Поликарбонат – что это такое, какой бывает, свойства материала

Общее представление

Поликарбонат – это полимер из группы термопластов. Он синтезируется сразу в нескольких видах, в зависимости от состава может обладать различными свойствами. Особую популярность получил благодаря отличным эксплуатационным характеристикам – прозрачности, высокой ударной прочности и вязкости.

Примерно до 2002 года российские потребители практически ничего не знали про ПК – он пришел на рынок ближе к 2004 году. Тогда в разных регионах страны заработали первые отечественные производства материала с сотовой структурой. С этого момента его продажи постоянно росли.

Основные характеристики

Сложный полиэфир часто противопоставляют различным веществам из той же группы. Это не совсем корректно ввиду его химического состава. Нас часто спрашивают: поликарбонат – это пластик или нет? Да. Но в отличии, например, от полиэтилена, он не является токсичным и не представляет никакой опасности для здоровья человека.

Термопластичные полимеры этого типа имеют вид бесцветной массы. В зависимости от способа получения они размягчаются при температуре от 180 до 300 С. Материал можно подвергать стерилизации, что позволяет использовать его при создании упаковки и инструментов для медицинской, фармацевтической, косметологической и других отраслей. Он также подлежит переработке при условии предварительной сушки.

Химический состав

Является сложным полиэфиром двухатомных фенолов и угольной кислоты. От того, из чего состоит поликарбонат, как он сделан, что это в принципе такое и где его используют, зависят свойства и основные характеристики. Наиболее востребованными на данный момент остаются полимеры на базе бисфенола А – самого доступного вещества. Его синтезируют методом конденсации фенола и ацетона.

Свойства

ПК фактически не имеет аналогов среди других полимеров. Прежде всего, по механическим качествам. Прозрачный материал характеризует повышенная устойчивость к перепадам температур, прочность и надежность. Благодаря этому он находит широкое применение в самых разных отраслях.

Когда мы говорим о ведущей роли полимера в химической промышленности, то отмечаем, что значат ключевые характеристики и свойства поликарбоната:

• сочетание жесткости и гибкости;
• повышенная ударопрочность;
• стойкость к химической агрессии неинертных веществ;
• огнеупорность, способность к самозатуханию;
• нетоксичность, потенциал для переработки.

Благодаря гибкости, материал используется для изготовления конструкций со сложной, нестандартной геометрией. Он также обладает отличными оптическими и диэлектрическими свойствами, может подвергаться пайке. ПК характеризуется минимальной способностью к поглощению влаги, однако является восприимчивым к воздействию остаточного напряжения и ряда веществ – щелочей, альдегидов и некоторых других. Химический состав поликарбоната и то, из чего его делают сегодня, обуславливает стойкость полимера к перепадам температур, размерную стабильность.

Технологии производства

Изготовление материала – сложный процесс, требующий применения специального оборудования и сырья. Полимер получают следующим образом:

1. В растворителях органического происхождения.
2. Путем межфазной поликонденсации в щелочах.
3. В расплаве, посредством переэтерификации диарилкарбонатов бисфенолами.

Многое зависит от того, где и для чего используется поликарбонат в дальнейшем, какие требования к нему предъявляются. Чаще всего производители получают материал путем применения бисфенола А и фосгена, однако в новейших разработках его вхождение в состав может полностью исключаться.

Какие существуют разновидности

В зависимости от структуры может быть монолитным, сотовым или профилированным. Каждый вид характеризуется индивидуальной толщиной и плотностью. Соответственно продукция имеет различные сферы применения. Сотовый или, как его еще называют, ячеистый материал обладает разным числом внутренних перемычек. Их количество определяет эксплуатационные характеристики ПК. Поговорим о том, какой бывает поликарбонат. Также обозначим ключевые особенности каждого типа полимера. Дополнительно отметим специфику структуры материалов.

Сотовый ПК

Представлен ячеистыми панелями, внутри которых находятся многочисленные ребра жесткости. Лист изготавливается путем продавливания расплавленных полимеров через фильеры. В результате образуется целостная конструкция с индивидуальной системой каналов. В зависимости от количества рядов перемычек выделяют 1-, 2-, 4- и 6-камерный материал. Ребра жесткости, расположенные под прямым углом или наклонно, формируют Н-образный или Х-образный срез. Причем последние отличаются большей жесткостью.

Сотовый поликарбонат – что это за материал по ключевым свойствам:

• легкий – весит намного меньше акрила и обычного стекла с аналогичной толщиной, выступает полноценной альтернативой схожей по прямому назначению продукции;
• устойчивый к ударам – благодаря вязкости он способен выдерживать даже серьезные механические воздействия;
• невосприимчивый к перепадам температур в диапазоне от -40 С до 120 С, не подверженный деформации при нагревании до установленного предела;
• прочный – выдерживает осадки в виде града и снега, а также высокую ветровую нагрузку, благодаря чему часто используется в строительной отрасли;
• с низкой горючестью – не воспламеняется при воздействии огня, не способствует его распространению.

Широкое применение поликарбоната сотового типа также обусловлено его низкой теплопроводностью, отличными изолирующими качествами и способностью пропускать до 86% солнечных лучей. Одновременно материал обеспечивает защиту от вредного ультрафиолета, не утрачивает эксплуатационных характеристик в течение многих лет использования.

Монолитный ПК

Визуально образует пластину с однородной структурой, напоминающую стекло. Пропускает до 90% света. Может использоваться при температуре воздуха от -40 С до +120 С, не меняя при этом характеристик, не деформируясь и не теряя эксплуатационный ресурс.

Его часто позиционируют как более практичную альтернативу стеклу. Это вполне справедливо: полимер отлично пропускает солнечные лучи. Одновременно он в 10 раз легче, чем стеклянные изделия той же толщины, и до 250 раз прочнее них.

Монолитный поликарбонат – описание материала в ключевых свойствах:

• способность к компенсации расширения под воздействием высоких температур;
• прочность при повышенной гибкости;
• уменьшенная теплопроводность;
• возможность «фильтровать» вредное ультрафиолетовое излучение;
• легкость, удобство транспортировки и монтажа.

Для производства гибкого листового полимера обычно применяется метод горячей штамповки. Его разнообразие выражается в большом количестве марок и индивидуальности их качеств. Например, РС-005 – это материал высокой вязкости, а РС-010 – низкой.

Профилированный ПК

Представляет собой панель, имеющую гофрированную форму. Как правило, это прозрачные листы небольшой толщины, которые быстро нагреваются и охлаждаются, а потому препятствуют образованию конденсата. Принятое в соответствии с видами и характеристиками обозначение поликарбоната профилированного типа при маркировке – МП.

Ключевые свойства и особенности:

• несмотря на толщину до 1.5 мм способен выдерживать высокую нагрузку – до 320 кг на 1м2;
• обладает высокой светопропускной способностью;
• минимизирует вероятность образования конденсата на внутренней поверхности за счет быстрого охлаждения;
• характеризуется гибкостью, легкостью и простотой монтажа;
• препятствует распространению пламени, не загорается.

Материал нетоксичный, безопасный для здоровья человека и подлежащий утилизации. Несмотря на легкость, он характеризуется высокой стойкостью к механическим повреждениям, перепадам температур, химической и климатической агрессии.

Оптимизация качественных характеристик ПК

Когда мы говорим о ключевых особенностях материала, то отмечаем качества, полученные за счет его дополнительной обработки. Она предполагает как физическое воздействие на вещество, так и дополнение его состава. Так невосприимчивость к вредному влиянию солнечных лучей и огнеупорность достигаются именно за счет оптимизации качественных характеристик. Поэтому рассмотрим ее наиболее распространенные способы.

Напомним, что изначально поликарбонат – это полимер из группы термопластов, который чувствителен к УФ-лучам и способен распространять пламя.

Нанесение защиты от ультрафиолета

Солнце вредит полимеру – его постоянное воздействие приводит к быстрой деградации пластика. В результате он может разрушиться уже через 3 года после начала эксплуатации. Чтобы не допустить этого, производители защищают его от УФ-излучения.

Оптимальный способ – коэкструзия. Он предполагает не нанесение специального состава на поверхность листа, а как бы его вплавление в материал. Вещества смешиваются на молекулярном уровне. В результате толщина слоя составляет всего 20 микрон, однако он позволяет эффективно защищать полимер от вредного излучения. Качественный УФ-стабилизатор имеет тот же гарантийный срок, что и сам ПК.

Добавка для рассеивания света

Если вспомнить, для чего применяется поликарбонат на бытовом и промышленном уровнях, то стоит отметить актуальность полимера при изготовлении теплиц. Данный вид пластика также востребован при монтаже козырьков и навесов. Во многом благодаря способности материала рассеивать свет. Свойство обеспечивается за счет добавления дифьюзера LD.

Вещество представляет собой микрочастицы, обеспечивающие создание соответствующего эффекта. Его используют при производстве прозрачных и белых полимеров. В результате светопропускная возможность монолитного материала толщиной 1-1.5 мм может составлять до 90% в зависимости от технологии изготовления и типа сырья.

Введение ингибитора против горения

Свойства и применение поликарбоната предполагают использование полимеров, не воспламеняющихся при воздействии открытого пламени. Однако эту способность они получают только после введения специального вещества.

В результате материал монолитного и сотового типа обычно относится к группам Г2 и Г1 по параметрам возгорания – являются умеренно и слабо горючими соответственно. Однако совершенствование производственных технологий позволяет минимизировать возможность к распространению огня для полимеров всех видов.

Исключение явления внутреннего дождя

С учетом того, что означает поликарбонат для садоводов, и насколько он востребован при возведении крытых бассейнов, способность материала к образованию конденсата становится серьезной проблемой для конечного потребителя. Часто ее не удается решить путем обеспечения качественной вентиляции и принудительной циркуляции воздуха.

Поэтому стоит остановить выбор на ПК, который обрабатывают противотуманным покрытием «Антифог». Состав наносится на внутреннюю поверхность поликарбоната. Он препятствует образованию конденсата, исключает эффект «внутреннего дождя». В результате влага не собирается в крупные капли и быстро испаряется.

Учет термического расширения

В зависимости от сферы, где применяется поликарбонат, важно учитывать его способность к тепловой деформации. Качественный пластик сохраняет физические свойства в широком диапазоне температур – как правило, от -40 С до +120 С. Однако его размер может изменяться в зависимости от структуры и оттенка.

Так в среднем полимерный материал способен расширяться на следующие величины:

• светлые оттенки – 2.5 мм на 1 погонный метр;
• темные оттенки – 4.5 мм на 1 погонный метр.

Эту особенность важно учитывать при проектировании и монтаже любых конструкций. В дальнейшем для компенсации деформации применяют разные методики. В частности, специалисты высверливают отверстия для фиксации саморезов больше их диаметра, укладывают листы с соответствующими зазорами и так далее.

Плюсы и минусы ПК

Говоря о недостатках, стоит отметить их условность. По большей части они относятся к полимерам, не прошедшим оптимизацию качественных характеристик. Напомним, что изначально они чувствительны к воздействию ультрафиолета, подвержены горению. Однако путем нанесения УФ-защиты и ингибитора эти недостатки исключаются.

Ключевые достоинства:

1. Обладает высокой устойчивостью к ударным нагрузкам ввиду прочности и вязкости.
2. Может гнуться и принимать округлые геометрические формы.
3. Характеризуется оптимальной прочностью при пропускной способности до 90%.
4. Отличается долговечностью при условии качественной обработки и соответствия материала требованиям ГОСТ.
5. Нетоксичен, безопасен для здоровья человека.

Среди недостатков отмечают невысокую абразивную стойкость – его довольно легко поцарапать острыми предметами. Также полимер способен расширяться при нагревании, что важно учитывать в процессе проектирования и монтажа создаваемых с его использованием конструкций.

Применение поликарбоната

По физическим свойствам он фактически не имеет аналогов среди современных полимеров. Широко применяется в строительстве и промышленности, выступает альтернативой металлам, сплавам и силикатному стеклу. Благодаря повышенной прочности и минимальной способности к поглощению влаги полимер также востребован различными производствами. Сфера использования материала во многом зависит от его вида.

Примеры применения сотового поликарбоната

Он особенно востребован при:

• остеклении зданий и сооружений;
• изготовлении перегородок;
• производстве теплиц и парников;
• создании объектов наружной рекламы;
• монтаже различных видов кровли и так далее.

Потенциал ПК сотового типа во многом зависит от его модификации и цвета. Использование листов полимера также ограничивает его структура и конструкция – в частности, количество перемычек и их расположение.

Примеры применения монолитного поликарбоната

Востребован как прозрачный, устойчивый к воспламенению и ударной нагрузке материал. На данный момент это одна из самых популярных разновидностей антивандального пластика.

Его применяют для:

• остекления самолетов, поездов, общественного транспорта;
• производства объектов наружной рекламы;
• изготовления прозрачных ограждений;
• монтажа автобусных остановок;
• установки в качестве защитных перегородок в музеях, выставочных залах и так далее.

Для чего еще используют поликарбонат: именно из него создаются бортики для хоккейных площадок, кабинки для канатных дорог. Он востребован при изготовлении защитных щитов, мотоциклетных шлемов, уличного осветительного оборудования.

Примеры применения профилированного ПК

Тонкий гофрированный материал быстро нагревается и остывает, препятствуя образованию влаги. Это делает его актуальным в производстве сельскохозяйственных и садоводческих конструкций – в частности, теплиц и парников. Так возводятся всевозможные павильоны, временные и постоянные надворные постройки. Пластик этого типа также востребован в качестве альтернативного остекления – более прочного и практичного.

Для чего нужен поликарбонат полимерного типа помимо этого:

• обустройство кровли;
• создание навесов и козырьков;
• монтаж прозрачных ограждений;
• изготовление павильонов;
• возведение крытых бассейнов и так далее.

Высокая светопропускная способность, а также легкость и гибкость полимера при увеличенной механической прочности делает его востребованным в строительстве, промышленности и производстве.

Чем ПК отличается от других материалов

В сравнении с другими он может выдерживать ударную нагрузку даже при экстремально низких температурах – до -40 С. При введении в состав специальных ингибиторов материал устойчив к воздействию открытого пламени, способен к самозатуханию. Также он отличается наибольшей термостойкостью среди всех прозрачных пластиков и может эксплуатироваться при температуре до 120 С.

Плюсы и минусы поликарбоната также очевидны при сравнении с другими видами продукции с высокой светопропускной способностью. Полимер прочнее обычного и акрилового стекла более чем в 200 и 10 раз соответственно.

Подведем итоги

Различают монолитный, сотовый и профилированный материал. Полимерные листы каждого типа выпускаются в широком разнообразии оттенков.

Ключевые свойства ПК – способность пропускать до 90% света при повышенной прочности и стойкости к ударным нагрузкам.

Материал нетоксичен, безопасен, подлежит утилизации в соответствии с высокими экологическими стандартами.

Поликарбонат – это полимер из группы термопластов, который преимущественно изготавливается на основе бисфенола А.

Востребован в промышленности, производстве, строительстве и других сферах. Может выступать альтернативой стеклу, металлам и сплавам.