Поликарбонатобхваща семейство от термопластични полимери, отличаващи се с карбонатни функционални групи (−O−(C=O)−O−) в рамките на тяхната химическа основа-структурно устройство, което придава характерната комбинация на материала от оптична чистота, стабилност на размерите и механична издръжливост. Категоризирането на типовете поликарбонат произтича основно от три променливи: разпределение на молекулното тегло, включване на ко-мономери или смесени полимери и пакетите от добавки, използвани по време на смесването. Всяка вариация произвежда различни характеристики на обработка и свойства за крайна-употреба, като наличните в търговската мрежа класове вече наброяват хиляди в глобалните бази данни за смоли като MatWeb, който каталогизира само над 6100 различни поликарбонатни формули.
Ясните неща, които всеки знае
-Поликарбонатът с общо предназначение-непълната, оптически прозрачна версия-отчита по-голямата част от това, с което хората се сблъскват ежедневно. Калъфи за телефони, предпазни очила, кани за вода. Пропускането на светлина е около 88-90%, сравнимо с оптичното стъкло. Индекс на пречупване приблизително 1,58-1,59.
Но "с общо предназначение" маскира значителни вариации. Тук молекулното тегло има огромно значение. Класовете с ниско молекулно тегло текат като вода по време на леене под налягане, което звучи страхотно, докато не осъзнаете, че силата на удар пада от скала. Версии с високо молекулно тегло? Здрав като нокти, но кошмар за обработка-висок вискозитет на стопилка, дълги времена на цикъла, износване на оборудването. Производителите определят брой-средни молекулни тегла от 20 000 до над 70 000 в зависимост от това дали крайният продукт трябва да оцелее при многократно изпускане или просто трябва да изглежда добре зад стъклото.
Оптичните степени за неща като лещи за автомобилни фарове и световоди изискват контролирано двойно пречупване-стрес-предизвикано оптично изкривяване, което прави всичко да изглежда странно, когато се гледа през поляризирани слънчеви очила. Автомобилните OEM производители нямат търпение за този конкретен дефект.
Стъклен-версии
Добавете 10-40% стъклени влакна към поликарбоната и личността се променя напълно.
Доброто: твърдостта се увеличава драстично, термичното разширение спада, устойчивостта на пълзене се подобрява с приблизително 28 MPa при повишени температури. Стабилността на размерите става нещо, на което всъщност можете да разчитате за прецизни компоненти. Коефициентът на топлинно разширение се доближава до този на металите, което има значение, когато закрепвате пластмасови части към алуминиеви рамки.
Лошото: целунете прозрачността за сбогом. Удароустойчивост-цялата причина повечето хора да изберат поликарбонат на първо място-понася удар. Влакната създават концентрации на напрежение. Разменяте един набор от имоти за друг.
Тези степени се конкурират директно с-отлетия алуминий в определени промишлени приложения. По-леки, устойчиви на-корозия, по-евтини инструменти. Процентът на натоварване на стъклото се превръща в балансиращ акт: 20% ви дава скромно увеличение на твърдостта, като същевременно запазва приличната здравина, 40% превръща материала в нещо почти метално в поведението си, но все по-чупливо.
Стъклен-компютър унищожава инструментите. Абразивните влакна дъвчат винтове, варели, повърхности на плесени. Всеки, който цитира-запълнена с чаша работа, е по-добър фактор за престоя по поддръжката и циклите на смяна на оборудването, в противен случай ще загуби пари. Научих това по трудния начин.
PC/ABS смеси
Най-успешното от търговска гледна точка производно на поликарбонат изобщо не е чист поликарбонат.
PC/ABS смеси-обикновено 60-90% поликарбонат, легиран с акрилонитрил бутадиен стирен-комбинират топлоустойчивостта и здравината на PC с възможността за обработка и пластичността при ниски температури на ABS. Полученият материал тече по-добре от правия поликарбонат, обработва се при по-ниски температури и струва по-малко. Глобалното търсене надхвърли 4,5 милиона метрични тона до 2022 г.
Огледайте офиса си. Корпус за лаптоп? Почти сигурно PC/ABS. Рамки на монитори, корпуси на принтери, корпуси на клавиатури. Автомобилни интериори-инструментални табла, централни конзоли, интериорни елементи. Материалът доминира навсякъде, където се нуждаете от прилична устойчивост на топлина (около 110 градуса), добро представяне при удар и повърхности, които изглеждат представителни след боядисване или текстуриране.
Съотношението на смесване определя всичко. По-голямото съдържание на поликарбонат повишава устойчивостта на топлина, но увеличава разходите за материали и трудността при обработката. Повече ABS подобрява характеристиките на потока и поддържа цените ниски, но жертва термичните характеристики. Инженерите прекарват реално време в оптимизиране на тези съотношения за конкретни приложения, настройване на пакети с добавки, пускане на DOE върху стабилността на цвета и външния вид на повърхността.
Едно нещо, което хваща хората неподготвени: PC/ABS е известен с чувствителност към хидролиза. Предварителното-сушене на 80-110 градуса за 3-4 часа не е по избор – то е задължително. Пропуснете го и материалът се разгражда в цевта, молекулното тегло пада, механичните свойства се кратерят. Виждал съм отхвърляни цели производствени серии, защото някой е решил да избърза със стъпката на сушене.
Класове за забавяне на горенето
Оценките по UL 94 имат огромно значение на определени пазари.
Стандартът варира от HB (хоризонтално изгаряне, минимално съпротивление) през V-2, V-1, V-0 и до 5VA (най-строгият). Поликарбонатът с общо предназначение обикновено постига V-2 или HB без модификация. Приложения като електрически кутии, оборудване за центрове за данни и транспортни компоненти често изискват V-0 или по-добро.
За да стигнете дотам, са необходими добавки-исторически халогенирани съединения като тетрабромобисфенол А, съполимеризиран в гръбнака, по-скоро фосфор{1}}базирани или други-безхалогенни системи като регулаторно нарастващо налягане. Пакетът за забавяне на горенето засяга всичко: оптична яснота (обикновено се влошава), якост на удар (понякога намалена), стабилност на цвета (често компрометирана), прозорец за обработка (по-тесен).
Търговски имена като Makrolon FR и LEXAN 9604 доминират в това пространство. Процесът на сертифициране включва не само преминаване на теста за изгаряне, но и поддържане на този рейтинг във всички производствени партиди, цветови варианти и спецификации за дебелина. Материал, който е V-0 при 3 mm, може да достигне V-2 само при 1,5 mm – и клиентът, който посочва тънкостенни части, не се интересува от вашите по-дебели квалификационни данни.
Сложната връзка на индустрията за очила с компютъра
Поликарбонатните лещи с техния индекс на пречупване 1,59 представляват интересен казус.
Устойчивостта на удар е наистина изключителна-10 пъти по-добра от стандартната пластмаса CR-39, подходяща за детски очила, предпазни очила, спортни приложения, където нещо може да удари лицето ви при скорост. Вградено UV блокиране без покрития. Материалът по същество елиминира стъклото от пазарите на детски очила.
но.
Оптична яснота? Посредствено. Стойността на Abbe-мярка за хроматична аберация, доколко лещата разпръсква бялата светлина в ивици на дъгата-е около 30. Това е най-лошият от всички обичайни материали за лещи. Хората забелязват цветни ивици, особено в периферното зрение. Пластмасите с по-висок -индекс (1,60-1,74) предлагат стойности на Abbe от 32-42, което означава по-малко изкривяване, въпреки че е по-тънко.
Устойчивостта на надраскване е наистина лоша. Поликарбонатът е мек. Всяка леща изисква твърдо покритие, което добавя разходи и потенциални точки на повреда.
Индустрията до голяма степен премина към Trivex за първокласни приложения-подобна устойчивост на удар, стойност на Abbe от 43, по-добра устойчивост на надраскване веднага. Поликарбонатът остава работният кон за бюджетни и детски очила, където устойчивостта на разбиване надделява над оптичното съвършенство.
Многослоен лист: Напълно различно животно
Двойните-стенни и многостенните поликарбонатни панели заслужават отделно третиране, защото решават напълно различни проблеми от-формованите части.
Представете си два (или три, или пет) тънки поликарбонатни слоя, свързани с перпендикулярни ребра, създавайки въздушни канали, които минават по дължината на листа. Въздушните джобове осигуряват топлоизолационни-R-стойности от 1,6 за 6 mm двойна-стена до 2.5+ за 16 mm конфигурации. Сравнете това с едно-стъкло с около R-1.
Оранжериите обичат тези неща. Пропускане на светлина от 74-80% в зависимост от дебелината и броя на стените. Блокирането на ултравиолетовите лъчи предпазва растенията от изгаряне, като същевременно пропуска дължини на вълните, стимулиращи растежа. Устойчивостта на удар означава, че градушката не разрушава вашата конструкция. Теглото на квадратен фут е част от стъклото.
Панелите Hurricane, изработени от дебел многослоен поликарбонат, имат сертификат от окръг Маями-Dade за защита от бури. Прозрачен, така че не живеете в бункер. Достатъчно лек, че монтажът не изисква специализирано оборудване.
Недостатъкът? Прахът и отломките могат да мигрират в каналите през годините, ако уплътняването на ръбовете е неуспешно. Растежът на водорасли вътре в каналите изглежда ужасно. Материалът все още пожълтява под UV въпреки стабилизаторите, просто по-бавно от твърдия лист.
Оценки за{0}}медицински и хранителни контакти
BPA-бисфенол А, мономерът, използван за синтезиране на стандартен поликарбонат-остава спорен за приложения в-контакт с храни.
FDA все още го счита за безопасно при настоящите нива на експозиция. Научният комитет на Европейската комисия е съгласен. Но потребителският натиск доведе до разработването на алтернативи без BPA-и регулаторните агенции в различни страни ограничиха употребата му специално в бебешки бутилки.
Опциите включват поликарбонати, синтезирани от алтернативни бисфеноли като тетраметилциклобутандиол, или изцяло различни семейства полимери като съполиестер Tritan на Eastman. Поликарбонатите с медицински -клас изискват не само съображения за BPA, но и стабилност на гама лъчение (за стерилизация), тестове за биосъвместимост и документация, която би разплакала специалист по регулаторни въпроси.
Иронията е, че за индустриални приложения-предпазители на машини, електрически кутии, автомобилни компоненти-BPA е напълно без значение. Никой не яде щита си за размирици.
Високи-градуси на топлина
Стандартният бисфенол А поликарбонат има температура на встъкляване около 147 градуса. За приложения, изискващи постоянна работа при повишени температури-автомобилно осветление, изложено на топлина на двигателя, електрически компоненти в близост до източници на топлина-това може да не е достатъчно.
Съполимерите, включващи триметилциклохексанон бисфенол (TMC), повишават стъкления преход до 238 градуса. Търговски марки като Apec HT от Covestro предлагат точки на омекване на Vicat от 158 градуса до 205 градуса в зависимост от съдържанието на TMC. Материалът остава аморфен, запазва около 90% пропускливост на светлина при дебелина от 1 mm, остава здрав-въпреки че ударната якост с назъбени части намалява донякъде от стандартните степени.
Те изискват премиум цени. Не посочвате високи-степени на топлина, освен ако топлинните характеристики действително не са от значение за вашето приложение, защото ще платите 2-3 пъти разходите за материали в сравнение с общите цели.
Въпросът за покритията
Почти всяко поликарбонатно ограничение е породило решение за покритие.
Устойчивост на надраскване? Твърдите покрития на базата на силикон-или диамант-въглерод (DLC) постигат твърдост на молив от 2H-4H, доближаваща се до стъклото. UV разграждане? Стабилизирани коекструдирани слоеве или нанесени покрития удължават експлоатационния живот на открито от 2 години до 10-15 години. Химическа устойчивост? Специалните покрития са устойчиви на разтворители, които биха атакували чист компютър.
Уловката: всяко покритие добавя разходи, добавя стъпки на обработка и въвежда потенциални режими на повреда. Нарушения на адхезията. Напукване на покритието. Несъответствие на термичното разширение между субстрата и покритието, причиняващо разслояване. Продуктът с покритие се превръща в система, изискваща квалификация като цяло, а не само на основния материал.
За очила твърдото покритие е по същество универсално. За промишлено остъкляване продуктите с покритие и продуктите без покритие имат пазари в зависимост от това дали приложението може да толерира маркиране на повърхността.
Оценки за филми
Тънки поликарбонатни филми-с дебелина от 250 µm до 500 µm служат за приложения, вариращи от електрическа изолация до отпечатани наслагвания.
Вариантите с висока яснота влизат в прозорци на дисплея, мембранни превключватели, графични наслагвания, където оптичното качество има значение. Версиите с матово- покритие намаляват отблясъците за електронни интерфейси. Класове огнезащитни филми като Makrofol FR постигат UL94 V-0, като същевременно остават годни за печат и формоване.
Пазарът на електрическа изолация особено цени диелектричната якост на поликарбонатния филм, ниската абсорбция на влага и стабилността на размерите при температурни цикли. Преди Байер да прекрати производството на кондензатор-клас филм през 2000 г., поликарбонатните кондензатори бяха нещо-висока стабилност, отлични честотни характеристики. Оттогава този пазар се премести към други диелектрици.
Накъде отива всичко това
Идват био{0}}поликарбонати, използващи изосорбид вместо BPA. Производственият капацитет в световен мащаб надхвърля 6 милиона метрични тона годишно и расте. Азия-особено Китай-доминира както производството, така и потреблението.
Преходът към EV създава значително ново търсене: леки корпуси за батерии, приложения за LED осветление, прозрачни компоненти, при които намаляването на теглото подобрява обхвата. Всеки килограм има значение, когато се опитвате да изминете повече мили от батерията.
Изследванията на нанокомпозитите имат за цел да подобрят устойчивостта на надраскване, без да жертват прозрачността-цел, която е „почти постигната“ вече десетилетие. Системите за самовъзстановяващи се покрития съществуват в лабораторни условия, но не са достигнали комерсиален мащаб.
Рециклирането остава проблематично. Поликарбонатът е технически термопластичен и теоретично рециклируем, но термичното разграждане по време на повторната обработка влошава молекулното тегло и свойствата. Химическото рециклиране обратно до мономери работи по принцип, но не е постигнало икономическа жизнеспособност. Повечето поликарбонати след -потребителство в момента завършват на сметища или пещи за изгаряне, въпреки символа за рециклиране в долната част.
Фундаменталната реалност не се е променила, откакто Херман Шнел и Даниел Фокс независимо синтезират нещата през 50-те години на миналия век: когато имате нужда от материал, който е чист, здрав и може да се обработва чрез конвенционални термопластични методи, поликарбонатът остава отговорът по подразбиране. Конкретната оценка-от хиляди налични-зависи от това коя комбинация от свойства е най-важна за вашето приложение, какви ограничения можете да понесете и колко сте готови да платите за постепенни подобрения.