Декоративный бумажно-слоистый пластик (ДБСП)

Другие названия и сокращения: ДБСП

Декоративный бумажно-слоистый пластик – материал для декоративной отделки поверхностей (мебели, стен, рекламных щитов, ограждений), который также позволяет дополнительно защитить отделываемую поверхность. Производство заключается в пропитке бумаги-основы водным раствором синтетического олигомера (карбамидным, меламинным, фенольным) с последующим прессованием при повышенном давлении и одновременной сушке.

Материал характеризуется декоративной поверхностью с чётко различимым рисунком или фактурой, и поверхность должна быть устойчива к ряду воздействий. Структура лицевой поверхности пластика определяется желанием заказчика, также как и степень шероховатости нелицевой поверхности.

Физические свойства ДБСП

В соответствии с ГОСТ 4.229-83, фактически опирающимся на ГОСТ 9590-76, физические свойства ДБСП должны быть следующими:

Однако, в силу устаревания данного ГОСТ, и несоответствия международным нормам произведенных по данным требованиям ДБСП, в основном как базовый рассматривается стандарт EN 438

Сырьё и материалы для производства ДБСП

Слои пропитываются фенолоформальдегидными олигомерами (ФФО), что обеспечивает максимальную прочность. Декоративные слои содержат до 55 % олигомера, внутренние 25 – 35 %. Олигомеры обеспечивают сопротивление сжатию, истиранию, сопротивляемость разрыву при продольных нагрузках. Бумага же в пластике является фактически наполнителем, выполняющим роль арматуры в бетоне, хотя её содержание 60 – 64 %.

В зависимости от слоя, бумага подразделяется на 4 типа:

• Защитная (Оверлей)

• Декоративная бумага

• Барьерная (Андерлей)

• Крафт-бумага (наполнитель)

Оверлей

Оверлей-это тонкая бумага массой 18 – 52 г/м². Делается из 100 % хвойной целлюлозы (иногда с примесью лиственной) с большой степенью помола, которая однако не должна препятствовать её впитываемости. Эта бумага должна обеспечивать хорошую видимость рисунка декоративного слоя, т.е. становится полностью прозрачной.

Декоративная бумага

Её волокнистая основа – 100 % белёная целлюлоза СФА (50 : 50 – хвойной и лиственной). Масса 90 – 120 г/м². Главная особенность – очень большое содержание наполнителя (20 – 35 %) TiO2. Коэффициент преломления оксида титана 2,4 – 2,5, каолина – 1,4; мела – 1,3; целлюлозы – 1,0. Только вышеописанная композиция бумаги обеспечивает большую её укрывистость и непрозрачность. Главная цель – скрыть внутренние тёмные слои и достигнуть максимального декоративного эффекта.

Главное требование – высокая зольность, прочность во влажном состоянии, хорошая впитываемость. Удержание наполнителя и одновременное повышение влагопрочности в России достигалось добавкой в массу большого количества меламинформальдегидного олигомера при рН массы 4,5 – 5,0, однако качество данных смол оставляло желать лучшего, а также к минусам относится большой расход. В настоящее время для этих целей используют комбинацию различных синтетических полимеров, работающих в слабокислой, нейтральной и даже в слабощелочной среде. Кроме модифицированных МФО (растворимые катионные смолы) применяют смолы Кюмине (полиамидаминэпихлоргидриновые смолы).

Андерлей

Андерлей (барьерная бумага) предназначена для укрывания внутренних тёмных слоев бумаги-наполнителя. Эта бумага похожа на стандартную печатную с массой 70–80 г/м² , произведенная на основе СФИ или СФА целлюлозы. Бумага должна иметь хорошую укрывистость и впитываемость в совокупности с высокой влагопрочностью.

Крафт-бумага

Крафт-бумага (наполнитель) изготавливается по возможности из 100% СФА небелёной целлюлозы. По композиции похожа на мешочную бумагу, должна иметь хорошую впитываемость, требуется высокая прочность. В настоящее время в её композиции используют волокнистые отходы и макулатуру, а требуемую прочность достигают использованием химических добавок. Масса равна 43 – 300 г/м². Эта бумага составляет большую часть массива пластика, являясь фактически основой для нанесения остальных слоёв.

Периодический метод производства ДБСП

Этапы производства:

1) Подготовка сырья и материалов.

2) Пропитка бумаги, её сушка и нарезка на форматы.

3) Набор пакетов из пропитанных бумаг.

4) Комплектация стоп для прессования, загрузка пакетов в пресс.

5) Прессование на этажных прессах периодическим способом.

6) Механическая обработка пластика: обрезка кромок, шлифовка тыльной стороны.

7) Маркировка и упаковка.

1 – раскат;

2 – бумагоправильные валики;

3 – узел предварительной пропитки. Бумага смачивается пропиточным раствором, который проникает в её поры, вытесняя из них воздух, что ускоряет процесс пропитки в пропиточной ванне 4 погружного типа;

4 – пропиточная ванна;

5 – валики для отжима избытка пропиточного раствора;

6 – узел конвективной сушки;

7 – саморезка;

8 – конвейер;

9 – укладка стоп.

Пропиточные смолы должны быть достаточно концентрированными (60%), но не слишком вязкими, чтобы легко и быстро проникать в структуру бумаги. Олигомер должен быть низкомолекулярный и иметь степень полимеризации 2-4. Процесс отверждения олигомера в пропитанной бумаге начинается во время конвективной сушки горячим воздухом при температуре 100 – 150 ºС. Желательно зонировать сушилку по температуре, так как во время сушки олигомер начинает отверждаться, однако его отверждение не должно быть слишком глубоким и должно выражаться лишь некоторым повышением степени поликондесации без образования сетчатой структуры. Олигомер в высушенной бумаге должен сохранять текучесть для последующего прессования, при котором он должен проникать во все поры бумаги-основы и полностью отверждаться при выходе из пресса. При сушке выделяются летучие продукты (формальдегид), содержание которых в бумаге нормируется (4,5 – 8 %). Содержание смолы 48 – 55 %. После нарезки на форматы (саморезка 7) и укладки в стопы бумага хранится в таком состоянии в кондиционированных помещениях.

Набор пакетов из пропитанных бумаг

Пакет-заготовка – это комплект уложенных в определённой последовательности листов бумаги, количество которых зависит от необходимой толщины пластика. Оверлей – 1 лист, декоративная бумага – 1 лист, андерлей – 1 лист, внутренний слой (крафт-бумага) – от 4 листов и более. Компенсирующий слой между пакетами – 1 лист. Между пакетами помещают прокладочные листы из нержавеющей стали, после чего загружают всю стопку в пресс.

1 – стальная рама;

2 – греющие плиты (с паро- либо электрообогревом);

3 – гидравлическая система.

Механизм процесса прессования

При прессовании пропитанных бумах под воздействием высокой температуры и давления смола расплавляется, растекается, заполняет поры между волокнами бумаги, склеивает её листы между собой и отверждается, образуя монолитный материал. На поверхности листов аминоформальдегидная смола образует прозрачную плёнку. Скорость отверждения смолы зависит от количества свободных метилольных групп, также как и её адгезионные свойства. Но с увеличением этих групп, увеличивается и количество реакционного формальдегида, не вступившего в реакцию и выделяющегося в окружающую среду вместе с парами воды. Для снижения содержания формальдегида в смоле (связанного и свободного) применяют смолы с как можно меньшим мольным соотношением формальдегида к карбамиду и меламину. Для увеличения скорости отверждения смолы используют кислые катализаторы (органические кислоты: муравьиная, хлорид аммония). Чем больше содержания карбамида в КМФО, тем меньше его водостойкость. Её можно повысить увеличением температуры прессования до 130 ºС и выше, но в определённых пределах. Процесс отверждения смолы в среде наполнителя (в бумаге) является поликонденсационным, выделяется много низкомолекулярных продуктов. Конструкция пресса должна обеспечивать их эффективный отвод из зоны прессования, во избежание разрыхления пластика газообразными продуктами.

Основные технологические параметры прессования: давление, температура и продолжительность. Чем больше давление, тем выше монолитность пластика и его механическая прочность. При высоком давлении повышается текучесть смолы, снижается содержание летучих веществ в зоне реакции, что дает возможность использовать пропитанные бумаги-основы с меньшим количеством формальдегида. Поверхность пластика улучшается, повышается стойкость к истиранию и царапанью. Для этажных прессов нормальным является давление 100 кгс/см² (10 МПа).

Температура прессования – величина переменная. После загрузки материала в пресс происходит смыкание плит пресса, по достижении нужного давления их нагрев до температуры прессования, выдержка материала при этой температуре и охлаждение готового изделия. Температура зависит от типа смолы. Для ФФО – 150 – 165 ºС, для МФО – 145 – 150 ºС. От температуры прессования зависят и другие его факторы: выдержка и давление. Слишком высокая начальная температура может вызвать преждевременное отверждение связующего вещества, и смола не успеет заполнить поры наполнителя, что приведет к внутренним дефектам и снижению монолитности. Распространённый вид брака – недопрессовка: образование матовых пятен на глянцевой поверхности пластика. Причина в преждевременном отверждении смолы, когда участки пластика остаются не покрытыми её плёнкой.

Дефекты пластика

• Коробление. Причина этого у пластика – неравномерное расширение и усадка аминоальдегидных и фенольных компонентов, неравномерная влажность по толщине, неполное охлаждение под давлением.

• Тёмные пятна ФФО на поверхности. Связано с повышенным содержанием этой смолы во внутренних слоях или с низким содержанием аминоальдегидной смолы в декоративных слоях, плохая укрывистость декоративной бумаги.

• Недопрессовка, серость, матовые пятна на глянцевой поверхности и т.п. Причинами могут быть низкое давление прессования, слишком быстрый нагрев в прессе.

• Растрескивание пластика после прессования. Причина – прилипание листа пластика к греющей плите или к соседнему (прокладочному) листу, чрезмерно быстрое охлаждение и быстрая усадка материала.

• Недостаточный глянец. Причины: высокое содержание летучих веществ в бумаге, быстрое снятие давления в прессе при недостаточном охлаждении пластика, дефекты прокладочных листов.

Непрерывный метод производства ДБСП

1 – раскаты;

2 – непрерывные металлические ленты;

3 – прокладки (механические, гидравлические, пневматические) под греющей плитой;

4 – ленточный конвейер; 

5 – саморезка;

6 – укладка готовых листов пластика в кипы.

Агрегат прессования

Агрегат прессования – компактная установка, полностью механизированная и автоматизированная. Требует меньше обслуживающего персонала, даёт меньше отходов, более рентабельная. В этих линиях отсутствует подготовка и набор пакета, весь набор пропитанных бумаг одновременно втягивается в пресс, где устанавливается давление и температура.

Прессы строятся длиной по требованию заказчика (до 50 м). Давление, тепло и холод подаются симметрично и одновременно, причём давление направлено строго вертикально под прямым углом к поверхности, при усилии 60 и более тонн, что вызывает огромные силы трения между движущимися частями, которая возрастает пропорционально увеличению давления.

1. Пресс скольжения.

Верхняя и нижняя половины пресса, от которых нагреваются прессующие ленты, давят на движущийся пакет. Нагревающие плиты покрывают материалом с низким коэффициентом трения – тефлоном (политетрафторэтилен), который дополнительно смазывается термостойкой и нерастворимой в воде смазкой

2. Пресс с роликовым основанием.

В этой конструкции между неподвижной и движущимися частями пресса вставлены ролики. Каждый ролик – длинный твёрдый стержень либо полый цилиндр. По сравнению с прессом скольжения эксплуатация роликового пресса дешевле, но ролики не обеспечивают необходимого снижения силы трения, поэтому износ движущихся деталей достаточно большой.

3. Пресс с жидкой или воздушной прокладкой.

Технические требования к ДБСП

• Размер материала. Пластик должен выпускаться в рулонах или листах до 0,4 мм ширина 600–1500 мм. Размеры листов или рулонов согласуются с заказчиком.

• Внешний вид. Лицевая поверхность, включая рисунок, не должна отличаться от эталонного листа, предоставляемого заказчиком. Нелицевая поверхность должна предусматривать возможность склеивания.

• Поверхностные дефекты определяются на глаз на расстоянии 1,5 м. Есть методы определения дефектов с помощью электронных сканирующих приборов. Суммарная площадь дефектов не должна превышать 1 – 2 мм на 1 м² пластика.

• Краевые дефекты – следы влаги, мутность. Их длина не должна превышать 20 мм с каждой стороны.

• Разрывы по углам. Не более 3 см на одном из углов, не более 1,5 см – на двух углах.

• Линейность краёв. Должны быть прямыми с максимальным допуском 1,5 мм на каждый м края.

• Допуск на плоскостность. Плоскостность зависит от условий хране- ния, и её колебания длины быть менее 120 мм на 1 м линейной длины при помещении пластика на плоскую поверхность внутренней стороной вверх.

Физико-механические свойства ДБСП

Свойства определяют его эксплуатационные характеристики.

1. Стойкость к истиранию (абразивная стойкость) определяет срок службы пластика. Большое значение имеет для поверхностей, подвергающихся истирающим нагрузкам. Предполагается, что высокое значение этого показателя независимо от методов производства можно получить максимально глубоким предварительным отверждением смолы в поверхностном слое Оверлея или декоративной бумаги. Имеет значение также достаточно высокое содержание аминоальдегидной смолы в поверхностных слоях ДБСП (не менее 50 %). Тест проводится на специальном приборе путём вращения образца при контакте с парой цилиндрических колёс, покрытых абразивной бумагой. Истирание проводят до подслоя. Хороший пластик выдерживает до 15 тыс. оборотов.

2. Стойкость к удару (ударная прочность). Высокая твёрдость поверхности пластика обуславливает и её хрупкость, испытание ударной вязкости характеризует материал в целом. Для испытаний использую специальный прибор. Образец приклеивается на ДСП плиту и подвергается удару стального шарика диаметром 5 мм, нагруженного пружиной. Повреждение определяется визуально. Показатель – минимальная сила пружины, вызывающая повреждение.

3. Сопротивление поверхности царапанию. Характеризует твёрдость поверхности и заключается в определении минимальной нагрузки на алмазный наконечник, при которой он составляет на поверхности видимые следы.

4. Стойкость при погружении в кипяток. На 2 ч погружают образец в кипяток, измеряют увеличение массы и толщины. Не должно быть вздутий, расслоений и трещин, допускается небольшая потеря глянца.

5. Стойкость к действию водяного пара. Воздействуют на пластик в течение часа, не должно быть расслоений, трещин и вздутий.

6. Стойкость к действию сухого тепла. Образец приклеивают к ДСТП, ставят на него сосуд определённой теплоёмкости и теплопроводности с начальной температурой 180ºС, затем сосуд охлаждают 20 мин при контакте с пластиком. Стойкость оценивают визуально, не должно быть изменения поверхности и цвета.

7. Стабильность линейных размеров. Определяется возможное изменение размера листа пластика при эксплуатации в различных климатических условиях.

8. Разрушающее напряжение при изгибе определяется для конструкционных пластиков, в т.ч. для строительства. Нагрузка 80–100 кгс/см 2.

9. Стойкость к загрязнению веществами бытового и хозяйственного назначения. Наносят на поверхность на 16–24 ч уксус, затем вещества смывают. Изменения внешнего вида быть не должно.

10. Огнестойкость. Показатель важен для строительных пластиков, для ДБСП, применяемого в судо-, вагоно-, метростроении. Материалы классифицируют по горючести на основе существующих стандартов. Отверждённые ФФС при нагревании не расплавляются и выдерживают температуру до 175 ºС. Температура разложения около 300 ºС. Слоистый пластик на основе ФФС используется в строительстве и разлагается при 250 ºС. В зависимости от толщины листов он бывает от горючего до самозатухающего. Чем больше толщина листов, тем меньше горючесть. Аминосмолы – неплавкие, нерастворимые продукты в отверждённом состоянии, при нагревании разлагаются и устойчивее к нагреванию, чем ФФС. Температура воспламенения МФС 600 ºС. При её горении выделяется аммиак, формальдегид и их производные являющиеся токсичными.

11. Цветостойкость. Измеряют потери цвета после облучения пластика УФ в течение определенного времени, оценивают на глаз спецшкалами. Плотность не менее 1,4 г/см3.

12. Плотность.

13. Разрушающее напряжение при растяжении – не менее 700 кгс/см².