Polikarbonat(PC) pripada obitelji termoplastičnih polimera karakteriziranih karbonatnim vezama (−O−(C=O)−O−) unutar njihove molekularne okosnice. Prvi put neovisno sintetizirani od strane Hermanna Schnella u Bayeru i Daniela Foxa u General Electricu tijekom 1953-1955, ova inženjerska plastika pokazuje neobičnu kombinaciju optičke čistoće koja se približava 90% prijenosa svjetlosti, otpornosti na udarce koja prelazi 250 puta veću otpornost na staklo i toplinske stabilnosti u radnom rasponu od -40 stupnjeva do 120 stupnjeva. Amorfna struktura materijala-što znači da njegovim molekulama nedostaje kristalni red dugog dometa - objašnjava njegovu prozirnost i njegovu sposobnost da prođe kroz značajnu plastičnu deformaciju bez lomljenja.
Stvari su posvuda
Evo o čemu se radi: vjerojatno ste dotaknuli polikarbonat barem tri puta danas, a da toga niste bili svjesni. Vaša torbica za telefon? Vjerojatno polikarbonat ili mješavina PC-a. Te zaštitne naočale na poslu? Polikarbonat. Poklopci prednjih svjetala na vašem automobilu? Da. Čak i vrč za vodu koji se nalazi u kuhinji vašeg ureda.
I to prije nego što uđemo u čudne stvari-štitovi protiv nereda, nadstrešnice zrakoplova, "stakla" otporna na metke u vašoj banci. CD koji ste prošlog vikenda pronašli u podrumu svojih roditelja. Staklenici. Bočice za bebe (iako je to postalo komplicirano-više o tome kasnije).
Zašto se inženjeri tome stalno vraćaju
Otpornost na udarce zaslužuje više pažnje nego što joj pridaje većina članaka. Ne govorimo o "prilično snažnom za plastiku". Govorimo o materijalu koji može zaustaviti metak kada se pravilno nasloži. Standardna polikarbonatna ploča može izdržati izravan udarac čekićem bez pucanja-probajte to s akrilom ili staklom i pomesti ćete krhotine.
Ono što čini ovaj rad je molekularna struktura. Te karbonatne skupine koje sam ranije spomenuo? Oni omogućuju polimernim lancima da apsorbiraju energiju deformacijom, a ne širenjem pukotina. Lanci se mogu rastegnuti i skliznuti jedan pokraj drugoga prije nego puknu. To je razlog zašto se polikarbonat može saviti hladan-u mnogim slučajevima ga zapravo možete oblikovati na kočnici od lima bez zagrijavanja.
Temperatura staklenog prijelaza je oko 147 stupnjeva. Ispod toga je krut. Gore, postupno omekšava i postaje obradiv. To proizvođačima daje široki prostor za obradu koji izbirljivija inženjerska plastika ne nudi.
Prijenos svjetlosti
Neobloženi polikarbonat propušta oko 88% vidljive svjetlosti, što ga stavlja nadomak optičkog stakla. Neke ocjene dosežu 92%. Indeks loma je oko 1,58-veći od standardnog stakla-što ga zapravo čini korisnim za naočalne leće tankog profila.
Ali evo što vam specifikacije ne govore uvijek: materijal s vremenom požuti pod UV zračenjem osim ako nije stabiliziran. Sirovi polikarbonat ostavljen na sunčevoj svjetlosti postat će žut u roku od godinu ili dvije. Većina komercijalnih ploča dolazi s UV-stabiliziranim površinama upravo iz tog razloga.
Pitanje BPA
Moramo razgovarati o bisfenolu A.
Standardni polikarbonat nastaje reakcijom BPA s fosgenom. BPA je endokrini disruptor-oponaša estrogen u tijelu. I da, tragovi mogu iscuriti iz polikarbonatnih spremnika, osobito kada se zagrijavaju ili izlažu kiselom sadržaju.
To je postalo veliki problem oko 2008-2012, što je dovelo do regulatornih mjera za dječje bočice u nekoliko zemalja i potaknulo razvoj alternativa bez BPA-kao što je Tritan (koji koristi različite monomere). FDA i dalje smatra polikarbonat koji dolazi u dodir s hranom sigurnim pri trenutnim razinama izloženosti, ali rasprava se nastavlja.
Za industrijske primjene-štitnike strojeva, stakla, zaštitne poklopce-Ispiranje BPA u biti nije-problem. No aplikacije-za kontakt s hranom ostaju sporno područje. Samo vrijedi znati.
Rad s materijalom
Strojevi od polikarbonata lijepo. Standardni karbidni alat radi dobro. Možete ga bušiti, piliti, usmjeravati-glavna mjera opreza je izbjegavanje pregrijavanja, koje uzrokuje lokalno topljenje i nakupljanje gume na rubovima alata. Oštri alati i umjerene brzine su odgovor.
Termoformiranje zahtijeva prvo sušenje lima. Polikarbonat je higroskopan (upija atmosfersku vlagu), a zarobljena voda stvara mjehuriće tijekom zagrijavanja. Većina proizvođača suši lim na 120 stupnjeva 2-4 sata prije oblikovanja.
Za spajanje dijelova:
Zavarivanje otapalom funkcionira, ali zahtijeva oprez-otapala koja djeluju su agresivna i mogu uzrokovati pucanje uslijed naprezanja ako se nanose previše
Mehaničko pričvršćivanje zahtijeva prevelike rupe kako bi se prilagodilo toplinskom širenju
Lijepljenje s poliuretanskim ili silikonskim ljepilom daje rezultate koji najviše opraštaju
Injekcijsko prešanje je-pristup velikom volumenu. Temperature bačve oko 280-320 stupnjeva, temperature kalupa 80-120 stupnjeva. Materijal ne oprašta kontaminaciju vlagom - zaostala voda uzrokuje hidrolitičku degradaciju tijekom obrade taline, uništavajući molekularnu težinu i mehanička svojstva.
Kako se slaže
Protiv akrila (PMMA)
Akril je optički superiorniji-jasniji, manje je sklon mrljenju, bolja je otpornost na ogrebotine. Također je jeftinije. Ali akril se razbija pod udarcem dok se polikarbonat savija. Ako nešto može pogoditi vaš materijal za ostakljenje, polikarbonat pobjeđuje.
Protiv stakla
Staklo se manje grebe. Staklo ne žuti. Staklo je jeftinije za ravne ploče. Staklo vam daje bolju optičku jasnoću.
Ali staklo teži otprilike dvostruko više po kvadratnom metru pri ekvivalentnoj debljini. Staklo se lomi u opasne krhotine. Staklo se ne može savijati hladno. Staklo zahtijeva posebne alate i klimatski-kontrolirano okruženje za rezanje za pouzdane rezultate.
Za sve gdje je težina bitna ili lom ima posljedice-što se pokazalo u mnogim primjenama-polikarbonat ima više smisla nego -usporedba specifikacija može sugerirati.
Ocjene o kojima nitko ne govori
Standardne prozirne stvari privlače svu pozornost. Ali specijalne ocjene su mjesto gdje stvari postaju zanimljive.
Klase-otpornosti na plamen
sadrže aditive (često halogenirane ili na bazi-fosfora) koji omogućuju materijalu da zadovolji ocjene UL94 V-0. Oni se pojavljuju u električnim kućištima i opremi podatkovnog centra.
01
Ocjene-ispunjene staklom
žrtvujte dio otpornosti na udarce za dramatično poboljšanu krutost i dimenzijsku stabilnost. 20-30% opterećenja stakla je uobičajeno. Oni nalaze primjenu u strukturnim komponentama gdje je otpornost na puzanje važna.
02
PC/ABS mješavine
kombinirajte otpornost polikarbonata na udar s mogućnošću obrade i nižom cijenom ABS-a. Većina kućišta prijenosnih računala koristi neku varijantu PC/ABS-a. Omjer mješavine određuje hoćete li optimizirati cijenu, udar ili otpornost na toplinu.
03
Optičke ocjene
s kontroliranim indeksom loma i minimalnim dvolomom idu u svjetlovode, automobilsku rasvjetu i leće fotoaparata.
04
Problem ogrebotina
Ovo je Ahilova peta materijala: polikarbonat se lako ogrebe. Neugodno lako, s obzirom na sve ostalo radi dobro.
To se ne može popraviti na molekularnoj razini. Ista pokretljivost lanca koja daje otpornost na udarce čini površinu dovoljno mekom za označavanje noktima.
Industrijsko rješenje su tvrdi premazi-obično slojevi na bazi-silikona ili akrila-naneseni uranjanjem, premazivanjem tečenjem ili taloženjem plazmom. Dobri sustavi tvrdo-premaza dobivaju polikarbonat do tvrdoće olovke od 2H-4H, približavajući se staklu. Ali premaz povećava troškove i korake obrade.
Što se tiče naočala, gotovo sve polikarbonatne leće isporučuju se s tvrdim premazima. Za industrijsko ostakljenje, obložene i neobložene verzije imaju tržišta ovisno o toleranciji primjene za označavanje površine.
Recikliranje stvarnosti
Polikarbonat se tehnički može reciklirati. To je termoplastično, na kraju krajeva-rastopite ga i preoblikujte. Šifra smole 7 ("Ostalo") pokriva to.
Stvarnost je neurednija. Materijal je osjetljiv na toplinsku degradaciju, gubi molekularnu težinu sa svakim ciklusom obrade. Kontaminacija je problem-miješana plastika čini serije neupotrebljivima. A volumeni jednostavno nisu tu u usporedbi s PET-om ili HDPE-om. Većina programa na pločniku to ne prihvaća.
Programi industrijskog recikliranja postoje za stvari kao što su boce s vodom i optički diskovi, ali postotak koji zapravo dolazi do reciklaža i dalje je malen. Kemijsko recikliranje (depolimerizacija natrag u BPA i karbonat) je tehnički izvedivo, ali još nije ekonomično u razmjeru.
Kamo ide
Kapacitet proizvodnje nastavlja rasti-negdje sjeverno od 6 milijuna metričkih tona godišnje. Azija dominira i proizvodnjom i potrošnjom.
Istraživački trendovi uključuju:
Bio{0}}alternative koje koriste izosorbid umjesto BPA
Nanokompoziti za poboljšanu otpornost na ogrebotine bez žrtvovanja prozirnosti
Su-samozacjeljujući premazi
Bolja optička jasnoća za aplikacije LED rasvjete
Prijelaz na električna vozila pokreće značajnu novu potražnju za automobilskom rasvjetom i kućištima baterija. Zahtjevi za smanjenje težine daju prednost plastici u odnosu na staklo i metal gdje to svojstva dopuštaju.
Zaključak
Polikarbonat zauzima neobičnu nišu: dovoljno jak za zahtjevne strukturne primjene, dovoljno jasan za optičku upotrebu, može se obraditi kroz gotovo sve metode plastičnog oblikovanja. Kombinacija ne postoji nigdje drugdje.
Nije savršeno. Osjetljivost na ogrebotine ograničava gdje ga možete koristiti bez premaza. BPA stvar komplicira-prijave u kontaktu s hranom. Stabilnost na UV zračenje zahtijeva aditive ili premaze.
Ali kada vam je potreban prozirni oklop, lagano staklo, leće-otporne na udarce ili stotine drugih primjena gdje je "čisto i čvrsto" na vrhu popisa zahtjeva-polikarbonat je obično ono gdje završite. Pedeset godina nakon komercijalizacije, ništa drugo nije doraslo onome što radi.