ВЛИЯНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА ПОКРЫТИЯ НА ПРОЧНОСТЬ АДГЕЗИОННОГО КОНТАКТА «ДРЕВЕСНОНАПОЛНЕННЫЙ ПОЛИПРОПИЛЕН – ПОКРЫТИЕ»

 

Шаповалов А.В. (СПбГЛТА, г.СПб), Валенков А.М. (ГНУ ИММС НАН Б им. В.А. Белого, РБ)

 

The peculiarities of the coating material structure based on polyurethane foam (PUF) have been studied. The study has revealed the effect of the main technological factors on adhesive strength of the coating to the wood-polymer material.

 

Термоформуемые экструзионные композиты, характеризующиеся малой усадкой, высокой прочностью и технологичностью, представляют собой хорошую  основу для отделочных материалов интерьеров автомобилей и тракторов. Однако низкие декоративно-эстетические свойства не позволяют использовать их без покрытий. В связи с этим возникла необходимость разработки технологии нанесения на древесно-полимерные материалы тканных и нетканых покрытий, качество готовых изделий из которых определяется адгезией покрытия к подложке.

Прочность адгезионного соединения «древесно-полимерная основа – покрытие» зависит от многих рецептурно-технологических параметров: состава древесно-полимерного композита, температуры его разогрева, давления прессования, наличия клеящих прослоек, времени выдержки под давлением в пресс-форме  и др. Наиболее эффективной основой при разработке древесно-полимерных листовых материалов является полипропилен, который представляет собой достаточно инертный полимер, не способствующий повышению адгезионной активности в зоне контакта. Существенную роль играет также вид используемого материала покрытия. Как правило, наибольшей адгезионной прочностью к подложке обладают  пористые материалы (в силу большей  по сравнению с монолитными материалами площади адгезионного контакта). Поэтому представлялось целесообразным оценить влияние технологических параметров термоформования на адгезионную прочность одного из представителей этого типа материалов - винилискожи на пенополиуретановой (ППУ) основе и древесно-наполненного полипропилена.

В качестве древесно-полимерной основы использовали полипропилен марки 21030-16 ГОСТ 26996-86 , наполненный измельченной древесиной фракции 3/1 со степенью наполнения 50 масс. %. Листовой материал получали методом экструзии на щелевой головке с толщиной листа 3,0 мм. В качестве покрытия использовали винилскожу на трикотажной и пенополиуретановой основе. Образцы получали путем формирования основы и покрытии между обогреваемыми плитами. Температуру обогреваемых плит варьировали в пределах 100 – 230 °С. В качестве полимерной прослойки использовали полиэтиленовую пленку толщиной 2 -15 мм. Прочность адгезионного сцепления оценивали методом отрыва пленки под углом 180.

 

 

Рисунок 1 -  Зависимость адгезионного взаимодействия покрытий с древесно-полимерной основой (F) от времени (t) предварительного разогрева основы:  1 – винилискожа на трикотажной основе; 2 – винилискожа на основе ППУ.

 

Основным технологическим параметром, определяющим реологическое состояние древесно-полимерного композита при термооформовании является температурно-временной режим нагрева заготовки. Исследования влияния температуры и времени нагрева древесно-полимерного листа на прочность адгезионного контакта «древесно-полимерная основа – покрытие» показали (рис. 1), что важное значение приобретает реологическое состояние композиционной основы при термоформовании, которое определяется, в первую очередь, связующим композита.

При этом необходимо учитывать близость температуры плавления связующего и температуры термодеструкции древесного наполнителя, которые строго ограничивают время воздействия теплового поля на древесно-полимерный материал. Исходя из этого определен оптимальный температурно-временной режим переработки, позволяющий переводить древесно-полимерный материал в вязкопластическое состояние, предельно снизив термодеструкцию композиционной основы и находящийся в пределах: Т= 220 °С, T= 180°С.

Одним из путей повышения адгезионной прочности при термоформовании древесно-полимерного материала являются клеящие прослойки в виде полимерных пленок. Установлено, что наличие полимерной пленки повышает адгезионную прочность контакта только при предварительном ее закреплении на древесно-полимерной основе. В противном случае, при воздействии теплового поля она в несколько раз сокращает свои размеры и в местах слабого крепления с древесно-полимерной основой оголяет ее поверхность. При этом формирование клеящей прослойки на древесно-полимерной основе не происходит, что ухудшает качество склеивания. Исключить сокращение размеров пленки можно путем ее напрессовывания на нагретый лист основы, причем плита, соприкасающаяся с пленкой, должна выполнять роль теплового изолятора. Таким образом, на границе раздела древесно-полимерная основа-пленка за счет тепла, аккумулированного при  нагреве листа основы, образуются места сварки, которые и удерживают пленку от деформирования. При последующем нагреве на поверхности листа основы образуется равномерно распределенный слой расплава полимера. Напрессовка на такую поверхность ППУ покрытия обеспечивает адгезионную прочность выше, чем когезионная прочность ППУ. В случае же приклеивания покрытия непосредственно к древесно-полимерной основе или при нанесении на разогретый лист основы вместе с покрытием адгезионная прочность заметно ниже и отслоение покрытия происходит по границе склеивания.

Показано, что на прочность адгезионного контакта влияют материал полимерной пленки и ее толщина. Так, использование более толстой пленки (d = 10 мкм)  при одних и тех же температурно-временных режимах переработки позволяет повысить прочность адгезионного контакта (таблица 1). Дальнейшее ее повышение  незначительно повышает адгезию и  увеличивается  неоправданный расход полимерной пленки.

 

Таблица 1 - Зависимость прочности адгезии (F, Н/м) от толщины (d) пленки и давления прессования

 

Так как  необходимым условием при формировании изделий с  покрытием на основе ППУ является сохранение его структуры, то было определено оптимальное давление их формования. Экспериментально установлено, что его значение, которое не разрушает структуры (не сминает) ППУ и обеспечивает максимальную прочность адгезионного контакта находится в пределах Р_опт =0,2 ¸ 0,3 МПа.

Таким образом, исследования, проведенные с использованием винилискожи на основе ППУ, позволили количественно оценить влияние основных технологических факторов на адгезионную прочность покрытия к древесно-полимерному материалу и представляют собой  основу для разработки технологии тонкостенных изделий из термоформуемых древесно-полимерных материалов с дублирующими покрытиями.