PolikarbonátA (PC) a hőre lágyuló polimerek családjába tartozik, amelyeket karbonát kötések (−O−(C=O)−O−) jellemeznek molekuláris vázukban. Ezt a műszaki műanyagot, amelyet először egymástól függetlenül szintetizáltak a Bayernél Hermann Schnell és Daniel Fox a General Electricnél 1953-ban,{8}}1955-ben, ez a műszaki műanyag a 90%-os fényáteresztést megközelítő optikai tisztaság, az üvegének 250-szeresét meghaladó ütésállóság és a -40-1200 fokos munkatartományban hőstabilitás szokatlan kombinációja. Az anyag amorf szerkezete{10}}ami azt jelenti, hogy molekuláiból hiányzik a nagy hatótávolságú kristályos rend – mind az átlátszóság, mind az a képessége, hogy jelentős képlékeny deformáción megy keresztül repedés nélkül.
A cucc mindenhol ott van
Íme a helyzet: valószínűleg ma legalább háromszor hozzáért a polikarbonáthoz anélkül, hogy észrevette volna. A telefontok? Valószínűleg polikarbonát vagy PC keverék. Az a munkavédelmi szemüveg? Polikarbonát. A fényszóró burkolatok az autón? Igen. Még az irodai konyhában elhelyezett vízadagoló kancsó is.
És ez még azelőtt, hogy belemennénk a furcsa dolgokba-a lázadáspajzsok, a repülőgépek előtetői, a golyóálló „üvegek” az Ön bankjában. A CD, amit a múlt hétvégén a szüleid pincéjében találtál. Üvegházak. Cumisüvegek (bár ez bonyolulttá vált, -erről majd később).
Miért térnek vissza hozzá a mérnökök?
Az ütésállóság több figyelmet érdemel, mint amennyit a legtöbb cikk megad. Nem arról beszélünk, hogy "egy műanyaghoz képest elég erős". Olyan anyagról beszélünk, amely megfelelő rétegezés esetén meg tudja állítani a golyót. A szabványos polikarbonát lap közvetlen kalapácsütést is elbír repedés nélkül-próbálkozzon akrillal vagy üveggel, és szilánkokat fog felsöpörni.
Ami ezt a munkát teszi, az a molekulaszerkezet. Azok a karbonátcsoportok, amelyeket korábban említettem? Lehetővé teszik a polimer láncok számára, hogy a repedések terjedése helyett deformáció útján nyeljék el az energiát. A láncok megnyúlhatnak és elcsúszhatnak egymás mellett, mielőtt eltörnek. Ezért lehet hidegen hajlítani a polikarbonátot,-sok esetben melegítés nélkül is alakítható fémlemezfékre.
Az üvegesedési hőmérséklet 147 fok körül mozog. Ez alatt merev. Fent fokozatosan megpuhul és bedolgozhatóvá válik. Ez olyan széles feldolgozási ablakot biztosít a gyártóknak, amelyet a bonyolultabb műszaki műanyagok nem kínálnak.
Fényátvitel
A bevonat nélküli polikarbonát a látható fény körülbelül 88%-át átereszti, így az optikai üvegtől feltűnő távolságon belül van. Néhány osztály elérte a 92%-ot. A törésmutató körülbelül 1,58{5}}kal magasabb, mint a normál üvegnél-, ami valójában vékony profilú szemüveglencséknél hasznos.
De ez az, amit a specifikációs lapok nem mindig mondanak el: az anyag UV-sugárzás hatására idővel sárgul, hacsak nincs stabilizálva. A napfényben hagyott nyers polikarbonát egy-két éven belül borostyánsárgává válik. A legtöbb kereskedelmi lap pontosan ezért UV--stabilizált felülettel rendelkezik.
A BPA-kérdés
Beszélnünk kell a biszfenol A-ról.
A standard polikarbonát BPA foszgénnel való reagáltatásával készül. A BPA egy endokrin rendszert károsító anyag,{1}}utánozza az ösztrogént a szervezetben. És igen, nyomokban kimosódhat a polikarbonát tartályokból, különösen melegítéskor vagy savas tartalomnak kitéve.
Ez 2008-2012 körül jelentõs aggodalomra ad okot, ami több országban szabályozási intézkedéseket hozott a cumisüvegekkel kapcsolatban, és ösztönözte a BPA-mentes alternatívák, például a Tritan (amely különbözõ monomereket használ) kifejlesztését. Az FDA továbbra is biztonságosnak tartja az élelmiszerrel érintkező polikarbonátot a jelenlegi expozíciós szintek mellett, de a vita folytatódik.
Ipari alkalmazásoknál-gépvédők, üvegezések, védőburkolatok-A BPA kilúgozása lényegében nem- probléma. Az élelmiszer--kapcsolatfelvételi kérelmek azonban továbbra is vitatott terület. Csak érdemes tudni.
Munka az anyaggal
Polikarbonát gépek szépen. A szabványos keményfém szerszámok jól működnek. Fúrhatja, fűrészelheti, elvezetheti-a fő óvintézkedés a túlmelegedés elkerülése, amely helyi olvadást és gumiszerű lerakódást okoz a szerszám élein. Az éles szerszámok és a mérsékelt sebesség a válasz.
A hőformázáshoz először meg kell szárítani a lapot. A polikarbonát higroszkópos (elnyeli a légköri nedvességet), és a beszorult víz buborékokat hoz létre a melegítés során. A legtöbb gyártó a lapot 120 fokon 2-4 órán keresztül szárítja formázás előtt.
A darabok összeillesztéséhez:
Az oldószeres hegesztés működik, de gondoskodást igényel,{0}}a működő oldószerek agresszívek és feszültségrepedést okozhatnak, ha túl bőségesen alkalmazzák
A mechanikai rögzítéshez túlméretezett furatok szükségesek a hőtáguláshoz
A poliuretán vagy szilikon ragasztókkal történő ragasztás biztosítja a legmegbocsátóbb eredményt
A fröccsöntés a nagy{0}}volumen. A hordó hőmérséklete 280{5}}320 fok, a formák hőmérséklete 80-120 fok. Az anyag megbocsáthatatlan a nedvességszennyezéssel szemben – a maradék víz az olvadékfeldolgozás során hidrolitikus lebomlást okoz, tönkretéve a molekulatömeget és a mechanikai tulajdonságokat.
Hogyan halmozódik fel
Akril ellen (PMMA)
Az akril optikailag kiváló-tisztább, kevésbé hajlamos a homályosodásra, jobb a karcállósága a dobozból. Olcsóbb is. De az akril összetörik az ütés hatására, miközben a polikarbonát meghajlik. Ha valami hozzáütődik az üvegezéshez, a polikarbonát nyer.
Glass ellen
Az üveg kevésbé karcolódik. Az üveg nem sárgul. Az üveg olcsóbb a sík paneleknél. Az üveg jobb optikai tisztaságot biztosít.
De az üveg nagyjából kétszer annyit nyom négyzetméterenként, azonos vastagság mellett. Az üveg veszélyes szilánkokra törik. Az üveget nem lehet hidegen hajlítani. Az üveghez speciális szerszámokra és klímaszabályozott-vágási környezetre van szükség a megbízható eredmények érdekében.
Bármire, ahol a súly számít, vagy a törés következményekkel jár,{0}}amiről kiderül, hogy sok alkalmazásnál előfordul,-a polikarbonátnak sokkal értelmesebb, mint amennyit a műszaki adatok{2}}összehasonlítása sugall.
Az osztályzatok, amelyekről senki sem beszél
A standard átlátszó cuccok minden figyelmet kapnak. De a szakosztályok azok, ahol a dolgok érdekessé válnak.
Lángálló{0}}minőségek
olyan adalékanyagokat tartalmaznak (gyakran halogénezett vagy foszfor{0}}alapúak), amelyek lehetővé teszik, hogy az anyag megfeleljen az UL94 V-0 besorolásnak. Ezek az elektromos házakban és az adatközponti berendezésekben jelennek meg.
01
Üveggel{0}}töltött osztályzatok
az ütésállóság feláldozása a drámaian javuló merevség és méretstabilitás érdekében . 20-30%-os üvegterhelés gyakori. Ezeket olyan szerkezeti elemekben használják, ahol a kúszásállóság számít.
02
PC/ABS keverékek
kombinálja a polikarbonát ütőszilárdságát az ABS feldolgozhatóságával és az alacsonyabb költségekkel. A legtöbb laptopház a PC/ABS valamilyen változatát használja. A keverési arány határozza meg, hogy költség-, ütés- vagy hőállóságra optimalizálja-e.
03
Optikai fokozatok
szabályozott törésmutatóval és minimális kettős töréssel a fényvezetőkben, az autóvilágításban és a kameralencsékben.
04
A karcolás probléma
Íme az anyag Achilles-sarka: a polikarbonát könnyen karcolódik. Zavarba ejtően könnyen, minden máshoz képest jól csinálja.
Ez molekuláris szinten nem javítható. Ugyanaz a lánc mobilitása, amely ütésállóságot biztosít, elég puhává teszi a felületet ahhoz, hogy körmökkel is jelöljük.
Az ipari megoldás a kemény bevonatok -általában szilikon-alapú vagy akril-alapú rétegek, amelyeket merítéssel, áramlásos bevonattal vagy plazmalerakással alkalmaznak. A jó kemény-bevonatrendszereknél a polikarbonát 2H-4H ceruzakeménységű, üveghez közelítve. De a bevonat költséget és feldolgozási lépéseket növel.
Szemüvegekhez gyakorlatilag minden polikarbonát lencsét kemény bevonattal szállítanak. Az ipari üvegezéshez a bevonatos és a bevonat nélküli változatoknak is van piaca az alkalmazás felületi jelölési tűrésének függvényében.
Újrahasznosítási valóság
A polikarbonát műszakilag újrahasznosítható. Végül is hőre lágyuló,-olvasztja fel, és formálja újra. A 7-es gyantakód ("Egyéb") fedi.
A valóság kínosabb. Az anyag érzékeny a termikus lebomlásra, és minden egyes feldolgozási ciklusnál veszít molekulatömegéből. A szennyeződés problémát jelent,-a kevert műanyagok használhatatlanná teszik a tételeket. A mennyiség pedig egyszerűen nincs ott a PET-hez vagy a HDPE-hez képest. A legtöbb útszéli program nem fogadja el.
Léteznek ipari újrahasznosítási programok, mint például a vizespalackok és az optikai lemezek, de az újrahasznosítókhoz ténylegesen eljutó százalékos arány alacsony. A kémiai újrahasznosítás (depolimerizáció vissza BPA-vá és karbonáttá) műszakilag megvalósítható, de még nem gazdaságos méretekben.
Merre tart
A termelési kapacitás folyamatosan növekszik{0}}valahol az évi 6 millió tonnától északra. Ázsia uralja a termelést és a fogyasztást egyaránt.
A kutatási trendek a következők:
Bio-alapú alternatívák, amelyek BPA helyett izoszorbidot használnak
Nanokompozitok a jobb karcállóság érdekében az átlátszóság feláldozása nélkül
Öngyógyító bevonórendszerek-
Jobb optikai tisztaság a LED-es világítási alkalmazásokhoz
Az elektromos járművek átállása jelentős új keresletet generál az autóvilágítás és az akkumulátorházak iránt. A súlycsökkentési követelmények előnyben részesítik a műanyagot az üveggel és a fémmel szemben, ahol a tulajdonságok lehetővé teszik.
Bottom Line
A polikarbonát szokatlan rést foglal el: elég erős az igényes szerkezeti alkalmazásokhoz, elég átlátszó az optikai felhasználáshoz, szinte minden műanyag alakítási módszerrel feldolgozható. A kombináció máshol nem létezik.
Nem tökéletes. A karcolás érzékenysége korlátozza, hogy hol használható bevonat nélkül. A BPA bonyolítja az élelmiszer-{2}}kapcsolatfelvételi kérelmeket. Az UV-stabilitáshoz adalékok vagy bevonatok szükségesek.
De ha átlátszó páncélzatra, könnyű üvegezésre, ütésálló{0}lencsékre vagy száz egyéb olyan alkalmazásra van szüksége, ahol a „tiszta és strapabíró” a követelménylista élén áll,-általában a polikarbonát a cél. Ötven évvel a kereskedelmi forgalomba hozatal után semmi más nem felel meg annak, amit csinál.