СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАПОЛЬНОГО КОВРИКА
METHOD OF FABRICATING FLOOR MAT

Изобретение относится к методам получения защитных покрытий, а именно напольных ковриков транспортных средств.
Известен способ изготовления напольного коврика транспортного средства, включающий соединение гидрофильного сорбирующего слоя с помощью клеевого слоя с механически прочным слоем из целлюлозно-бумажного и/или текстильного материалов (полезная модель РФ №29883, опубл. 10.06.2003 г.).
Известный способ не обеспечивает получение прочного, устойчивого к истиранию и влагонепроницаемого автомобильного коврика, т.к. последний содержит в своем составе бумагу или текстиль.
Основное назначение напольного коврика автомобиля - изоляция днища в области салона от воздействия влаги, которая попадает на обуви пользователей транспортного средства в виде налипшего снега, капель дождя или росы. Также коврик предназначен для предотвращения попадания на днище песчинок, представляющих собой абразивный материал, нарушающий защитный слой краски на днище.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения напольного покрытия, включающий изготовление верхнего базового слоя из поливинилхлоридного полимера - термопластичного материала, в частности, пластифицированного поливинилхлорида(ПВХ), усиленного путем пропитки текстильной арматурой предпочтительного нетканого типа. Соединение текстильной структуры и изнаночной стороны базового слоя осуществляют нанесением защитного покрытия при помощи пластизоля или пены. Причем скрепление этих слоев осуществляют после операции гелеобразования пластизоля или путем расширения слоя пены. При этом связующий слой пластизоля наносят многократно, т.к. процесс нанесения пластизоля на текстильную структуру должен быть непрерывным. Для гелеобразования требуется дополнительная термическая обработка в печи при температуре порядка 195°C. После нанесения всех слоев требуется термическая обработка всего изделия (патент РФ№2264490, опубл. 20.11.2005).
Известный способ является энергозатратным, сложным, продолжительным по времени, технологически трудоемким. Кроме того, он не позволяет получать фигурные изделия, повторяющие форму днища и рельефа деталей кузова различных марок автомобиля, а напольный коврик, полученный известным способом, не обладает необходимыми потребительскими свойствами - износостойкостью, прочностью, водонепроницаемостью и т.п., а также долговечностью при использовании.
Техническая задача заключается в снижении энергозатрат, упрощении, сокращении продолжительности способа, а также расширении технологических возможностей для получения фигурных напольных ковриков, которые предназначены для защиты днища автомобиля и обладающих высокими потребительскими свойствами (длительный срок службы, стойкость к истиранию, универсальность, плотное прилегание к днищу автомобиля и т.п.), а также необходимыми эстетическими свойствами за счет образования прочных связей между соединяемыми слоями изделия при использовании современных технологий и оборудования.
Сущность изобретения заключается в том, что по способу получения напольного коврика, включающему изготовление верхнего базового слоя из поливинилхлоридного полимера и нанесение защитного покрытия, согласно пункту 1 формулы изобретения изготовление верхнего базового слоя осуществляют методом литья под давлением на термопластавтомате с получением заготовки в форме поддона с языком и буртом по его периметру и рифленой наружной поверхностью поддона, при этом на лицевой стороне бурта и языка при изготовлении базового слоя формируют выступы или уступы не менее одного для разрезания и отделения отрезанных частей и подгонки готового изделия под заданный размер, затем выдерживают заготовку при комнатной температуре и наносят защитную окантовку, после чего на плоские внутренние поверхности поддона и языка заготовки наносят слой декоративного рисунка из УФ-отверждаемой высокоадгезионной краски с использованием УФ-принтера, нанесение защитного покрытия на слой декоративного рисунка и свободную от декоративного рисунка внутреннюю плоскую поверхность поддона и языка осуществляют методом напыления эластичного лака на основе полипропилена, после чего защитное покрытие сушат.
Кроме того, для удовлетворения эстетических потребностей при нанесении защитного покрытия его предварительно колеруют.
Кроме того, для удовлетворения эстетических потребностей при нанесении защитного покрытия вводят в эластичный лак декоративные и текстурные наполнители для получения эффекта «металлика» или «перламутра».
В прототипе базовый слой содержит основную структуру из термопластичного материала, усиленного путем пропитки текстильной арматурой, предпочтительно нетканого типа. Причем скрепление слоев при помощи дополнительных материалов - пластизоля и/или пены, обеспечивается после дополнительной операции гелеобразования или путем расширения слоя пены. После получения поверхностного покрытия требуется нанесение текстильной структуры именно на влажный слой. Причем для гелеобразования необходима дополнительная термическая обработка в печи при температуре 195°С. В связи с тем, что связующий слой пластизоля наносят неоднократно, т.е. каждый раз его предварительно необходимо превращать в гель, что делает известный способ энергозатратным. В случае использования химической пены, так называемой отделочной, необходимо ее расширение также путем термической обработки в печи при температуре 140°С. Нетканое стекловолоконное полотно для размягчения подают на барабан, нагретый до 135°С. Эти вышеперечисленные операции усложняют способ, увеличивают продолжительность способа и делают его весьма трудоемким, т.к. необходимы большие площади для установки печей и большое количество потребляемой энергии для разогрева печей до высокой температуры. Усилительный нетканый материал подвергают каландрированию и/или термическому связыванию. Без термической обработки не происходит также и сцепление нетканого полотна с пластизолем. Для обеспечения незначительного проникновения пластизоля в толщу нетканого полотна необходимо согласно примерам 2 и 3 способа прикладывать давление 1 бар с помощью пресс-цилиндра. Максимальное же приложенное давление может составлять до 4 бар, что также усложняет способ и делает его трудоемким. Процесс нанесения пластизоля и текстильной структуры должен быть обязательно непрерывным - в прототипе происходит двойная гидроэкструзия, шнековые (винтовые) экструдеры именуют также червячными прессами. Как правило, оборудование применяемое в экструзии, выстраивается в виде автоматизированной технологической линии, состоящей из загрузочных и дозирующих устройств, экструдера с фильерой, калибрационно-охлаждающих устройств, тянущих машин, пильных агрегатов, укладывающих устройств. В состав линии могут включаться также и некоторые другие виды оборудования и машин - оборудование для хранения и предварительной обработки материалов, отделочные машины, маркировочное и упаковочное оборудование. Все это оборудование требует больших площадей для размещения, что усложняет способ. Способ становится еще более энергозатратным, трудоемким и сложным в связи с тем, что когда все слои нанесены, то требуется термическая обработка еще и всех слоев, чтобы получился напольный коврик. Готовый напольный коврик по прототипу имеет толщину 2-3 мм, а базовый слой из ПВХ имеет толщину до 1 мм.
В отличие от прототипа в предлагаемом изобретении базовый слой из ПВХ заданной формы и размеров изготавливают на термопластавтомате с помощью литья под давлением на различных пресс-формах (для переднего, заднего, правого и левого днища).
В способе-прототипе толщина базового слоя из термопластичного материала не более 1 мм, в предлагаемом способе базовый слой в 1,5-2,5 раза толще, чем в прототипе, что расширяет технологические возможности предлагаемого способа.
Использование высокотехнологичных материалов (УФ-отверждаемой краски, высокоэластичного лака) и позволяет значительно снизить энергозатраты и расширить технологические возможности по сравнению с прототипом за счет использования современного оборудования. УФ-отверждаемый принтер, используемый для нанесения декоративного слоя, который питается от сети с напряжением 220 В, потребляет небольшое количество энергии в отличие от прототипа. Термопластавтомат относится также к энергосберегающему оборудованию.
В отличие от способа по прототипу, который требует значительные площади под оборудование, заявляемый способ при высокой себестоимости нанесения краски существенно упрощен за счет использования современного оборудования (УФ-отверждаемого принтера). Термопластавтомат требует в два раза меньше места, чем двойной экструдер двухшнековый. Для нанесения защитного слоя лака используется покрасочная камера, краскопульт и вытяжное оборудование. Это также упрощает заявляемый способ, сокращает его продолжительность по сравнению с прототипом.
Верхний базовый слой коврика изготавливают методом литья под давлением с получением прозрачной заготовки, имеющей форму поддона с языком и буртом по его периметру и рифленой наружной поверхностью, что позволяет получать автомобильные коврики, повторяющие форму днища салона определенной марки автомобиля.
Формование выступов/уступов на лицевой стороне бурта и языка при получении базового слоя заготовки позволяет упростить процесс разрезания и отделения обрезанных частей, подогнать коврик под заданный размер и обеспечить плотное прилегание коврика к днищу салона и избежать попадания влаги и абразива между ковриком и днищем, обеспечивая универсальность изделия.
Нанесение УФ-отверждаемой высокоадгезионной краски в виде декоративного рисунка осуществляют с использованием современного высокотехнологичного оборудования - УФ-принтера, за счет чего полученный слой является прочным, не истираемым, наносится быстро и не меняет цвет в процессе эксплуатации.
Общеизвестно, что диффузия - один из эффективных способов достижения молекулярного контакта между полимерами. Адгезия обусловлена молекулярными силами (ванн-дер-ваальсовыми, донорно-акцепторными, водородными и др.). В процессе адгезии «разъедается» поверхностный слой и происходит проникновение молекул одного вещества в другое при использовании органических веществ. В предлагаемом изобретении используется неорганическая краска - УФ-отверждаемые чернила с уникальными свойствами. С точки зрения химика Жидкие чернила - это смесь молекул и их соединений как простейших (мономеры), так и сложных с повторяющейся структурой (полимеры, олигомеры). Все предшественники переходили из жидкого состояния в твердое путем высыхания. Новые УФ-чернила отверждаются в процессе полимеризации. Происходит фотохимическая реакция, в результате которой все мономеры образовали связи с другими компонентами и превратились в один большой полимер. Происходит химическая адгезия - это более совершенный вид адгезии, происходящий с образованием новых связей.
Предлагаемый порядок нанесения слоев позволяет получать конечное изделие, обладающее высокими прочностью и пластичностью. В предлагаемой конструкции полезной модели при соединении слоев друг с другом происходит химическая адгезия, т.к. появляются новые химические связи. Именно за счет химической адгезии лак становится более эластичным.
Такое адгезионное соединение создает прочные и пластичные связи между всеми тремя слоями готового изделия, обеспечивая им высокие потребительские свойства.
Заданные эстетические характеристики обеспечены после нанесения цветного рисунка, который просвечивает под прозрачным базовым слоем полихлорвинила и надежно защищает его от обесцвечивания и истирания с обеих сторон.
Кроме того, с изнаночной стороны коврик можно колеровать при нанесении защитного слоя.
Кроме того, с изнаночной стороны коврику можно придать эффект «металлика» или «перламутра», используя добавки в лак защитного покрытия, не снижая при этом потребительских свойств.
Способ осуществляют следующим образом.
Пример изготовления напольного коврика для защиты переднего днища салона автомобиля ВАЗ
На термопластавтомате с объемом впрыска на 1000 куб.см методом литья под давлением на пресс-форме из стали при t=140-170°С и по продолжительности до 5 мин изготавливают верхний прозрачный базовый слой толщиной 1,5-2,5 мм из пластифицированного ПВХ. Пластикат в виде цилиндрических гранул размером 6 мм представляет собой композицию смолы ПВХ и пластификатора с добавлением стабилизаторов и модифирующих добавок. Пластикат гранулированный марки Ш-68-0 имеет следующие показатели согласно паспорту ОАО «Уралхимпласт» ТУ 6-05-1954-83: прочность при разрыве не менее 12,7(130) МПа (кгс/кв.см), относительное удлинение при разрыве не менее 280%, температура хрупкости не выше минус 40°С, твердость по Шору А 68±3 условных единиц. Верхний прозрачный базовый слой получают в виде заготовки размером 734,9×501,3 мм. Заготовка имеет форму поддона, выполненного заодно с языком плоской формы и плоским буртом по его периметру, на лицевой стороне плоского бурта на поддоне могут быть выполнены в виде канавок три уступа в виде разнонаправленных протяженных линий. Глубина уступов (или высота выступов) составляет 1 мм (выбрана из диапазона 0,5-1,2 мм). В другом варианте выступы/уступы бурта выполнены ступенчатыми с уменьшением высоты ступенек к краю заготовки. На каждой лицевой стороне языка симметрично выполнены по три уступа в виде разнонаправленных протяженных линий. Наружная поверхность поддона является рифленой.
Защитную окантовку заготовки, например скотчем, осуществляют с целью защиты верхнего базового прозрачного слоя от затекания лака, который используется при нанесении защитного слоя.
Заготовку выдерживают при комнатной температуре в течение 2-х часов для завершения процесса полимеризации.
Многоцветный декоративный рисунок наносят на выдержанную заготовку со стороны внутренней плоской поверхности поддона и языка, обращенной к полу салона автомобиля, с использованием современного высокотехнологичного оборудования - УФ-принтера фирмы MUTAKI и УФ-отверждаемой высокоадгезионной неорганической краски - чернил SunFlower, обладающих уникальными свойствами - высокими эксплуатационными характеристиками -светостойкостью, адгезией, влагостойкостью. В результате этого изображение держится в течение долгого срока и при различных воздействиях. Расход краски при нанесении промежуточного декоративного слоя - 40 г/кв.м. В процессе нанесения краски и одновременного ее отверждения формируется сплошная полимерная «пленка» в результате фотохимической реакции под действием лучистой энергии источников света ультрафиолетового диапазона (длины волн 200-450 нм). В качестве источников света используются светодиоды (сайт www. Uvmutaki.ru/technology).
Краска-чернила сделаны с использованием уникальных нанотехнологий. Используемые нанопрепараты имеют суперпрочные микрогранулы, сравнимые по прочности с алмазами, являясь при этом абсолютно круглыми, они резко увеличивает текучесть чернил. Если головы УФ-принтеров подзабиты и обычные чернила не проходят через сопла голов, чернила на наночастицах проходят через сопла и очищают их, не повреждая голов.
Главная польза для клиентов напольного коврика - это увеличение интенсивности цвета напечатанного изображения. Картинка на промежуточном слое становится ярче. Так как наночастицы имеют круглую форму, они играют роль линзы, рассеивающей свет, и за счет этого создается эффект увеличения интенсивности цвета, http://www.sun-nsk.ru/inks/uv-ink/.
Эксперименты по чернилам SunFlower проведены по ГОСТУ на специальном оборудовании по нескольким методикам: исследование адгезии проводилось методом решетчатых и параллельных надрезов по ГОСТ 15140-78 (ISO 2409). Делались надрезы, далее наклеивали скотч и отрывали; исследования твердости проводилось двумя методами: по ГОСТ 5233-89 (ISO 1522-73) с помощью маятникового твердомера и по ISO 15184 методом царапания, а также исследования светостойкости, выдержки в воде к набуханию покрытия и т.п. Исследования показали, что полимерные покрытия обеспечивают качественное, стойкое и договечное УФ-покрытие. Нагревание и перепады температур не страшны нанесенным рисункам, что особенно важно при использовании на улице.
Нанесение защитного покрытия осуществляют в покрасочной камере методом напыления эластичного лака на основе полипропилена с помощью пульверизатора или краскопульта. Лак наносят пневмораспылением при давлении 2,5-4 бара. Размер дюзы (сопла) 1,5-2,0 мм в один слой с толщиной мокрого слоя 65-100 мкм. В основе лака - полимер PaliPlast UP 015 base. Лак представляет собой жидкость молочного цвета, которая после покраски и высыхания становится прозрачной. Базовый лак колеруется в цвета по каталогам RAL. В лак добавляются красители с добавками и пигментная паста Palicolor LX, которая создает эффект «металлика». Расход лака при нанесении защитного слоя составляет 120 г/кв.м, Температура воздуха в помещении должна быть 18-25°С, влажность не более 80%. Температура изделия, лака и оборудования при окраске должна быть не менее 16°С. Процент растяжения лака - способность к удлинению без разрушения - составляет порядка 500-550%.
Испытания показали, что между верхним базовым слоем и нижним защитным слоем происходит самая высокая по прочности соединения химическая адгезия.
Затем осуществляют инфракрасную сушку защитного покрытия в сушильной камере при температуре не более 50°С в течение 1 часа. Возможно использование также конвективной и комбинированной сушки. Сразу после сушки образуется покрытие, устойчивое к истиранию, воздействию воды и бытовым моющим средствам, которые не содержат сильных растворителей и абразивных веществ.
Предлагаемый способ расширяет технологические возможности для получения фигурных напольных ковриков, обладающих высокими потребительскими свойствами. Это подтверждают проведенные испытания коврика.
Для определения термостойкости образец материала коврика размером 734,9×501,3 мм выдерживается в термостате при 50±2°С в течение 6 часов, а затем при комнатной температуре в течение 20 минут. После этого образец изгибается на 180° и по линии изгиба прокатывается гирей весом 1 кг. В результате испытаний не наблюдается видимого растрескивания и шелушения покрытия в 95-99% образцов.
Образец заготовки помещают в морозильную камеру с температурой - 30°С, выдерживают там 4 часа, после его образец изгибается на 180° и по линии изгиба прокатывается гирей весом 1 кг. В результате испытаний не наблюдается видимого растрескивания и шелушения покрытия в 95-99% образцов.
Определение эластичности: образец выдерживается при t - 5-10°С в течение одного часа в развернутом состоянии и затем изгибается на металлическом стержне диаметром 3 мм.
По результатам испытания на покрытии не должно наблюдаться трещин и изломов. В результате испытаний выдержали испытания 95-99% образцов.
Срок службы полученного коврика составляет более трех лет. Таким образом, предлагаемый способ позволяет за счет прогрессивных технологий и высокотехнологичных материалов получить неожиданный результат по сравнению с прототипом - фигурный напольный коврик, который не деформируется, плотно прилегает к днищу автомобиля, не истирается и не теряет привлекательный внешний вид в течение всей службы.