Il policarbonato (PC) è un termoplastico tecnico ad alte prestazioni che si è affermato come uno dei "cinque grandi" polimeri tecnici multiuso. Questo articolo fornisce una panoramica completa delle proprietà, dei processi di lavorazione e delle applicazioni del policarbonato.
Cos'è il policarbonato?
Il policarbonato, abbreviato in PC, è un materiale polimerico ad alto peso molecolare le cui catene molecolari contengono gruppi carbonato, ed è uno dei cinque materiali plastici ingegneristici multiuso. Il nome policarbonato deriva dai legami carbonatici presenti nella sua struttura molecolare. Il policarbonato supera la fragilità dei materiali trasparenti tradizionali come il vetro. Come polimero ingegneristico trasparente, vanta inoltre un'eccezionale resistenza agli urti, al creep, al calore e un basso assorbimento d'acqua, consentendo al policarbonato di eccellere in applicazioni ad alta richiesta.
Proprietà del policarbonato
Il policarbonato è un polimero termoplastico amorfo e trasparente. È inodore, insapore e atossico, e possiede una combinazione equilibrata di proprietà meccaniche, termiche e dielettriche, che lo rendono un'eccellente plastica ingegneristica.
Proprietà meccaniche
Il policarbonato presenta eccellenti proprietà meccaniche. La sua caratteristica più notevole è l'elevata resistenza agli urti, che lo colloca tra le migliori tra le resine termoplastiche. Presenta un basso creep e una buona stabilità dimensionale, mantenendo un'elevata resistenza meccanica anche a basse temperature. Tra gli svantaggi figurano una minore resistenza alla fatica, una tendenza alla criccatura da stress e una scarsa resistenza all'abrasione. La tabella seguente mostra le proprietà meccaniche del policarbonato.
| Proprietà | Valore | Proprietà | Valore |
| Resistenza alla trazione, MPa | 60-70 | Resistenza all'impatto Izod intagliata, kJ/m2 | 50-70 |
| Allungamento,% | 60-130 | Durezza Brinell, MPa | 150-160 |
| Resistenza alla flessione, MPa | 100-120 | Resistenza alla fatica, MPa | 10.5 |
| Modulo di elasticità flessionale, GPa | 2.0-2.5 | ||
| Resistenza alla compressione, MPa | 80-90 |
La resistenza allo scorrimento del policarbonato è superiore a quella dei termoplastici tecnici come il nylon e il poliossimetilene (POM), il che è un indicatore chiave della buona stabilità dimensionale del PC.
Rispetto alla maggior parte delle altre materie plastiche tecniche, il policarbonato ha una resistenza all'abrasione relativamente scarsa e un coefficiente di attrito più elevato.
Le tensioni interne e le cricche da stress nei prodotti in policarbonato sono problematiche significative. Le tensioni interne derivano principalmente dall'interazione delle macromolecole dovuta all'orientamento forzato.
Se un campione di prova in policarbonato piegato viene piegato e mantenuto in posizione per un certo periodo di tempo, si verificheranno micro-lacerazioni quando la sollecitazione supera il suo limite. Quando il peso molecolare medio del policarbonato è superiore a 2.4 x 104, può sopportare uno stress maggiore di 30 MPa; per un peso molecolare medio di 2.2 x 104, il limite è di circa 20 MPa. La criccatura da stress generalmente non si verifica se lo stress residuo o lo stress sopportato dal prodotto è inferiore a questi valori. Tuttavia, se il prodotto in policarbonato subisce decomposizione o invecchiamento a causa di fattori quali temperature eccessive durante il processo di stampaggio, o se il prodotto presenta intagli o linee di saldatura, o viene utilizzato in un ambiente con gas chimici, il tempo di micro-lacerazione si ridurrà significativamente e il valore dello stress limite diminuirà drasticamente.
Proprietà termali
Il policarbonato ha una buona resistenza al calore, con una temperatura di servizio a lungo termine fino a 120 °C. Possiede anche un'eccellente resistenza al freddo, con una temperatura di fragilità di -100 °C.
| Proprietà | Valore | Proprietà | Valore |
| Temperatura di transizione vetrosa, ℃ | 150 | Coefficiente di dilatazione termica lineare, x 10-5/℃ | 5-7 |
| Temperatura di fusione, ℃ | 220-230 | Temperatura di deflessione del calore (1.82 MPa), ℃ | 130-140 |
| Capacità termica specifica, J/(g · ℃) | 1.17 | Temperatura di decomposizione termica, ℃ | ≥ 340 |
| Conduttività termica, W/（m · ℃） | 0.24 | Temperatura fragile, ℃ | all'100 ottobre |
Il policarbonato non ha un punto di fusione preciso, fondendosi nell'intervallo 220-230 °C. Grazie all'elevata rigidità delle sue catene molecolari, la sua viscosità fusa è relativamente elevata.
Proprietà elettriche
Il policarbonato ha una bassa polarità, un'elevata temperatura di transizione vetrosa e un basso assorbimento d'acqua, dimostrando quindi eccellenti proprietà elettriche.
| Proprietà | 20 ℃ | 125 ℃ |
| Resistività di volume, Ω・cm | 4.0 × 1016 | 4.0 × 1014 |
| Rigidità dielettrica, Ω・cm (film sottile) | ≥ 100 | / |
| Rigidità dielettrica, kV/mm (disco spesso 2 mm) | 20-22 | / |
| Costante dielettrica (60 Hz) | 3.1 | 3.1 |
| Costante dielettrica (10³ Hz) | 3.1 | 3.0 |
| Fattore di dissipazione (60 Hz) | 6–7×10-4 | 7 × 10-4 |
| Fattore di dissipazione (10³ Hz) | ≤ 2×10⁻-3 | ≤ 2×10-2 |
Resistenza chimica
Il policarbonato è stabile in ambienti acidi e oleosi, ma non è resistente agli alcali e si dissolve negli idrocarburi clorurati. L'immersione prolungata in acqua bollente può facilmente causare idrolisi e screpolature.
Proprietà ottiche
Il policarbonato è incolore e trasparente, con una buona trasmittanza della luce visibile, che raggiunge l'85%-90%. La trasmittanza è correlata alla rugosità superficiale del prodotto. Il PC ha una bassa durezza superficiale e una scarsa resistenza all'abrasione, quindi la superficie è soggetta a graffi o opacità, che ne compromettono la trasmittanza luminosa. Come altri polimeri trasparenti, quando sottoposto a stiramento uniassiale, l'orientamento forzato delle molecole nel PC crea anisotropia e stress interno, che porta alla birifrangenza. Questa proprietà consente di utilizzare la luce polarizzata per valutare l'entità dello stress interno nei prodotti in policarbonato.
L'indice di rifrazione del policarbonato per la luce visibile è 1.5872 a 20 °C, con un range che va da 1.5914 a -20 °C a 1.5745 a 140 °C, mostrando una relazione lineare con la temperatura. Il suo indice di rifrazione è superiore a quello di altri polimeri trasparenti come gli acrilati, rendendolo più adatto ai materiali per lenti ottiche.
Processi di lavorazione del PC
Il policarbonato ha eccellenti caratteristiche di stampaggio e lavorazione. Allo stato viscoso, può essere modellato con metodi come lo stampaggio a iniezione e l'estrusione.
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Stampaggio a iniezione
Lo stampaggio a iniezione di PC è adatto alla produzione di componenti di piccole e medie dimensioni che richiedono dimensioni precise e resistenza agli urti. Questo processo utilizza principalmente macchine a iniezione a vite dotate di una vite a testa singola, a passo pieno, a passo uniforme e a compressione graduale. Per ridurre al minimo il riflusso, viene utilizzata una vite conica, a punta affilata o con struttura antiritorno. L'elevata viscosità del fuso del PC richiede un ugello sigillato con una struttura a canale largo o un ugello con apertura estesa per migliorare la qualità.
Il materiale in PC essiccato può deteriorarsi a causa dell'esposizione all'aria a temperatura ambiente entro 15 minuti. La tramoggia deve essere isolata per mantenere la temperatura del materiale a non meno di 100 °C e il materiale deve essere consumato entro 0.5-1 ora.
Estrusione
L'estrusione del policarbonato viene utilizzata per produrre prodotti come lastre, tubi, barre e film. Viene utilizzato un estrusore monovite, con la vite progettata per adattarsi alle variazioni di viscosità del policarbonato. Le viti di estrusione del policarbonato hanno in genere un rapporto L/D di 18 ~ 20; sebbene ciò garantisca una buona plastificazione, aumenta anche il rischio di degradazione. Le temperature di estrusione sono inferiori a quelle dello stampaggio a iniezione, con una differenza di temperatura di 10 ~ 20 °C tra la zona anteriore e quella posteriore. La velocità di taglio ha scarso effetto sulla viscosità del fuso e la velocità della vite dovrebbe generalmente essere inferiore a 100 giri/min. Per rapporti L/D più bassi, si utilizzano velocità basse per garantire una corretta plastificazione.
Lavorazione CNC
Il PC può resistere a determinate temperature di elaborazione durante Lavorazione CNCTuttavia, la sua elevata viscosità e la scarsa fluidità richiedono un controllo preciso della velocità di taglio e dell'avanzamento per prevenire la degradazione termica dovuta a calore eccessivo o difficoltà di stampaggio dovute a un flusso insufficiente. Inoltre, la superficie del PC dopo la lavorazione presenta spesso un fenomeno di sbiancamento da stress, che può essere mitigato ottimizzando i percorsi utensile, regolando i parametri di lavorazione e applicando un trattamento termico appropriato per migliorare la qualità della superficie e le prestazioni complessive.
Applicazioni di Plastica PC
Il policarbonato unisce buone proprietà meccaniche ed elettriche a caratteristiche quali trasparenza, resistenza al calore e stabilità dimensionale, il che ne ha favorito l'ampio utilizzo in settori quali macchinari, elettronica ed elettrodomestici, trasporti, apparecchiature di illuminazione e dispositivi medici.
Macchinario
Grazie alla sua eccellente tenacità agli urti, all'elevata resistenza meccanica e alla buona precisione e stabilità dimensionale, il policarbonato è ampiamente utilizzato per produrre componenti per la trasmissione di carichi da bassi a medi, come ingranaggi, cremagliere, viti senza fine, viti senza fine, camme, alberi dritti, alberi motore e leve; elementi di fissaggio sottoposti a basse sollecitazioni, come viti, dadi e rivetti; componenti a bassa usura e bassa velocità, come manicotti per alberi, manicotti per tubi, gabbie e guide; nonché alloggiamenti, coperture e telai per apparecchiature.
Il PC può essere utilizzato per produrre componenti per macchine fotografiche e cinematografiche. Per le macchine fotografiche, questo include bobine di avvolgimento dentate, bobine di pellicola, manopole di riavvolgimento, telai per oculari, finestre di visualizzazione, mirini, ghiere di regolazione della distanza e blocchi di luce per i diaframmi. Per le cineprese, le applicazioni includono custodie, impugnature, interruttori, manopole, ghiere dello zoom, finestre di visualizzazione e ghiere dei diaframmi.
Elettronica ed elettrodomestici
Il policarbonato è un eccellente materiale isolante di Classe E (120 °C), con applicazioni estremamente vaste nei settori dell'elettronica e dell'elettricità. Lo stampaggio a iniezione viene utilizzato per produrre in serie connettori isolati, bobine, morsettiere, vari interruttori, attacchi per tubi, manicotti isolanti, involucri per elettroutensili e alloggiamenti per batterie per lampade da minatore.
Il basso ritiro da stampaggio, l'elevata precisione dimensionale e la buona stabilità dimensionale del PC lo rendono estremamente prezioso per componenti ad alta precisione in computer, videoregistratori e televisori a colori. Il suo utilizzo nei televisori sfrutta principalmente il suo eccellente isolamento elettrico e le sue proprietà autoestinguenti. Componenti come il tubo di avvolgimento per la bobina del trasformatore flyback e parti del sistema di deflessione, come la copertura del magnete di regolazione trasversale della purezza del colore e il tappo del giogo di deflessione, possono essere tutti realizzati in policarbonato.
La pellicola in policarbonato ha una trasmittanza luminosa dell'84% ~ 90%, un eccellente isolamento elettrico, stabilità dimensionale, buona resistenza all'abrasione, elevata resistenza meccanica, stabilità ai raggi UV, resistenza allo strappo ed è facile da incollare. Può essere utilizzata in un ampio intervallo di temperature da -25 °C a 125 °C, il che la rende ampiamente utilizzata come pellicola isolante per dispositivi elettronici ed elettrodomestici, corpi di elettrodi, condensatori e nastri magnetici audio e video a colori. Nell'automazione d'ufficio, il PC viene utilizzato per i telai e gli alloggiamenti di fax e fotocopiatrici, custodie per telefoni cellulari e vani batteria per telefoni cellulari.
Medicale
Il policarbonato è insapore, atossico, non contaminante e può essere sterilizzato con vapore ad alta pressione, il che lo rende adatto alla produzione di contenitori medicali come bicchieri, flaconi e provette, nonché di siringhe, separatori di plasma, dializzatori artificiali, rubinetti a tre vie e strumenti chirurgici. Negli ultimi anni, il policarbonato è stato utilizzato anche per la produzione di organi interni artificiali, come reni e polmoni artificiali.
Ottica
La trasmissione luminosa del policarbonato, pari all'85-90%, si avvicina a quella del vetro acrilico. Presenta una buona resistenza al calore, con una temperatura di esercizio a lungo termine fino a 120 °C. L'aggiunta di assorbitori UV al PC garantisce una buona resistenza agli agenti atmosferici. Di conseguenza, l'applicazione del PC nelle apparecchiature ottiche e di illuminazione è in rapida espansione, con un utilizzo sempre maggiore per la produzione di lampade e coperture di grandi dimensioni, come coperture per luci di segnalazione, coperture antideflagranti e coperture per illuminazione generale.
Il PC ha conosciuto un rapido sviluppo come materiale di supporto per dischi ottici, essendo ampiamente utilizzato per la produzione di CD-ROM. Le principali caratteristiche prestazionali del policarbonato per dischi ottici sono:
- Elevata purezza: richiede una trasmissione luminosa eccezionalmente elevata, pari al 91.9% a una lunghezza d'onda di 550 ~ 800 nm (per uno spessore di 6.2 mm).
- Buona fluidità della massa fusa: la velocità di fluidità della massa fusa (MFR) dovrebbe essere generalmente superiore a 65 g/min.
Trasporti
Il policarbonato può essere utilizzato per realizzare cruscotti per auto, telefoni, maniglie delle portiere, lenti interne dei fari e parabrezza per auto e moto. Il PC viene utilizzato anche per maniglie e ugelli regolabili dell'aria condizionata in autobus e metropolitane. Nell'industria aerospaziale, il PC viene utilizzato per parabrezza, tettucci delle cabine di pilotaggio e altri componenti; ad esempio, un singolo Boeing 747 utilizza circa 2,500 componenti in policarbonato, per un totale di quasi 2 tonnellate di PC per aereo.
Informazioni su Getzshape
Noi di Getzshape siamo produttori esperti di componenti in plastica CNC. Abbiamo prodotto numerosi componenti in plastica lavorati a macchina, inclusi componenti in policarbonato, e siamo esperti nel ridurre al minimo la distorsione e altre problematiche correlate durante la lavorazione CNC del policarbonato. Se cercate viti, dadi e rivetti di qualità per componenti in policarbonato o altri componenti personalizzati, non esitate a contattarci.
