Polikarbonātsir aptuveni 1,20 līdz 1,22 g/cm³-, kas neuztver virsrakstus, bet klusi nosaka, vai jūsu aizsargbrilles iztur triecienu, vai lidmašīnas logi turas augstumā un vai viedtālruņa korpuss kaut ko aizsargā. Šīs termoplastiskās plastmasas blīvums atspoguļo tā molekulāro iepakošanas efektivitāti, bisfenola A vienību ciešo izvietojumu, kas savienotas ar karbonātu grupām. Inženieri neizvēlas polikarbonātu tā krāšņuma dēļ. Viņi to izvēlas, jo šī īpašā blīvuma-uz-veiktspējas attiecība atrisina problēmas, kurām citas plastmasas nevar pieskarties.
Skaitļi aiz materiāla
Lielākā daļa cilvēku apskata blīvuma specifikācijas un dodas tālāk. Pietiekami godīgi. Bet, lūk, ko tas 1,2 g/cm³ patiesībā nozīmē praktiski.
Salīdziniet to ar akrilu ar 1,18 g/cm³. Gandrīz nekādas atšķirības, vai ne? Tomēr polikarbonāts iztur trieciena slodzi, kas akrilu sašķeltu bīstamās lauskas. Blīvuma līdzība maskē pilnīgi atšķirīgu molekulāro uzvedību stresa apstākļos. Polikarbonāta ķēdes var absorbēt enerģiju, izmantojot molekulāro kustību,{4}}tās slīd, stiepjas, pārdala spēku. Akrils vienkārši... plīst.
Stikls ir aptuveni 2,5 g/cm³. Tādējādi polikarbonāts nodrošina aptuveni pusi mazāka svara un ievērojami labāku triecienizturību. Protams, kompromisi pastāv. Izturība pret skrāpējumiem nav lieliska. UV stabilitātei nepieciešamas piedevas. Taču lietojumos, kur svaram ir nozīme un neveiksmes nav risinājums, šī blīvuma priekšrocība tiek izmantota katrā materiāla kvadrātmetrā.
Svara aprēķini kļūst reāli
Esmu novērojis, kā inženieri stundām ilgi velta kosmosa komponentu svara budžetu. Katrs grams ir svarīgs, kad cīnāties ar gravitāciju. Polikarbonāta blīvums ļauj aprēķināt paneļu svaru ar saprātīgu precizitāti:
Loksne, kuras izmēri ir 1 metrs × 1 metrs × 6 mm, sver aptuveni 7,2 kg. Nomainīt to pret stiklu ar līdzvērtīgu optisko skaidrību? Jūs sverat 15 kg. Vienam panelim. Tagad reiziniet visā lidmašīnas nojumē vai siltumnīcas instalācijā.
Automobiļu nozare to nozvejoja pirms gadu desmitiem. Panorāmas jumta lūkas, priekšējo lukturu lēcas, salona detaļas-polikarbonāta svars, nezaudējot konstrukcijas prasības. Lai gan godīgi, daži ražotāji sākotnējos lietojumos pārsniedza materiāla robežas. Mācīšanās līknes pastāv.
Molekulārais blīvums un trieciena veiktspēja
Šis savienojums netiek pietiekami apspriests ārpus tehniskajām aprindām.
Polikarbonāta blīvums atspoguļo to, kā tā polimēru ķēdes saplūst kopā cietā stāvoklī. Nekristālisks{1}}polikarbonāts paliek amorfs, tas nozīmē, ka nav sakārtotas kristāla struktūras. Ķēdes savijas un savijas nedaudz nejauši. Šī amorfā struktūra šajā konkrētajā blīvumā rada kaut ko ievērojamu: spēju piekāpties pirms salūšanas.
Kad kaut kas atsitas pret polikarbonāta virsmu, materiāls deformējas. Enerģija izplatās caur ķēdes kustību, nevis koncentrējas lūzuma vietās. Blīvums būtībā nosaka, cik daudz materiāla pastāv, lai absorbētu šo enerģiju uz tilpuma vienību.
Testēšanas standarti, piemēram, ANSI Z87.1 aizsargbrilles, pastāv daļēji tāpēc, ka polikarbonāts ir padarījis aizsardzību pret triecieniem ekonomiski izdevīgu. Pirms polikarbonāts kļuva plaši izplatīts, drošības brilles nozīmēja vai nu smagu stiklu ar ierobežotu aizsardzību, vai neizturīgu plastmasu, kas sabojājās, kad tās patiešām bija vajadzīgas.
Termiskā uzvedība ir saistīta ar blīvumu
Polikarbonāta sildīšana maina visu par tā blīvumu. Ne dramatiski-mēs runājam par procenta daļām,-bet pietiekami, lai tas būtu svarīgi precīzām lietojumprogrammām.
Istabas temperatūrā: ~1,20 g/cm³. Sildiet to līdz stiklošanās temperatūrai aptuveni 147 grādi, un molekulārā kustība palielinās. Ķēdēm ir nepieciešams vairāk vietas. Blīvums nedaudz samazinās. Šī termiskā izplešanās ir jāprojektē lietojumos, kas saistīti ar temperatūras svārstībām.
Āra iekārtās tuksneša klimatā dienas temperatūras svārstības ir par 40 grādiem vai vairāk. Montāžas sistēmām ir jāpielāgo radītās izmēru izmaiņas. Stingra montāža izraisa spriedzes palielināšanos, iespējamu plaisāšanu, priekšlaicīgu atteici. Blīvuma specifikācija vien to nenosaka-ir nepieciešami arī termiskās izplešanās koeficienti-, taču tie ir cieši saistīti ar molekulāro uzvedību.
Apstrādes blīvuma apsvērumi
Iesmidzināšanas formētājiem ļoti rūp polikarbonāta blīvums, lai gan tādu iemeslu dēļ, kas var nebūt acīmredzami.
Kausējuma blīvums atšķiras no cietā blīvuma. Kad polikarbonāts plūst caur iesmidzināšanas formēšanas mašīnām 280{3}}320 grādu leņķī, tas izplešas. Kadru izmēru aprēķināšana, vārtu sasalšanas pārvaldība, saraušanās prognozēšana — tas viss ir atkarīgs no izpratnes par to, kā apstrādes laikā mainās blīvums.
Nepildītam polikarbonātam parasti saraušanās ir 0,5-0,7%. Pievienojiet stikla šķiedras un pilnībā mainīsit blīvuma vienādojumu. Ar stiklu pildītās markas sasniedz 1,35–1,52 g/cm³ atkarībā no iekraušanas līmeņa. Dažādi saraušanās modeļi. Dažādas deformācijas tendences. Viss savādāks.
Veidotāji, kuri ignorē šīs ar blīvumu{0}}saistītās darbības, ražo detaļas, kas neatbilst drukas izmēriem. Vai vēl ļaunāk, detaļas, kas sākotnēji atbilst izmēriem, bet laika gaitā deformējas, jo atlikušais spriegums atslābina.
Piepildīts pret nepiepildīto: blīvuma stāsts
Stikla šķiedras stiegrojums tik dramatiski pārveido polikarbonāta īpašības, ka tas gandrīz kļūst par citu materiālu kategoriju.
| Atzīmes veids | Tipisks blīvums | Galvenās{0}}atlaides |
|---|---|---|
| Neaizpildīts dators | 1,20 g/cm³ | Vislabākā optiskā skaidrība, lielākais trieciens |
| 10% glāzē-pildīta | 1,28 g/cm³ | Uzlabota stingrība, samazināta elastība |
| 20% glāzē-pildīta | 1,35 g/cm³ | Ievērojams stinguma pieaugums, anizotropas īpašības |
| 30% glāzē-pildīta | 1,43 g/cm³ | Tuvas strukturālās iespējas, ierobežots pagarinājums |
Blīvums palielinās, jo stikls plūst apmēram 2,5 g/cm³. Aptuveni tiek piemēroti vienkārši sajaukšanas noteikumi. Kas neatbilst vienkāršiem noteikumiem: mainās mehāniskās īpašības. Stikla šķiedras rada stresa koncentrāciju. Triecienizturība samazinās, dažreiz katastrofāli. Nepildīta polikarbonāta skaistais kaļamās atteices režīms nodrošina trauslāku uzvedību.
Esmu redzējis, ka dizaineri ir norādījuši ar stiklu{0}}pildītu polikarbonātu triecienizturībai, jo "polikarbonāts nozīmē triecienizturību". Tas ne vienmēr darbojas tā.
Īpatnējais smagums pret blīvumu{0}}Nepieciešams tangenss
Šie termini tiek lietoti kā sinonīmi. Tām nevajadzētu būt.
Blīvumam ir mērvienības: g/cm³, kg/m³, lb/ft³. Īpatnējais svars ir bezizmēra{1}}tā ir attiecība, kas salīdzina materiāla blīvumu ar ūdens blīvumu atsauces temperatūrā. Polikarbonātam abi skaitļi ir aptuveni 1,20, jo ūdens blīvums standarta apstākļos būtībā ir 1,0 g/cm³.
Apjukums reti ir svarīgs attiecībā uz plastmasu, kas ir blīvāka par ūdeni. Taču tas rada problēmas, salīdzinot materiālus dažādās vienību sistēmās vai ja precīziem aprēķiniem ir vajadzīgas faktiskās masas -uz -tilpuma vērtības, nevis attiecības.
Tehnisko datu lapas dažreiz norāda īpatnējo svaru, dažreiz blīvumu, dažreiz abus. Vienmēr pārbaudiet vienības. Vienmēr pārbaudiet atsauces nosacījumus.
Peldēšanas un blīvuma pārbaude
Ātra blīvuma pārbaude ienākošā materiāla kvalitātei: vai tas nogrimst ūdenī?
Polikarbonāts ar 1,20 g/cm³ izlietnes. Ja jūsu "polikarbonāta" paraugs peld, jums ir problēmas. Vai nu tas nav polikarbonāts, vai tajā ir ievērojami tukšumi, vai arī kāds melo par materiāla specifikācijām. Šis vienkāršais pludiņa tests uztver rupjas kļūdas, bet neatklās smalkas blīvuma izmaiņas specifikācijas robežās.
Precīzai blīvuma mērīšanai gradienta kolonnas vai piknometri nodrošina labāku izšķirtspēju. Nopietnu ražotāju ienākošās pārbaudes programmās ir iekļauta blīvuma pārbaude tieši šī iemesla dēļ{1}}blīvuma izmaiņas var signalizēt par molekulmasas atšķirībām, piesārņojumu vai degradāciju.
Optiskie lietojumi pieprasa blīvuma konsekvenci
Briļļu lēcas, gaismas vadotnes, optiskie diski{0}}šīs lietojumprogrammas gandrīz necieš nekādas blīvuma izmaiņas, jo atšķirības ir saistītas ar optiskiem defektiem.
Blīvuma neatbilstības polikarbonātā parasti nozīmē vienu no vairākām problēmām: mitruma piesārņojums apstrādes laikā, termiskā noārdīšanās, radot gaistošus blakusproduktus, nepilnīga kušana, atstājot neiestrādātu materiālu, vai piesārņojums no citiem polimēriem. Katrs rada optiskus kropļojumus. Daži rada miglu. Daži rada lokalizētas refrakcijas indeksa variācijas, kas izpaužas kā dīvaini vizuālie artefakti.
Sākotnējā kompaktdiska specifikācijā bija nepieciešams polikarbonāts, kas atbilst stingrām blīvuma pielaidēm, jo optiskā uzglabāšana ir atkarīga no nemainīgas gaismas caurlaidības. DVD un Blu{1}}ray padarīja prasības vēl stingrākas.
Ko blīvums tev nepateiks
Šeit ir runa par specifikācijām. Blīvums ir viens skaitlis. Produkti gūst panākumus vai neizdodas, pamatojoties uz desmitiem savstarpēji mijiedarbīgu īpašību.
Blīvums neparedz UV izturību. Polikarbonāts noārdās ultravioletā starojuma ietekmē, kļūst dzeltens un laika gaitā kļūst trausls bez stabilizatoriem. Tas pats blīvums pirms un pēc degradācijas (aptuveni), pilnīgi atšķirīgs sniegums.
Blīvums neparedz ķīmisko izturību. Polikarbonāts izšķīst dažādos šķīdinātājos-acetonā, kas ir slavenais piemērs, kas cilvēkus pārsteidz. Aromātiskie ogļūdeņraži izraisa spriegumu plaisāšanu. Nekas no tā neparādās blīvuma mērījumos.
Blīvums neparedz ilgtermiņa-šļūdes uzvedību, noguruma kalpošanas laiku vai izturību pret plaisāšanu pret vidi. Tam nepieciešama atsevišķa pārbaude, atsevišķas specifikācijas, atsevišķas zināšanas.
Vides leņķi
Polikarbonāta blīvums rada otrreizējās pārstrādes problēmas, kurām netiek pievērsta pietiekama uzmanība.
Pie 1,20 g/cm³ polikarbonāts nogrimst ūdens-atdalīšanas sistēmās, nonākot tajā pašā frakcijā ar PET (1,38 g/cm³) un citām "smagajām" plastmasām. Šķirošanas tehnoloģijām ir jāizmanto papildu metodes -infrasarkanā spektroskopija, elektrostatiskā atdalīšana, manuāla šķirošana-, lai izolētu polikarbonātu no jauktām plūsmām.
Ekonomika bieži nedarbojas. Neapstrādāts polikarbonāts nav īpaši lēts, taču tas ir pietiekami lēts, lai otrreizēji pārstrādātajiem materiāliem būtu grūti konkurēt, it īpaši, ja tīrības prasības attiecībā uz optiskajiem vai drošības lietojumiem novērš lielāko daļu pēc-patērētāju.
Materiāla blīvuma aprēķini iekļaujas arī dzīves{0}}cikla novērtējumos. Vieglāku materiālu piegāde nozīmē mazākas transportēšanas emisijas uz funkcionālo vienību, pieņemot līdzvērtīgu veiktspēju. Polikarbonāta mērenais blīvums šeit palīdz, salīdzinot ar stiklu, un kaitē salīdzinājumā ar zemāka-blīvuma polimēriem, piemēram, polipropilēnu.
Noslēguma domas par ikdienišķu{0}}skanīgu specifikāciju
Blīvums šķiet tāds pamata īpašums. Tā ir tikai masa, kas dalīta ar tilpumu. Pirmā-kursa fizika.
Bet šis viens numurs savienojas ar gandrīz visu, kas padara polikarbonātu noderīgu. Triecienizturības pēdas uz molekulāro iepakojumu. Svara ietaupījums rada blīvuma priekšrocības salīdzinājumā ar stiklu. Apstrādes uzvedība norāda uz to, kā blīvums mainās atkarībā no temperatūras. Kvalitātes kontroles pēdas līdz blīvuma mērījumam kā piesārņojuma noteikšanai.
Inženieri, kas ikdienā strādā ar polikarbonātu, bieži vien pārstāj domāt par blīvumu. Tas kļūst par fona zināšanām, pieņemts, nevis apsvērts. Varbūt tas ir piemērots pieredzējušiem praktiķiem. Bet ikvienam, kurš mēģina saprast, kāpēc polikarbonāts parādās ložu necaurlaidīgos logos, lidmašīnu nojumēs un nekārtību vairogos-un ne tikai lētu preču lietojumos-, skaidrojums sākas ar blīvumu.
Nebeidzas. Sākas.