Листовые материалы компании GEBAU

Российский рынок листовых полимерных материалов стремительно расширяется из-за возрастающей потребности в них современных рекламных, строительных, автомобильных технологий. Особенно большой спрос наблюдается на многослойные материалы, сочетающие в одном листе лучшие эксплуатационные характеристики разных полимеров.

Ранее уже была опубликована статья о самом современном на данный момент в России производстве листовых полимерных материалов на заводе "ГЕБАУ КЮНШТОФ" в г. Электросталь Московской области.

В предлагаемой статье подробно описаны основные листовые материалы марки ГЕБАУ, физико-механические и эксплуатационные характеристики, способы работы и применение этих материалов в различных областях строительства, в интерьерном дизайне, в современных рекламных технологиях.

Ассортимент выпускаемых листов марки ГЕБАУ включает в себя:

• GEBAU PS - полистирол общего назначения (англ. General Purpose Polystyrene - GPPS);
• GEBAU HIPS - ударопрочный полистирол c соэкструдированным глянцевым слоем различной цветовой гаммы для вакуумформования (англ. High Impact Polystyrene - HIPS);
• GEBAU HIPS UV - светорассеивающий транслюцентный ударопрочный полистирол с соэкструзионным глянцевым УФ-защитным слоем из прозрачного полистирола для производства светорассеивателей в строительных и рекламных технологиях;
• GEBAU ABS - акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС, англ. ABS);
• GEBAU ABS/PMMA - санитарно-технические листы для изготовления ванн, душевых кабин и поддонов - акрилонитрил-бутадиен-стирол с верхним соэкструдированным слоем из полиметилметакрилата (АБС+ПММА);
• GEBAU ABS/PMMA UV - листы с повышенной прочностью и УФ-защитой для автотранспортных средств - акрилонитрил-бутадиен-стирол с верхним соэкструдированным слоем из вандало- и УФ-стойкого полиметилметакрилата (АБС+ПММА);
• GEBAU ABS/TPU - листы для внутренней отделки в авиа-, авто- и ж/д промышленности - акрилонитрил-бутадиен-стирол с верхним соэкструдированным слоем из термопласт-эластомера (АБС+ТПЭ).

В настоящее время одним из самых востребованных листовых материалов является ударопрочный полистирол (GEBAU HIPS). Ударопрочным полистиролом (УПС) называют привитые сополимеры стирола с каучуками, чаще всего с полибутадиеном или бутадиен-стирольными, а также смеси этих сополимеров с полистиролом общего назначения и другими сополимерами стирола. Структурно УПС представляет собой трехфазную систему, состоящую из полистирола, гель-фракции привитого сополимера и каучука с привитым стиролом в виде частиц размером до 1-5 мкм, равномерно распределенных по всему объему УПС. Несмотря на низкую молекулярную массу матричного полистирола (70-100 тыс.), присутствие каучука существенно замедляет рост микротрещин при ударных нагрузках, что и повышает прочность материала. Сложная трехфазная структура УПС определяет тот факт, что УПС не может быть прозрачным материалом. В крайнем случае УПС может быть транслюцентным, то есть полупрозрачным. Такой материал, в основном белого цвета, широко используют для изготовления светорассеивателей и лайт-боксов, особенно при необходимости изготовления изделий сложной формы методами термо- или вакуумформования. Другие общедоступные транслюцентные ("молочка", "матовые", англ. "opal") материалы, такие как экструзионное оргстекло в этих случаях нельзя использовать из-за низкой ударной вязкости и хрупкости, листы из полиэтилентерефталат-гликоля (ПЭТГ, полиэфирное стекло) слишком дороги, да и теплостойкость маловата (70°С), а листовой поликарбонат формуется по сложной технологии при высоких температурах и очень дорогой по стоимости.

В зависимости от содержания стирола и каучука в сополимере или смеси получают материалы с различной стойкостью к ударным нагрузкам:

• 10.0 - 15.0 % каучука - сверхударопрочный полистирол (SHIPS);
• 92.5 - 91.0 % стирола и 7.5 - 9.0 % каучука - ударопрочный полистирол или полистирол высокой ударной прочности (HIPS);
• 96.5 - 95.0 % стирола и 3.5 - 4.5 % каучука - полистирол средней ударной прочности (MIPS).

Тип поверхности у листовых материалов на основе ударопрочного полистирола бывает двух видов:

• с двух сторон листа матовая поверхность;
• с одной стороны матовая, с другой стороны - глянцевая поверхность (уровень блеска 82-85%), изготовленная с помощью нанесения тонкого до 5% от общей толщины листа (50-150 мкм) слоя из прозрачного полистирола общего назначения (General Purpose PolyStyrene, GPPS) методом соэкструзии. В этот слой можно добавлять различные добавки, например, стабилизаторы УФ-излучения без изменения основных характеристик основного ударопрочного слоя, то есть в целом всего листа.

В таблице 1 представлены основные физико-технические и эксплуатационные характеристики листов из ударопрочного полистирола под маркой GEBAU HIPS.

Листы из ударопрочного полистирола под маркой GEBAU HIPS составляют основную долю в производстве листовых материалов завода "ГЕБАУ КЮНШТОФ".

Габаритные размеры листов - стандартные 2000 х 3000 мм, минимальные размеры - 1000 х 500 мм, толщина листов может быть 0.6-10.0 мм, но наиболее востребованная толщина 2-4 мм.

Цвета стандартные: любые оттенки белого цвета, синий, зеленый, красный, желтый, серый, черный. Остальные специальные цвета изготавливаются по заказу при минимальной партии 2 тонны.

Следующая наиболее востребованная марка ударопрочного полистирола, особенно в производстве светорассеивателей в светотехнике и лайт-боксов и световых указателей в рекламных технологиях, - это GEBAU HIPS UV - светорассеивающий транслюцентный ударопрочный полистирол с соэкструзионным глянцевым УФ-защитным слоем. Эти листы являются перспективными материалами для рекламного производства (лайт-боксы), светотехники, строительства, городского хозяйства. Они поддаются обработке различным методам термо- и вакуумформования, обладают повышенными прочностными свойствами, длительное время сохраняют высокие оптические характеристики при использовании их на открытом воздухе, не желтеют в течение длительного (до 3-4 лет) периода.

К одному из основных и наиболее негативных внешних погодных 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 и карбонил-карбоксилсодержащих групп провоцирует мутность (оптическая плотность после 100 ч. облучения возрастает в 5 раз) и изменение окраски (желтение) изделий из полистирола, что приводит к снижению светопропускания, нарушению его равномерности и к потере внешней привлекательности светильника.

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 тонкой (50-80 микрон) прозрачной защитной пленки 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. Такие материалы хорошо формуются в изделия различных, даже самых сложных геометрических форм и обладают высокой прочностью. Нанесенный на поверхность листового полистирола УФ-защитный слой, химическую основу которого составляет полистирол общего назначения (GPPS), содержит большое количество ингибитора (до 40%), что гарантирует защиту основного материала от УФ-излучения на продолжительный срок (до 4-5 лет). 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 эластичности и других характеристиках изделия.

В таблице 2 представлены основные физико-технические и эксплуатационные характеристики листов из ударопрочного полистирола под маркой GEBAU HIPS UV.

Габаритные размеры листов - стандартные 2000 х 3000 мм, минимальные размеры - 1000 х 500 мм, толщина листов может быть 2-8 мм, но наиболее востребованная толщина 2-4 мм.

На российском рынке листовых материалов, используемых в производстве рекламной продукции, торгового, медицинского и сантехнического оборудования, в строительстве и в автомобилестроении, недавно появился новый ударопрочный материал, наилучшим образом подходящий для изготовления различных изделий сложной геометрической формы методами пневмо- и вакуумформования. Компания Гебау выпускает такой материал под маркой GEBAU ABS/PMMA - санитарно-технические листы для изготовления ванн, душевых кабин и поддонов. Этот материал состоит из двух слоев: нижний слой - акрилонитрилбутадиенстирольный каучук (АБС) является продуктом сополимеризации акрилонитрила, бутадиена и стирола, то есть модификацией ударопрочного полистирола. По своим эксплуатационным характеристикам АБС превосходит УПС, обладая улучшенными свойствами (в том числе повышенной стойкостью к атмосферному и химическому воздействию) благодаря введению в полимерную молекулу фрагментов акрилонитрила. В то же время, оптимальное сочетание акрилонитрильных и бутадиеновых звеньев с фрагментами стирола обеспечивает АБС эластичность и необходимую ударопрочность, что делает его одним из самых востребованных пластиков для производства сложных формованных изделий с высокой степенью вытяжки. Верхний слой - твердый полиметилметакрилат (ПММА, оргстекло), нанесен на основной материал АБС методом соэкструзии. Толщина слоя ПММА в зависимости от назначения пластика составляет 5-10 % от толщины слоя АБС. Соэкструзионное ПММА-покрытие делает поверхность материала более жесткой и твердой, устойчивой к ультрафиолетовому излучению и агрессивным средам. Все эти свойства характерны для оргстекла. Кроме того, поверхностному слою легко придается любой необходимый цвет и фактура поверхности без воздействия на основной слой АБС. Это важно, потому что именно АБС при вакуумформовании отвечает за ударопрочность конечного изделия и обеспечивает необходимые качества для проведения формования в оптимальном режиме. Области применения нового материала очень разнообразны благодаря многочисленным вариациям толщины и цветовой гаммы верхнего слоя ПММА. В рекламной индустрии использование такого рода пластиков позволяет создавать уникальные по форме объемные элементы. В настоящее время наружная реклама развивается в направлении реализации единичных эксклюзивных проектов. Это часто требует использования специальных материалов, в полной мере отвечающих особенностям современных производственных технологий и способных воспроизводить желаемые формы рекламных объектов с необходимыми эксплуатационными качествами. Готовое изделие должно не только удовлетворять строгие запросы заказчиков, но и соответствовать требованиям городской среды - быть прочным и безопасным в эксплуатации, не терять привлекательности (не деформироваться и не выгорать) на протяжении всего срока службы. Как раз использование таких двухслойных материалов, как АБС+ПММА, обладающих комплексом характеристик, присущих двум этим пластикам, и делает возможным развитие рекламной индустрии в вышеназванном направлении.

Области применения нового материала очень разнообразны благодаря многочисленным вариациям толщины и цветовой гаммы верхнего слоя ПММА. В рекламной индустрии использование такого рода пластиков позволяет создавать уникальные по форме объемные элементы.

В последнее время наблюдается интенсивное развитие производства изделий санитарно-технического и оздоровительного назначения - разнообразных по форме и дизайну соляриев, бассейнов, ванн-джакузи, душевых поддонов, кабин и сопутствующих элементов. Раньше для изготовления многих изделий такого рода использовали блочный (литой) ПММА. Производство акриловых ванн - прозрачных, цветных, белых, - методом вакуумформования требовало использования листового материала достаточно больших толщин - 6-8 мм. Это объясняется низкой ударопрочностью и недостаточной эластичностью ПММА. При малых толщинах листа на участках глубокой вытяжки при вакуумформовании происходит значительное утончение материала, что при остывании может провоцировать образование трещин. К тому же, тонкостенное изделие не обладает достаточной прочностью, и в процессе эксплуатации возможно нарушение его целостности. Использование оргстекла большей толщины приводит к значительному удорожанию изделия за счет высокой стоимости исходного материала и увеличения трудо- и энергозатрат на его производство.

Двухслойный листовой материал АБС+ПММА позволяет избежать всех вышеизложенных сложностей. Высокая ударопрочность и эластичность АБС позволяет использовать материал толщиной 4-5 мм. В целом, весь производственный процесс значительно оптимизируется, а затраты на материал (АБС значительно дешевле ПММА) сокращаются в 1.5 раза.

Еще одно перспективное направление использования материала АБС+ПММА - это изготовление деталей внешней облицовки автомобилей как легковых, так и грузовых, а также новых моделей закрытых багажников на крышах автомобилей. Верхний УФ-стойкий слой из ПММА может иметь широкую цветовую гамму и, благодаря повышенной УФ-стойкости, предотвращает выгорание цветовой окраски.

Весь комплекс свойств двухслойного пластика - ударопрочность АБС, теплостойкость, УФ-стойкость, жесткость, твердость, глянец и широкая цветовая гамма, - выдвигают его на первое место среди других листовых материалов аналогичного назначения.

В таблице 3 представлены основные физико-технические и эксплуатационные характеристики листов из ударопрочного полистирола под маркой GEBAU ABS/PMMA.

Двухслойный листовой материал АБС+ПММА выпускается в двух модификациях: GEBAU ABS/PMMA-5 имеет толщину поверхностного слоя оргстекла 5% от общей толщины листа и, соответственно, GEBAU ABS/PMMA-10 - содержание ПММА в поверхностном слое составляет 10%.

Габаритные размеры листов - стандартные 2000 х 3000 мм, минимальные размеры - 1000 х 500 мм, толщина листов может быть 2-8 мм, но наиболее востребованная толщина 3-6 мм. Под заказ изготавливаются листы любых размеров.

К указанным выше высоким техническим показателям материалов компании ГЕБАУ следует добавить общие характерные свойства этих материалов полистирольного ряда:

• плотность 1.06 г/см³, что меньше плотности оргстекла (1.19 г/см³);
• морозостойкость до -40°С;
• высокая влагостойкость;
• химическая стойкость к кислотам и щелочам;
• экологическая чистота (при контакте с пищей);
• хорошие электроизоляционные характеристики.

Листы полистирольного ряда являются горючим материалом. Значения Кислородного индекса составляют 17-19% кислорода. Что говорит о том, что эти материалы поддерживают устойчивое горение на воздухе (в воздухе содержится 21% кислорода). По американскому стандарту UL-94 УПС имеет высокий класс горючести UL-94 НВ.

Способы обработки GEBAU HIPS, GEBAU HIPS UV и GEBAU ABS/PMMA

Резка аналогична резке оргстекла.

Рекомендации по формовке представлены ниже:

• Температура формования - 140-180 °С;
• Максимальная степень вытягивания - 1 : 8;
• Нагревательный элемент (длина волны) - 3.2 - 3.7 мкм;
• Температура нагревательного элемента - 950 - 1170 °C.

Очень важно поддерживать постоянную температуру с отклонением не более 5°С.

Наиболее современным методом нагрева листов при вакуумформовании является нагрев с использованием радиационных нагревательных элементов. Ниже представлены данные по времени нагрева листов до высокоэластичного состояния в зависимости от толщины материала:

При сгибании листов начиная с толщины 4 мм рекомендуется нагревать лист постепенно с обеих сторон.

Примеры применения:

• визитные карточки, подставки, авторучки, игрушки;
• контейнеры, упаковка и посуда для пищевой промышленности;
• корпуса медтехники, оргтехники и холодильников;
• упаковка для косметики;
• элементы оборудования сантехнического назначения;
• торговое и выставочное оборудование;
• объемные (формованные) изделия в дизайне и наружной рекламе;
• отделочный материал в строительстве.