- Что такое поликарбонат (ПК), его свойства, типы, применение?
- Как изготавливается поликарбонатный материал?
- Виды поликарбоната
- Виды использования поликарбонатных пластиков
- Недостатки использования поликарбоната
- Как поликарбонат влияет на здоровье человека?
- Токсичен ли поликарбонат?
- В чем разница между поликарбонатом и акрилом?
Что такое поликарбонат (ПК), его свойства, типы, применение?
Поликарбонат (ПК) относится к группе термопластичных полимеров, включающих в свою химическую структуру карбонатные группы. Поликарбонаты, используемые в машиностроении, прочны и жестки.
Некоторые сорта оптически прозрачны и используются для линз из поликарбоната. Они легко обрабатываются, формуются и термоформуются.
Благодаря этим химическим свойствам поликарбонаты имеют множество применений. Изделия из поликарбоната могут содержать предшественник мономера бисфенола А (BPA).
Поликарбонат — это термопласт, который встречается практически повсеместно. Он используется в очках, медицинских приборах, защитном снаряжении, автозапчастях, DVD, осветительных приборах и Blu-Ray.
Как естественный прозрачный аморфный термопласт поликарбонат полезен, потому что он может пропускать свет внутрь почти так же эффективно, как стекло, и может выдерживать более значительные удары, чем многие другие обычно используемые пластики.
Кроме того, гибкость поликарбоната позволяет создавать его при комнатной температуре, не трескаясь и не ломаясь, и его можно реформировать даже без применения тепла, что делает его аморфным.
Наконец, «термопластичная» часть относится к природе поликарбоната и других подобных пластиков, которые становятся жидкими при температуре плавления, что позволяет, среди прочего, легко литье под давлением и переработку.
Поликарбонаты производятся путем полимеризации бисфенола А (C15H16O2) и фосгена (COCl2). Поликарбонат плавится при 260-320°С и хорошо работает в довольно широком диапазоне температур.
Его ударная вязкость почти в два раза выше, чем у его ближайших соседей, АБС и ПВХ. Как и у многих полимеров, его коэффициент расширения выше, чем у металлов, таких как сталь и алюминий, что необходимо учитывать при использовании в сборках.
Листовой поликарбонат может быть сварен растворителем или склеен клеем, а также может быть соединен с помощью механических застежек, таких как заклепки. Материал имеет прочность на растяжение 8500 фунтов на квадратный дюйм. Скорость усадки составляет от 0,006 до 0,009 дюйма/дюйм.
Некоторые из ключевых свойств поликарбоната заключаются в том, что он пластичен при комнатной температуре и может обрабатываться с помощью традиционных инструментов для сверления, пиления и фрезерования.
Его можно легко согнуть при комнатной температуре с локальным нагревом, иногда применяемым вдоль линии сгиба, чтобы свести к минимуму разрушение под напряжением.
Термоформование — недорогой и популярный способ придания формы поликарбонатным листам, особенно для средних и крупных деталей в ограниченных объемах производства. В форме гранул материал легко подвергается литью под давлением или экструзии.
Поликарбонатный пластик является аморфным, а это означает, что в нем отсутствует упорядоченная структура кристаллических твердых тел. Это влияет на то, как материал размягчается — постепенно и в широком диапазоне температур, а не внезапно, как в случае кристаллических полимеров.
Как и другие термопласты, поликарбонат гигроскопичен, и перед формованием необходимо удалить любую захваченную влагу.
Обычно замачивания пластика в печи при температуре 120°C в течение двух-четырех часов достаточно, чтобы привести материал в рекомендуемый диапазон влажности 0,02%.
Считается, что поликарбонат совместим со многими минеральными кислотами, спиртом, мягким мылом, нефтяными маслами (но не с некоторыми масляными добавками), силиконовыми маслами и смазками, а также с низкими концентрациями щелочей.
Однако большинство ароматических и галогенсодержащих растворителей, таких как толуол, бензол, бензин и ацетон, вызывают, как минимум, побеление поверхности и, вероятно, кристаллизацию материала.
Поэтому следует избегать контакта поликарбоната с этими растворителями. То же самое относится и к растворителям, таким как метилэтилкетон и соляная кислота, использование которых может привести к растрескиванию под напряжением.
Производители предлагают специальные покрытия, которые лучше противостоят чистящим средствам для архитектурных панелей и вывесок.
В целом химическая стойкость поликарбоната во многом зависит от продолжительности воздействия, температуры материала, разновидности химического вещества, его концентрации и уровня нагрузки на материал.
Поликарбонат часто комбинируют с полиэстером для повышения химической стойкости и термостойкости. Кроме того, он смешивается с ABS для повышения пластичности.
Как изготавливается поликарбонатный материал?
Первичный поликарбонатный материал получают реакцией бисфенола А (BPA) и фосгена COCl. Первый этап синтеза включает обработку бисфенола А гидроксидом натрия, который депротонирует гидроксильные группы бисфенола-А.
Дифеноксид реагирует с фосгеном с образованием хлорформиата, который затем атакует другой феноксид. Таким образом, ежегодно производится около одного миллиарда килограммов поликарбоната.
Многие другие диолы были протестированы с использованием бисфенола А, например, бис(4-гидроксифенил)циклогексан и дигидроксибензофенон.
Циклогексан действует как сомономер для подавления тенденции к кристаллизации продукта, полученного из BPA. Кроме того, тетрабромбисфенол А используется для повышения огнестойкости поликарбоната.
Виды поликарбоната
Хотя поликарбонатные листы были первыми и одновременно разработаны в середине 20-го века компаниями GE и Bayer, на современном рынке пластиковых материалов представлено множество разработчиков, каждый из которых обладает уникальной формулой поликарбоната и производственным процессом. Вот несколько подробностей о некоторых современных вариациях и их обычном использовании.
- Clear GP Sheet: поликарбонатный лист Clear GP предназначен для остекления и промышленного использования. Он стоит особняком как лучший поликарбонат для защиты от вандализма и преднамеренной поломки. Этот ударопрочный лист имеет ударную вязкость в 250 раз выше, чем у стекла, и в 30 раз выше, чем у акрилового листа, что делает его идеальным для защиты.
- Clear SL Sheet: естественный свет может в конечном итоге разрушить даже самые прочные материалы, но этот износ можно значительно замедлить благодаря повышенной устойчивости Clear SL к УФ-излучению. Этот материал предназначен для работы в неблагоприятных условиях и обеспечивает непревзойденное продление срока службы и устойчивость к изменению цвета. Кроме того, поликарбонатный лист Clear SL обеспечивает одинаковую защиту с обеих сторон листа для всесторонней устойчивости к ультрафиолетовому излучению.
- Зеркальный поликарбонатный лист: этот универсальный поликарбонатный лист обеспечивает зеркальный эффект стекла с термостойкостью, превосходной ударной вязкостью, а также стабильностью размеров и устойчивостью к ультрафиолетовому излучению. Этот поликарбонат, идеально подходящий для автомобильной промышленности и безопасности, является основой для того, что обычно называют двусторонним зеркалом. Тем не менее, он также может создавать традиционные зеркала в средах с высоким уровнем стресса, таких как автомобили, торговые витрины и ванные комнаты в учреждениях.
Гибкость поликарбоната позволяет создавать продукты различных размеров, форм, цветов и прозрачности. Все они обеспечивают превосходную прочность, функциональность и экономичность.
Виды использования поликарбонатных пластиков
Общие области применения поликарбонатных пластиков включают:
- Автомобильные фары
- Окна безопасности
- Мотоциклетные лицевые щитки и ветровые стекла
- Линзы по рецепту
- Безопасные очки
- Охранники машин
- Мансардные окна
- Уличные фонари.
Благодаря своей прочности и долговечности поликарбонат находит очевидное применение для передачи света там, где велик риск удара.
Добавки часто используются для повышения его устойчивости к ультрафиолетовому излучению (хотя это хороший блокатор ультрафиолетового излучения), что может вызвать обесцвечивание, например запотевание, которое происходит с некоторыми автомобильными фарами.
Как уже отмечалось, устойчивость к царапинам слабая, поэтому в некоторых случаях необходимо использовать покрытия для упрочнения поверхностей, например, в очках.
Поликарбонат стабилен при более высоких температурах, что делает его полезным для медицинских устройств, которые необходимо стерилизовать паром. Его также можно стерилизовать оксидом этилена и облучением в течение ограниченного числа циклов.
Поликарбонат и поликарбонатная смола используются во многих потребительских товарах, чтобы придать внешний вид и ощущение стекла без его хрупкости и веса, таких как блендеры и кухонные комбайны, посуда для напитков, бутылочки для кормления, корпуса фильтров для воды, бутылки для воды и т. д.
Производство бутилированной воды давно перешел на поликарбонат для больших бутылок. Однако были некоторые опасения, что BPA (бисфенол А), используемый при производстве поликарбоната, может проникать в пищевые продукты, что привело к разработке поликарбонатов, не содержащих BPA.
Поликарбонатные листы иногда используются вместо листового металла в прототипах, чтобы обеспечить вид изнутри. В форме нити он используется для 3D-печати.
Кроме того, он служит полезным материалом для защиты автоматизированного оборудования, предлагая легкое формование, высокую прозрачность и ударопрочность. Его также можно использовать для различных навесов.
Поликарбонатный пластик используется во многих электрических и электронных устройствах, включая корпуса, разъемы, батарейные отсеки, оптические носители, смартфоны и т. д. Это связано с тем, что материал обладает хорошим электрическим сопротивлением.
Это превосходный электрический изолятор с термостойкостью и свойствами огнезащитного материала, который используется в различных электрических и телекоммуникационных изделиях. Он также может выступать в качестве диэлектрика в высокостабильных конденсаторах.
Значительное использование поликарбонатных пластиков в производстве компакт-дисков, DVD-дисков и дисков Blu-ray. Эти диски изготавливаются путем литья под давлением поликарбоната в полость пресс-формы с металлическим штампом на одной стороне, содержащим негативное изображение данных диска.
Напротив, другая сторона формы представляет собой зеркальную поверхность. Кроме того, типичные продукты листового и пленочного производства включают применение в рекламе (вывески, дисплеи, защита плакатов).
В то время как обычно прозрачный материал ПК доступен в различных полупрозрачных и непрозрачных формах. Кроме того, формы заготовки (листы, стержни, прутки) обычно доступны в прозрачном, черном и белом цветах.
Преимущества использования поликарбоната?
Использование поликарбоната имеет множество преимуществ.
- Огнестойкость: в отличие от акриловых листов, поликарбонат более огнестойкий и имеет класс огнестойкости B1, что означает, что материал не горит при контакте с открытым пламенем. Поликарбонат самозатухающий.
- Экологичность: Поликарбонат также считается экологически безопасным. Он имеет длительный срок службы и полностью пригоден для вторичной переработки. Поликарбонатные пластики также устойчивы к ультрафиолетовым лучам, что делает их пригодными в качестве листовых материалов для наружного применения.
- Защита от вандализма: поликарбонат практически небьющийся и антивандальный, что делает его идеальным материалом для безопасного остекления. Примеры включают навесы, навесы для велосипедов, машины, технические изделия, световые вывески и морское остекление.
- Теплоизоляция: существенным преимуществом поликарбоната является то, что он очень хорошо удерживает тепло, что идеально подходит для теплиц. Теплица из поликарбоната создает идеальный микроклимат для растений. Пример теплицы из поликарбоната показан ниже.
- Простота обработки: поликарбонат более прочен, чем акрил, поэтому риск поломки даже ниже, чем у формованных акриловых листов. Поликарбонат можно фрезеровать, пилить, гравировать, сверлить, склеивать, гнуть (горячим способом) и полировать так же, как акриловый лист.
- Легкий: поликарбонатный пластик в два раза легче стандартного стекла. Легкий вес поликарбоната делает его очень простым в работе, особенно для таких проектов, как установка навеса патио.
Недостатки использования поликарбоната
У поликарбоната есть и недостатки.
- Чувствительность к царапинам : главный недостаток поликарбоната в том, что он не устойчив к царапинам. Например, если ветка упадет на навес патио из поликарбоната, она, вероятно, поцарапает пластик. Однако этот недостаток можно устранить путем полировки поликарбоната.
- Поликарбонат может расширяться : степень теплового расширения поликарбоната составляет 0,065 мм на метр на градус Цельсия. Это не должно быть проблемой, если вы помните об этом факте при обработке. Монтажные отверстия должны быть достаточно широкими, чтобы болт или винт не застряли при расширении панели. Любой клей или герметик, используемый с поликарбонатом, должен быть гибким.
Как поликарбонат влияет на здоровье человека?
Поскольку пластик и пластмассовые изделия используются ежедневно за счет загрязнения окружающей среды, здоровье людей и диких животных стало глобальной проблемой.
Использование контейнеров из поликарбоната для хранения продуктов вызывает споры. Основой этого противоречия является гидролиз поликарбоната, то есть разложение водой, часто называемое выщелачиванием, которое может происходить при высоких температурах с поликарбонатом и высвобождает бисфенол А или BPA.
Более 100 исследований изучали биологическую активность BPA, полученного из поликарбонатов. Например, бисфенол А высвобождается из поликарбонатных клеток животных в воду при комнатной температуре.
Возможно, он был ответственен за увеличение репродуктивных органов самок мышей. Однако в этих исследованиях важно отметить, что клетки для животных, использованные в исследовании, были изготовлены из поликарбоната промышленного качества, а не из пищевого поликарбоната FDA.
Анализ литературы о воздействии низких доз фильтрата BPA, проведенный vom Saal и Hughes, опубликованный в августе 2005 г., предполагает связь между источником финансирования и сделанным выводом.
Исследования, финансируемые промышленностью, как правило, не обнаруживали значительных эффектов, тогда как исследования, финансируемые государством, часто обнаруживали значительные эффекты, что свидетельствует о систематической ошибке со стороны исследований, финансируемых промышленностью.
Отбеливатель с гипохлоритом натрия и другие щелочные очистители катализируют высвобождение BPA из контейнеров из поликарбоната.
Поликарбонат также несовместим с аммиаком и ацетоном. Спирт рекомендуется в качестве органического растворителя для очистки поликарбоната от жира и масел.
Токсичен ли поликарбонат?
Большинство поликарбонатных пластиков, используемых сегодня, не токсичны.
Непищевые поликарбонаты считаются опасными при контакте с пищевыми продуктами из-за выделения BPA при разложении при контакте с водой.
В прошлом большинство поликарбонатов изготавливалось из смеси BPA и COCl2. Однако из-за токсического воздействия высвобождения BPA многие поликарбонаты в настоящее время не содержат BPA, поэтому их можно использовать в изделиях, связанных со скоропортящимися продуктами питания или водой.
В чем разница между поликарбонатом и акрилом?
У акрила ударопрочность примерно в 17 раз выше, чем у поликарбоната. С другой стороны, поликарбонат является более прочным материалом, его ударопрочность в 250 раз выше, чем у стандартного стекла.
Поликарбонат обладает гораздо большей устойчивостью, чем акрил, и идеально подходит для очень требовательных приложений, таких как пуленепробиваемые окна.
Напротив, акрил имеет глянцевую поверхность и более прозрачен, что делает его подходящим для витрин. Акрил также легче сломать, а поликарбонат легче поцарапать.
Акрил также дешевле, чем поликарбонат, и, в отличие от поликарбоната, акрил можно нагревать и формовать, а затем снова нагревать, сохраняя при этом свой качественный внешний вид.
Одно из различий между поликарбонатом и акрилом заключается в том, что оба этих материала вдвое легче стекла сопоставимого размера по объему.
Каждый получает в силе с любым продуктом для того, что он теряет в весе. Оба пластика используются в качестве синтетического стекла, и каждый из них обладает огромной гибкостью.
В этой статье обсуждался поликарбонат (ПК), как он производится, его использование, преимущества, недостатки и токсичность.
