Глава 1. Свойства и основные области применения поликарбонатов В мировом производстве и потреблении конструкционных материалов доля пластмасс продолжает увеличиваться. По своим техническим характеристикам (прочность, коррозионная стойкость, легкость и др.) они успешно конкурируют, в первую очередь с металлом и стеклом в производстве автомобилей, предметов бытового потребления, электронной/электротехнической промышленности. Поликарбонаты - линейные полиэфиры угольной кислоты и двухатомных фенолов. В зависимости от природы, поликарбонаты могут быть алифатическими, жирноароматическими и ароматическими. Практическое значение получили только ароматические поликарбонаты. Поликарбонаты относятся к аморфным, инженерным пластикам. Композиции на его основе – к специальным полимерам. Таблица 1.1 Физико-химические свойства поликарбонатов | Свойства | Единица измерения | Значение | | Плотность | кг/м3 | 1200 | | Разрушающее напряжение,. при: | МПа | | | - растяжении | | 58-78 | | - изгибе | | 80-110 | | - сжатии | | 80-90 | | Относительное удлинение при разрыве, | % | 90 | | Ударная вязкость | кДж/м2 | 120-140 | | Твердость по Бринеллю | МПа | 110-160 | | Теплостойкость по Мартенсу | °С | 115-130 | | Диэлектрическая проницаемость при 106 | | 2,6 | | Тангенс угла диэлектрических потерь при 106 Гц, х104 | | 8*10-3 | | Электрическая прочность | МВ/м | 18-22 | Термические, оптические, механические свойства поликарбонатов Обладают высокой жесткостью и прочностью в сочетании с очень высокой стойкостью к ударным воздействиям в том числе при повышенной и пониженной температуре. Поликарбонаты оптически прозрачны, морозостойки. Поликарбонаты выдерживают кратковременный нагрев до 153 о С (PC-HT - до 160-220 о С). Выдерживает циклические перепады температур от -253 до +100 о С. Интервал температур длительной эксплуатации: от -100 до 115-130 о С. Температура стеклования: 140-155 о С (для PC-HT - до 220 о С). Химические свойства поликарбонатов Поликарбонаты самозатухают; растворяются в большинстве органических растворителей, например метиленхлориде, хлороформе, дихлорэтане. Устойчивы к действию кислот, растворов солей, окислителей. Не стоек к щелочам, концентрированным кислотам, органическим растворителям. Растворяются в метиленхлориде, дихлорэтане. Не стойки к действию УФ-излучения (падает ударопрочность, относительное удлинение), к длительному воздействию горячей воды. Биологически инертны. Подвергаются стерилизации. Склонен к гидролизу, требует хорошей сушки перед переработкой. Перерабатываются поликарбонаты всеми обычными для термопластов методами (например, литьём под давлением, экструзией, прессованием). Детали с высокими остаточными напряжениями легко растрескиваются при действии бензина, масел. Имеет высокую размерную стабильность, незначительное водопоглощение.
1.2 Технологии производства поликарбонатов В промышленности поликарбонаты получают методом: - поликонденсации - метод синтеза полимеров, основанный на реакциях замещения взаимодействующих между собой мономеров и/или олигомеров и сопровождается выделением побочных низкомолекулярных соединении; - переэтерификацией (общее название процессов алкоголиза, ацидолиза и двойного обмена сложных эфиров) диарилкарбонатов (например, дифенилкарбоната) ароматическими диоксисоединениями (нефосгенный способ). В качестве диоксисоединения используют главным образом 2,2-бис-(4-оксифенил) пропан (диан, бисфенол А). До настоящего времени основным промышленным способом производства поликарбонатов остается способ, основанный на межфазной поликонденсации. По этой технологии производится более 80% поликарбоната в мире. Отечественная технология также основана на межфазной поликонденсации бисфенола А с фосгеном. Данный метод заключается во взаимодействии динатриевой соли бисфенола А и фосгена в присутствии оснований. Взаимодействие практически необратимо. Данный метод имеет существенные недостатки, связанные с высокой токсичностью реагента, образованием побочных продуктов и необходимостью проведения тщательной очистки образующегося полимера от исходных реагентов и побочных продуктов. Новейшие технологии ориентируются на нефосгенный способ выпуска. Данный метод основан на взаимодействии дифенилолпропана и диметилового эфира угольной кислоты (ДМУК). Использование ДМУК дает возможность перевести технологический процесс получения ПК из жидкой фазы в расплав, избавиться от экологически опасного фосгена и значительно увеличить объемы производства. По всем показателям, кроме энергетических затрат, бесфосгенный метод превосходит традиционный. Однако к числу недостатков нетрадиционной технологии относится побочное выделение анизола, который не находит применения, поскольку его мировое потребление меньше 7 тыс. тонн, и материал отправляется на сжигание. Кроме того, по бесфосгенной технологии нельзя получить ряд марок поликарбоната, в частности, высокомолекулярный поликарбонат и сополимеры на основе поликарбоната.
1.3 Композиции на основе поликарбонатов Композиции ПК можно разделить на две основные группы: 1. композиты ПК с другими полимерами; 2. армированный ПК 1.3.1 Композиты ПК с другими полимерами 1.3.1.1 Композит ПК/АБС Другие обозначения: PC + ABS, ABS/PC, PC/ABS. Ударопрочный аморфный материал. Имеет большую теплостойкость, чем АБС (теплостойкость повышается при увеличении содержании поликарбоната). Выдерживает кратковременный нагрев без нагружения до 130 - 145 о С, с нагружением до 100 - 110 о С (стеклонаполненные марки до 130 - 140 о С). Макс. температура длительной эксплуатации: 60 - 95 о С. Температура хрупкости: -50 о С. Повышение содержания поликарбоната увеличивает ударопрочность, морозостойкость. Имеет хорошую химическую стойкость. Стоек к спиртам, воде, растворам солей и маслам. Может растрескиваться при действии щелочей, алифатических углеводородов, хлорированных углеводородов. Хорошо перерабатывается (по сравнению с ПК). Имеет высокую размерную стабильность. Рекомендуется для точного литья. Отличается малым короблением. Хорошо сваривается (трением, горячей плитой, ультразвуком). 1.3.1.2 Композит ПК/АСА Другие обозначения: ASA+PC, PC+ASA ASA/PC, PC/ASA. Смесь поликарбонатов и сополимера акрилового эфира, стирола и акрилонитрила (АСА-сополимер) представляет собой ударопрочный атмосферостойкий материал. Выдерживает кратковременный нагрев до 110 - 140 о С. Макс. температура длительной эксплуатации: 110 - 115 о С. Повышение содержания ПК обеспечивает большую ударопрочность. АСА придает композиции большую атмосферостойкость и улучшает перерабатываемость. Имеет высокую стойкость к ударным нагрузкам в широком диапазоне температур. Устойчив к действию УФ-излучения. Характеризуется высокими диэлектрическими свойствами. Имеет высокую химическую стойкость. 1.3.1.3 Композит ПК/ПБТ Другие обозначения: PC+PBT, PBT+PC, PC/PBT, PBT/PC. Смесь поликарбонатов и полибутилентерефталата - ударопрочный химически стойкий материал. Добавление полибутилентерефталата увеличивает химическую стойкость поликарбоната, в том числе к бензину, маслам, автомобильным лакам, растворителям, воскам, кислотам. Обладает высокой прочностью, стойкостью к ударным нагрузкам в том числе при низких температурах, стойкостью к статическим нагрузкам и вибрациям. Стоек к солевому туману. Имеет низкое водопоглощение и высокую стабильность размеров в широком интервале температур. По сравнению с ПБТ имеет небольшую усадку. 1.3.1.4 Композит ПК/ПЭТ Другие обозначения: PC+PET, PET+PC, PC/PET, PET/PC. Смесь ПК и полиэтилентерефталата представляет собой ударопрочный химически стойкий материал. Добавление PЭT увеличивает химическую стойкость поликарбонатов, в том числе к бензину, моторным маслам, смазкам, бытовым моющим и чистящим средствам. Обладает высокой прочностью, стойкостью к ударным нагрузкам в том числе при низких температурах. По сравнению со смесями ПК+ПБТ, смеси ПК+ПЭТ более теплостойки. Имеет хорошие диэлектрические свойства. Имеет низкое водопоглощение и высокую стабильность размеров в широком интервале температур. 1.3.1.5 Композит ПК/ПММА Другие обозначения: PMMA + PC, PMMA + PC, PC/PMMA, PMMA/PC, PC/Acrylic, Acrylic/PC. Смесь ПК и полиметилметакрилата – это аморфный материал. Макс. температура долговременной эксплуатации: 60 - 105 о С. Имеет высокую прочность, жесткость, ударопрочность. Характеризуется хорошими диэлектрическими свойствами. Имеет высокую атмосферостойкость. Имеет лучшую перерабатываемость по сравнению с ПК, АБС/ПК. 1.3.1.6 Композит ПК/АЭС Другие обозначения: AES+PC, PC+AES, PC/AES, AES/PC Данный композит представляет собой смесь поликарбонатов и акрило-нитрил-этилен-стирола (АЭС-сополимер) с изменяемой ударопрочностью. Этот полимер имеет хорошую ударопрочность при низких температурах, которая намного выше, чем у аналогичного по применению термопласта AСA – акрилонитрил-стирол-акрилат сополимер или полимерных смесей ПК/AСA. Другие свойства ПК/АЭС, как температурная стойкость и текучесть, являющаяся важным параметром для переработчиков пластмасс сопоставимы с популярными марками ПК/AБС. 1.2.3 Армированный поликарбонат В качестве армирующего наполнителя используются такие нетканые материалы как стекловолокно (стеклонаполеннный ПК), волокна из нержавеющей стали и др. Армированный поликарбонат имеет повышенную термостойкость (до 220 ° С), твердость (до 250 Мн./м2). Модуль упругости при растяжении достигает 7,5 Гн/м2. Следует оговориться, что в настоящем исследовании речь пойдет собственно о поликарбонатах.
1.4 Специализация переработки поликарбонатов Различают следующие типы специализации переработки поликарбонатов: Ø 125-640 мкм – пленка из поликарбонатов; Ø 1-35 мм – листы ПК; Ø применение непосредственно ПК-грануляра 1.4.1 Пленка из поликарбонатов Это пленка обладает следующими характеристиками: размерная стабильность; не рвущаяся; нескользящая; устойчивая к механическому повреждению; долговечная; стойкость к химическим и бытовым чистящим средствам; прозрачность материала, минимальное помутнение и пожелтение; восприимчивость к тиснению. В зависимости от требований заказчика применяются прозрачные (полированные), полупрозрачные и матовые пленки различной толщины, имеющие различную степень устойчивости к температурам и агрессивным средам. Используется пленка в качестве материала для печати на следующих рынках: панели приборов (автомобили и т.п.), панели приборов для бытовой техники, шильды, этикетки/маркировки продукции. Поликарбонатная пленка может также использоваться для производства мембранных клавиатур, информационных табличек промышленного применения, для ламинирования ковриков для мышек, а также как защитная плёнка фотографических и печатных изображений, для рабочих поверхностей, металлических полок, дисплеей и т.д. Пленки поликарбонатов применяются в качестве диэлектрика конденсатора, как светоотражающий материал для дорожных знаков, номерных знаков автомобилей. Также пленки ПК используются в рекламных материалах: в качестве лицевой стороны световых коробов, в качестве элемента для напольной графики и др. 1.4.2 Листы из поликарбонатов В данную группу входит монолитный, сотовый (структурированный, ячеистый) и профилированный (гофрированный) поликарбонат. 1.4.2.1 Монолитный поликарбонат (толщина от 1 до 12 мм.) Благодаря своей высокой ударной прочности в сочетании с хорошими оптическими свойствами, главным образом, используется как защитное остекление (жилых и промышленных зданий, спортивных сооружений, объектов сельскохозяйственного назначения, больниц, магазинов, крытых автостоянок, а также при изготовлении защитных экранов, щитов и ограждений для служб правопорядка). Он является идеальным материалом для элементов криволинейной формы, которые получают путем горячего формования. Однако, в горизонтальных перекрытиях сегодня его используют реже. В первую очередь это связано с его стоимостью, которая значительно выше стоимости сотового поликарбоната – более популярного строительного материала. К тому же этот материал не обеспечивает такой теплоизоляции, как сотовый. 1.4.2.2 Структурированный поликарбонат (толщина от 4 до 35 мм.) Представляет собой светопрозрачные панели, слои которых соединены продольными ребрами жесткости. Панели сотового поликарбоната обладают высокой степенью прозрачности. В зависимости от толщины они пропускают до 88% видимой части светового спектра, что зачастую превышает светопропускание стандартных силикатных стекол. Светопропускание панели практически не снижается при долговременной эксплуатации на открытом воздухе. Жесткое ультрафиолетовое излучение практически не проходит сквозь панель. Кроме того, осуществляется защита отделочных материалов и предметов интерьера от выгорания. Ударная стойкость поликарбонатов, в зависимости от сравниваемых материалов, от 100 до 200 раз выше, чем у обычного стекла, и в 8-10 раз - чем у акрила (оргстекла). Воздушная прослойка в панелях сотового поликарбоната - великолепный теплоизолятор. Даже самые тонкие панели (4 мм) почти в два раза превосходят по степени теплоизоляции простое остекление. При этом экономия энергии достигает 30% по сравнению с традиционным остеклением. Гибкость листов делает их идеальным материалом для покрытия сооружений сложной геометрической формы. Благодаря высокой вязкости поликарбонат поддается изгибу даже в холодном состоянии - он гнется вдоль сот без термообработки, что значительно снижает стоимость сооружения. Ячеистый поликарбонат воспламеняется только в открытом огне и является самозатухающим материалом. 1.4.2.3 Профилированный поликарбонат Производится в виде листов с различным профилем волны: в виде трапеции и гладкой волны. Материал может использоваться в качестве основного кровельного или стенового, для изготовления пристроек, садовых навесов, купольных сводов, изгородей, кровли и стен теплиц, оранжерей, навесов над летними кафе и зонами отдыха, для перекрытия автостоянок, рынков, световых фонарей и т.д. Имеет широкий температурный диапазон применения - 40°С +120°С. Профилированные панели поликарбонат имеют светопропускание 90%, антиконденсатное покрытие (ANTI-FOG), которое предотвращает образование капель воды на внутренней стороне панели.
1.5 Основные отрасли – потребители поликарбонатов Изобретенный в конце XIX века, поликарбонат сначала нашел применение в электротехнике благодаря хорошим электроизоляционным свойствам. Но в дальнейшем его стали использовать во многих областях, где необходимы были такие качества поликарбонатов, как высокая прозрачность, стойкость к нагрузкам и ударам, высокая стойкость к кислотам и щелочам, теплостойкость, температурная стабильность. Биологическая инертность позволила использовать поликарбонат в медицине. 1.5.1 Применение поликарбонатов в строительстве С помощью поликарбонатов создают светопропускающие кровли, арочные перекрытия, козырьки, навесы, автобусные остановки, защитные шумоизоляционные экраны/стены; Парковки, велосипедные стоянки, пешеходные галереи и др. Также с применением ПК производят остекление зимних садов, спортивных сооружений, торговых центров, АЗС, бассейнов, заполнение офисных перегородок и др. 1.5.2 Применение поликарбонатов в индустрии оптических носителей Поликарбонат широко применяется для производства как стандартных оптических носителей информации - компакт-дисков (аудио или ROM), так и для новейших разработок - CD-R, CD-RW, DVD, MO и PD. 1.5.3 Применение поликарбонатов в системах связи, электротехнике и электронике Из поликарбонатов изготавливают детали электронных аппаратов и цветных телевизоров, каркасы для катушек, клемные панели, корпуса и крышки батарей, телефонные аппараты, корпуса электроинструментов, мобильных телефонов, конденсаторов, электроизоляторов, многоконтактные штепсельные разъемы, реле времени, аппаратуру для телесвязи и др. Также поликарбонатные пленки применяются для защиты панели приборов в бытовой технике, мембранных клавиатур и др. 1.5.4 Другие области применения поликарбонатов Поликарбонат применяется для изготовления светотехнических деталей светофильтров, светорассеивающих колпаков, панелей шахтных светильников, дорожной сигнализации, фонарей, телефонных дисков. Из ПК изготавливают корпуса киносъемочных камер, фотокамер и биноклей. Также ПК применяется в автомобильной промышленности – для изготовления фар, автостекл и др. В оптике ПК используется для изготовления линз. В рекламной деятельности поликарбонатная пленка применяется в качестве лицевой стороны световых коробов, элемента для напольной графики и др.
| 
