Влияние внешних воздействий на эксплуатационные характеристики светотехнических полимерных материалов :: Статьи :: ООО «Гельветика - Юг»

Статьи

:: Влияние внешних воздействий на эксплуатационные характеристики светотехнических полимерных материалов
 

Александр Гальченко, к.х.н.,
Главный специалист по полимерным материалам
ЗАО "Гельветика-Т"


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

1 Полипропилен 01030, лист 3*1050*1290 (рифленый) ТУ 2246-029-0576623-95
2 Полистирол ПСМ-151С, Лист СППр 2,8*1390*1310 (рифлёный) ТУ 6-00-0020203387-033-92
3 Листовое светотехническое органическое стекло (блочное, матовое)СБ, III, 3*1400*1730 ГОСТ 9784-75
4 Листовое стекло органическое экструзионное СЭ, III, 3*;1140*1400 ГОСТ 9784-75
5 Лист экструзионный рифлёный из полиметилметакрилата «Дакрил-8» (гранулированный материал бесцветный)ТУ 6-02-217-93
6 Листы прозрачные сплошные из поликарбоната «Makrolon» («BAYER» Германия) производства ф.«PALTOUGH» («POLYGAL» Израиль) «Paltuf PC Clear»
7 Листы матовые сплошные УФ-стабилизированные из поликарбоната «Makrolon» («BAYER» Германия) производства ф.«PALTOUGH» («POLYGAL» Израиль)«Palsun PC Clear Matte»
8 Листы прозрачные сплошные из поликарбоната «Makrolon» («BAYER» Германия) производства ф.«PALTOUGH» (“POLYGAL» Израиль) «Palgard Clear»
9 Сотовые панели из поликарбоната «Makrolon» («BAYER» Германия) ф.«POLYGAL» Израиль, «Polygal»
10 Листы прозрачные сплошные из поливинилхлорида(«POLYGAL», Израиль) Palram «Palclear +К»
11 Листы прозрачные сплошные из полистиролакрилонитрила УФ-стабилизированные, Plasit «SAN-UV Clear»
12 Полистирол ударопрочный матовый светорассеивающий с УФ-защитным слоем (« SENOPLAST», Австрия) «Senosan HP-15U»
13 Листы прозрачные сплошные из поликарбоната «LEXAN» («General Electric Plastics» США) «Lexan»
14 Листы прозрачные сплошные из поликарбоната «ПК-ЛЭТ-7» (НПФ «КАРБОХИМ» г.Дзержинск, Россия)
15 Листы прозрачные сплошные из полиэтилентерефталат-гликоля (ф.”AXXIS”, Бельгия)«VIVAK»
16 Листы прозрачные сплошные полиэтилентерефталат-гликоля УФ-стабилизированные (ф. «AXXIS» Бельгия)«VIVAK-UV»
17 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/м?.

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
Индекс желтизны
Изменение формы
 
100
20.4
 
   
19.8
 
   
100
20.6
Коробление
   
88
21.5
 
 
93
22.1
 
2 Полистирол ПСМ-151С, (рифлёный лист)
ТУ6-00-0020203387-033-92
Толщина – 2 мм
Светопропускание,
% от исходного
Индекс желтизны
 
100
8.0
   
 
12-10
   
 
11.5
   
100
14
 
 
13
3 Светотехническое блочное матовое органическое стекло,
СБ, III, ГОСТ 9784-75
Толщина – 3 мм
Светопропускание,
% от исходного
Индекс желтизны
 
100
33
   
 
31.8
   
 
30.9
 
96
32.6
 
100
27.8
 
96
30.7
4 Стекло органическое экструзионное
СЭ, III ГОСТ 9784-75
Толщина – 2.5 мм
Светопропускание,
% от исходного
Индекс желтизны
 
100
12.6
   
 
10.2
   
100
5.2
   
64
2.6
 
94
13.9
5 Поликарбонат Paltough «Paltuf PC Clear»
Толщина – 4 мм
Светопропускание,
% от исходного
Индекс желтизны
 
100
1.5
 
100
 
 
100
 
 
95
 
 
98
 
 
99
2.8
 
99
1.6
 
100
1.1
6 Поликарбонат Paltough «Palsun PC Clear Matte»
Толщина – 4 мм
Светопропускание,
% от исходного
Индекс желтизны
 
100
1.3
 
100
 
 
100
0.5
 
97
 
 
100
1.2
 
100
2.5
 
100
1.8
 
98
2.3
7 Поликарбонат «Palgard Clear»
Толщина – 4 мм
Светопропускание,
% от исходного
Индекс желтизны
 
100
0.3
 
100
 
 
97
 
 
96
 
 
100
 
 
95
1.9
 
97
1.6
 
97
 
8 Поликарбонат Poligal
Профиль
Светопропускание,
% от исходного
Индекс желтизны
 
100
0.5
   
 
1
   
 
1
   
100
3.5
 
9 Поливинилхлорид Palram «Palclear+К»
Толщина – 3 мм
Светопропускание,
% от исходного
Индекс желтизны
Изменение формы
 
100
4.3
 
 
100
 
 
 
100
2.6
 
 
94
 
Сильное
 
91
24.1
Сильное
 
83
22.3
 
 
92
24.6
 
 
86
18.8
 
10 Полистирлакрилонитрил Plasit «SAN-UV Clear»
Толщина - 2 мм
Светопропускание,
% от исходного
Индекс желтизны
 
100
0.1
 
100
 
 
100
 
 
94
 
 
98
 
 
97
1.2
 
100
0.3
 
99
 
11 Полистирол светотехнич. ПС-УФ Senosan "HP-15U"
Толщина - 3 мм
Светопропускание,
% от исходного
Индекс желтизны
 
100
10.7
   
 
11
   
 
18.2
 
100
19.5
 
100
11.1
 
100
19.5
12 Поликарбонат "Lexan"
Толщина - 4 мм
Светопропускание,
% от исходного
Индекс желтизны
 
100
5.84
 
100
 
 
98
3.8
 
98
 
 
99
4.7
 
98
6.7
 
100
6.1
 
97
6.0
13 Поликарбонат "Карбохим"
Толщина - 2 мм
Светопропускание,
% от исходного
Индекс желтизны
 
100
8.2
 
100
 
 
100
9.1
 
97
 
 
98
8.3
 
100
6.7
 
98
10.2
 
96
12.7
14 Полиэтилентерефталат-гликоль "VIVAK"
Толщина – 3 мм
Светопропускание,
% от исходного
Индекс желтизны
Изменение формы
 
100
1.59
 
 
100
 
 
 
100
1.0
 
 
100
 
Сильное
 
100
1.2
Сильное
   
100
3.0
 
 
100
4.1
 
15 Полиэтилентерефталат-гликоль "VIVAK-UV"
Толщина – 3 мм
Светопропускание,
% от исходного
Индекс желтизны
Изменение формы
 
100
2.43
 
 
100
 
 
 
100
1.5
 
 
100
 
 
 
100
4.9
Сильное
   
100
5.0
 
 
100
4.4
 
16 Полиэтилентерефталат "AXPET"
Толщина – 2 мм
Светопропускание,
% от исходного
Индекс желтизны
Изменение формы
 
100
4.7
 
 
100
 
 
 
100
 
 
 
100
 
Сильное
 
100
 
Сильное
   
100
3.8
 
 
100
4.9
 

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.

 
Rambler's Top100
Группа фирм «Гельветика» | Гельветика | Гельветика-T | Гельветика-ЮГ | Гельветика-Печать | Гельветика-РМ | Гельветика-Строительство
Гельветика-Пермь | Гельветика-Краснодар | Гельветика-Самара | Гельветика-Воронеж | Гельветика-Тюмень | Гельветика-Казань | Гельветика-НН | Гельветика-Урал | Гельветика-CПб