Apakah Polikarbonat?

 

Polikarbonat(PC) tergolong dalam keluarga polimer termoplastik yang dicirikan oleh pautan karbonat (−O−(C=O)−O−) dalam tulang belakang molekulnya. Mula-mula disintesis secara bebas oleh Hermann Schnell di Bayer dan Daniel Fox di General Electric pada tahun 1953-1955, plastik kejuruteraan ini mempamerkan gabungan luar biasa kejelasan optik yang menghampiri 90% penghantaran cahaya, rintangan hentaman melebihi 250 kali ganda berbanding kaca dan kestabilan terma merentas julat kerja -40 darjah hingga 120 darjah. Struktur amorf bahan-bermaksud molekulnya tidak mempunyai akaun susunan kristal jarak jauh untuk kedua-dua ketelusan dan keupayaannya untuk mengalami ubah bentuk plastik yang ketara tanpa keretakan.

The Stuff's Everywhere

Inilah perkaranya: anda mungkin telah menyentuh polikarbonat sekurang-kurangnya tiga kali hari ini tanpa disedari. sarung telefon anda? Kemungkinan polikarbonat atau campuran PC. Cermin mata keselamatan di tempat kerja? Polikarbonat. Lampu depan menutupi kereta anda? Yap. Malah jag dispenser air terletak di dapur pejabat anda.

Dan itu sebelum kita masuk ke perkara aneh-perisai rusuhan, kanopi pesawat, "kaca" kalis peluru di bank anda. CD yang anda temui di ruang bawah tanah ibu bapa anda hujung minggu lalu. Rumah hijau. Botol bayi (walaupun ia menjadi rumit-lebih lanjut mengenainya kemudian).

Mengapa Jurutera Terus Mengulanginya

Perkara rintangan hentaman patut diberi perhatian lebih daripada kebanyakan artikel memberikannya. Kami tidak bercakap tentang "agak kuat untuk plastik." Kita bercakap tentang bahan yang boleh menghentikan peluru apabila berlapis dengan betul. Lembaran polikarbonat standard boleh menerima pukulan tukul terus tanpa retak-cuba dengan akrilik atau kaca dan anda akan menyapu serpihan.

Apa yang membuat kerja ini adalah struktur molekul. Kumpulan karbonat yang saya sebutkan tadi? Mereka membenarkan rantai polimer menyerap tenaga melalui ubah bentuk dan bukannya perambatan retak. Rantai boleh meregang dan melepasi satu sama lain sebelum putus. Itulah sebabnya polikarbonat boleh dibengkokkan sejuk-anda sebenarnya boleh membentuknya pada brek kepingan logam tanpa dipanaskan dalam banyak kes.

Suhu peralihan kaca terletak sekitar 147 darjah . Di bawah itu, ia tegar. Di atas, ia melembutkan secara beransur-ansur dan menjadi boleh digunakan. Ini memberi pengeluar tetingkap pemprosesan yang luas yang tidak ditawarkan oleh plastik kejuruteraan yang lebih rumit.

Penghantaran Cahaya

 

Polikarbonat tidak bersalut menghantar kira-kira 88% cahaya yang boleh dilihat, yang meletakkannya dalam jarak yang ketara daripada kaca optik. Beberapa gred mencecah 92%. Indeks biasan berjalan kira-kira 1.58-lebih tinggi daripada kaca standard-yang sebenarnya menjadikannya berguna untuk kanta cermin mata berprofil nipis.

Tetapi inilah perkara yang tidak selalu diberitahu oleh helaian spesifikasi kepada anda: bahan menjadi kuning dari semasa ke semasa di bawah pendedahan UV melainkan distabilkan. Polikarbonat mentah yang ditinggalkan dalam cahaya matahari akan bertukar menjadi ambar dalam masa satu atau dua tahun. Kebanyakan helaian komersil disertakan dengan-permukaan stabil UV untuk sebab ini.

Soalan BPA

Kita perlu bercakap tentang bisphenol A.

Polikarbonat standard dibuat dengan bertindak balas BPA dengan fosgen. BPA ialah pengganggu endokrin-ia meniru estrogen dalam badan. Dan ya, jumlah surih boleh larut lesap daripada bekas polikarbonat, terutamanya apabila dipanaskan atau terdedah kepada kandungan berasid.

Ini menjadi kebimbangan yang ketara sekitar tahun 2008-2012, yang membawa kepada tindakan kawal selia ke atas botol bayi di beberapa negara dan memacu pembangunan alternatif bebas BPA-seperti Tritan (yang menggunakan monomer berbeza). FDA masih menganggap polikarbonat hubungan makanan selamat pada tahap pendedahan semasa, tetapi perdebatan berterusan.

Untuk aplikasi industri-pengadang mesin, kaca, penutup pelindung-Pencairan BPA pada dasarnya bukan-isu. Tetapi aplikasi hubungan-makanan kekal sebagai wilayah yang dipertikaikan. Hanya berbaloi untuk diketahui.

Bekerja dengan Bahan

Mesin polikarbonat cantik. Perkakas karbida standard berfungsi dengan baik. Anda boleh menggerudinya, melihatnya, menghalakannya-langkah berjaga-jaga utama ialah mengelakkan terlalu panas, yang menyebabkan pencairan setempat dan pembentukan bergetah pada tepi alat. Alat yang tajam dan kelajuan sederhana adalah jawapannya.

Pembentukan termo memerlukan pengeringan helaian terlebih dahulu. Polikarbonat bersifat higroskopik (menyerap kelembapan atmosfera), dan air yang terperangkap menghasilkan buih semasa pemanasan. Kebanyakan fabrikasi mengeringkan kepingan pada 120 darjah selama 2-4 jam sebelum dibentuk.

Untuk menyambung kepingan:

Kimpalan pelarut berfungsi tetapi memerlukan penjagaan-pelarut yang berfungsi adalah agresif dan boleh menyebabkan keretakan tegasan jika digunakan terlalu bebas

Pengancing mekanikal memerlukan lubang yang besar untuk menampung pengembangan haba

Ikatan pelekat dengan pelekat poliuretana atau silikon memberikan hasil yang paling memaafkan

Pengacuan suntikan ialah pendekatan volum-tinggi. Suhu tong sekitar 280-320 darjah , suhu acuan 80-120 darjah . Bahan ini tidak memaafkan pencemaran lembapan-air sisa menyebabkan degradasi hidrolitik semasa pemprosesan cair, memusnahkan berat molekul dan sifat mekanikal.

Bagaimana Ia Tersusun

Terhadap Akrilik (PMMA)

Akrilik secara optikal lebih jelas-lebih jelas, kurang terdedah kepada hazing, rintangan calar yang lebih baik di luar kotak. Ia juga lebih murah. Tetapi akrilik hancur akibat hentakan manakala polikarbonat melentur. Jika sesuatu mungkin mengenai bahan kaca anda, polikarbonat menang.

Terhadap Kaca

 

Kurang calar kaca. Kaca tidak kuning. Kaca lebih murah untuk panel rata. Kaca memberi anda kejelasan optik yang lebih baik.

Tetapi berat kaca kira-kira dua kali lebih banyak setiap kaki persegi pada ketebalan yang setara. Kaca pecah menjadi serpihan berbahaya. Kaca tidak boleh dibengkokkan sejuk. Kaca memerlukan perkakas khusus dan persekitaran pemotongan terkawal-iklim untuk hasil yang boleh dipercayai.

Untuk apa-apa sahaja yang penting berat atau pecah mempunyai akibat-yang ternyata banyak aplikasi-polikarbonat lebih masuk akal daripada spesifikasi-perbandingan helaian yang mungkin dicadangkan.

Gred Tiada Siapa Bicarakan

Masalah Calar

Berikut ialah tumit Achilles bahan: polikarbonat mudah tercalar. Memalukan dengan mudah, memandangkan segala-galanya ia berfungsi dengan baik.

Ini tidak boleh diperbaiki pada peringkat molekul. Mobiliti rantai yang sama yang memberikan rintangan hentaman menjadikan permukaan cukup lembut untuk ditandai dengan kuku.

Penyelesaian industri ialah salutan keras-biasanya lapisan berasaskan silikon-atau akrilik-yang digunakan melalui pencelupan, salutan aliran atau pemendapan plasma. Sistem lapisan-keras yang baik mendapatkan kekerasan polikarbonat kepada pensel 2H-4H, menghampiri kaca. Tetapi salutan menambah kos dan langkah pemprosesan.

Untuk cermin mata, pada asasnya semua kanta polikarbonat dihantar dengan salutan keras. Untuk kaca industri, versi bersalut dan tidak bersalut kedua-duanya mempunyai pasaran bergantung pada toleransi aplikasi untuk penandaan permukaan.

Realiti Kitar Semula

Polikarbonat secara teknikal boleh dikitar semula. Ia adalah termoplastik, lagipun-cairkannya dan bentuk semula. Kod resin 7 ("Lain-lain") meliputinya.

Realitinya lebih kucar-kacir. Bahan ini sensitif terhadap degradasi haba, kehilangan berat molekul dengan setiap kitaran pemprosesan. Pencemaran ialah masalah-plastik campuran menyebabkan kumpulan tidak boleh digunakan. Dan jumlahnya tidak ada berbanding PET atau HDPE. Kebanyakan program tepi jalan tidak menerimanya.

Program kitar semula industri wujud untuk perkara seperti botol air dan cakera optik, tetapi peratusan sebenarnya mencapai pengitar semula masih kecil. Kitar semula kimia (penyahpolimeran kembali kepada BPA dan karbonat) secara teknikal boleh dilaksanakan tetapi belum lagi menjimatkan pada skala.

Ke Mana Ia Pergi

Kapasiti pengeluaran terus meningkat-di utara sebanyak 6 juta tan metrik setiap tahun sekarang. Asia mendominasi kedua-dua pengeluaran dan penggunaan.

Trend penyelidikan termasuk:

Alternatif berasaskan bio-menggunakan isosorbid dan bukannya BPA

Nanokomposit untuk rintangan calar yang dipertingkatkan tanpa mengorbankan ketelusan

Sistem salutan penyembuhan sendiri-

Kejelasan optik yang lebih baik untuk aplikasi pencahayaan LED

Peralihan EV memacu permintaan baharu yang ketara dalam pencahayaan automotif dan perumah bateri. Keperluan pengurangan berat lebih mengutamakan plastik berbanding kaca dan logam di mana sifatnya membenarkan.

Bottom Line

Polikarbonat menduduki niche yang luar biasa: cukup kuat untuk aplikasi struktur yang menuntut, cukup jelas untuk kegunaan optik, boleh diproses melalui hampir setiap kaedah membentuk plastik. Gabungan itu tidak wujud di tempat lain.

Ia tidak sempurna. Kepekaan calar mengehadkan tempat anda boleh menggunakannya tanpa bersalut. Perkara BPA merumitkan-aplikasi hubungan makanan. Kestabilan UV memerlukan bahan tambahan atau salutan.

Tetapi apabila anda memerlukan perisai lutsinar, kaca ringan, kanta tahan hentaman-atau seratus aplikasi lain di mana "jelas dan lasak" mendahului senarai keperluan-polikarbonat biasanya di mana anda akan berakhir. Lima puluh tahun selepas pengkomersialan, tiada lagi yang sepadan dengan apa yang dilakukannya.