- Поликарбонат и поливинилхлорид (ПВХ): различия и сравнения материалов
- Что такое поликарбонат?
- Что такое ПВХ?
- Поликарбонат против ПВХ: применение и использование
- Поликарбонат против ПВХ: физические свойства
- Поликарбонат против ПВХ: возможность вторичной переработки и экологичность
- Поликарбонат против ПВХ: стоимость
- Альтернативные материалы поликарбонату и ПВХ
Поликарбонат и поливинилхлорид (ПВХ): различия и сравнения материалов
Поликарбонат (ПК) — это термопластик, который пропускает видимый свет даже лучше, чем стекло, но блокирует большую часть УФ-спектра. Он обычно используется как более прочный заменитель стекла.
ПК широко используется в оптических и защитных целях из-за его высокого показателя преломления, ударопрочности и термостойкости.
Он используется для компонентов освещения в автомобильной промышленности, оптических и защитных очках, сельскохозяйственном остеклении и медицинских устройствах.
ПВХ (поливинилхлорид) представляет собой синтетический полимер, который бывает двух основных форм: гибкий и жесткий.
Это третий по объемам производства полимер после полиэтилена и полипропилена из-за его долговечности, низкой стоимости и простоты обработки. ПВХ находит применение в электрических кабелях, трубах, знаках, одежде и строительстве.
В этой статье мы сравним поликарбонат и поливинилхлорид (ПВХ) с точки зрения свойств, применения, стоимости и устойчивости.
Что такое поликарбонат?
Поликарбонат является лучшим выбором для многих приложений, ориентированных на оптические характеристики и долговечность.
Хотя его устойчивость к царапинам не очень хорошая, этому можно противостоять с помощью твердых покрытий, которые становятся все более эффективными и теперь стоят довольно дешево.
Он идеально подходит для очков и линз благодаря высокому показателю преломления 1,58, что позволяет использовать более тонкие линзы для одинакового фокусного эффекта.
Поликарбонат часто считают взаимозаменяемым с акрилом (полиметилметакрилат или ПММА), хотя он проигрывает по показателю преломления (1,48 для ПММА).
Экструдированный лист поликарбоната обеспечивает лучшую светопроницаемость, чем стекло, что делает его популярной альтернативой.
Поликарбонаты с высоким молекулярным весом обладают лучшими свойствами, чем материалы с меньшим весом, но сорта с меньшим весом легче обрабатывать.
Исходя из этого, более высокие марки стали широко используются в аэрокосмической промышленности, например, в иллюминаторах самолетов.
Производители автомобилей ценят четкость и прочность ПК и широко используют их в осветительных приборах, где важны четкость и устойчивость к микросхемам.
Несмотря на то, что он имеет относительно низкую УФ-стойкость, использование твердых отражающих УФ-излучение покрытий и антиоксидантов увеличивает эффективный срок службы материала до приемлемого уровня.
Накладки на автомобильные фары не выходят из строя из-за пожелтения и охрупчивания, как раньше.
Точно так же ПК хорошо подходит для изготовления мансардных окон и крыш теплиц, поскольку он прочен, довольно дешев, очень прозрачен для полезных длин волн и почти непрозрачен для УФ-излучения.
ПК очень важен как добавка к сополимеру, придающая прочность и устойчивость другим полимерам. Однако ПК чрезвычайно уязвим для воздействия масел, которые быстро разрушают полимер. Для получения дополнительной информации читайте: что такое поликарбонат?.
Что такое ПВХ?
ПВХ представляет собой полимер с простой цепью, состоящий из мономеров винилхлорида. Он производится тремя способами: суспензионным, эмульсионным и объемной полимеризацией.
Это приводит к небольшим изменениям свойств, но дополнительный полимеризованный материал, добавляемый постфактум, делает его хрупким и бесполезным.
У каждого есть свои преимущества, поэтому ни один процесс не является универсальным. Все три дают полимеры формулы (C2H3Cl)n, отличающиеся только размером частиц в сыром, только что полимеризованном состоянии.
C2H3Cl представляет собой винилхлорид, и буква n указывает на то, что этот мономер повторяется в цепочках. Чтобы превратиться в широко распространенные сегодня материалы, часто необходим ряд добавок и модификаторов свойств, подобных приведенным ниже:
- Термостабилизаторы, повышающие максимальную рабочую температуру.
- Пластификаторы, которые превращают более хрупкий чистый материал в пластичный и прочный полимер.
- Ударопрочные модификаторы для снижения хрупкости и ударного разрушения.
- УФ-стабилизаторы, которые замедляют разложение на солнце.
- Подавители дыма для уменьшения выделения токсичных газов при горении.
- Вспениватели, повышающие прочность размягченного пластика при растяжении.
- Технологические агенты, снижающие вязкость расплава и индекс текучести расплава при формовании и экструзии.
- Биоциды для уменьшения загрязнения окружающей среды.
В приложении указано, какие добавки необходимы. Они дали начало многим специальным материалам, основанным на этом простом и химически однородном полимере.
ПВХ, который так широко используется сегодня, выпускается в двух основных формах:
- Пластифицированный: эластичный, мягкий и хорошо растяжимый материал со многими желательными свойствами в качестве барьера, покрытия, пленки и текстиля.
- Непластифицированный: предназначен для экструдированных и формованных компонентов, этот материал является жестким, прочным, химически устойчивым и недорогим.
Поликарбонат против ПВХ: применение и использование
Основные области применения поликарбоната (экструдированные листы и формованные детали) перечислены ниже:
- Медицинское оборудование: Фотоаппараты, объективы, медицинские инструменты.
- Защита глаз: Защитные очки и лицевые щитки.
- Оптические линзы: линзы для очков, инструментальные линзы, оптоволоконные кабели и световоды.
- Авто: Крышки и линзы фар.
- Медиа-диски: диски Blu-ray, DVD и т. д.
- Выставочные стенды и рекламная защита от атмосферных воздействий: рекламные панели, защитные накладки на рекламные щиты, погодозащитные экраны и антивандальные панели/окна в общественных местах, автобусных остановках и т. д.
- Бронированные, антивандальные и пуленепробиваемые окна: Для защиты транспортных средств и персонала.
- Сельское хозяйство: Обшивка теплиц.
- Багаж: сумки и чемоданы.
Поликарбонат против ПВХ: физические свойства
В таблице 1 приведены свойства поликарбоната и ПВХ:
| Свойство | Значение ПК (метрика) | Значение UPVC (метрика) | Значение PVC (метрическое значение) |
|---|---|---|---|
|
Оптическая передача |
Очень высокая — лучше стекла в оптическом диапазоне |
Непрозрачный |
Хорошо, но сильно зависит от компаундирующих агентов |
|
Плотность |
1,2 г/см3 |
1,3-1,45 г/см3 |
0,92-1,89 г/см3 |
|
Твердость по Шору D |
90-95 |
37-88 |
34 -83 |
|
Прочность на растяжение, конечная |
28-75 МПа |
14,3-53,7 МПа |
0,76-156 МПа |
|
Прочность на растяжение, выход |
39-70 МПа |
3,45-73,1 МПа |
0,121-50 МПа |
|
Относительное удлинение при разрыве |
10-138% |
-330% |
16-700% |
|
Модуль упругости |
1,79-3,24 ГПа |
1,82-7,03 ГПа |
0,0055-3,23 ГПа |
|
Предел текучести при изгибе |
36-103 МПа |
50,7-104 ГПа |
— |
|
Модуль упругости при изгибе |
0,971-3,1 ГПа |
0,22-6,43 ГПа |
0,075-3 ГПа |
|
Диэлектрическая постоянная |
2,85-3,17 |
3-3,3 |
2,87-7,04 |
|
Температура плавления |
288-316°С |
100-260°С |
140-210°С |
|
Максимальная рабочая температура |
115-135°С |
60-190°С |
40-194°С |
Поликарбонат против ПВХ: возможность вторичной переработки и экологичность
Поликарбонат (ПК) производится из углеводородного сырья. Он легко перерабатывается и хорошо поддается измельчению и повторной экструзии. Сортировка уменьшает примеси и загрязнение цвета.
Для большинства термопластов процесс переработки требует сортировки, измельчения, промывки и повторной экструзии в виде гранул для повторного использования.
Многие элементы включают сополимеры, которые невозможно отделить от ПК. В этом случае ПК редко бывает достаточно для сбора и повторного использования.
ПВХ производится из 40% лигроина или этилена и 60% соли (хлорида натрия). Он легко перерабатывается, и как в жесткой, так и в пластифицированной форме его относительно легко сортировать по степени чистоты.
Две формы перерабатываются отдельно; пластификаторы серьезно сказываются на свойствах жесткой формы, значительно удешевляя выход.
Переработанный материал ПВХ является второсортным в том смысле, что его аддитивный статус неизвестен и изменчив.
Эффективная переработка требует большого потока материала, чтобы обеспечить достаточное количество каждого типа для обеспечения надежного процесса.
Большая часть отходов ПВХ не перерабатывается, а отправляется на свалки. Все органы управления отходами стремятся исключить ПВХ из потоков сжигания, поскольку сжигание при температуре ниже 5000°C приводит к выбросам газообразного хлора, который губителен для оборудования и высокотоксичен почти для всех организмов.
Поликарбонат против ПВХ: стоимость
Поликарбонат — это мелкосерийный, специализированный и дорогостоящий материал, стоимость которого составляет около 2,80 долларов США за кг.
Переработанный материал ПК почти высшего качества может продаваться по цене 1,60 доллара за кг, если он поступает из последовательной цепочки поставок.
ПВХ, с другой стороны, широко доступен от многих производителей. Это товарный материал с взаимозаменяемыми источниками (с установленными спецификациями). Цена на первичный материал для гранул НПВХ составляет 0,80-2,00 доллара США за кг.
Альтернативные материалы поликарбонату и ПВХ
Альтернативные материалы для обычных применений поликарбоната сильно зависят от предполагаемого использования. Примеры:
- Акрил обладает лучшей устойчивостью к царапинам и может формироваться при более низких температурах, но ему не хватает ударопрочности и устойчивости к растяжению. Хотя он имеет хорошую прозрачность, более низкий показатель преломления делает его непригодным для линз.
- Уретановый материал Trivex® имеет показатель преломления почти такой же, как у поликарбоната, но при этом испытывает меньшее остаточное напряжение. В сочетании это обеспечивает лучшие оптические свойства.
- Там, где приемлема более низкая прозрачность, полистирол (ПС) является альтернативой ПК, хотя он намного слабее и более хрупкий. Для приложений с нулевым напряжением, таких как световоды / направляющие, полистирол может снизить затраты без существенного влияния на светопропускание.
- Во многих областях применения АБС и сополимеры АБС/ПК являются альтернативой чистому ПК, обеспечивая высокую прочность, простоту обработки и меньшую стоимость.
ПВХ используется в двух основных формах (жесткая и гибкая) с очень разными областями применения. Некоторые примеры:
- Для трубопроводов жесткий ПВХ можно заменить полиэтиленом низкой или высокой плотности (LDPE или HDPE), в зависимости от приложенных нагрузок.
- Для упаковки чистый жесткий ПВХ можно заменить полипропиленом (ПП) , полиэтилентерефталатом (ПЭТФ) и полистиролом (ПС).
- Для архитектурных приспособлений, таких как оконные и дверные рамы, полимерные альтернативы ПВХ не используются, но распространены более традиционные материалы, такие как дерево, или более жесткие решения, такие как алюминиевые профили.
- Для гибких изделий, таких как одежда и игрушки, в качестве покрытий можно наносить различные термопластичные и термореактивные каучуки, чтобы сделать ткани водонепроницаемыми и воздухонепроницаемыми.
- Для оболочек кабелей в качестве альтернативы гибкому ПВХ используются различные силиконовые каучуки и термопластичные каучуки.
В этой статье представлены материалы из поликарбоната и ПВХ, объясняется, что они из себя представляют, и обсуждаются сравнения каждого материала.
