O policarbonato (PC) é um termoplástico de engenharia de alto desempenho que consolidou sua posição como um dos "cinco principais" polímeros de engenharia de uso geral. Este artigo fornece uma visão geral abrangente das propriedades, processos de usinagem e aplicações do policarbonato.
O que é policarbonato?
O policarbonato, abreviado como PC, é um material polimérico de alto peso molecular cujas cadeias moleculares contêm grupos carbonato, sendo um dos cinco plásticos de engenharia de uso geral. O nome policarbonato deriva das ligações carbonato em sua estrutura molecular. O PC supera a fragilidade de materiais transparentes tradicionais, como o vidro. Como um polímero de engenharia transparente, ele também apresenta excelente resistência a impactos, fluência e calor, além de baixa absorção de água, o que permite que o PC se destaque em aplicações de alta exigência.
Propriedades do policarbonato
O policarbonato é um polímero termoplástico amorfo e transparente. É inodoro, insípido e atóxico, possuindo uma combinação equilibrada de propriedades mecânicas, térmicas e dielétricas, o que o torna um excelente plástico de engenharia.
Propriedades mecânicas
O policarbonato apresenta excelentes propriedades mecânicas. Sua característica mais notável é a alta resistência ao impacto, figurando entre as melhores resinas termoplásticas. Demonstra baixa fluência e boa estabilidade dimensional, mantendo alta resistência mecânica mesmo em baixas temperaturas. Suas desvantagens incluem menor resistência à fadiga, tendência à fissuração por tensão e baixa resistência à abrasão. A tabela abaixo mostra as propriedades mecânicas do policarbonato.
| Propriedade | Valor | Propriedade | Valor |
| Resistência à tração, MPa | 60-70 | Resistência ao impacto Izod com entalhe, kJ/m2 | 50-70 |
| Alongamento,% | 60-130 | Dureza Brinell, MPa | 150-160 |
| Resistência à flexão, MPa | 100-120 | Resistência à fadiga, MPa | 10.5 |
| Módulo de elasticidade à flexão, GPa | 2.0-2.5 | ||
| Resistência à compressão, MPa | 80-90 |
A resistência à fluência do policarbonato é superior à de termoplásticos de engenharia como o náilon e o polioximetileno (POM), o que é um indicador fundamental da boa estabilidade dimensional do PC.
Em comparação com a maioria dos outros plásticos de engenharia, o policarbonato tem uma resistência à abrasão relativamente baixa e um coeficiente de atrito mais elevado.
A tensão interna e a fissuração por tensão em produtos de policarbonato são problemas significativos. A tensão interna surge principalmente da interação de macromoléculas devido à orientação forçada.
Se uma amostra de teste de policarbonato dobrada for flexionada e mantida nessa posição por um determinado período, ocorrerá microfissuração quando a tensão exceder seu limite. Isso ocorre quando o peso molecular médio do policarbonato é superior a 2.4 x 10⁶.4, pode suportar uma tensão superior a 30 MPa; para um peso molecular médio de 2.2 x 104O limite é de aproximadamente 20 MPa. A fissuração por tensão geralmente não ocorre se a tensão residual ou a tensão suportada pelo produto estiver abaixo desses valores. No entanto, se o produto de policarbonato sofrer decomposição ou envelhecimento devido a fatores como temperatura excessiva durante o processo de moldagem, ou se o produto apresentar entalhes ou linhas de solda, ou for utilizado em um ambiente com gases químicos, o tempo até o surgimento de microfissuras será significativamente reduzido e o valor da tensão limite cairá drasticamente.
Propriedades térmicas
O policarbonato possui boa resistência ao calor, com uma temperatura de serviço a longo prazo de até 120 °C. Também apresenta excelente resistência ao frio, com uma temperatura de fragilidade de −100 °C.
| Propriedade | Valor | Propriedade | Valor |
| Temperatura de transição vítrea, ℃ | 150 | Coeficiente de expansão térmica linear, x 10-5/ ℃ | 5-7 |
| Temperatura de fusão, ℃ | 220-230 | Temperatura de deflexão térmica (1.82 MPa), °C | 130-140 |
| Capacidade térmica específica, J/(g · ℃) | 1.17 | Temperatura de decomposição térmica, ℃ | ≥ 340 |
| Condutividade térmica, W/(m · ℃) | 0.24 | Temperatura de fragilidade, ℃ | -100 |
O policarbonato não possui um ponto de fusão definido, fundindo-se na faixa de 220 a 230 °C. Devido à alta rigidez de suas cadeias moleculares, sua viscosidade no estado fundido é relativamente alta.
Propriedades Elétricas
O policarbonato possui baixa polaridade, alta temperatura de transição vítrea e baixa absorção de água, apresentando, portanto, excelentes propriedades elétricas.
| Propriedade | 20 ℃ | 125 ℃ |
| Resistividade volumétrica, Ω・cm | 4.0 × 1016 | 4.0 × 1014 |
| Rigidez dielétrica, Ω・cm (filme fino) | ≥ 100 | / |
| Rigidez dielétrica, kV/mm (disco de 2 mm de espessura) | 20-22 | / |
| Constante Dielétrica (60 Hz) | 3.1 | 3.1 |
| Constante dielétrica (10³ Hz) | 3.1 | 3.0 |
| Fator de Dissipação (60 Hz) | 6–7×10-4 | 7 × 10-4 |
| Fator de dissipação (10³ Hz) | ≤ 2×10⁻-3 | ≤2×10-2 |
Resistência química
O policarbonato é estável em meios ácidos e oleosos, mas não é resistente a álcalis e se dissolve em hidrocarbonetos clorados. A imersão prolongada em água fervente pode facilmente causar hidrólise e fissuras.
Propriedades Óticas
O policarbonato é incolor e transparente, com boa transmitância de luz visível, atingindo 85% a 90%. A transmitância está relacionada à rugosidade da superfície do produto. O PC possui baixa dureza superficial e baixa resistência à abrasão, sendo sua superfície propensa a riscos ou opacidade, o que afeta sua transmitância luminosa. Assim como outros polímeros transparentes, quando submetido a estiramento uniaxial, a orientação forçada das moléculas no PC cria anisotropia e tensão interna, resultando em birrefringência. Essa propriedade permite o uso de luz polarizada para inspecionar a magnitude da tensão interna em produtos de policarbonato.
O índice de refração do policarbonato para luz visível é de 1.5872 a 20 °C, variando de 1.5914 a -20 °C a 1.5745 a 140 °C, apresentando uma relação linear com a temperatura. Seu índice de refração é superior ao de outros polímeros transparentes, como os acrilatos, tornando-o mais adequado para materiais de lentes ópticas.
Processos de usinagem de PC
O policarbonato possui excelentes características de moldagem e processamento. Em estado de fluxo viscoso, pode ser moldado por métodos como injeção e extrusão.
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Moldagem por Injeção
A moldagem por injeção de PC é adequada para a produção de peças de pequeno a médio porte que exigem dimensões precisas e resistência a impactos. Este processo utiliza principalmente máquinas de injeção com rosca, equipadas com uma rosca de passo uniforme, de cabeça única e compressão gradual. Para minimizar o refluxo, utiliza-se uma rosca cônica com ponta afiada ou com sistema antirretorno. A alta viscosidade do PC fundido exige um bico selado com estrutura de canal amplo ou um bico aberto estendido para melhorar a qualidade.
O material de PC seco pode se deteriorar com a exposição ao ar em temperatura ambiente em até 15 minutos. O silo deve ser isolado para manter a temperatura do material em pelo menos 100 °C, e o material deve ser utilizado em até 0.5 a 1 hora.
Extrusão
A extrusão de policarbonato é utilizada para fabricar produtos como chapas, tubos, barras e filmes. Utiliza-se uma extrusora de rosca simples, com a rosca projetada para acomodar as variações de viscosidade do PC. As roscas de extrusão de PC normalmente têm uma relação L/D de 18 a 20; embora isso proporcione boa plastificação, também aumenta o risco de degradação. As temperaturas de extrusão são mais baixas do que as da moldagem por injeção, com uma diferença de temperatura de 10 a 20 °C entre as zonas frontal e traseira. A taxa de cisalhamento tem pouco efeito na viscosidade do material fundido, e a velocidade da rosca geralmente deve ser inferior a 100 rpm. Velocidades baixas são utilizadas para relações L/D menores para garantir a plastificação adequada.
Usinagem CNC
O PC pode suportar certas temperaturas de processamento durante usinagem CNCEntretanto, sua alta viscosidade e baixa fluidez exigem um controle preciso da velocidade de corte e da taxa de avanço para evitar a degradação térmica por calor excessivo ou dificuldades de moldagem devido à fluidez insuficiente. Além disso, a superfície do PC após a usinagem frequentemente apresenta branqueamento por tensão, o qual pode ser atenuado pela otimização dos percursos da ferramenta, ajuste dos parâmetros de usinagem e aplicação de tratamento térmico adequado para melhorar a qualidade da superfície e o desempenho geral.
Aplicações de Plásticos para PC
O policarbonato combina boas propriedades mecânicas e elétricas com características como transparência, resistência ao calor e estabilidade dimensional, o que leva ao seu uso generalizado em áreas como máquinas, eletrônica e eletrodomésticos, transporte, equipamentos de iluminação e dispositivos médicos.
Maquinaria
Devido à sua excelente resistência ao impacto, alta resistência mecânica e boa precisão e estabilidade dimensional, o policarbonato é amplamente utilizado na fabricação de componentes para transmissão de cargas baixas a médias, como engrenagens, cremalheiras, engrenagens helicoidais, roscas sem-fim, cames, eixos retos, virabrequins e alavancas; fixadores sob baixa tensão, como parafusos, porcas e rebites; componentes de baixo desgaste e baixa velocidade, como buchas de eixo, buchas de tubulação, gaiolas e trilhos-guia; bem como carcaças, tampas e estruturas de equipamentos.
O PC pode ser usado para fabricar componentes para câmeras fotográficas e cinematográficas. Para câmeras fotográficas, isso inclui bobinas de rebobinagem dentadas, bobinas de filme, botões de rebobinagem, armações de oculares, janelas de exibição, visores, anéis de ajuste de distância e travas de luz para diafragmas. Para câmeras cinematográficas, as aplicações incluem carcaças, alças, interruptores, botões, anéis de zoom, janelas de exibição e anéis de diafragma.
Eletrônicos e Eletrodomésticos
O policarbonato é um excelente material isolante de Classe E (120 °C), com aplicações extremamente amplas nas áreas de eletrônica e elétrica. A moldagem por injeção é utilizada para a produção em massa de conectores isolados, bobinas, blocos de terminais, diversos interruptores, soquetes para válvulas, mangas isolantes, carcaças para ferramentas elétricas e invólucros de baterias para lâmpadas de mineiro.
A baixa contração de moldagem, a alta precisão dimensional e a boa estabilidade dimensional do policarbonato o tornam extremamente valioso para componentes de alta precisão em computadores, gravadores de vídeo e televisores coloridos. Seu uso em televisores se deve principalmente ao seu excelente isolamento elétrico e propriedades de autoextinção. Componentes como o tubo de enrolamento da bobina do transformador flyback e partes do sistema de deflexão, como a tampa do ímã de ajuste transversal da pureza da cor e a tampa do garfo de deflexão, podem ser fabricados em policarbonato.
O filme de policarbonato possui uma transmitância luminosa de 84% a 90%, excelente isolamento elétrico, estabilidade dimensional, boa resistência à abrasão, alta resistência mecânica, estabilidade UV, resistência ao rasgo e é fácil de colar. Pode ser utilizado em uma ampla faixa de temperatura, de -25 °C a 125 °C, sendo amplamente utilizado como filme isolante para eletrônicos e aparelhos elétricos, corpos de eletrodos, capacitores e fitas magnéticas de áudio e vídeo coloridas. Na automação de escritórios, o policarbonato é utilizado em estruturas e carcaças de máquinas de fax e fotocopiadoras, capas de telefones celulares e compartimentos de bateria para telefones celulares.
Produtos para uso Médico
O policarbonato é insípido, atóxico, não contaminante e pode ser esterilizado por vapor de alta pressão, tornando-o adequado para a fabricação de recipientes médicos, como copos, frascos e tubos, além de seringas, separadores de plasma, dialisadores artificiais, torneiras de três vias e instrumentos cirúrgicos. Nos últimos anos, o PC também tem sido utilizado na fabricação de órgãos internos artificiais, como rins e pulmões artificiais.
Ótica
A transmitância luminosa do policarbonato, de 85% a 90%, aproxima-se da do vidro acrílico. Possui boa resistência ao calor, com temperatura de serviço contínua de até 120 °C. A adição de absorvedores de UV ao PC proporciona boa resistência às intempéries. Consequentemente, a aplicação do PC em equipamentos ópticos e de iluminação está se expandindo rapidamente, sendo cada vez mais utilizado na fabricação de diversas lâmpadas e grandes coberturas para lâmpadas, como coberturas para luzes de sinalização, coberturas para lâmpadas à prova de explosão e coberturas para iluminação geral.
O policarbonato (PC) tem apresentado rápido desenvolvimento como material de substrato para discos ópticos, sendo amplamente utilizado na fabricação de CD-ROMs. As principais características de desempenho do policarbonato de grau óptico são:
- Alta pureza: Requer uma transmitância de luz excepcionalmente alta, que é de 91.9% em um comprimento de onda de 550 a 800 nm (para uma espessura de 6.2 mm).
- Boa fluidez de fusão: A taxa de fluxo de fusão (MFR) deve ser geralmente superior a 65 g/min.
Transporte
O policarbonato pode ser usado na fabricação de painéis de automóveis, telefones, maçanetas, lentes internas de faróis e para-brisas de carros e motocicletas. Também é utilizado em alças de suspensão e bicos de ar condicionado ajustáveis em ônibus e trens de metrô. Na indústria aeroespacial, o policarbonato é usado em para-brisas de aeronaves, cabines de pilotagem e outros componentes; por exemplo, uma única aeronave Boeing 747 utiliza aproximadamente 2,500 componentes de policarbonato, totalizando quase 2 toneladas de material por aeronave.
Sobre a Getzshape
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