В процессе эксплуатации светотехнические изделия подвергаются различным неблагоприятным внешним воздействиям. К одному из основных и наиболее негативных воздействий относится ультрафиолетовое излучение (УФ). Под его воздействием в материале происходят процессы фотоокислительной деструкции (разрушения) и сшивания, сопровождающиеся расщеплением высокомолекулярных полимерных цепочек. Результатом этого процесса является укорочение полимерных молекул и образование низкомолекулярных ароматических (содержащих бензольное кольцо) производных стирола. Такие изменения приводят к потере эластичности материала, высокой концентрации микротрещин и, соответственно, к его охрупчиванию и значительному снижению механической прочности изделия. В дополнение к этому, перестройка структуры полимера и образование низкомолекулярных производных стирола, карбонил- и карбоксилсодержащих групп провоцирует мутность (оптическая плотность после 100 ч. облучения возрастает в 5 раз) и изменение окраски (пожелтение) изделий из полистирола, что приводит к снижению коэффициента светопропускания, нарушению его равномерности и к потере внешней привлекательности светотехнического изделия.

Чтобы снизить или исключить вредное воздействие ультрафиолета пользуются различными методами защиты листового полистирола. Самым простым способом является введение на начальной стадии производства в сырьевой полимер ингибиторов (замедлителей) деструкции. Однако для эффективной защиты необходимы достаточно большие количества (15-20%) таких соединений. А так как они представляют собой мелкодисперсные порошкообразные составы, происходит снижение эластичности готовых листов полистирола, увеличение их жесткости и, как следствие, непригодность заготовок к производству из них изделий указанными ранее методами термоформования.

Наиболее прогрессивным на сегодняшний день способом защиты полистирола от УФ-излучения является нанесение на поверхность листов тонкого (50-80 микрон) прозрачного защитного слоя методом соэкструзии. Сам материал является композицией ударопрочного полистирола (УПС, англ. HIPS - High Impact PolyStyrene) и прозрачного полистирола общего назначения (англ. GPPS - General Purpose PolyStyrene). Варьирование соотношением двух составляющих позволяет получать ударопрочные матовые листы различных марок, имеющих специфические эксплуатационные характеристики и различные коэффициенты светопропускания. Такие материалы хорошо формуются в изделия различных, даже самых сложных геометрических форм и обладают высокой прочностью. Нанесенный на поверхность композиционного полистирола защитный глянцевый соэкструзионный слой, химическую основу которого составляет полистирол общего назначения (GPPS), содержит большое количество ингибитора (до 30%), что гарантирует защиту основного материала от УФ-излучения на продолжительный срок (до 2-2,5 лет для средней полосы России). В то же время этот слой придает поверхности глянец, повышает ее твердость и, таким образом, сокращает риск контактных механических повреждений. Поскольку защитный слой имеет малую толщину, его механические свойства никак не сказываются на прочности, эластичности и других характеристиках изделия. Примером такого современного светотехнического материала является продукция фирмы "ATHLONE EXTRUSIONS P.L.C." (Ирландия), выпускаемая под маркой "Athpol P91S”. Этот модернизированный листовой ударопрочный полистирол является наиболее современной версией аналогичных материалов, выпускаемых в мире. Использование новых высокоэффективных УФ-стабилизаторов при уменьшенном их содержании в поверхностном слое позволяет достигать высокой степени защиты поверхности листа от УФ-излучения и повышенной глянцевости поверхностного слоя, что приводит к лучшему эстетическому виду изделий. Специально подобранное соотношение ударопрочного полистирола и полистирола общего назначения позволяет повысить эластичность и ударопрочность листа и тем самым расширить возможности использования материала для изготовления различных светотехнических изделий сложной конфигурации с глубокой вытяжкой методами вакуумформования. В то же время это соотношение подобрано таким образом, что коэффициент светопропускания (35-38%) и белизна листа наилучшим образом соответствуют существующим в России стандартам на светотехнические изделия, используемые в городском коммунальном хозяйстве, в рекламной и строительной индустрии. Указанные характеристики листов по светопропусканию и белизне позволяют после изготовления светотехнических изделий (световых коробов, указателей, рекламных панно и др.) наклеивать на них самоклеящиеся пленки, в том числе с напечатанным изображением или текстом, без ущерба для освещенности и общего дизайна всего рекламоносителя (яркость и четкость изображения, отсутствие светотеней от осветительных ламп). Высокая эластичность и ударопрочность листов упрощают весь технологический процесс изготовления изделия, включающего непосредственно процесс вакуумформования и дальнейшей обрезки кромок листа, находившихся в клеммерах (зажимах) формовочной машины. При этом уменьшается время прогрева и снижается температурный градиент теплового потока на поверхность листа, что исключает возможность высокотемпературной деструкции полимера, снижается процент брака при формовании из-за прорыва листа в "сложных" тонкостенных участках, отсутствуют случаи сколов при обрезке кромок даже в случае использования ручных циркулярных пил, практически не бывает случаев растрескивания изделия при транспортировке формованного изделия к участку ламинирования самоклеящимися пленками, при монтаже изделия и окончательной доставке изделия к месту установки рекламной продукции. Последнее очень актуально в холодное зимнее время года, особенно в северных регионах страны. Повышенная стойкость к действию УФ-излучения позволяет эксплуатировать светотехнические изделия из такого полистирола в течение 2-2,5 лет (для средней полосы России) без изменения прочностных и ударостойких характеристик и без видимого пожелтения материала. Вместе с тем необходимо учитывать расположение региона использования светотехнического изделия. Повышенная солнечная активность в южных регионах страны, где УФ-составляющая светового потока значительно увеличена, может уменьшать время эффективной эксплуатации изделий, особенно при неправильном монтаже и размещении рекламной продукции по отношению к прямому солнечному воздействию.

Анализ технических и эксплуатационных характеристик ударопрочного светотехнического листового полистирола, указанных в таблице 1 позволяет выявить следующие достоинства этого материала: повышенная ударная вязкость, которая имеет высокие значения (60 кДж/м²) даже при низких температурах вплоть до -30°С, высокая прочность и твердость поверхностного глянцевого слоя (80 МПа), высокая теплостойкость (90° С), эстетичный внешний вид глянцевой поверхности, высокая технологичность процесса термоформования (время прогрева заготовки уменьшается в 1,5 раза), отсутствие стадии отжига изделий после термоформования из-за малого значения внутренних напряжений, что дает снижение трудо- и энергозатрат при производстве изделий в 2 раза.

Немаловажным является то обстоятельство, что стоимость этих специальных марок листового полистирола в Европе и в России не отличается от стоимости стандартных листовых полистиролов - 2.5-3,0 €/кг в зависимости от объема производства изделий из них. В качестве примера предпочтительности использования ударопрочного светотехнического полистирола можно привести расчет экономической эффективности при замене на него светотехнического матового оргстекла: необходимо учесть низкую плотность полистрола (1,05 г/см³) по сравнению с оргстеклом (1,19 г/см³), что дает выигрыш на 10 %, а также возможность использования более тонких (2-3 мм) листов из-за повышенной ударопрочности по сравнению с оргстеклом (3,0-5,0 мм), что дает экономию еще на 20-30 %.

В итоге замена оргстекла на ударопрочный светотехнический полистирол позволяет снизить реальные затраты в 2-2,5 раза в расчете на 1 квадратный метр светорассеивателя.