Ce este policarbonatul?

 

Policarbonat(PC) aparține unei familii de polimeri termoplastici caracterizați prin legături carbonatice (−O−(C=O)−O−) în scheletul lor molecular. Sintetizat pentru prima dată independent de Hermann Schnell de la Bayer și Daniel Fox de la General Electric în 1953-1955, acest plastic de inginerie prezintă o combinație neobișnuită de claritate optică care se apropie de transmisia luminii de 90%, rezistență la impact de 250 de ori mai mare decât cea a sticlei și stabilitate termică într-un interval de lucru de -40 de grade până la 120 de grade. Structura amorfă a materialului-, ceea ce înseamnă că moleculele sale lipsesc ordinea cristalină pe distanță lungă, explică atât transparența, cât și capacitatea sa de a suferi o deformare plastică semnificativă fără a se fractura.

Lucrurile sunt peste tot

Iată chestia: probabil că ai atins policarbonatul de cel puțin trei ori astăzi fără să-ți dai seama. Carcasa ta pentru telefon? Probabil policarbonat sau un amestec de PC. Ochelarii aceia de protecție la serviciu? Policarbonat. Capacele farurilor mașinii tale? Da. Chiar și ulciorul dozatorului de apă care se află în bucătăria biroului tău.

Și asta înainte să intrăm în chestiile ciudate-scuturile antirevolte, copertinele aeronavelor, „sticlă” antiglonț de la banca ta. CD-ul pe care l-ai găsit în subsolul părinților tăi weekend-ul trecut. Sere. Biberoane (deși asta s-a complicat-mai multe despre asta mai târziu).

De ce inginerii continuă să revină la asta

Chestia cu rezistența la impact merită mai multă atenție decât îi acordă majoritatea articolelor. Nu vorbim despre „destul de puternic pentru un plastic”. Vorbim despre un material care poate opri un glonț atunci când este stratificat corespunzător. Foaia standard de policarbonat poate primi o lovitură directă de ciocan fără a crăpa-încercați asta cu acril sau sticlă și veți curăța cioburi.

Ceea ce face această funcționare este structura moleculară. Acele grupări carbonatice pe care le-am menționat mai devreme? Ele permit lanțurilor polimerice să absoarbă energie prin deformare, mai degrabă decât prin propagarea fisurilor. Lanțurile se pot întinde și aluneca unul pe lângă celălalt înainte de a se rupe. Acesta este motivul pentru care policarbonatul poate fi îndoit la rece-de fapt îl puteți forma pe o frână din tablă fără încălzire în multe cazuri.

Temperatura de tranziție sticloasă este de aproximativ 147 de grade. Mai jos, este rigid. Mai sus, se înmoaie treptat și devine operabil. Acest lucru oferă producătorilor o fereastră largă de procesare pe care materialele plastice de inginerie mai pretențioase nu o oferă.

Transmisia Luminii

 

Policarbonatul neacoperit transmite aproximativ 88% din lumina vizibilă, ceea ce o plasează la distanță izbitoare de sticla optică. Unele note au ajuns la 92%. Indicele de refracție este cu aproximativ 1,58-mai mare decât sticla standard-, ceea ce îl face de fapt util pentru lentilele de ochelari cu profil subțire.

Dar iată ce nu vă spun întotdeauna fișele de specificații: materialul îngălbenește în timp sub expunerea la UV, dacă nu este stabilizat. Policarbonatul brut lăsat în lumina soarelui se va transforma în chihlimbar într-un an sau doi. Majoritatea foliilor comerciale sunt livrate cu suprafețe stabilizate la UV-din acest motiv.

Întrebarea BPA

Trebuie să vorbim despre bisfenol A.

Policarbonatul standard este obținut prin reacția BPA cu fosgen. BPA este un perturbator endocrin-care imită estrogenul din organism. Și da, urme se pot scurge din recipientele din policarbonat, în special atunci când sunt încălzite sau expuse la conținuturi acide.

Acest lucru a devenit o preocupare semnificativă în jurul anului 2008-2012, ceea ce a dus la măsuri de reglementare privind biberoanele în mai multe țări și a condus la dezvoltarea alternativelor fără BPA-cum ar fi Tritan (care utilizează diferiți monomeri). FDA consideră că policarbonatul de contact alimentar este sigur la nivelurile actuale de expunere, dar dezbaterea continuă.

Pentru aplicații industriale-apărători de mașini, geamuri, capace de protecție-Leșierea cu BPA este în esență o problemă ne-. Dar aplicațiile-de contact alimentar rămân un teritoriu contestat. Doar merită știut.

Lucrul cu Materialul

Mașinile de policarbonat se fac frumos. Sculele standard din carbură funcționează bine. Puteți să-l găuriți, să-l tăiați, să-l direcționați-principalul precauție este evitarea supraîncălzirii, care provoacă topirea locală și acumularea de gume pe marginile sculei. Uneltele ascuțite și vitezele moderate sunt răspunsul.

Termoformarea necesită mai întâi uscarea foii. Policarbonatul este higroscopic (absoarbe umiditatea atmosferică), iar apa prinsă creează bule în timpul încălzirii. Majoritatea producătorilor usca foaia la 120 de grade timp de 2-4 ore înainte de formare.

Pentru imbinarea pieselor:

Sudarea cu solvenți funcționează, dar necesită îngrijire-solvenții care funcționează sunt agresivi și pot provoca fisurarea prin stres dacă sunt aplicați prea generos

Fixarea mecanică necesită găuri supradimensionate pentru a se potrivi expansiunii termice

Lipirea adezivă cu adezivi poliuretanici sau siliconici dă cele mai îngăduitoare rezultate

Turnarea prin injecție este abordarea cu-volum mare. Temperaturile butoiului în jur de 280-320 de grade , temperaturi de mucegai 80-120 de grade . Materialul este neiertător pentru contaminarea cu umiditate - apa reziduală provoacă degradare hidrolitică în timpul procesării topiturii, distrugând greutatea moleculară și proprietățile mecanice.

Cum se ridică

Împotriva acrilicului (PMMA)

Acrilul este optic superior-mai clar, mai puțin predispus la zgârieturi, o rezistență mai bună la zgârieturi. Este și mai ieftin. Dar acrilul se sparge la impact, în timp ce policarbonatul se îndoaie. Dacă ceva s-ar putea să vă lovească materialul de geam, policarbonatul câștigă.

Împotriva sticlei

 

Sticla zgârie mai puțin. Sticla nu îngălbenește. Sticla este mai ieftină pentru panourile plate. Sticla vă oferă o claritate optică mai bună.

Dar sticla cântărește aproximativ de două ori mai mult pe metru pătrat la o grosime echivalentă. Sticla se sparge în cioburi periculoase. Sticla nu poate fi îndoită la rece. Sticla necesită scule speciale și medii de tăiere-climatizate pentru rezultate fiabile.

Pentru orice lucru în care greutatea contează sau ruperea are consecințe-care se dovedește a fi o mulțime de aplicații-policarbonatul are mai mult sens decât ar sugera comparația din fișa de specificații-.

Notele despre care nimeni nu vorbește

Problema zgârieturii

Iată călcâiul lui Ahile al materialului: policarbonatul se zgârie ușor. Rușinos de ușor, având în vedere orice altceva, face bine.

Acest lucru nu se poate repara la nivel molecular. Aceeași mobilitate a lanțului care conferă rezistență la impact face suprafața suficient de moale pentru a fi marcată cu unghiile.

Soluția din industrie o reprezintă straturile dure-de obicei pe bază de silicon-sau acrilice-, aplicate prin scufundare, acoperire prin flux sau depunere cu plasmă. Sistemele bune de acoperire dur-dură din policarbonat până la creion de 2H-4H, aproape de sticlă. Dar acoperirea adaugă costuri și pași de procesare.

Pentru ochelari, în esență toate lentilele din policarbonat sunt livrate cu acoperiri dure. Pentru geamurile industriale, versiunile acoperite și neacoperite au ambele piețe în funcție de toleranța aplicației pentru marcarea suprafeței.

Reciclarea Realității

Policarbonatul este reciclabil din punct de vedere tehnic. Este termoplastic, la urma urmei-topiți-l și remodelați-l. Codul de rășină 7 ("Altele") îl acoperă.

Realitatea este mai dezordonată. Materialul este sensibil la degradarea termică, pierzând greutatea moleculară cu fiecare ciclu de prelucrare. Contaminarea este o problemă-materialele plastice amestecate fac loturile inutilizabile. Și volumele pur și simplu nu sunt acolo în comparație cu PET sau HDPE. Majoritatea programelor de la bord nu o acceptă.

Există programe de reciclare industrială pentru lucruri precum sticle de apă și discuri optice, dar procentul care ajunge efectiv la reciclatori rămâne mic. Reciclarea chimică (depolimerizarea înapoi la BPA și carbonat) este fezabilă din punct de vedere tehnic, dar nu este încă economică la scară.

Unde se duce

Capacitatea de producție continuă să crească-la nord de 6 milioane de tone anual acum. Asia domină atât producția, cât și consumul.

Tendințele cercetării includ:

Alternative bazate pe bio-care folosesc izosorbid în loc de BPA

Nanocompozite pentru o rezistență îmbunătățită la zgârieturi fără a sacrifica transparența

Sisteme de acoperire cu auto-{0}vindecare

Claritate optică mai bună pentru aplicațiile de iluminat cu LED

Tranziția EV generează o nouă cerere semnificativă în iluminatul auto și carcasele bateriilor. Cerințele de reducere a greutății favorizează plasticul față de sticlă și metal, acolo unde proprietățile permit.

Concluzie

Policarbonatul ocupă o nișă neobișnuită: suficient de puternic pentru aplicații structurale solicitante, suficient de clar pentru utilizări optice, prelucrabil prin aproape orice metodă de formare a plasticului. Combinația nu există în altă parte.

Nu este perfect. Sensibilitatea la zgârieturi limitează locul în care îl puteți folosi neacoperit. Chestia cu BPA complică aplicațiile de-contact cu alimente. Stabilitatea UV necesită aditivi sau acoperiri.

Dar atunci când aveți nevoie de armuri transparente, geamuri ușoare, lentile-rezistente la impact sau o sută de alte aplicații în care „clară și rezistentă” se află în fruntea listei de cerințe-policarbonatul este de obicei locul unde ajungeți. La cincizeci de ani de la comercializare, nimic altceva nu se potrivește cu ceea ce face.