El policarbonato (PC) es un termoplástico de ingeniería de alto rendimiento que se ha consolidado como uno de los cinco polímeros de ingeniería de uso general más importantes. Este artículo ofrece una visión general completa de las propiedades, los procesos de mecanizado y las aplicaciones del policarbonato.
¿Qué es el policarbonato?
El policarbonato, abreviado como PC, es un polímero de alto peso molecular cuyas cadenas moleculares contienen grupos carbonato, y es uno de los cinco plásticos de ingeniería de uso general. Su nombre deriva de los enlaces de carbonato en su estructura molecular. El PC supera la fragilidad de los materiales transparentes tradicionales como el vidrio. Como polímero de ingeniería transparente, también presenta una excelente resistencia al impacto, a la fluencia y al calor, además de una baja absorción de agua, lo que le permite destacar en aplicaciones de alta exigencia.
Propiedades del policarbonato
El policarbonato es un polímero termoplástico amorfo y transparente. Es inodoro, insípido y no tóxico, y posee una combinación equilibrada de propiedades mecánicas, térmicas y dieléctricas, lo que lo convierte en un excelente plástico de ingeniería.
Propiedades mecánicas
El policarbonato presenta excelentes propiedades mecánicas. Su característica más destacable es su elevada resistencia al impacto, situándose entre las mejores resinas termoplásticas. Demuestra baja fluencia y buena estabilidad dimensional, conservando una alta resistencia mecánica incluso a bajas temperaturas. Entre sus inconvenientes se incluyen una menor resistencia a la fatiga, tendencia al agrietamiento por tensión y escasa resistencia a la abrasión. La tabla siguiente muestra las propiedades mecánicas del policarbonato.
| Propiedad | Valor | Propiedad | Valor |
| Resistencia a la tracción, MPa | 60-70 | Resistencia al impacto Izod con muescas, kJ/m2 | 50-70 |
| Elongación,% | 60-130 | Dureza Brinell, MPa | 150-160 |
| Resistencia a la flexión, MPa | 100-120 | Resistencia a la fatiga, MPa | 10.5 |
| Módulo de elasticidad a flexión, GPa | 2.0-2.5 | ||
| Resistencia a la compresión, MPa | 80-90 |
La resistencia a la fluencia del policarbonato es superior a la de los termoplásticos de ingeniería como el nailon y el polioximetileno (POM), lo que es un indicador clave de la buena estabilidad dimensional del PC.
En comparación con la mayoría de los demás plásticos de ingeniería, el policarbonato tiene una resistencia a la abrasión relativamente baja y un coeficiente de fricción más alto.
La tensión interna y el agrietamiento por tensión en los productos de policarbonato son problemas importantes. La tensión interna surge principalmente de la interacción de macromoléculas debido a la orientación forzada.
Si una probeta de policarbonato doblada se flexiona y se mantiene así durante un cierto período, se producirán microdesgarros cuando la tensión supere su límite. Esto ocurre cuando el peso molecular promedio del policarbonato es superior a 2.4 x 10⁶.4, puede soportar una tensión superior a 30 MPa; para un peso molecular promedio de 2.2 x 104El límite se sitúa en torno a los 20 MPa. Generalmente, no se produce fisuración por tensión si la tensión residual o la tensión soportada por el producto se encuentra por debajo de estos valores. Sin embargo, si el producto de policarbonato sufre descomposición o envejecimiento debido a factores como una temperatura excesiva durante el proceso de moldeo, o si presenta muescas o líneas de soldadura, o si se utiliza en un entorno con gases químicos, el tiempo hasta la aparición de microfisuras se reducirá significativamente y el valor límite de tensión disminuirá drásticamente.
Propiedades termales
El policarbonato tiene buena resistencia al calor, con una temperatura de servicio a largo plazo de hasta 120 °C. También posee una excelente resistencia al frío, con una temperatura de fragilidad de −100 °C.
| Propiedad | Valor | Propiedad | Valor |
| Temperatura de transición vítrea, ℃ | 150 | Coeficiente de dilatación térmica lineal, x 10-5/ ℃ | 5-7 |
| Temperatura de fusión, ℃ | 220-230 | Temperatura de deflexión térmica (1.82 MPa), ℃ | 130-140 |
| Capacidad calorífica específica, J/(g · ℃) | 1.17 | Temperatura de descomposición térmica, ℃ | ≥ 340 |
| Conductividad térmica, W/(m · ℃) | 0.24 | Temperatura de fragilidad, ℃ | -100 |
El policarbonato no tiene un punto de fusión definido, fundiéndose en el rango de 220～230℃. Debido a la alta rigidez de sus cadenas moleculares, su viscosidad en estado fundido es relativamente alta.
Propiedades Eléctricas
El policarbonato tiene baja polaridad, alta temperatura de transición vítrea y baja absorción de agua, exhibiendo así excelentes propiedades eléctricas.
| Propiedad | 20 ℃ | 125 ℃ |
| Resistividad volumétrica, Ω·cm | 4.0 × 1016 | 4.0 × 1014 |
| Rigidez dieléctrica, Ω·cm (Película delgada) | ≥ 100 | / |
| Rigidez dieléctrica, kV/mm (disco de 2 mm de espesor) | 20-22 | / |
| Constante dieléctrica (60 Hz) | 3.1 | 3.1 |
| Constante dieléctrica (10³ Hz) | 3.1 | 3.0 |
| Factor de disipación (60 Hz) | 6-7 × 10-4 | 7 × 10-4 |
| Factor de disipación (10³ Hz) | ≤ 2×10⁻-3 | ≤ 2 × 10-2 |
Resistencia química
El policarbonato es estable en medios ácidos y oleosos, pero no resiste los álcalis y se disuelve en hidrocarburos clorados. La inmersión prolongada en agua hirviendo puede provocar fácilmente hidrólisis y agrietamiento.
Propiedades ópticas
El policarbonato es incoloro y transparente, con una buena transmitancia de luz visible, que alcanza entre el 85 % y el 90 %. La transmitancia está relacionada con la rugosidad superficial del producto. El PC tiene baja dureza superficial y escasa resistencia a la abrasión, por lo que su superficie es propensa a rayarse o a presentar opacidad, lo que afecta su transmitancia de luz. Al igual que otros polímeros transparentes, cuando se somete a estiramiento uniaxial, la orientación forzada de las moléculas en el PC crea anisotropía y tensión interna, lo que produce birrefringencia. Esta propiedad permite utilizar luz polarizada para inspeccionar la magnitud de la tensión interna en productos de policarbonato.
El índice de refracción del policarbonato para la luz visible es de 1.5872 a 20 °C, variando de 1.5914 a -20 °C a 1.5745 a 140 °C, mostrando una relación lineal con la temperatura. Su índice de refracción es superior al de otros polímeros transparentes como los acrilatos, lo que lo hace más adecuado para materiales de lentes ópticas.
Procesos de mecanizado PC
El policarbonato posee excelentes características de moldeo y procesamiento. En estado de flujo viscoso, puede moldearse mediante métodos como el moldeo por inyección y la extrusión.
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Moldeo por inyección
El moldeo por inyección de policarbonato (PC) es idóneo para la producción de piezas pequeñas y medianas que requieren dimensiones precisas y resistencia al impacto. Este proceso utiliza principalmente máquinas de inyección de tornillo equipadas con un tornillo de compresión gradual, de paso uniforme y de un solo cabezal. Para minimizar el reflujo, se emplea un tornillo con punta cónica o con estructura antirretorno. La elevada viscosidad del PC fundido exige una boquilla sellada con un canal de gran diámetro o una boquilla abierta extendida para mejorar la calidad.
El material de PC seco puede deteriorarse al exponerse al aire a temperatura ambiente en 15 minutos. La tolva debe estar aislada para mantener la temperatura del material a no menos de 100 °C, y el material debe utilizarse en un plazo de 0.5 a 1 hora.
Extrusión
La extrusión de policarbonato se utiliza para fabricar productos como láminas, tubos, barras y películas. Se emplea una extrusora de un solo tornillo, diseñado para adaptarse a las variaciones de viscosidad del PC. Los tornillos de extrusión de PC suelen tener una relación L/D de 18 a 20; si bien esto proporciona una buena plastificación, también aumenta el riesgo de degradación. Las temperaturas de extrusión son inferiores a las del moldeo por inyección, con una diferencia de temperatura de 10 a 20 °C entre las zonas frontal y posterior. La velocidad de cizallamiento tiene poco efecto sobre la viscosidad de la masa fundida, y la velocidad del tornillo generalmente debe ser inferior a 100 r/min. Se utilizan velocidades bajas para relaciones L/D menores con el fin de garantizar una plastificación adecuada.
Mecanizado CNC
El PC puede soportar ciertas temperaturas de procesamiento durante Mecanizado CNCSin embargo, su alta viscosidad y escasa fluidez exigen un control preciso de la velocidad de corte y el avance para evitar la degradación térmica por calor excesivo o dificultades de moldeo por flujo insuficiente. Además, la superficie del PC tras el mecanizado suele presentar blanqueamiento por tensión, que puede mitigarse optimizando las trayectorias de la herramienta, ajustando los parámetros de mecanizado y aplicando un tratamiento térmico adecuado para mejorar la calidad superficial y el rendimiento general.
Aplicaciones de Plásticos para PC
El policarbonato combina buenas propiedades mecánicas y eléctricas con características como transparencia, resistencia al calor y estabilidad dimensional, lo que lleva a su uso generalizado en campos como la maquinaria, la electrónica y los electrodomésticos, el transporte, los equipos de iluminación y los dispositivos médicos.
Maquinaria
Debido a su excelente resistencia al impacto, alta resistencia mecánica y buena precisión y estabilidad dimensional, el policarbonato se utiliza ampliamente para fabricar componentes para la transmisión de cargas bajas a medias, como engranajes, cremalleras, engranajes helicoidales, tornillos sin fin, levas, ejes rectos, cigüeñales y palancas; elementos de fijación sometidos a baja tensión, como tornillos, tuercas y remaches; componentes de bajo desgaste y baja velocidad, como manguitos de eje, manguitos de tubería, jaulas y guías; así como carcasas, cubiertas y bastidores de equipos.
El PC se puede utilizar para fabricar componentes para cámaras fotográficas y cinematográficas. Para cámaras, esto incluye carretes receptores dentados, carretes de película, mandos de rebobinado, marcos de oculares, ventanas de visualización, visores, anillos de ajuste de distancia y bloqueos de luz para diafragmas. Para cámaras cinematográficas, las aplicaciones incluyen carcasas, asas, interruptores, mandos, anillos de zoom, ventanas de visualización y anillos de diafragma.
Electrónica y Electrodomésticos
El policarbonato es un excelente material aislante de clase E (120 °C), con una amplia gama de aplicaciones en los sectores electrónico y eléctrico. El moldeo por inyección se utiliza para la producción en masa de conectores aislados, bobinas, bloques de terminales, diversos interruptores, zócalos para válvulas, manguitos aislantes, carcasas para herramientas eléctricas y alojamientos para baterías de lámparas de minero.
La baja contracción durante el moldeo, la alta precisión dimensional y la buena estabilidad dimensional del policarbonato lo convierten en un material muy valioso para componentes de alta precisión en computadoras, videograbadoras y televisores a color. Su uso en televisores se debe principalmente a sus excelentes propiedades de aislamiento eléctrico y autoextinción. Componentes como el tubo de bobinado del transformador flyback y partes del sistema de deflexión, como la cubierta del imán de ajuste transversal de la pureza del color y la tapa del yugo de deflexión, pueden fabricarse con policarbonato.
La película de policarbonato presenta una transmitancia de luz del 84 % al 90 %, excelente aislamiento eléctrico, estabilidad dimensional, buena resistencia a la abrasión, alta resistencia mecánica, estabilidad UV, resistencia al desgarro y fácil adhesión. Puede utilizarse en un amplio rango de temperaturas, desde –25 °C hasta 125 °C, lo que la convierte en una película aislante muy utilizada en electrónica y electrodomésticos, cuerpos de electrodos, condensadores y cintas magnéticas de audio y vídeo en color. En la automatización de oficinas, se utiliza en las carcasas de máquinas de fax y fotocopiadoras, en las carcasas de teléfonos móviles y en los compartimentos de baterías de estos dispositivos.
Médico
El policarbonato es insípido, atóxico, no contaminante y se puede esterilizar con vapor a alta presión, lo que lo hace idóneo para la fabricación de envases médicos como vasos, botellas y tubos, así como jeringas, separadores de plasma, dializadores artificiales, llaves de tres vías e instrumental quirúrgico. En los últimos años, también se ha utilizado para fabricar órganos internos artificiales, como riñones y pulmones artificiales.
Óptica
La transmitancia de luz del policarbonato, del 85 % al 90 %, es similar a la del vidrio acrílico. Presenta una buena resistencia al calor, con una temperatura de servicio a largo plazo de hasta 120 °C. La adición de absorbentes UV al policarbonato le confiere una buena resistencia a la intemperie. En consecuencia, su aplicación en equipos ópticos y de iluminación se está expandiendo rápidamente, utilizándose cada vez más para la fabricación de diversas lámparas y grandes cubiertas, como las de luces de señalización, antiexplosivas y de iluminación general.
El policarbonato (PC) ha experimentado un rápido desarrollo como material de sustrato para discos ópticos, siendo ampliamente utilizado en la fabricación de CD-ROM. Las principales características de rendimiento del policarbonato de grado para discos ópticos son:
- Alta pureza: Requiere una transmitancia de luz excepcionalmente alta, que es del 91.9% a una longitud de onda de 550 ~ 800 nm (para un espesor de 6.2 mm).
- Buena fluidez en estado fundido: El índice de fluidez en estado fundido (MFR) generalmente debe ser superior a 65 g/min.
Transporte
El policarbonato se utiliza para fabricar tableros de automóviles, teléfonos, manijas de puertas, lentes internas de faros y parabrisas para automóviles y motocicletas. También se emplea en asideros y boquillas de aire acondicionado ajustables en autobuses y trenes subterráneos. En la industria aeroespacial, se utiliza en parabrisas, cabinas de mando y otros componentes de aeronaves; por ejemplo, un solo avión Boeing 747 utiliza aproximadamente 2,500 componentes de policarbonato, lo que supone casi 2 toneladas de este material.
Acerca de Getzshape
En Getzshape, somos fabricantes experimentados de piezas de plástico mecanizadas por CNC. Hemos producido una gran cantidad de piezas de plástico mecanizadas, incluyendo componentes para PC, y somos expertos en minimizar la distorsión y otros desafíos relacionados durante el mecanizado CNC de PC. Si busca tornillos, tuercas, remaches u otros componentes personalizados de alta calidad para PC, no dude en contactarnos.
