Полікарбонат з точки зору хімії є синтетичним полімером, його можна розглядати складним поліефіром вугільної кислоти і фенолів. Як відомо, солі вугільної кислоти називають карбонатами, звідси ж пішла назва популярного сьогодні полімеру, утворене з двох частин – полі (що означає багато) і карбонат.
Трохи хімії
Макромолекула полікарбонату має лінійну будову. У загальному вигляді її формулу можна записати наступним чином:
Н-[-Про-R-О-(С=О)-О-R-]n-ВІН.
В залежності від типу заступника R всі полікарбонати можна розділити на ароматичні, жирноароматические і аліфатичні. Найбільше застосовується з них сьогодні є перша група. Торгові назви ароматичних полікарбонатів можуть бути різними, але об’єднують їх схожі значення фізико-механічних показників, такі як висока світлопроникність, мала питома вага, відносно висока температура плавлення. Полікарбонати, що володіють цими властивостями, містять у своєму складі безліч бензольних кілець (ароматичних замісників).
Переваги полікарбонатів
- Міцність. Одним з найбільш відомих властивостей і вагомою перевагою полікарбонату є його висока опірність механічним ударам.
- Прозорість. Завдяки високим показникам світлопропускання полікарбонати успішно замінили силікатне скло у багатьох сферах життя і виробництва, оскільки володіють при цьому ще й відносно малою вагою.
- Термічна стійкість. Значення температур плавлення (розм’якшення) полікарбонатів дещо відрізняються один від одного в залежності особливостей будови макромолекули, але, як правило, вона не перевищує 200 °С.
- Термопластичность. Полікарбонат відноситься до такого типу полімерів, які можна багаторазово переплавляти. При цьому після затвердіння він буде відновлювати свої властивості.
- Екологічність. Завдяки попередньому властивості вироби з полікарбонату можна піддавати вторинній переробці.
- Пожежна безпека. Температура займання перевищує температуру плавлення полікарбонату, вона становить близько 570 °С.
- Хімічна стійкість. Завдяки цій властивості матеріал успішно застосовується в різних агресивних середовищах.
Недоліки
Варто відзначити, що всі перераховані вище достоїнства полікарбонат має лише в тому випадку, якщо складові його макромолекули мають молекулярну масу понад 25 000. В іншому випадку він досить неміцний і володіє значно більш низькою температурою плавлення. Поликарбона,т виготовлений з порушенням технології, може містити доволі високу кількість молекул зі зниженою молекулярною масою, що негативно позначається на його міцнісних і експлуатаційних характеристиках.
Ще одним істотним мінусом полікарбонатів, є їх низька стійкість до дії ультрафіолету. Проте сьогодні існують технології, що дозволяють захистити полімер від прямого впливу УФ-променів. Зазвичай це робиться за допомогою захисних плівок, які сплавляються з полікарбонатом на етапі виготовлення виробу. Також обмежуючим фактором у застосуванні полікарбонату є його високе значення розширення при підвищенні температури.
Фізико-механічні властивості
- Показник заломлення – 1,5850.
- Щільність (при 25° C) – 1,20 г/см3.
- Температура склування – 150 °C.
- Температура розм’якшення 220-230 °C.
- Температура розкладання >320 °C.
- Морозостійкість, °C < -100
- Межа міцності при розтягуванні – 65-70 МПа.
- Межа міцності при вигині – 95 МПа.
- Питома теплоємність – 1090-1255Дж/(м·К).
- Теплопровідність – 0,20 Вт/(м·K).
- Коефіцієнт теплового лінійного розширення -1(5-6)·10-5 °C.
- Твердість по Брінеллю – (784-980)·105 Па.
Стільниковий і монолітний полікарбонат
Стільниковий полікарбонат представляє собою панель з декількох шарів пластика, між якими розташовані поздовжні ребра жорсткості. У розрізі такий лист віддалено нагадує стільники, за що і отримав свою назву. Такі листи легко можна гнути в холодному стані досягаючи мінімально можливого радіусу згинання. Стільниковий полікарбонат найчастіше використовується для спорудження декоративних перегородок і зведення прозорих покрівель.
Монолітний полікарбонат володіє більш високими ударостійкість і прозорістю. Істотним плюсом є висока теплостійкість монолітного полікарбонату, температура плавлення досить висока, що дозволяє застосовувати його без побоювань при температурах, що досягають 120 °С. Також важливою властивістю є його морозостійкість, що дозволяє застосовувати вироби з даного виду пластику при температурах до мінус 50 °С.
Застосування полікарбонату
- Будівництво. Завдяки високій прозорості та легкості полікарбонат допомагає архітекторам втілювати в життя свої найсміливіші проекти. При цьому вага конструкції, відносно традиційно використовуваного скла, дозволяє суттєво знизити навантаження на фундаменти, а значить, і заощадити на матеріалах. Більш того, полікарбонат має також і теплоізоляційними властивостями, якщо говорити про його стільникового різновиди. З нього виготовляють світлопрозорі конструкції для басейнів та стадіонів, автостоянок та супермаркетів, переходів між будівлями і зимових садів. Популярний цей матеріал і у дачників. Все частіше використовується полікарбонат для теплиць. Температура плавлення його значно перевищує атмосферну навіть у найспекотніше літо, а значить, і суттєвої шкоди цього полімеру сонячне тепло заподіяти не може.
- Електроніка. З полікарбонату виготовляють корпусу і захисні покриття для ноутбуків, смартфонів, програвачів, домашніх комп’ютерів і багато чого іншого. Завдяки цьому полімеру технологія touch screen змогла вийти в широкі маси. Його застосовують для виробництва біометричних паспортів.
- Реклама. З полікарбонату створюють світлові конструкції, вивіски, табло, об’ємні літери та багато іншого. Все це може мати досить вигадливі неординарні форми. Також їх листів монолітного пластику виготовляють антивандальний захист рекламних конструкцій.
- Оптичні диски. З 1980-х років полікарбонат використовували для створення основи CD-дисків. Сьогодні з нього роблять також і DVD-диски високої ємності.
- Автомобіле– і авіабудування. Для будівництва літаків традиційно використовують новітні матеріали, що володіють високою міцністю і легкістю, що характерно і для полікарбонату. З нього виготовляють купола кабін винищувачів і скла до шоломам космонавтів і льотчиків. Для автомобілів з полікарбонату роблять не лише скло, але й фари і люки.
- Медицина. Дуже важливою областю застосування полікарбонату стало виготовлення медичних інструментів. Це стало можливим завдяки таким перевагам матеріалу, як нетоксичність і висока біосумісність, а також відсутність імунної відповіді організму на цей пластик. А завдяки міцності і прозорості він склав конкуренцію скла та металевих сплавів. Вироби та обладнання, виготовлені із застосуванням цього матеріалу, використовуються для спостереження за тканинами і рідинами організму людини. Крім того, високі температури плавлення полікарбонатів, дозволяють піддавати їх найбільш сучасних способів стерилізації – нагріванням, радіацією, УФ-променями.
- Оптика. У 2000 роках з полікарбонату почали виготовляти лінзи для захисних промислових очок, які оберігали очі при виконанні різних робіт. Такі вироби міцніше інших пластикових лінз в десятки разів, у разі удару по ним вони не поширюють осколки, їх навіть важче подряпати. Поступово полікарбонат стали також використовувати і для повсякденних очкових лінз. Завдяки своїм якостям безпеки такі лінзи дуже часто використовують для дитячих очок, для стекол мотоциклетних шоломів.
- Інші області. Сьогодні полікарбонат настільки міцно увійшов у наше життя, що мешканці не лише мегаполісів, а й віддалених селищ щодня стикаються з виробами, частиною яких є цей пластик. З нього виготовляють кулькові ручки, ліхтарики, комп’ютерні миші, праски та чайники, пробки для винних пляшок, деталі для меблів, ємності для питних рідин і навіть пакувальну плівку.
