В настоящее время очень важным вопросом для достижения высокого качества и коммерческого успеха светотехнических изделий, таких как световые короба, лайт-боксы и других изделий рекуламной и светотехнической индустрии, стал выбор полимерного материала для светорассеивателей этих изделий. Для изготовления рассеивателей, используемых в производстве светотехнических изделий различного назначения, применяются традиционные методы - термоформование (вакуумформование, пневмоформование, гнутие и др.), литье под давлением с помощью термопластавтоматов, экструдирование непрерывного профиля на экструзионных линиях. Так как при использовании этих методов применяются различные полимерные материалы, в статье сделан сравнительный анализ наиболее важных эксплуатационных технических характеристик этих материалов и приведены результаты экспериментов по влиянию различных внешних воздействий, которым подвергаются светотехнические изделия в процессе их эксплуатации как в помещении, так и на открытом воздухе. К таким воздействиям относятся температурный режим эксплуатации, влажность окружающей среды и воздействие ультрафиолетового излучения. Приведены данные сравнительных испытаний 17-ти различных отечественных и импортных листовых полимерных материалов до и после воздействия указанных факторов, что позволяет оценить изменения эксплуатационных характеристик светотехнических изделий до и после использования их в рабочих условиях в течение определенного времени.
Изучение старения листовых материалов в процессе воздействия влажности, температуры и УФ-облучения
Цель работы:Оценить изменение оптических свойств (светопропускание и степень желтизны) и теплостойкости листовых материалов, изготовленных из полимеров различного типа.
Характеристика образцов- Полипропилен 01030, лист 3*1050*1290 (рифленый) ТУ 2246-029-0576623-95
- Полистирол ПСМ-151С, Лист СППр 2.8*1390*1310 (рифлёный) ТУ 6-00-0020203387-033-92
- Листовое светотехническое органическое стекло (блочное, матовое) СБ, III, 3*1400*1730 ГОСТ 9784-75
- Листовое стекло органическое экструзионное СЭ, III, 3*1140*1400 ГОСТ 9784-75
- Лист экструзионный рифлёный из полиметилметакрилата "Дакрил-8" (гранулированный материал бесцветный) ТУ 6-02-217-93
- Листы прозрачные сплошные из поликарбоната "Makrolon" ("BAYER" Германия) производства ф."PALTOUGH" ("POLYGAL" Израиль) "Paltuf PC Clear"
- Листы матовые сплошные УФ-стабилизированные из поликарбоната "Makrolon" ("BAYER" Германия) производства ф."PALTOUGH" ("POLYGAL" Израиль) "Palsun PC Clear Matte"
- Листы прозрачные сплошные из поликарбоната "Makrolon" ("BAYER" Германия) производства ф."PALTOUGH" ("POLYGAL" Израиль) "Palgard Clear"
- Сотовые панели из поликарбоната "Makrolon" ("BAYER" Германия) ф."POLYGAL" Израиль, "Polygal"
- Листы прозрачные сплошные из поливинилхлорида ("POLYGAL", Израиль) Palram "Palclear +К"
- Листы прозрачные сплошные из полистиролакрилонитрила УФ-стабилизированные, Plasit "SAN-UV Clear"
- Полистирол ударопрочный матовый светорассеивающий с УФ-защитным слоем (" SENOPLAST", Австрия) "Senosan HP-15U"
- Листы прозрачные сплошные из поликарбоната "LEXAN" ("General Electric Plastics" США) "Lexan"
- Листы прозрачные сплошные из поликарбоната "ПК-ЛЭТ-7" (НПФ "КАРБОХИМ" г. Дзержинск, Россия)
- Листы прозрачные сплошные из полиэтилентерефталат-гликоля (ф."AXXIS", Бельгия) "VIVAK"
- Листы прозрачные сплошные из полиэтилентерефталат-гликоля УФ-стабилизированные (ф."AXXIS" Бельгия) "VIVAK-UV"
- Листы прозрачные сплошные из полиэтилентерефталата УФ-стабилизированные (ф."AXXIS", Бельгия) "AXPET"
Аппаратура и условия проведения испытаний:УФ-облучение образцов проводили в камере Suntest CPS, оснащённой ксеноновой лампой, обеспечивающей плотность потока энергии УФ излучения (в области длин волн короче 400 нм) 83 Вт/м². Испытание на воздействие температуры и влажности проводили в камере температура - влажность "Hotpack", США, при температуре 70°С и влажности 96%. Проведено испытание восьми серий образцов до и после воздействия УФ-излучения и камеры "температура - влажность" (ТВ):
№№ серий | Условия | 1 | Исходные образцы | 2 | УФ-облучение в течение 3 часов | 3 | Камера ТВ в течение 11 часов | 4 | Уф-облучение в течение 3 часов, затем камера ТВ в течение 15 часов | 5 | Камера ТВ в течение 21 часа | 6 | УФ-облучение в течение 12 часов | 7 | Камера температура - влажность в течение 63 часов | 8 | УФ-облучение в течение 12 часов, затем камера ТВ в течение 30 часов |
Воздействия по сериям 2, 3 и 4 соответствуют времени эксплуатации светотехнических изделий в течение 1 года. Воздействия по сериям 5, 6, 7 и 8 соответствуют времени эксплуатации 2,5-3 года.
Оценку воздействия проводили по следующим показателям:- Коэффициент светопропускания - определение проводили по ГОСТ 3520-92 на спектрофотометре Specord M40 при длине волны 575 нм.
- Коэффициент желтизны - испытание проводили на шаровом фотометре с источником света А на образцах исходной толщины по ГОСТ 9242
- Теплостойкость материала - оценивали по температуре размягчения по Вика при нагрузке 5 кг, определение которой проводили по ГОСТ 15088-83.
Приведенные данные по коэффициенту светопропускания, индексу желтизны и теплостойкости изученных материалов не обязательно могут соответствовать стандартным характеристическим показателям, полученных в разных странах по различными между собой стандартам и методикам. Целью данной работы было выявление относительных изменений эксплуатационных характеристик различных полимерных материалов разных зарубежных и отечественных производителей после одинаковых для всех материалов внешних воздействий, осуществленных в одинаковых условиях, и испытанных по одинаковым методикам. Испытания проводились в Испытательной лаборатории ОАО Научно-исследовательского института полимерных материалов им.Г.С.Петрова, аккредитованной ГосСтандартом России в качестве независимой и технически компетентной испытательной лаборатории (Аттестат аккредитации N РОСС RU.0001.21 XII-67). Для более точного выявления внешних воздействий были выбраны методики испытаний, позволяющие с высокой точностью зарегистрировать малейшие изменения эксплуатационных характеристик полимерных материалов. Особенно это касается рифленых листов, для которых оптические характеристики измерить достаточно сложно из-за многократного отражения светового потока от рифленой поверхности. Сравнить оптические показатели для листов с различным рисунком поверхности и гладких листов не представляется возможным, и поэтому при анализе результатов испытаний основное внимание уделялось сравнению оптических и теплостойких характеристик внутри каждой партии образцов полимерных материалов до и после различных внешних воздействий.
Результаты по оценке теплостойкости материала:Наименование материала | Теплостойкость по Вика, °С | 3. Органическое стекло матовое, СБ, III, ГОСТ 9784-75.Толщина - 3 мм Исходный Серия 8 | 103 98 | 7. Поликарбонат "Palsun PC Clear Matte". Толщина - 4 мм Исходный Серия 7, 8 | 150 150 | 11. Стиролакрилонитрил "Plasit SAN-UV Clear".Толщина - 2 Исходный Серия 7 | 108 108 | 12.Полистирол светотехнический "SENOSAN HP-15U". Толщина - 3 мм Исходный Серия 7 | 93 93 | 13.Поликарбонат "Lexan". Толщина - 4 мм Исходный Серия 7 | 150 150 |
Изучение изменения оптических свойств листовых материалов в процессе воздействия влажности, температуры и УФ-облучения№ | Наименование материала | Показатель | Результаты испытаний | Исход ный | После воздействия | | УФ облучение | Камера ТВ влажность 96%, температура 70°С | УФ-камера ТВ | | 3 час. | 12 час | 11 час | 21 час | 63 час | 3-15 час | 12-30 час | Серия 1 | Серия 2 | Серия 6 | Серия 3 | Серия 5 | Серия 7 | Серия 4 | Серия 8 | | 1 | Полипропилен 01030, (рифлёный лист) ТУ2246-029-05766623-95 Толщина - 2 мм | Светопропускание, % от исходного | 100 | | | | 100 | | 88 | 93 | Индекс желтизны | 20.4 | | 19.8 | | 20.6 | | 21.5 | 22.1 | Изменение формы | | | | | Коробление | | | | | 2 | Полистирол ПСМ-151С, (рифлёный лист) ТУ6-00-0020203387-033-92 Толщина - 2 мм | Светопропускание, % от исходного | 100 | | | | | | 100 | | Индекс желтизны | 8.0 | | 12-10 | | 11.5 | | 14 | 13 | | 3 | Светотехническое блочное матовое органическое стекло, СБ, III, ГОСТ 9784-75 Толщина - 3 мм | Светопропускание, % от исходного | 100 | | | | | 96 | 100 | 96 | Индекс желтизны | 33 | | 31.8 | | 30.9 | 32.6 | 27.8 | 30.7 | | 4 | Стекло органическое экструзионное СЭ, III ГОСТ 9784-75 Толщина - 2.5 мм | Светопропускание, % от исходного | 100 | | | | 100 | | 64 | 94 | Индекс желтизны | 12.6 | | 10.2 | | 5.2 | | 2.6 | 13.9 | | 5 | Поликарбонат Paltough "Paltuf PC Clear" Толщина - 4 мм | Светопропускание, % от исходного | 100 | 100 | 100 | 95 | 98 | 99 | 99 | 100 | Индекс желтизны | 1.5 | | | | | 2.8 | 1.6 | 1.1 | | 6 | Поликарбонат Paltough "Palsun PC Clear Matte" Толщина - 4 мм | Светопропускание, % от исходного | 100 | 100 | 100 | 97 | 100 | 100 | 100 | 98 | Индекс желтизны | 1.3 | | 0.5 | | 1.2 | 2.5 | 1.8 | 2.3 | | 7 | Поликарбонат "Palgard Clear" Толщина - 4 мм | Светопропускание, % от исходного | 100 | 100 | 97 | 96 | 100 | 95 | 97 | 97 | Индекс желтизны | 0.3 | | | | | 1.9 | 1.6 | | | 8 | Поликарбонат Poligal Профиль | Светопропускание, % от исходного | 100 | | | | | | 100 | | Индекс желтизны | 0.5 | | 1 | | 1 | | 3.5 | | | 9 | Поливинилхлорид Palram "Palclear+К" Толщина - 3 мм | Светопропускание, % от исходного | 100 | 100 | 100 | 94 | 91 | 83 | 92 | 86 | Индекс желтизны | 4.3 | | 2.6 | | 24.1 | 22.3 | 24.6 | 18.8 | Изменение формы | | | | Сильное | Сильное | | | | | 10 | Полистирлакрилонитрил Plasit "SAN-UV Clear" Толщина - 2 мм | Светопропускание, % от исходного | 100 | 100 | 100 | 94 | 98 | 97 | 100 | 99 | Индекс желтизны | 0.1 | | | | | 1.2 | 0.3 | | | 11 | Полистирол светотехнич. ПС-УФ Senosan "HP-15U" Толщина - 3 мм | Светопропускание, % от исходного | 100 | | | | | 100 | 100 | 100 | Индекс желтизны | 10.7 | | 11 | | 18.2 | 19.5 | 11.1 | 19.5 | | 12 | Поликарбонат "Lexan" Толщина - 4 мм | Светопропускание, % от исходного | 100 | 100 | 98 | 98 | 99 | 98 | 100 | 97 | Индекс желтизны | 5.84 | | 3.8 | | 4.7 | 6.7 | 6.1 | 6.0 | | 13 | Поликарбонат "Карбохим" Толщина - 2 мм | Светопропускание, % от исходного | 100 | 100 | 100 | 97 | 98 | 100 | 98 | 96 | Индекс желтизны | 8.2 | | 9.1 | | 8.3 | 6.7 | 10.2 | 12.7 | | 14 | Полиэтилентерефталат-гликоль "VIVAK" Толщина - 3 мм | Светопропускание, % от исходного | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | | 100 | 100 | Индекс желтизны | 1.59 | | 1.0 | | 1.2 | | 3.0 | 4.1 | Изменение формы | | | | Сильное | Сильное | | | | | 15 | Полиэтилентерефталат-гликоль "VIVAK-UV" Толщина - 3 мм | Светопропускание, % от исходного | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | | 100 | 100 | Индекс желтизны | 2.43 | | 1.5 | | 4.9 | | 5.0 | 4.4 | Изменение формы | | | | | Сильное | | | | | 16 | Полиэтилентерефталат "AXPET" Толщина - 2 мм | Светопропускание, % от исходного | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | | 100 | 100 | Индекс желтизны | 4.7 | | | | | | 3.8 | 4.9 | Изменение формы | | | | Сильное | Сильное | | | | |
Анализ экспериментальных данных, приведенных в таблицах по изменению оптических и теплостойких характеристик различных полимерных материалов после воздействия на них различных параметров, имитирующих эксплуатацию светотехнических приборов в течение разного времени при различных внешних условий окружающей среды, позволяет сделать следующие выводы Листы и профильные светорассеиватели, изготовленные из полипропилена (1), при воздействии на них даже относительно низкой температуры и влажности быстро теряют свою форму, то есть происходит необратимое коробление материала светорассеивателя, что сказывается на его внешнем виде и, таким образом, на коммерческом успехе производителя. К тому же, неэстетический внешний вид еще до воздействия УФ-Тепло-Влажностного режимов (УФ, ТВ, УФ-ТВ), мутность и неоднородность поверхности сильно ухудшается визуально после этих воздействий. К сожалению, эксперимент показывает незначительное увеличение степени желтизны (это вызвано трудностями при измерениях из-за сильной рифлености и коробления материала), но при визуальном осмотре образцов наблюдается их значительное пожелтение и изменение первоначальной формы. При исследовании прозрачных рифленых листов и профильных изделий из "полистирола общего назначения" (2) наблюдается увеличение желтизны в 1,5 раза после УФ и почти в 2 раза после УФ-ТВ. В то же время эксперименты показывают, что использование для изготовления светорассеивателей специальной марки ударопрочного светотехнического матового полистирола "Senosan HP-15U" приводит к тому, что увеличение значения индекса желтизны (ИЖ) происходит только после воздействия ТВ и УФ-ТВ в течение более 2,5 лет. К тому же , экспериментальные данные указывают на то, что это происходит только при наличии высокой влажности, а так как полистирол используется в основном при изготовлении светотехнических изделий для внутренних помещений, где влажность не является критическим фактором, то можно говорить о высокой эффективности использования этого материала для изготовления рассеивателей методом термоформования из листовых заготовок. Удовлетворительно выдерживают все режимы воздействий внешних факторов окружающей среды такие материалы как полиметилметакрилат (оргстекло) и поликарбонаты различных марок. Однако, длительное воздействие ТВ и УФ-ТВ незначительно (на 5%) снижает у оргстекла теплостойкость, а у всех материалов на основе поликарбонатов различных марок увеличивает ИЖ. Как известно, поликарбонат является достаточно гигроскопичным материалом, который быстро набирает влагу даже при комнатной температуре, из-за чего при переработке методами литья под давлением и экструзией его необходимо тщательно высушить. В последнее время вместо прозрачного поликарбоната, особенно, вместо оргстекла и полистирола, пытаются использовать стиролакрилонитрил (САН), который по ударопрочным показателям прочнее полистирола и несколько слабее оргстекла, а по стоимости стоит между ними. Однако, обычный САН на свету очень быстро желтеет и его эксплуатационные характеристики значительно ухудшаются. Нами был исследован САН УФ-стабилизированный в виде листов, выпускаемых на фирме "PLASIT" (Израиль). Результаты экспериментов показали, что после воздействия всех внешних воздействий светопропускание материала не изменяется, но степень желтизны резко возрастает после мощного воздействия ТВ и незначительно - при мягком воздействии УФ-ТВ. В последнее время проявляется интерес к изготовлению рассеивателей из такого нестандартного для светотехники материала, как полиэтилентерефталат. Исследования эксплуатационных характеристик этого материала показали, что различные воздействия окружающей среды практически не оказывают влияние на коэффициент светопропускания и степень желтизны изделий из него, особенно, если материал содержит УФ-стабилизирующие добавки. К сожалению, полиэтилентерефталат обладает невысокой теплостойкостью, что может ограничивать области его применения в светотехнических изделиях только для маломощных объектов. Из результатов проведенных в данной работе исследований можно сделать следующие выводы. Использование различных методов изготовления рассеивателей для светотехнических изделий предполагает применение разных полимерных материалов. Методом термоформования можно с высокой экономической эффективностью изготавливать рассеиватели простой формы из достаточно дешевых и обладающих хорошими эксплуатационными характеристиками листовых материалов, таких как оргстекло, ударопрочный УФ-стабилизированный полистирол, УФ-стабилизированный стиролакрилонитрил, полиэтилентерефталат. Более сложные по форме и дизайну светорассеиватели требуют применения высокоударопрочных и достаточно дорогих материалов - УФ-стабилизированный поликарбонат и ударопрочное оргстекло специальных марок. Наиболее универсальным методом изготовления светорассеивателей для светотехнических изделий в настоящее время является непрерывная экструзия профильных изделий. В этом случае с высокой степенью экономической эффективности (исключая промежуточную стадию получения листового материала) можно использовать широкую гамму полимерных гранулированных материалов - полиметилметакрилат (оргстекло), поликарбонат, полистирол,стиролакрилонитрил, полиэтилентерефталат и их различные модификации по цветовой гамме, горючести, термо- и светостабильности и другим необходимым для светотехничеких изделий эксплуатационным характеристикам. |