Polycarbonat (PC) ist ein Hochleistungskunststoff, der sich als einer der fünf wichtigsten technischen Kunststoffe etabliert hat. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über die Eigenschaften, Bearbeitungsprozesse und Anwendungsgebiete von Polycarbonat.
Was ist Polycarbonat?
Polycarbonat (PC) ist ein hochmolekularer Polymerwerkstoff, dessen Molekülketten Carbonatgruppen enthalten. Es zählt zu den fünf technischen Kunststoffen. Der Name Polycarbonat leitet sich von den Carbonatbindungen in seiner Molekularstruktur ab. PC ist im Gegensatz zu herkömmlichen transparenten Materialien wie Glas deutlich bruchfester. Als transparenter technischer Kunststoff zeichnet es sich zudem durch hervorragende Schlagfestigkeit, Kriechfestigkeit, Hitzebeständigkeit und geringe Wasseraufnahme aus und eignet sich daher ideal für anspruchsvolle Anwendungen.
Eigenschaften von Polycarbonat
Polycarbonat ist ein amorphes, transparentes thermoplastisches Polymer. Es ist geruchlos, geschmacklos und ungiftig und besitzt eine ausgewogene Kombination aus mechanischen, thermischen und dielektrischen Eigenschaften, was es zu einem hervorragenden technischen Kunststoff macht.
Mechanische Eigenschaften
Polycarbonat weist hervorragende mechanische Eigenschaften auf. Besonders hervorzuheben ist seine hohe Schlagfestigkeit, die es zu einem der besten thermoplastischen Kunststoffe macht. Es zeigt geringes Kriechverhalten und gute Dimensionsstabilität und behält seine hohe mechanische Festigkeit auch bei niedrigen Temperaturen. Zu seinen Nachteilen zählen die geringere Dauerfestigkeit, die Neigung zu Spannungsrissen und die geringe Abriebfestigkeit. Die folgende Tabelle zeigt die mechanischen Eigenschaften von Polycarbonat.
| Eigenschaft | Wert | Eigenschaft | Wert |
| Zugfestigkeit, MPa | 60-70 | Kerbschlagzähigkeit nach Izod, kJ/m2 | 50-70 |
| Dehnung,% | 60-130 | Brinellhärte, MPa | 150-160 |
| Biegefestigkeit, MPa | 100-120 | Dauerfestigkeit, MPa | 10.5 |
| Biegeelastizitätsmodul, GPa | 2.0-2.5 | ||
| Druckfestigkeit, MPa | 80-90 |
Die Kriechfestigkeit von Polycarbonat ist derjenigen von technischen Thermoplasten wie Nylon und Polyoxymethylen (POM) überlegen, was ein wichtiger Indikator für die gute Dimensionsstabilität von PC ist.
Im Vergleich zu den meisten anderen technischen Kunststoffen weist Polycarbonat eine relativ geringe Abriebfestigkeit und einen höheren Reibungskoeffizienten auf.
Innere Spannungen und Spannungsrisse in Polycarbonatprodukten stellen erhebliche Probleme dar. Innere Spannungen entstehen primär durch die Wechselwirkung von Makromolekülen aufgrund erzwungener Orientierung.
Wird eine gebogene Polycarbonat-Prüfprobe über einen bestimmten Zeitraum bewegt und gehalten, treten Mikrorisse auf, sobald die Spannung ihren Grenzwert überschreitet. Bei einem mittleren Molekulargewicht von über 2.4 x 10⁴ g/mol tritt dieses Phänomen auf.4Es kann einer Belastung von mehr als 30 MPa standhalten; bei einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 2.2 x 104Die Grenze liegt bei etwa 20 MPa. Spannungsrisse treten im Allgemeinen nicht auf, wenn die Eigenspannung oder die vom Produkt aufgenommene Spannung unterhalb dieser Werte liegt. Wenn das Polycarbonatprodukt jedoch aufgrund von Faktoren wie zu hoher Temperatur während des Formgebungsprozesses einer Zersetzung oder Alterung unterliegt, Kerben oder Schweißnähte aufweist oder in einer chemischen Gasumgebung eingesetzt wird, verkürzt sich die Zeit bis zum Auftreten von Mikrorissen deutlich, und der Grenzwert der Spannung sinkt drastisch.
Thermische Eigenschaften
Polycarbonat besitzt eine gute Hitzebeständigkeit mit einer Dauereinsatztemperatur von bis zu 120 °C. Es weist außerdem eine ausgezeichnete Kältebeständigkeit auf und versprödet bei −100 °C.
| Eigenschaft | Wert | Eigenschaft | Wert |
| Glasübergangstemperatur, ℃ | 150 | linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient, x 10-5/ ℃ | 5-7 |
| Schmelztemperatur, ℃ | 220-230 | Wärmeablenktemperatur (1.82 MPa), °C | 130-140 |
| Spezifische Wärmekapazität, J/(g · ℃) | 1.17 | Thermische Zersetzungstemperatur, ℃ | ≥ 340 |
| Wärmeleitfähigkeit, W/(m · ℃) | 0.24 | Sprödigkeitstemperatur, ℃ | -100 |
Polycarbonat besitzt keinen ausgeprägten Schmelzpunkt und schmilzt im Bereich von 220–230 °C. Aufgrund der hohen Steifigkeit seiner Molekülketten ist seine Schmelzviskosität relativ hoch.
Elektrische Eigenschaften
Polycarbonat besitzt eine niedrige Polarität, eine hohe Glasübergangstemperatur und eine geringe Wasseraufnahme und weist daher hervorragende elektrische Eigenschaften auf.
| Eigenschaft | 20 ℃ | 125 ℃ |
| Volumenspezifischer Widerstand, Ω・cm | 4.0/1016 | 4.0/1014 |
| Durchschlagsfestigkeit, Ω・cm (Dünnschicht) | ≥ 100 | / |
| Durchschlagsfestigkeit, kV/mm (2 mm dicke Scheibe) | 20-22 | / |
| Dielektrizitätskonstante (60 Hz) | 3.1 | 3.1 |
| Dielektrizitätskonstante (10³ Hz) | 3.1 | 3.0 |
| Verlustfaktor (60 Hz) | 6–7 × 10-4 | 7/10-4 |
| Verlustfaktor (10³ Hz) | ≤ 2×10⁻-3 | ≤ 2×10-2 |
Chemische Resistenz
Polycarbonat ist in sauren und ölhaltigen Medien stabil, jedoch nicht beständig gegen Laugen und löst sich in chlorierten Kohlenwasserstoffen. Längeres Eintauchen in kochendes Wasser kann leicht zu Hydrolyse und Rissbildung führen.
Optische Eigenschaften
Polycarbonat ist farblos und transparent mit einer guten Lichtdurchlässigkeit von 85–90 %. Die Lichtdurchlässigkeit hängt von der Oberflächenrauheit des Produkts ab. Polycarbonat besitzt eine geringe Oberflächenhärte und Abriebfestigkeit, wodurch die Oberfläche anfällig für Kratzer und Trübungen ist, was die Lichtdurchlässigkeit beeinträchtigt. Wie bei anderen transparenten Polymeren führt die erzwungene Ausrichtung der Moleküle in Polycarbonat unter einachsiger Dehnung zu Anisotropie und inneren Spannungen, die Doppelbrechung zur Folge haben. Diese Eigenschaft ermöglicht die Untersuchung der inneren Spannungen in Polycarbonatprodukten mithilfe von polarisiertem Licht.
Der Brechungsindex von Polycarbonat für sichtbares Licht beträgt 1.5872 bei 20 °C und variiert zwischen 1.5914 bei -20 °C und 1.5745 bei 140 °C. Er zeigt einen linearen Zusammenhang mit der Temperatur. Sein Brechungsindex ist höher als der anderer transparenter Polymere wie Acrylate, wodurch es sich besser für optische Linsenmaterialien eignet.
Prozesse der PC-Bearbeitung
Polycarbonat besitzt hervorragende Formgebungs- und Verarbeitungseigenschaften. Im viskosen Fließzustand lässt es sich beispielsweise durch Spritzgießen und Extrusion formen.
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Spritzguss
Das PC-Spritzgießen eignet sich zur Herstellung kleiner bis mittelgroßer Teile, die präzise Abmessungen und Schlagfestigkeit erfordern. Dabei kommen vorwiegend Schneckenspritzgießmaschinen mit einer einköpfigen, volllaufenden, gleichsteigenden und graduell verdichtenden Schnecke zum Einsatz. Um Rückfluss zu minimieren, wird eine konische, scharfkantige oder rückschlagsichere Schnecke verwendet. Aufgrund der hohen Schmelzviskosität von PC ist zur Qualitätsverbesserung eine abgedichtete Düse mit großem Kanal oder eine verlängerte offene Düse erforderlich.
Getrocknetes PC-Material kann durch Kontakt mit Raumluft innerhalb von 15 Minuten beeinträchtigt werden. Der Trichter muss isoliert sein, um die Materialtemperatur bei mindestens 100 °C zu halten, und das Material sollte innerhalb von 0.5 bis 1 Stunde verbraucht werden.
Extrusion
Die Polycarbonat-Extrusion dient zur Herstellung von Produkten wie Platten, Rohren, Stäben und Folien. Dabei kommt ein Einschneckenextruder zum Einsatz, dessen Schnecke auf die Viskositätsänderungen des Polycarbonats ausgelegt ist. Typischerweise weisen Extrusionsschnecken für Polycarbonat ein Längen-Durchmesser-Verhältnis (L/D-Verhältnis) von 18 bis 20 auf. Dies gewährleistet zwar eine gute Plastifizierung, erhöht aber gleichzeitig das Risiko von Materialermüdung. Die Extrusionstemperaturen sind niedriger als beim Spritzgießen, wobei der Temperaturunterschied zwischen der vorderen und hinteren Zone 10 bis 20 °C beträgt. Die Schergeschwindigkeit hat nur geringen Einfluss auf die Schmelzviskosität, und die Schneckendrehzahl sollte im Allgemeinen unter 100 U/min liegen. Niedrige Drehzahlen werden bei kleineren L/D-Verhältnissen eingesetzt, um eine optimale Plastifizierung sicherzustellen.
CNC Dienstleister
Ein PC kann während der Verarbeitung bestimmte Temperaturen aushalten. CNC-BearbeitungAufgrund seiner hohen Viskosität und geringen Fließfähigkeit erfordert es jedoch eine präzise Steuerung von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub, um thermische Schäden durch Überhitzung oder Formgebungsschwierigkeiten aufgrund unzureichenden Fließens zu vermeiden. Darüber hinaus weist die Oberfläche des Polycarbonats nach der Bearbeitung häufig Spannungsaufhellungen auf, die durch Optimierung der Werkzeugwege, Anpassung der Bearbeitungsparameter und geeignete Wärmebehandlung zur Verbesserung der Oberflächenqualität und der Gesamtleistung reduziert werden können.
Anwendungen von PC-Kunststoffe
Polycarbonat vereint gute mechanische und elektrische Eigenschaften mit Merkmalen wie Transparenz, Hitzebeständigkeit und Dimensionsstabilität, was zu seiner weitverbreiteten Verwendung in Bereichen wie Maschinenbau, Elektronik und Elektrogeräte, Transportwesen, Beleuchtungstechnik und Medizintechnik führt.
Maschinen
Aufgrund seiner ausgezeichneten Schlagzähigkeit, hohen mechanischen Festigkeit und guten Maßgenauigkeit und Stabilität wird Polycarbonat häufig zur Herstellung von Bauteilen für die Übertragung niedriger bis mittlerer Lasten verwendet, wie z. B. Zahnräder, Zahnstangen, Schneckengetriebe, Schnecken, Nocken, gerade Wellen, Kurbelwellen und Hebel; Verbindungselemente unter geringer Belastung, wie z. B. Schrauben, Muttern und Nieten; verschleißarme, langsam laufende Bauteile, wie z. B. Wellenhülsen, Rohrhülsen, Käfige und Führungsschienen; sowie Gehäuse, Abdeckungen und Rahmen für Geräte.
PC kann zur Herstellung von Komponenten für Foto- und Filmkameras verwendet werden. Für Kameras umfasst dies beispielsweise Zahnspulen, Filmspulen, Rückspulknöpfe, Okularrahmen, Sichtfenster, Sucher, Entfernungseinstellringe und Blendenverriegelungen. Für Filmkameras werden unter anderem Gehäuse, Griffe, Schalter, Knöpfe, Zoomringe, Sichtfenster und Blendenringe hergestellt.
Elektronik und Elektrogeräte
Polycarbonat ist ein hervorragender Isolierstoff der Klasse E (120 °C) mit extrem vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten in der Elektronik und Elektrotechnik. Im Spritzgussverfahren werden isolierte Steckverbinder, Spulenkörper, Klemmenblöcke, verschiedene Schalter, Röhrenfassungen, Isolierhülsen, Gehäuse für Elektrowerkzeuge und Batteriegehäuse für Grubenlampen in Serie gefertigt.
Die geringe Formschrumpfung, die hohe Maßgenauigkeit und die gute Dimensionsstabilität von Polycarbonat (PC) machen es zu einem äußerst wertvollen Werkstoff für hochpräzise Bauteile in Computern, Videorecordern und Farbfernsehern. In Fernsehgeräten wird es vor allem aufgrund seiner hervorragenden elektrischen Isolationseigenschaften und seiner selbstverlöschenden Eigenschaften eingesetzt. Bauteile wie die Wicklungsröhre für die Zeilentrafo-Spule und Teile des Ablenksystems, beispielsweise die Abdeckung des Magneten zur Quereinstellung der Farbreinheit und die Ablenkjochkappe, können alle aus Polycarbonat gefertigt werden.
Polycarbonatfolie weist eine Lichtdurchlässigkeit von 84 % bis 90 % auf, bietet hervorragende elektrische Isolation, Dimensionsstabilität, gute Abriebfestigkeit, hohe mechanische Festigkeit, UV-Beständigkeit, Reißfestigkeit und lässt sich leicht verkleben. Sie ist in einem breiten Temperaturbereich von –25 °C bis 125 °C einsetzbar und findet daher breite Anwendung als Isolierfolie für Elektronik und Elektrogeräte, Elektrodenkörper, Kondensatoren sowie für Audio- und Farbvideo-Magnetbänder. In der Büroautomation wird Polycarbonatfolie für Gehäuse von Faxgeräten und Kopierern, Handyhüllen und Akkufächer von Mobiltelefonen verwendet.
Medizintechnik
Polycarbonat ist geschmacksneutral, ungiftig, kontaminationsfrei und kann mit Hochdruckdampf sterilisiert werden. Daher eignet es sich für die Herstellung von medizinischen Behältern wie Bechern, Flaschen und Schläuchen sowie von Spritzen, Plasmaseparatoren, künstlichen Dialysatoren, Dreiwegehähnen und chirurgischen Instrumenten. In den letzten Jahren wird PC auch zur Herstellung künstlicher innerer Organe wie künstlicher Nieren und Lungen verwendet.
Optik
Die Lichtdurchlässigkeit von Polycarbonat (PC) liegt bei 85–90 % und ist damit vergleichbar mit der von Acrylglas. Es weist eine gute Hitzebeständigkeit auf und ist für den Dauereinsatz bei Temperaturen bis zu 120 °C geeignet. Durch die Zugabe von UV-Absorbern wird eine gute Witterungsbeständigkeit erzielt. Daher findet PC in der Optik- und Beleuchtungstechnik zunehmend Anwendung und wird vermehrt zur Herstellung verschiedener Lampen und großer Lampenabdeckungen, wie beispielsweise Signalleuchtenabdeckungen, explosionsgeschützten Lampenabdeckungen und Abdeckungen für die Allgemeinbeleuchtung, eingesetzt.
Polycarbonat (PC) hat sich als Substratmaterial für optische Datenträger rasant weiterentwickelt und wird häufig zur Herstellung von CD-ROMs eingesetzt. Die wichtigsten Leistungsmerkmale von Polycarbonat in optischer Datenträgerqualität sind:
- Hohe Reinheit: Erfordert eine außergewöhnlich hohe Lichtdurchlässigkeit von 91.9 % bei einer Wellenlänge von 550 ~ 800 nm (bei einer Dicke von 6.2 mm).
- Gute Schmelzfließfähigkeit: Die Schmelzfließgeschwindigkeit (MFR) sollte im Allgemeinen größer als 65 g/min sein.
Transport
Polycarbonat (PC) wird zur Herstellung von Armaturenbrettern, Telefonen, Türgriffen, Scheinwerferinnenlinsen und Windschutzscheiben für Autos und Motorräder verwendet. Auch in Bussen und U-Bahnen kommt PC zum Einsatz, beispielsweise für Haltegriffe und verstellbare Klimaanlagendüsen. In der Luft- und Raumfahrtindustrie wird PC für Flugzeugwindschutzscheiben, Cockpithauben und andere Komponenten verwendet. So benötigt beispielsweise eine Boeing 747 rund 2,500 Polycarbonat-Bauteile, was einem Gewicht von fast zwei Tonnen PC pro Flugzeug entspricht.
Über Getzshape
Wir von Getzshape sind erfahrene Hersteller von CNC-gefertigten Kunststoffteilen. Wir haben bereits zahlreiche Kunststoffteile, darunter auch PC-Teile, produziert und sind Experten darin, Verformungen und andere Herausforderungen bei der CNC-Bearbeitung von PCs zu minimieren. Wenn Sie hochwertige PC-Teile wie Schrauben, Muttern, Nieten oder andere kundenspezifische Komponenten suchen, kontaktieren Sie uns gerne.
