Поликарбонат (ПК) — высокопроизводительный конструкционный термопластик, зарекомендовавший себя в качестве одного из «большой пятёрки» конструкционных полимеров общего назначения. В данной статье представлен подробный обзор свойств поликарбоната, процессов его обработки и областей применения.
Что такое поликарбонат?
Поликарбонат, сокращённо ПК, — это высокомолекулярный полимерный материал, молекулярные цепи которого содержат карбонатные группы. Он входит в пятёрку универсальных инженерных пластиков. Название «поликарбонат» происходит от карбонатных связей в его молекулярной структуре. ПК превосходит традиционные прозрачные материалы, такие как стекло, по своей хрупкости. Будучи прозрачным инженерным полимером, он также обладает превосходной ударопрочностью, сопротивлением ползучести, термостойкостью и низким водопоглощением, что позволяет ПК успешно применяться в областях с высоким спросом.
Свойства поликарбоната
Поликарбонат — аморфный, прозрачный термопластичный полимер. Он не имеет запаха, вкуса и не токсичен, обладает сбалансированным сочетанием механических, термических и диэлектрических свойств, что делает его превосходным конструкционным пластиком.
Механические свойства
Поликарбонат обладает превосходными механическими свойствами. Его наиболее примечательной особенностью является высокая ударная вязкость, которая входит в число лучших свойств термопластичных смол. Он обладает низкой ползучестью и хорошей размерной стабильностью, сохраняя высокую механическую прочность даже при низких температурах. К недостаткам поликарбоната относятся низкая усталостная прочность, склонность к растрескиванию под напряжением и низкая стойкость к истиранию. В таблице ниже представлены механические свойства поликарбоната.
| Свойства | Значение | Свойства | Значение |
| Прочность при растяжении, МПа | 60-70 | Ударная вязкость образца с надрезом по Изоду, кДж/м2 | 50-70 |
| Относительное удлинение,% | 60-130 | Твердость по Бринеллю, МПа | 150-160 |
| Прочность на изгиб, МПа | 100-120 | Усталостная прочность, МПа | 10.5 |
| Модуль упругости при изгибе, ГПа | 2.0-2.5 | ||
| Прочность на сжатие, МПа | 80-90 |
Сопротивление ползучести поликарбоната превосходит сопротивление ползучести конструкционных термопластиков, таких как нейлон и полиоксиметилен (ПОМ), что является ключевым показателем хорошей размерной стабильности ПК.
По сравнению с большинством других инженерных пластиков поликарбонат имеет относительно низкую стойкость к истиранию и более высокий коэффициент трения.
Внутренние напряжения и растрескивание под напряжением представляют собой серьёзную проблему для изделий из поликарбоната. Внутренние напряжения возникают, главным образом, из-за взаимодействия макромолекул вследствие вынужденной ориентации.
Если изогнутый образец поликарбоната согнуть и удерживать в течение определённого времени, при превышении предельного напряжения произойдёт микроразрыв. Если средняя молекулярная масса поликарбоната превышает 2.4 x 104, он может выдерживать напряжение более 30 МПа; при средней молекулярной массе 2.2 х 104Предел составляет около 20 МПа. Растрескивание под напряжением, как правило, не происходит, если остаточное напряжение или напряжение, испытываемое изделием, ниже этих значений. Однако, если изделие из поликарбоната подвергается разложению или старению по таким причинам, как воздействие высокой температуры во время формования, наличие на изделии надрезов или линий сварки, или оно используется в среде химических газов, время до появления микроразрывов значительно сокращается, а предельное напряжение резко снижается.
Тепловые свойства
Поликарбонат обладает хорошей термостойкостью, выдерживая длительную температуру эксплуатации до 120 °C. Он также обладает превосходной морозостойкостью, температура хрупкости составляет −100 °C.
| Свойства | Значение | Свойства | Значение |
| Температура стеклования, ℃ | 150 | Коэффициент линейного теплового расширения, x 10-5/ ℃ | 5-7 |
| Температура плавления, ℃ | 220-230 | Температура теплового изгиба (1.82 МПа), ℃ | 130-140 |
| Удельная теплоемкость, Дж/(г · ℃) | 1.17 | Температура термического разложения, ℃ | ≥ 340 |
| Теплопроводность, Вт/（м · ℃） | 0.24 | Температура хрупкости, ℃ | -100 |
Поликарбонат не имеет чёткой температуры плавления и плавится при температуре 220–230 °C. Благодаря высокой жёсткости молекулярных цепей, вязкость его расплава относительно высока.
Электрические свойства
Поликарбонат имеет низкую полярность, высокую температуру стеклования и низкое водопоглощение, благодаря чему демонстрирует превосходные электрические свойства.
| Свойства | 20 ℃ | 125 ℃ |
| Удельное объемное сопротивление, Ом·см | 4.0 × 1016 | 4.0 × 1014 |
| Электрическая прочность диэлектрика, Ом·см (тонкая пленка) | ≥ 100 | / |
| Электрическая прочность, кВ/мм (диск толщиной 2 мм) | 20-22 | / |
| Диэлектрическая проницаемость (60 Гц) | 3.1 | 3.1 |
| Диэлектрическая проницаемость (10³ Гц) | 3.1 | 3.0 |
| Коэффициент рассеяния (60 Гц) | 6–7×10-4 | 7 × 10-4 |
| Коэффициент рассеяния (10³ Гц) | ≤ 2×10⁻-3 | ≤ 2×10-2 |
Химическая устойчивость
Поликарбонат стабилен в кислых и масляных средах, но неустойчив к щелочам и растворяется в хлорированных углеводородах. Длительное погружение в кипящую воду может легко привести к гидролизу и растрескиванию.
Оптические свойства
Поликарбонат бесцветен и прозрачен, обладает хорошим пропусканием видимого света, достигающим 85–90%. Пропускание связано с шероховатостью поверхности изделия. ПК имеет низкую твёрдость поверхности и низкую стойкость к истиранию, поэтому поверхность склонна к царапинам и помутнению, что влияет на светопропускание. Как и в других прозрачных полимерах, при одноосном растяжении вынужденная ориентация молекул в ПК создаёт анизотропию и внутренние напряжения, приводящие к двойному лучепреломлению. Это свойство позволяет использовать поляризованный свет для контроля величины внутренних напряжений в изделиях из поликарбоната.
Показатель преломления поликарбоната для видимого света составляет 1.5872 при 20°C и варьируется от 1.5914 при -20°C до 1.5745 при 140°C, демонстрируя линейную зависимость от температуры. Его показатель преломления выше, чем у других прозрачных полимеров, таких как акрилаты, что делает его более подходящим для использования в качестве материала для оптических линз.
Процессы обработки ПК
Поликарбонат обладает превосходными характеристиками формования и переработки. В вязкотекучем состоянии он может быть подвергнут формованию такими методами, как литье под давлением и экструзия.
Начните производство от создания прототипа до масштабирования
- Надежная и своевременная доставка по всему миру
- Доступно несколько сертификатов
- Полная проверка перед каждой отправкой
Литье под давлением
Литье под давлением поликарбоната (ПК) подходит для производства деталей малого и среднего размера, требующих точных размеров и ударопрочности. В этом процессе используются преимущественно литьевые машины шнекового типа, оснащенные одноголовочным полнопроходным шнеком с равномерным шагом и постепенным сжатием. Для минимизации обратного потока используется конический шнек с острым кончиком или шнек с противовозвратной конструкцией. Высокая вязкость расплава ПК требует использования герметичного сопла с широкими каналами или сопла с увеличенным открытым отверстием для повышения качества.
Высушенный поликарбонат может испортиться под воздействием воздуха комнатной температуры в течение 15 минут. Бункер должен быть изолирован, чтобы поддерживать температуру материала не ниже 100 °C, а материал должен быть израсходован в течение 0.5–1 часа.
Экструзия
Экструзия поликарбоната используется для производства таких изделий, как листы, трубы, стержни и пленки. Используется одношнековый экструдер, шнек которого рассчитан на изменение вязкости поликарбоната. Шнеки для экструзии поликарбоната обычно имеют соотношение длины к диаметру (L/D) 18–20; это обеспечивает хорошую пластификацию, но также увеличивает риск деградации. Температуры экструзии ниже, чем при литье под давлением, и разница температур между передней и задней зонами составляет 10–20 °C. Скорость сдвига мало влияет на вязкость расплава, и скорость вращения шнека, как правило, должна быть менее 100 об/мин. Для достижения меньших соотношений длины к диаметру (L/D) для обеспечения надлежащей пластификации используются низкие скорости.
Обработка CNC
ПК может выдерживать определенные температуры обработки во время CNC-обработкаОднако его высокая вязкость и низкая текучесть требуют точного контроля скорости резания и подачи, чтобы предотвратить термическую деградацию из-за чрезмерного нагрева или трудности формования из-за недостаточной текучести. Кроме того, поверхность ПК после обработки часто демонстрирует побеление под действием напряжений, которое можно уменьшить путем оптимизации траектории инструмента, корректировки параметров обработки и применения соответствующей термообработки для улучшения качества поверхности и общих эксплуатационных характеристик.
Приложения ПК-пластики
Поликарбонат сочетает в себе хорошие механические и электрические свойства с такими характеристиками, как прозрачность, термостойкость и размерная стабильность, что обуславливает его широкое применение в таких областях, как машиностроение, электроника и электроприборы, транспорт, осветительное оборудование и медицинские приборы.
Спецтехника
Благодаря превосходной ударной вязкости, высокой механической прочности, хорошей размерной точности и стабильности поликарбонат широко используется для изготовления деталей, передающих низкие и средние нагрузки, таких как шестерни, рейки, червячные передачи, червяки, кулачки, прямые валы, коленчатые валы и рычаги; крепежных деталей, работающих при низких нагрузках, таких как винты, гайки и заклепки; износостойких, низкоскоростных деталей, таких как втулки валов, втулки труб, сепараторы и направляющие, а также корпусов, крышек и рам оборудования.
ПК может использоваться для изготовления деталей фото- и кинокамер. Для фотоаппаратов это зубчатые приёмные катушки, катушки с плёнкой, ручки обратной перемотки, оправы окуляров, окошки дисплеев, видоискатели, кольца регулировки расстояния и фиксаторы диафрагм. Для кинокамер применяются корпуса, рукоятки, переключатели, ручки, кольца зуммирования, окошки дисплеев и кольца диафрагмы.
Электроника и электроприборы
Поликарбонат — превосходный изоляционный материал класса E (120 °C), имеющий чрезвычайно широкое применение в электронике и электротехнике. Литье под давлением используется для массового производства изолированных разъёмов, катушек катушек, клеммных колодок, различных переключателей, патронов для трубок, изоляционных втулок, корпусов электроинструментов и корпусов аккумуляторов для шахтёрских фонарей.
Низкая усадка при формовании, высокая размерная точность и хорошая размерная стабильность поликарбоната делают его чрезвычайно ценным материалом для изготовления прецизионных компонентов компьютеров, видеомагнитофонов и цветных телевизоров. Его применение в телевизорах обусловлено, прежде всего, его превосходными электроизоляционными свойствами и самозатухающими свойствами. Такие компоненты, как обмотка катушки строчного трансформатора и детали отклоняющей системы, такие как крышка магнита поперечной регулировки чистоты цвета и крышка отклоняющего ярма, могут быть изготовлены из поликарбоната.
Поликарбонатная плёнка обладает светопропусканием 84–90%, превосходной электроизоляцией, размерной стабильностью, хорошей стойкостью к истиранию, высокой механической прочностью, устойчивостью к УФ-излучению, сопротивлением разрыву и лёгкостью склеивания. Её можно использовать в широком диапазоне температур от –25 до 125 °C, что делает её широко используемой в качестве изоляционной плёнки для электронных и электроприборов, корпусов электродов, конденсаторов, а также для изготовления магнитных лент для аудио- и цветного видео. В сфере офисной автоматизации поликарбонат используется для изготовления корпусов факсимильных аппаратов и копировальных аппаратов, корпусов мобильных телефонов и аккумуляторных отсеков для мобильных телефонов.
Мед
Поликарбонат безвкусен, нетоксичен, не загрязняет окружающую среду и может стерилизоваться паром под высоким давлением, что делает его пригодным для производства медицинских контейнеров, таких как стаканчики, флаконы и трубки, а также шприцев, плазменных сепараторов, искусственных диализаторов, трёхходовых кранов и хирургических инструментов. В последние годы поликарбонат также используется для производства искусственных внутренних органов, таких как искусственные почки и искусственные лёгкие.
Оптика
Светопропускание поликарбоната составляет 85–90%, что сопоставимо с коэффициентом пропускания акрилового стекла. Он обладает хорошей термостойкостью и может эксплуатироваться при температуре до 120 °C. Добавление УФ-поглотителей в поликарбонат обеспечивает его хорошую устойчивость к атмосферным воздействиям. В связи с этим применение поликарбоната в оптическом и светотехническом оборудовании стремительно расширяется, и его всё чаще используют для изготовления различных ламп и крупногабаритных плафонов, таких как плафоны сигнальных ламп, взрывозащищённые плафоны и плафоны общего освещения.
Поликарбонат (ПК) быстро развивается в качестве материала-подложки для оптических дисков, широко применяясь при производстве CD-ROM. Основные эксплуатационные характеристики поликарбоната для оптических дисков:
- Высокая чистота: требуется исключительно высокий коэффициент пропускания света, составляющий 91.9% при длине волны 550 ~ 800 нм (для толщины 6.2 мм).
- Хорошая текучесть расплава: скорость течения расплава (MFR) обычно должна превышать 65 г/мин.
Транспорт
Поликарбонат может использоваться для производства приборных панелей автомобилей, телефонов, дверных ручек, внутренних рассеивателей фар и лобовых стекол автомобилей и мотоциклов. Поликарбонат также используется для изготовления подвесных ручек и регулируемых дефлекторов кондиционеров в автобусах и поездах метро. В аэрокосмической промышленности поликарбонат используется для изготовления лобовых стекол самолетов, фонарей кабины пилотов и других компонентов. Например, в одном самолете Boeing 747 используется около 2,500 поликарбонатных деталей, что составляет почти 2 тонны поликарбоната на самолет.
О Getzshape
Компания Getzshape — опытный производитель пластиковых деталей, изготовленных на станках с ЧПУ. Мы изготовили множество пластиковых деталей, включая детали для ПК, и являемся экспертами в минимизации деформаций и других проблем, связанных с обработкой ПК на станках с ЧПУ. Если вам нужны качественные детали для ПК, винты, гайки, заклёпки или другие компоненты на заказ, свяжитесь с нами.
