Kaj je polikarbonat?

 

Polikarbonat(PC) spada v družino termoplastičnih polimerov, za katere so značilne karbonatne vezi (−O−(C=O)−O−) znotraj njihovega molekularnega ogrodja. Ta inženirska plastika, ki sta jo leta 1953-1955 neodvisno sintetizirala Hermann Schnell pri Bayerju in Daniel Fox pri General Electricu, kaže nenavadno kombinacijo optične čistosti, ki se približuje 90-odstotni prepustnosti svetlobe, odpornosti na udarce, ki je 250-krat večja od stekla, in toplotne stabilnosti v delovnem območju od -40 stopinj do 120 stopinj. Amorfna struktura materiala-, kar pomeni, da njegovim molekulam manjka kristalni red na dolge razdalje, je odgovorna za njegovo prosojnost in sposobnost, da se podvrže znatni plastični deformaciji brez zloma.

Stvari so povsod

Takole je: verjetno ste se danes vsaj trikrat dotaknili polikarbonata, ne da bi se tega zavedali. Tvoj ovitek za telefon? Verjetno polikarbonat ali mešanica PC-ja. Tista zaščitna očala v službi? Polikarbonat. Pokrovi žarometov na vašem avtomobilu? Ja. Celo vrč za vodo, ki stoji v kuhinji vaše pisarne.

In to še preden se lotimo nenavadnih stvari-protiizgrednih ščitov, nadstreškov letal, neprebojnih "stekel" na vaši banki. CD, ki ste ga prejšnji vikend našli v kleti svojih staršev. Rastlinjaki. Stekleničke za dojenčke (čeprav je to postalo zapleteno-več o tem kasneje).

Zakaj se inženirji vedno znova vračajo k temu

Odpornost na udarce si zasluži več pozornosti, kot ji namenja večina člankov. Ne govorimo o "precej močnem za plastiko." Govorimo o materialu, ki lahko ustavi kroglo, če je pravilno naložen. Standardna polikarbonatna plošča lahko prenese neposreden udarec s kladivom, ne da bi počila-poskusite to z akrilom ali steklom in pometli boste drobce.

Tisto, zaradi česar to deluje, je molekularna struktura. Tiste karbonatne skupine, ki sem jih prej omenil? Omogočajo polimernim verigam, da absorbirajo energijo z deformacijo in ne s širjenjem razpok. Verige se lahko raztegnejo in zdrsnejo druga mimo druge, preden se zlomijo. Zato je polikarbonat mogoče krivliti hladno-v mnogih primerih ga lahko pravzaprav oblikujete na pločevinasti zavori brez segrevanja.

Temperatura posteklenitve je okoli 147 stopinj. Pod tem je togo. Zgoraj se postopoma zmehča in postane uporabna. To daje proizvajalcem široko okno za predelavo, ki ga zahtevnejša inženirska plastika ne ponuja.

Prepustnost svetlobe

 

Polikarbonat brez prevleke prepušča približno 88 % vidne svetlobe, zaradi česar je blizu optičnega stekla. Nekatere ocene so dosegle 92 %. Indeks loma je približno 1,58-višji kot pri standardnem steklu-, zaradi česar je dejansko uporabno za leče za očala s tankim profilom.

Toda tukaj je tisto, česar vam specifikacije ne povedo vedno: material sčasoma porumeni pod izpostavljenostjo UV žarkom, razen če je stabiliziran. Surovi polikarbonat, ki ga pustimo na sončni svetlobi, bo v letu ali dveh postal jantar. Večina komercialnih rjuh ima UV-stabilizirane površine ravno iz tega razloga.

Vprašanje BPA

Govoriti moramo o bisfenolu A.

Standardni polikarbonat je izdelan z reakcijo BPA s fosgenom. BPA je endokrini motilec-v telesu posnema estrogen. In da, iz polikarbonatnih posod se lahko izlužijo sledovi, zlasti pri segrevanju ali izpostavljenosti kisli vsebini.

To je okoli leta 2008-2012 postalo zelo zaskrbljujoče, kar je pripeljalo do regulativnih ukrepov za stekleničke za dojenčke v več državah in spodbudilo razvoj alternativ brez BPA-, kot je Tritan (ki uporablja različne monomere). FDA še vedno meni, da je polikarbonat, ki je v stiku s hrano, varen pri trenutnih ravneh izpostavljenosti, vendar se razprava nadaljuje.

Za industrijsko uporabo-ščitniki strojev, zasteklitev, zaščitni pokrovi-izpiranje BPA v bistvu ni-težava. Toda aplikacije za-stike s hrano ostajajo sporno področje. Samo vedeti je vredno.

Delo z materialom

Polikarbonatni stroji lepo. Standardno karbidno orodje deluje dobro. Lahko ga vrtate, žagate, peljete-glavni previdnostni ukrep je izogibanje pregrevanju, ki povzroči lokalno taljenje in nabiranje gumijastega smola na robovih orodja. Ostra orodja in zmerne hitrosti so odgovor.

Termoformiranje zahteva, da se list najprej posuši. Polikarbonat je higroskopičen (vpija atmosfersko vlago), ujeta voda pa med segrevanjem ustvarja mehurčke. Večina proizvajalcev suši pločevino pri 120 stopinjah 2-4 ure pred oblikovanjem.

Za spajanje delov:

Varjenje s topilom deluje, vendar zahteva previdnost-topila, ki delujejo, so agresivna in lahko povzročijo razpoke zaradi napetosti, če jih nanesete preveč obilno

Mehansko pritrjevanje potrebuje prevelike luknje, da se prilagodi toplotnemu raztezanju

Lepljenje s poliuretanskimi ali silikonskimi lepili daje najbolj prizanesljive rezultate

Brizganje je -pristop velike količine. Temperature soda okoli 280-320 stopinj, temperature plesni 80-120 stopinj. Material ni prizanesljiv do onesnaženja z vlago - preostala voda povzroči hidrolitično razgradnjo med obdelavo taline, kar uniči molekulsko maso in mehanske lastnosti.

Kako se zlaga

Proti akrilu (PMMA)

Akril je optično boljši-čistejši, manj nagnjen k zamegljevanju, boljša odpornost na praske takoj po izdelavi. Je tudi cenejši. Toda akril se ob udarcu razbije, medtem ko se polikarbonat upogne. Če lahko kaj zadene vaš material za zasteklitev, zmaga polikarbonat.

Proti steklu

 

Steklo se manj praska. Steklo ne porumeni. Steklo je cenejše za ravne plošče. Steklo vam omogoča boljšo optično jasnost.

Toda steklo tehta približno dvakrat več na kvadratni čevelj pri enakovredni debelini. Steklo se razbije v nevarne drobce. Stekla ni mogoče kriviti na hladnem. Steklo zahteva posebno orodje in podnebno-nadzorovana okolja rezanja za zanesljive rezultate.

Za vse, kjer je pomembna teža ali ima zlom posledice,-kar se izkaže za veliko aplikacij-je polikarbonat bolj smiseln, kot-primerjava tehničnega lista nakazuje.

Ocene, o katerih nihče ne govori

Problem s praskami

Tu je Ahilova peta materiala: polikarbonat se zlahka opraska. Sramežljivo enostavno, glede na vse ostalo dela dobro.

Tega ni mogoče popraviti na molekularni ravni. Ista gibljivost verige, ki zagotavlja odpornost na udarce, naredi površino dovolj mehko, da jo lahko označite z nohti.

Industrijska rešitev so trdi premazi-navadno plasti na osnovi-silikona ali akrila-nanesene s potapljanjem, tekočim premazom ali nanašanjem s plazmo. Dobri-sistemi s trdim premazom pridobijo polikarbonat do trdote svinčnika 2H-4H, ki se približuje steklu. Toda premaz poveča stroške in korake obdelave.

Pri očalih so skoraj vse polikarbonatne leče dobavljene s trdimi prevlekami. Pri industrijskih zasteklitvah imajo obe različici s premazom in brez njega tržišča glede na toleranco uporabe za površinsko označevanje.

Recikliranje resničnosti

Polikarbonat je tehnično mogoče reciklirati. Je termoplastičen,-navsezadnje ga stopite in ponovno oblikujte. Zajema ga oznaka smole 7 ("Drugo").

Resničnost je bolj grda. Material je občutljiv na toplotno razgradnjo, z vsakim ciklom obdelave izgublja molekulsko maso. Kontaminacija je problem-mešana plastika naredi serije neuporabne. In količine preprosto niso v primerjavi s PET ali HDPE. Večina programov ob pločniku tega ne sprejme.

Programi industrijskega recikliranja obstajajo za stvari, kot so plastenke za vodo in optični diski, vendar je odstotek, ki dejansko doseže predelovalce, še vedno majhen. Kemično recikliranje (depolimerizacija nazaj v BPA in karbonat) je tehnično izvedljivo, vendar v obsegu še ni ekonomično.

Kam gre

Proizvodna zmogljivost še naprej raste-nekje severno od 6 milijonov ton letno. Azija prevladuje tako v proizvodnji kot v potrošnji.

Raziskovalni trendi vključujejo:

Bio{0}}osnovane alternative, ki uporabljajo izosorbid namesto BPA

Nanokompoziti za izboljšano odpornost proti praskam brez žrtvovanja preglednosti

Sistemi-samozdravljivih premazov

Boljša optična jasnost za LED osvetlitev

Prehod na električna vozila povzroča znatno novo povpraševanje po avtomobilski razsvetljavi in ​​ohišjih baterij. Zahteve glede zmanjšanja teže dajejo prednost plastiki pred steklom in kovino, kjer lastnosti to dopuščajo.

Bottom Line

Polikarbonat zavzema nenavadno tržno nišo: dovolj močan za zahtevne strukturne aplikacije, dovolj jasen za optično uporabo, obdelljiv s skoraj vsemi metodami oblikovanja plastike. Kombinacija drugje ne obstaja.

Ni popolno. Občutljivost na praske je omejena, če ga lahko uporabljate brez premaza. Zadeva BPA zaplete-aplikacije v stiku z živili. Za UV stabilnost so potrebni dodatki ali premazi.

Ko pa potrebujete prozoren oklep, lahka zasteklitev,-leče, odporne na udarce, ali sto drugih aplikacij, kjer je »prozoren in trden« na vrhu seznama zahtev-polikarbonat, je običajno tisto, kar končate. Petdeset let po komercializaciji se nič drugega ne ujema s tem, kar počne.