Polikarbonātsietver termoplastisko polimēru saimi, kas atšķiras ar karbonātu funkcionālajām grupām (−O−(C=O)−O−) to ķīmiskajā mugurkaulā -strukturālo izkārtojumu, kas piešķir materiālam raksturīgo optiskās skaidrības, izmēru stabilitātes un mehāniskās izturības kombināciju. Polikarbonātu veidu iedalīšana kategorijās galvenokārt izriet no trim mainīgajiem lielumiem: molekulmasas sadalījuma, ko-monomēru vai sajaukšanas polimēru iekļaušanas un piedevu iepakojumiem, ko izmanto maisīšanas laikā. Katrs variants rada atšķirīgus apstrādes raksturlielumus un galapatēriņa{5}}īpašības, un komerciāli pieejamās kategorijas globālajās sveķu datubāzēs, piemēram, MatWeb, kas kataloģizē vairāk nekā 6100 atšķirīgu polikarbonāta sastāvu vien, tagad sasniedz tūkstošos.
Skaidras lietas, ko visi zina
Vispārīga-polikarbonāta-nepildītā, optiski caurspīdīgā versija-nodrošina lielāko daļu no tā, ar ko cilvēki saskaras ikdienā. Telefonu maciņi, aizsargbrilles, ūdens kannas. Gaismas caurlaidība svārstās ap 88-90%, kas ir salīdzināma ar optisko stiklu. Refrakcijas indekss aptuveni 1,58-1,59.
Bet "vispārējais mērķis" slēpj ievērojamas atšķirības. Molekulārajam svaram šeit ir liela nozīme. Zemas molekulmasas kategorijas iesmidzināšanas formēšanas laikā plūst kā ūdens, kas izklausās lieliski, līdz saprotat, ka trieciena stiprums nokrīt no klints. Augstas molekulmasas versijas? Grūts kā naglas, taču apstrādājams murgs,{3}}augsta kušanas viskozitāte, ilgs cikla laiks, aprīkojuma nodilums. Ražotāji nosaka skaitlisko-vidējo molekulmasu no 20 000 līdz vairāk nekā 70 000 atkarībā no tā, vai galaproduktam ir jāizdzīvo, atkārtoti nokrītot, vai arī tam vienkārši jāizskatās skaisti aiz stikla.
Tādu lietu kā automobiļu galveno lukturu lēcu un gaismas vadotņu optiskajām pakāpēm ir nepieciešama kontrolēta abpusējās laušanas-sprieguma-izraisīta optiskā kropļošana, kas liek visam izskatīties dīvaini, skatoties caur polarizētām saulesbrillēm. Automobiļu oriģinālo iekārtu ražotājiem nav pacietības attiecībā uz šo konkrēto defektu.
Glass{0}}pildītās versijas
Pievienojiet polikarbonātam 10-40% stikla šķiedras, un personība pilnībā mainās.
Labums: ievērojami palielinās stingrība, samazinās termiskā izplešanās, paaugstinātā temperatūrā šļūdes pretestība uzlabojas par aptuveni 28 MPa. Izmēru stabilitāte kļūst par kaut ko tādu, uz ko jūs varat paļauties attiecībā uz precīziem komponentiem. Termiskās izplešanās koeficients tuvojas metālu koeficientam, kam ir nozīme, pieskrūvējot plastmasas detaļas pie alumīnija rāmjiem.
Sliktais: skūpsts caurspīdīgums ardievas. Trieciena izturība-viss iemesls, kāpēc lielākā daļa cilvēku vispirms izvēlas polikarbonātu,-ir ļoti labi. Šķiedras rada stresa koncentrāciju. Jūs maināt vienu īpašumu komplektu pret citu.
Dažos rūpnieciskos lietojumos šīs kategorijas tieši konkurē ar pres{0}}lējumu alumīniju. Vieglāks, korozijizturīgs-, lētāks instruments. Stikla slodzes procents kļūst par līdzsvarojošu darbību: 20% nodrošina nelielu stingrību, vienlaikus saglabājot pienācīgu stingrību, 40% pārvērš materiālu par kaut ko gandrīz metālisku, bet kļūst arvien trauslāks.
Stikla{0}}pildītais dators sabojā instrumentus. Abrazīvās šķiedras košļājas cauri skrūvēm, mucām, veidņu virsmām. Ikviens, kurš piedāvā darbu ar stiklu-, labāk ņemt vērā apkopes dīkstāves un aprīkojuma nomaiņas ciklus, pretējā gadījumā viņš zaudēs naudu. To iemācījies grūtākajā ceļā.
PC/ABS maisījumi
Komerciāli veiksmīgākais polikarbonāta atvasinājums vispār nav tīrs polikarbonāts.
PC/ABS maisījumi-parasti 60-90% polikarbonāta, kas sakausēts ar akrilnitrila butadiēna stirolu-apvieno PC karstumizturību un izturību ar ABS apstrādājamību un elastību zemā temperatūrā. Iegūtais materiāls plūst labāk nekā taisnais polikarbonāts, tiek apstrādāts zemākā temperatūrā un maksā mazāk. Globālais pieprasījums līdz 2022. gadam pārsniedza 4,5 miljonus tonnu.
Apskatiet savu biroju. Klēpjdatora korpuss? Gandrīz noteikti PC/ABS. Monitoru rāmji, printeru korpusi, tastatūras korpusi. Automašīnu saloni-instrumentu paneļi, viduskonsoles, salona apdares detaļas. Materiāls dominē visur, kur nepieciešama pienācīga karstumizturība (apmēram 110 grādi), laba triecienizturība un virsmas, kas pēc krāsošanas vai tekstūras izskatās reprezentabli.
Maisījuma attiecība nosaka visu. Lielāks polikarbonāta saturs palielina siltuma pretestību, bet palielina materiālu izmaksas un apstrādes grūtības. Vairāk ABS uzlabo plūsmas raksturlielumus un samazina cenas, bet upurē siltuma veiktspēju. Inženieri pavada faktisko laiku, lai optimizētu šīs attiecības konkrētiem lietojumiem, pielāgotu piedevu pakotnes, veiktu DOE krāsu stabilitātes un virsmas izskata jomā.
Viena lieta, kas aizrauj cilvēkus: PC/ABS ir ļoti jutīgs pret hidrolīzi. Iepriekšēja žāvēšana 80-110 grādu temperatūrā 3–4 stundas nav obligāta — tā ir obligāta. Izlaidiet to, un materiāls noārdās mucā, samazinās molekulmasa, mehāniskās īpašības krāteris. Esmu redzējis, ka visas ražošanas sērijas tika noraidītas, jo kāds nolēma sasteigt žāvēšanas posmu.
Liesmu slāpējošās kategorijas
Atsevišķos tirgos UL 94 vērtējumiem ir liela nozīme.
Standarts ir no HB (horizontāls apdegums, minimāla pretestība) līdz V-2, V-1, V-0 un līdz 5VA (visstingrākais). Universāls polikarbonāts parasti iegūst V-2 vai HB bez izmaiņām. Tādām lietojumprogrammām kā elektriskie korpusi, datu centra aprīkojums un transportēšanas komponenti bieži prasa V-0 vai labāku.
Lai to sasniegtu, ir nepieciešamas piedevas{0}}vēsturiski halogenēti savienojumi, piemēram, tetrabromobisfenols A, kas kopolimerizēts mugurkaulā, pēdējā laikā uz fosfora-balstītām vai citām halogēnu-brīvām sistēmām kā regulējošā spiediena stiprinājumiem. Liesmas slāpētāja pakete ietekmē visu: optisko skaidrību (parasti pasliktinās), triecienizturību (dažreiz samazinātu), krāsu stabilitāti (bieži vien ir apdraudēta), apstrādes logu (šaurāku).
Šajā vietā dominē tādi tirdzniecības nosaukumi kā Makrolon FR un LEXAN 9604. Sertifikācijas process ietver ne tikai degšanas testa nokārtošanu, bet arī šī vērtējuma saglabāšanu visās ražošanas partijās, krāsu variantos un biezuma specifikācijās. Materiāls, kura izmērs ir V-0 pie 3 mm, var sasniegt tikai V-2 pie 1,5 mm, un klientam, kurš norāda plānās sienas detaļas, jūsu biezāki kvalifikācijas dati nerūp.
Briļļu nozares sarežģītās attiecības ar datoru
Polikarbonāta lēcas ar refrakcijas indeksu 1,59 ir interesants gadījuma pētījums.
Triecienizturība ir patiesi izcila-10 reizes labāka nekā standarta CR-39 plastmasa, piemērota bērnu brillēm, aizsargbrillēm, sporta aplikācijām, kur kaut kas var trāpīt sejā lielā ātrumā. Iebūvēta UV bloķēšana bez pārklājumiem. Materiāls būtībā izslēdza stiklu no bērnu briļļu tirgiem.
Bet.
Optiskā skaidrība? Viduvēji. Abbe vērtība-hromatiskās aberācijas mērs, cik lielā mērā objektīvs izkliedē balto gaismu varavīksnes malās-ir aptuveni 30. Tas ir sliktākais no visiem izplatītajiem objektīva materiāliem. Cilvēki pamana krāsu šķautnes, īpaši perifērajā redzē. Plastmasām ar augstāku-indeksu (1,60–1,74) Abbe vērtības ir 32–42, kas nozīmē mazāku izkropļojumu, lai gan tās ir plānākas.
Izturība pret skrāpējumiem ir patiešām slikta. Polikarbonāts ir mīksts. Katram objektīvam ir nepieciešams ciets pārklājums, kas palielina izmaksas un iespējamos bojājumu punktus.
Nozare lielā mērā ir pārgājusi uz Trivex, lai iegūtu augstākās kvalitātes lietojumus-līdzīgai triecienizturībai, Abbe vērtībai 43, labākai izturībai pret skrāpējumiem. Polikarbonāts joprojām ir budžeta un bērnu briļļu darba zirgs, kur triecienizturība pārsniedz optisko pilnību.
Daudzsienu loksne: pilnīgi atšķirīgs dzīvnieks
Divu{0}}sienu un daudzsienu polikarbonāta paneļi ir pelnījuši atsevišķu attieksmi, jo tie atrisina pavisam citas problēmas nekā iesmidzināšanas{1}}lietas.
Attēlojiet divus (vai trīs, vai piecus) plānus polikarbonāta slāņus, kas savienoti ar perpendikulārām ribām, veidojot gaisa kanālus, kas stiepjas visas loksnes garumā. Gaisa kabatas nodrošina siltumizolācijas -R-vērtības 1,6 6 mm dvīņu-sienai līdz pat 2.5+ 16 mm konfigurācijām. Salīdziniet to ar vienu -stiklu pie aptuveni R-1.
Siltumnīcām patīk šī lieta. Gaismas caurlaidība 74-80% atkarībā no biezuma un sienu skaita. UV bloķēšana aizsargā augus no apdegumiem, vienlaikus izlaižot cauri augšanu veicinošiem viļņu garumiem. Triecienizturība nozīmē, ka krusa neiznīcina jūsu struktūru. Svars uz kvadrātpēdu ir stikla daļa.
Hurricane paneļiem, kas izgatavoti no bieza daudzsienu polikarbonāta, ir Maiami{0}}Deida apgabala sertifikāts aizsardzībai pret vētru. Caurspīdīgs, tāpēc jūs nedzīvojat bunkurā. Pietiekami viegls, lai uzstādīšanai nebūtu nepieciešams īpašs aprīkojums.
Negatīvā puse? Putekļi un gruži var migrēt kanālos gadu gaitā, ja malu blīvēšana neizdodas. Aļģu augšana flautu iekšpusē izskatās briesmīgi. Neraugoties uz stabilizatoriem, materiāls UV starojumā joprojām kļūst dzeltens, tikai lēnāk nekā cieta loksne.
Medicīnas un pārtikas{0}}Saziņas pakāpes
BPA-bisfenols A, monomērs, ko izmanto standarta polikarbonāta sintezēšanai{1}}joprojām ir pretrunīgs attiecībā uz lietojumiem, kas saistīti ar pārtiku{2}}.
FDA joprojām uzskata, ka tas ir drošs pašreizējā iedarbības līmenī. Eiropas Komisijas Zinātniskā komiteja piekrīt. Taču patērētāju spiediens pamudināja izstrādāt alternatīvas, kas nesatur BPA{2}}, un regulējošās aģentūras dažādās valstīs ir ierobežojušas tā izmantošanu īpaši bērnu pudelēs.
Iespējas ietver polikarbonātus, kas sintezēti no alternatīviem bisfenoliem, piemēram, tetrametilciklobutāndiola, vai pilnīgi atšķirīgas polimēru grupas, piemēram, Eastman's Tritan kopoliesteri. Medicīniskās kvalitātes polikarbonātiem ir nepieciešami ne tikai BPA apsvērumi, bet arī gamma starojuma stabilitāte (sterilizācijai), bioloģiskās saderības pārbaude un dokumentācijas celiņi, kas liktu normatīvo lietu speciālistam raudāt.
Ironiski ir tas, ka rūpnieciskiem lietojumiem -mašīnu aizsargi, elektriskie korpusi, automobiļu komponenti-BPA ir pilnīgi nenozīmīgs. Neviens neēd savu nemieru vairogu.
Augstas -siltuma pakāpes
Standarta bisfenola A polikarbonāta stiklošanās temperatūra ir aptuveni 147 grādi. Lietojumprogrammām, kurām nepieciešama ilgstoša veiktspēja paaugstinātā temperatūrā-automobiļu apgaismojumā, kas pakļauts dzinēja karstumam, elektriskiem komponentiem siltuma avotu tuvumā-, kam var nepietikt.
Kopolimēri, kas satur trimetilcikloheksanona bisfenolu (TMC), palielina stiklojuma pāreju līdz 238 grādiem. Tirdzniecības markas, piemēram, Apec HT no Covestro, piedāvā Vicat mīkstināšanas punktus no 158 grādiem līdz 205 grādiem atkarībā no TMC satura. Materiāls paliek amorfs, saglabā apmēram 90% gaismas caurlaidības 1 mm biezumā, saglabājas izturīgs,-lai gan robains triecienizturība nedaudz samazinās, salīdzinot ar standarta pakāpēm.
Tie nosaka augstākās kvalitātes cenas. Jūs nenorādīsiet augstas -siltuma pakāpes, ja vien termiskā veiktspēja patiešām nav svarīga jūsu lietojumam, jo jūs maksāsiet 2–3 reizes materiālu izmaksas, salīdzinot ar vispārējo mērķi.
Pārklājumu jautājums
Gandrīz katrs polikarbonāta ierobežojums ir radījis pārklājuma risinājumu.
Izturība pret skrāpējumiem? Silikona- vai dimanta-veida oglekļa (DLC) cietais pārklājums sasniedz 2H-4H zīmuļa cietību, tuvojoties stiklam. UV degradācija? Stabilizēti koekstrudēti slāņi vai uzklātie pārklājumi pagarina āra kalpošanas laiku no 2 gadiem līdz 10-15 gadiem. Ķīmiskā izturība? Speciālie pārklājumi ir izturīgi pret šķīdinātājiem, kas varētu uzbrukt tukšam datoram.
Rezultāts: katrs pārklājums palielina izmaksas, pievieno apstrādes soļus un ievieš iespējamos atteices režīmus. Adhēzijas traucējumi. Pārklājuma trakums. Termiskās izplešanās neatbilstība starp substrātu un pārklājumu, kas izraisa atslāņošanos. Pārklātais produkts kļūst par sistēmu, kurai nepieciešama kvalifikācija kopumā, nevis tikai pamatmateriāls.
Brillēm cietais pārklājums būtībā ir universāls. Rūpnieciskajam stiklojumam gan pārklātiem, gan nepārklātiem izstrādājumiem ir tirgus atkarībā no tā, vai pielietojums var izturēt virsmas marķējumu.
Filmas pakāpes
Plānas polikarbonāta plēves-250 µm līdz 500 µm biezumā ir piemērotas lietošanai, sākot no elektriskās izolācijas līdz drukātiem pārklājumiem.
Augstas skaidrības varianti tiek izmantoti displeju logos, membrānas slēdžos, grafiskajos pārklājumos, kur ir svarīga optiskā kvalitāte. Matētās-apdares versijas samazina elektronisko saskarņu atspīdumu. Ugunsdrošas plēves, piemēram, Makrofol FR, sasniedz UL94 V-0, vienlaikus saglabājot drukājamu un formējamu.
Elektriskās izolācijas tirgū īpaši tiek vērtēta polikarbonāta plēves dielektriskā izturība, zema mitruma uzsūkšanās un izmēru stabilitāte temperatūras ciklā. Pirms Bayer 2000. gadā pārtrauca kondensatora plēvju ražošanu, polikarbonāta kondensatoriem bija augsta stabilitāte un izcili frekvences raksturlielumi. Kopš tā laika šis tirgus ir pārcēlies uz citiem dielektriķiem.
Kurp tas viss virzās
Tiek piedāvāti bio-polikarbonāti, kuros BPA vietā tiek izmantots izosorbīds. Ražošanas jauda pasaulē pārsniedz 6 miljonus tonnu gadā un pieaug. Āzija-īpaši Ķīna-dominē gan ražošanā, gan patēriņā.
EV pāreja rada būtisku jaunu pieprasījumu: viegli akumulatoru korpusi, LED apgaismojuma lietojumprogrammas, caurspīdīgas sastāvdaļas, kuru svara samazināšana uzlabo diapazonu. Katrs kilograms ir svarīgs, mēģinot izspiest vairāk jūdžu no akumulatora.
Nanokompozītmateriālu izpētes mērķis ir uzlabot izturību pret skrāpējumiem, nezaudējot caurspīdīgumu,{0}}kas ir "gandrīz sasniegts" jau desmit gadus. Pašārstnieciskās pārklājumu sistēmas pastāv laboratorijas apstākļos, taču tās nav sasniegušas komerciālu mērogu.
Pārstrāde joprojām ir problemātiska. Polikarbonāts ir tehniski termoplastisks un teorētiski pārstrādājams, bet termiskā degradācija pārstrādes laikā pasliktina molekulmasu un īpašības. Ķīmiskā pārstrāde atpakaļ monomēros principā darbojas, bet nav sasniegusi ekonomisko dzīvotspēju. Patlaban lielākā daļa pēc-patērētāju polikarbonāta nonāk poligonos vai sadedzināšanas iekārtās, neskatoties uz to, ka apakšā ir otrreizējās pārstrādes simbols.
Pamatrealitāte nav mainījusies kopš Hermans Šnels un Daniels Fokss neatkarīgi sintezēja materiālus 1950. gados: ja jums ir nepieciešams materiāls, kas ir dzidrs, izturīgs un apstrādājams, izmantojot parastās termoplastiskās metodes, polikarbonāts joprojām ir noklusējuma atbilde. Konkrētā atzīme-no tūkstošiem pieejamo-ir atkarīga no tā, kura rekvizītu kombinācija ir vissvarīgākā jūsu lietojumprogrammai, kādus ierobežojumus varat izturēt un cik esat gatavs maksāt par pakāpeniskiem uzlabojumiem.