Polykarbonát(PC) patrí do rodiny termoplastických polymérov charakterizovaných uhličitanovými väzbami (−O−(C=O)−O−) v rámci ich molekulárneho hlavného reťazca. Tento technický plast, ktorý prvýkrát nezávisle syntetizovali Hermann Schnell zo spoločnosti Bayer a Daniel Fox zo spoločnosti General Electric v roku 1953-1955, vykazuje nezvyčajnú kombináciu optickej čistoty, ktorá sa blíži k 90 % priepustnosti svetla, odolnosti proti nárazu presahujúcej 250-násobok odolnosti skla a tepelnej stability v pracovnom rozsahu -40 stupňov až 120 stupňov . Amorfná štruktúra materiálu,{10}}čo znamená, že jeho molekulám chýba kryštalický poriadok s dlhým dosahom, čo zodpovedá za jeho priehľadnosť a schopnosť podstúpiť výraznú plastickú deformáciu bez lámania.
Veci sú všade
Tu je vec: pravdepodobne ste sa dnes dotkli polykarbonátu najmenej trikrát bez toho, aby ste si to uvedomili. Váš obal na telefón? Pravdepodobne polykarbonát alebo zmes PC. Tie ochranné okuliare v práci? Polykarbonát. Kryty svetlometov na vašom aute? Áno. Dokonca aj kanvica s dávkovačom vody vo vašej kancelárskej kuchyni.
A to ešte predtým, ako sa dostaneme k podivným veciam-o štítoch, krytoch lietadiel, nepriestrelných „sklách“ vo vašej banke. CD, ktoré si našiel minulý víkend v pivnici svojich rodičov. Skleníky. Detské fľaše (hoci sa to skomplikovalo-viac o tom neskôr).
Prečo sa k tomu inžinieri stále vracajú
Odolnosť voči nárazu si zaslúži viac pozornosti, než jej dáva väčšina článkov. Nehovoríme o „celkom silnom na plast“. Hovoríme o materiáli, ktorý pri správnom vrstvení dokáže zastaviť guľku. Štandardná polykarbonátová doska môže zasiahnuť priamy úder kladivom bez prasknutia-skúste to s akrylom alebo sklom a budete zametať črepy.
To, čo robí túto prácu, je molekulárna štruktúra. Tie uhličitanové skupiny, ktoré som už spomenul? Umožňujú polymérnym reťazcom absorbovať energiu skôr deformáciou než šírením trhlín. Reťaze sa môžu natiahnuť a skĺznuť jedna cez druhú skôr, než sa zlomia. Polykarbonát sa preto dá ohýbať za studena-, v mnohých prípadoch ho môžete skutočne tvarovať na plechovej brzde bez zahrievania.
Teplota skleného prechodu sa pohybuje okolo 147 stupňov. Pod tým je to tuhé. Vyššie postupne mäkne a stáva sa spracovateľným. To dáva výrobcom široké spracovateľské okno, ktoré rafinovanejšie technické plasty neponúkajú.
Prenos svetla
Nepotiahnutý polykarbonát prepúšťa asi 88 % viditeľného svetla, čím sa dostáva do dosahu optického skla. Niektoré známky dosiahli 92 %. Index lomu je približne o 1,58-vyšší ako štandardné sklo-, vďaka čomu je v skutočnosti užitočný pre tenkoprofilové okuliarové šošovky.
Ale tu je to, čo vám technické listy nie vždy hovoria: materiál časom žltne pod UV žiarením, pokiaľ nie je stabilizovaný. Surový polykarbonát ponechaný na slnku sa za rok alebo dva zmení na jantárový. Väčšina komerčných fólií sa dodáva s UV-stabilizovanými povrchmi presne z tohto dôvodu.
Otázka BPA
Musíme hovoriť o bisfenole A.
Štandardný polykarbonát sa vyrába reakciou BPA s fosgénom. BPA je endokrinný disruptor-v tele napodobňuje estrogén. A áno, stopové množstvá sa môžu vylúhovať z polykarbonátových nádob, najmä pri zahrievaní alebo vystavení kyslému obsahu.
Okolo roku 2008-2012 sa to stalo významným problémom, čo viedlo k regulačnému opatreniu týkajúcemu sa dojčenských fliaš v niekoľkých krajinách a podnietilo vývoj alternatív -bez BPA, ako je Tritan (ktorý používa rôzne monoméry). FDA stále považuje polykarbonát prichádzajúci do styku s potravinami za bezpečný pri súčasných úrovniach expozície, ale diskusia pokračuje.
Pre priemyselné aplikácie-ochranné kryty strojov, zasklenie, ochranné kryty-vylúhovanie BPA v podstate nie je-problémom. Žiadosti o-kontakt s potravinami však zostávajú sporným územím. Len stojí za to vedieť.
Práca s materiálom
Polykarbonátové stroje krásne. Štandardné karbidové nástroje fungujú dobre. Môžete ho vŕtať, píliť, smerovať-hlavným preventívnym opatrením je zabrániť prehriatiu, ktoré spôsobuje lokálne roztavenie a lepkavú vrstvu na hranách nástroja. Ostré nástroje a mierne rýchlosti sú odpoveďou.
Tepelné tvarovanie vyžaduje najprv vysušenie plechu. Polykarbonát je hygroskopický (absorbuje vzdušnú vlhkosť) a zachytená voda vytvára počas zahrievania bubliny. Väčšina výrobcov suší plech pri 120 stupňoch 2-4 hodiny pred tvarovaním.
Na spájanie kusov:
Zváranie rozpúšťadlom funguje, ale vyžaduje si opatrnosť,{0}}rozpúšťadlá, ktoré pracujú, sú agresívne a môžu spôsobiť praskanie v dôsledku napätia, ak sa aplikujú príliš hojne
Mechanické upevnenie vyžaduje príliš veľké otvory, aby sa prispôsobili tepelnej rozťažnosti
Lepenie pomocou polyuretánových alebo silikónových lepidiel poskytuje tie najzhovievavejšie výsledky
Vstrekovanie je vysoko{0}}objemový prístup. Teploty hlavne okolo 280-320 stupňov , teploty formy 80-120 stupňov . Materiál je odolný voči kontaminácii vlhkosťou - zvyšková voda spôsobuje hydrolytickú degradáciu počas spracovania taveniny, ničí molekulovú hmotnosť a mechanické vlastnosti.
Ako sa to hromadí
Proti akrylu (PMMA)
Akrylát je opticky lepší-čistejší, menej náchylný na zahmlievanie, lepšia odolnosť proti poškriabaniu po vybalení. Je to aj lacnejšie. Akryl sa však pri náraze rozbije, zatiaľ čo polykarbonát sa ohne. Ak by niečo mohlo zasiahnuť váš zasklievací materiál, vyhráva polykarbonát.
Proti sklu
Sklo sa menej poškriabe. Sklo nežltne. Sklo je lacnejšie pre ploché panely. Sklo poskytuje lepšiu optickú čistotu.
Sklo však váži približne dvakrát toľko na štvorcový meter pri rovnakej hrúbke. Sklo sa rozbije na nebezpečné črepy. Sklo sa nedá ohýbať za studena. Sklo vyžaduje špeciálne nástroje a prostredie na rezanie-riadené klímou, aby ste dosiahli spoľahlivé výsledky.
Pri všetkom, kde záleží na hmotnosti alebo kde má lámavosť následky,-čo sa ukazuje ako veľa aplikácií,-polykarbonát dáva väčší zmysel, než by sa mohlo zdať v porovnaní-technických údajov.
Známky, o ktorých nikto nehovorí
Štandardné jasné veci priťahujú všetku pozornosť. Ale na špeciálnych ročníkoch sú veci zaujímavé.
Nehorľavé-triedy
obsahujú prísady (často na báze halogénu alebo fosforu), ktoré umožňujú materiálu spĺňať hodnotenie UL94 V-0. Tieto sa objavujú v elektrických krytoch a zariadeniach dátových centier.
01
Známky -naplnené sklom
obetovať určitú odolnosť proti nárazu pre dramaticky lepšiu tuhosť a rozmerovú stabilitu . 20-30% bežného zaťaženia skla. Tie nachádzajú využitie v konštrukčných komponentoch, kde záleží na odolnosti proti tečeniu.
02
Zmesi PC/ABS
kombinujte nárazovú pevnosť polykarbonátu so spracovateľnosťou ABS a nižšími nákladmi. Väčšina krytov notebookov používa nejaký variant PC/ABS. Pomer zmesi určuje, či optimalizujete z hľadiska nákladov, nárazu alebo tepelnej odolnosti.
03
Optické stupne
s kontrolovaným indexom lomu a minimálnym dvojlomom prechádzajú do svetlovodov, automobilového osvetlenia a šošoviek fotoaparátov.
04
Problém poškriabania
Tu je Achillova päta materiálu: polykarbonát sa ľahko poškriabe. Zahanbujúco ľahko, vzhľadom na všetko ostatné to robí dobre.
Toto nie je možné opraviť na molekulárnej úrovni. Rovnaká pohyblivosť reťaze, ktorá poskytuje odolnosť proti nárazu, robí povrch dostatočne mäkkým na označenie nechtami.
Priemyselným riešením sú tvrdé nátery-zvyčajne vrstvy na báze silikónu{1}}alebo akrylu-nanášané ponorením, nanášaním tekutým náterom alebo plazmovým nanášaním. Dobré tvrdé-vrstvové systémy dodávajú polykarbonátu tvrdosť ceruzky 2H-4H, čo sa blíži sklu. Ale povlak zvyšuje náklady a kroky spracovania.
Pre okuliare sa v podstate všetky polykarbonátové šošovky dodávajú s tvrdým povlakom. Pre priemyselné zasklenie, verzie s povrchovou úpravou a bez povrchovej úpravy majú trhy v závislosti od tolerancie aplikácie pre povrchové značenie.
Recyklačná realita
Polykarbonát je technicky recyklovateľný. Koniec koncov, je to termoplast,-roztavte ho a preformujte. Kryje ho kód živice 7 („Iné“).
Realita je chaotická. Materiál je citlivý na tepelnú degradáciu a stráca molekulovú hmotnosť s každým cyklom spracovania. Problémom je kontaminácia-zmiešané plasty spôsobujú, že šarže sú nepoužiteľné. A objemy tam jednoducho nie sú v porovnaní s PET alebo HDPE. Väčšina programov na obrubníku to neakceptuje.
Programy priemyselnej recyklácie existujú pre veci, ako sú fľaše na vodu a optické disky, ale percento, ktoré sa skutočne dostane k recyklátorom, zostáva malé. Chemická recyklácia (depolymerizácia späť na BPA a uhličitan) je technicky uskutočniteľná, ale zatiaľ nie je ekonomická v meradle.
Kam to ide
Výrobná kapacita teraz neustále rastie-niekde na sever od 6 miliónov metrických ton ročne. Ázia dominuje vo výrobe aj spotrebe.
Trendy výskumu zahŕňajú:
Bio{0}}alternatívy využívajúce izosorbid namiesto BPA
Nanokompozity pre lepšiu odolnosť proti poškriabaniu bez straty transparentnosti
Samo{0}}opravovacie náterové systémy
Lepšia optická čistota pre aplikácie LED osvetlenia
Prechod na elektromobily vyvoláva významný nový dopyt po osvetlení automobilov a krytoch batérií. Požiadavky na zníženie hmotnosti uprednostňujú plasty pred sklom a kovom, ak to vlastnosti umožňujú.
Zrátané a podčiarknuté
Polykarbonát zaberá nezvyčajné miesto: dostatočne pevný pre náročné konštrukčné aplikácie, dostatočne čistý na optické použitie, spracovateľný takmer každou metódou tvarovania plastov. Kombinácia inde neexistuje.
Nie je to dokonalé. Citlivosť na poškriabanie obmedzuje, kde ho môžete použiť bez povrchovej úpravy. BPA komplikuje-kontaktné aplikácie s potravinami. UV stabilita vyžaduje prísady alebo nátery.
Keď však potrebujete priehľadné pancierovanie, ľahké zasklenie, šošovky odolné proti nárazu{0} alebo stovku ďalších aplikácií, v ktorých je „číry a odolný“ na prvom mieste v zozname požiadaviek,-spravidla je to polykarbonát. Päťdesiat rokov po komercializácii sa nič iné celkom nezhoduje s tým, čo robí.