В статье проведен сравнительный анализ листовых полимерных материалов, используемых для изготовления светорассеивателей для свтотехнических приборов, световых коробов, «лайт-боксов», уличных указателей и подобных изделий с учетом их светопропускания, прочностных характеристик, атмосферостойкости, технологических и экономических параметров процесса изготовления изделий, а также стоимости этих материалов на Российском рынке.
Для изготовления рассеивателей светотехнических изделий используют в основном листовое оргстекло, полистирол и поликарбонат. Все эти материалы являются термопластами, то есть они размягчаются при нагревании, принимают необходимую заданную форму и сохраняют эту форму после остывания без изменения основных эксплуатационных (прочностных, теплостойких, светотехнических и др.) характеристик.
Это позволяет изготавливать светорассеиватели как простых, так и сложных форм, соответствующие необходимому сегодняшнему дизайну и отвечаю-щие всем требованиям, предъявляемым к современных светотехническим изделиям, используемым в различных областях хозяйства.
Оргстекло – продукт радикальной полимеризации метилметакрилата - полиметилметакрилат (ПММА), акриловое стекло, акрил.
Листовое оргстекло по способу изготовления бывает 2-х видов:
1. Блочное (в России утвердился термин “литьевое”, так как его получают методом заливки мономера (метилметакрилата) между двумя плоскими стекла-ми и дальнейшей полимеризацией до получения твердого материала;
2. Экструзионное стекло - exstrusion (англ.),extrudiert (нем.) – получают непрерывным методом экструдирования расплавленной массы из гранул ПММА через щелевую головку с последующей резкой по заданным размерам.
Литьевое оргстекло имеет более высокую молекулярную массу (более длинные полимерные цепочки по сравнению с экструзионным) и поэтому обладает чуть большей ударопрочностью и теплостойкостью, а также имеет меньшую и бо-лее равномерную усадку при нагревании. Литьевое и экструзионное оргстекло по физико-механическим характеристикам мало отличаются друг от друга, но при изготовлении изделий методом термоформования предпочтительно использование литьевого оргстекла.
К недостаткам оргстекла можно отнести низкую ударопрочность (10-12 кДж/м²), недостаточную устойчивость к поверхностным повреждениям (твердость 180-190 Н/мм²), технологические трудности при термо- и вакуум формовании изделий – появление внутренних напряжений в местах сгиба при формовке, что ведет к появлению микротрещин. Для частичного снятия напряжений необходимо проводить «отпуск» изделий в термосушильной камере при 70-80 С° в течение 3-5 часов, что ведет к значительному увеличению трудо- и энергозатрат.
Поликарбонат (ПК) – продукт поликонденсации дифенилолпропана и фосгена (хлорангидрида угольной кислоты), а так как все производные угольной кислоты называются «карбонатами» - продукт поликонденсации называется «поликарбонат». В Европе также применяют термин «термоклир» - thermoclear, что указывает на высокую термостабильность этого полимера, его чистоту и прозрачность (clear (англ) - чистый). Листы из ПК получают только экструзионным способом из гранул поликарбоната специальных марок.
Основное достоинство листов из ПК заключается в высокой ударопрочности материала и изделий из него. Лабораторными методами измерить удар-ную вязкость ПК (по Шарпи, без надреза) невозможно. Поэтому в каталогах указывают «без разрушения». Метод испытаний образцов из ПК с надрезом дает приблизительную величину ударной вязкости «более 35» (для сравнения у ПММА это значение ~2 кДж/м²). К тому же листы из ПК имеют высокую теплостойкость (145-155°), что позволяет использовать этот материал для изготовления светорассеивателей для фонарей уличного освещения и в других светотехнических приборах, где необходимо сочетание высокой прочности и устойчивости к большому тепловому потоку от высоковольтных ламп накали-вания. С другой стороны при термо- и вакуумформовании листов из ПК необходимо применять мощные источники нагрева, что приводит к увеличению энергозатрат. Стандартный ПК обладает более высокой огнестойкостью по сравнению с оргстеклом и полистиролом, а специальные марки ПК, содержащие антипирены (огнестойкие добавки), имеют очень высокую огнестойкость и относятся к трудновоспламеняемым материалам.
Недостатками ПК являются очень низкая устойчивость к УФ излучению и вообще погодоустойчивость. Поэтому светорассеиватели из ПК быстро желтеют и теряют свои прочностные характеристики. Для уменьшения действия УФ излучения в ПК вводят специальные добавки (УФ стабилизаторы). Это несколько снижает ударопрочность и светопропускание. К тому же листы из ПК обладают низкой твердостью (80-100 Н/мм²), что также снижает область использования их в светотехнических изделиях из-за низкой устойчивости к поверхностным повреждениям.
К сожалению, листы из ПК имеют высокую стоимость, особенно листы, содержащие УФ стабилизаторы, что определяет очень узкий и специфический сектор использования этих листов в светотехнических изделиях и низкую конкурентоспособность этих изделий на Российском рынке.
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) – продукт поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля. В Европе ПЭТФ часто называют полиэфиром (РЕТ, polyester (англ.)). В России часто используют термин «Лавсан» (по пер-ым буквам: Лаборатория Высокомолекулярных Соединений АН СССР).
В последние годы во многих странах Запада наблюдается резкое увеличение потребления ПЭТФ. Кроме традиционного использования для изготовления посуды разового использования (бутылки для напитков, стаканы и т. п.), этот материал начал выпускаться в виде листов, полученных экструзионным способом из специальных марок полиэтилентерефталат-гликоля (ПЭТ-Г). Эти листы используют в рекламной индустрии при изготовлении световых коробов, в изготовлении торгового оборудования и для специфических светотехнических изделий, которые должны быть биологически инертными, в частности, на предприятиях пищевой промышленности.
ПЭТ-Г по своим прочностным и теплостойким характеристикам находится как бы между ПММА и ПК: ударная вязкость этого материала выше, чем у ПММА, но меньше, чем у ПК (без надреза – "без разрушения"; с надрезом ~15 кДж/м²), что позволяет использовать листы из ПЭТ-Г для изготовления ударопрочных светотехнических изделий.
Существенным недостатком листов из ПЭТ-Г является их низкая теплостойкость (70-75°С), что сдвигает сектор их использования в светотехнике в сторону маломощных изделий.
Однако, высокая эластичность листов из ПЭТ-Г, технологичность при термо- и вакуум формовании и биологическая инертность изделий из них постепенно выдвигают этот материал на видное место при использовании его в различных областях светотехники.
Полистирол (ПС) – продукт полимеризации стирола. Наиболее известный и традиционный материал, используемый в светотехнических изделиях. Высокая технологичность процессов термо- и вакуум формования при изготовлении светорассеивателей, отсутствие внутренних напряжений после формования, что исключает стадию отжига из процесса производства изделий, достаточная «жесткость» материала – все это в недавнем прошлом делала ПС наиболее «ходовым» материалом в светотехнике. Однако прозрачный ПС является хрупким, ломким, неударопрочным, поэтому возникают проблемы с хранением и транспортировкой изделий из него. Кроме того, для придания изделиям эффекта светорассеивания приходится изготовлять листы с «рифленой» поверхностью, что в настоящее время не соответствует многим дизайновым решениям мирового стандарта. Существенным недостатком ПС является его низкая устойчивость к воздействию УФ излучения.
Существующие марки ударопрочного полистирола - УПС, HIPS (High Impact PolyStyrene) представляют собой сополимеры полистирола и бутадие-нового или других специальных каучуков, которые имеют значение ударной вязкости до 60-70 кДж/м². Однако присутствие каучука делает материал слишком пластичным и “текучим” при нагреве, и в процессе формования лист из УПС не “держит” форму. К тому же в массу листов из УПС нежелательно вводить УФ стабилизаторы из-за того, что они отрицательно действуют на характеристики каучуковой составляющей, что в конечном итоге приводит к снижению ударопрочности изделия.
В последнее время наблюдалась тенденция вытеснения рифленого прозрачного ПС светорассеивающим матовым (“молочным”).
Таким образом, данная информация может послужить отправной точкой выбора одного из типов листовых полимерных материалов для изготовления различных видов светорассеивателей осветительных приборов и световых коробов в светотехническом производстве, а также в строительстве, производстве рекламной продукции и других областях.