Поликарбонат (ПК) — это многоцелевой прочный пластик, который может быть использован в совершенно различных отраслях промышленности, начиная от изготовления пуленепробиваемых окон, заканчивая компакт-дисками. Этот материал известен своей очень высокой прочностью, при легком весе, и своими физическими качествами, что делает возможным его использование для достижения различных производственных целей. Важно знать, что ПК в три раза легче акрила и в шесть раз легче стекла. Несмотря на то, что ПК более дорогой материал, чем акрил или стекло, производственники применяют его для изготовления различных продуктов.
Кратко рассмотрим историю открытия поликарбоната, его физико-механические и химические свойства, которые определяют его использование для изготовления изделий в различных отраслях промышленности.
Датой открытия поликарбоната принято считать 1898 год, когда немецкий химик Айнхорн в попытке получить цикличный карбонат путем смешивания гидрохинона и хлорокиси углерода, извлек твердое и жаростойкое соединение. В 1902 году Бискофф и Хеденстром открыли высокомолекулярный перекрестно-соединенный ПК. Лаборатории Bayer производили термопластичный высокомолекулярный ПК до 1953 года. Позже, в 1960 году Bayer и GeneralElectric совместно с независимыми разработчиками запустили производство поликарбоната на коммерческой основе.
Являясь одним из самых широко используемых термопластичных полимерных материалов, поликарбонат становится самым быстро растущим по востребованности материалом, спрос которого превышает 1,5 миллиона тонн в год. ПК относится к материалам конструкционного назначения; он характеризуется высокими прочностными характеристиками, особенно при действии ударных нагрузок, низким водопоглощением, высокими диэлектрическими характеристиками, высокой оптической прозрачностью (светопропускание выше 80%). Температурный интервал эксплуатации ПК достаточно широк (от -100 до +135°С). Таким образом, этот материал является термически устойчивым для температур выше 135° и относится к классу медленно воспламеняющихся веществ. ПК доступен в различных видах, в зависимости от сферы применения и способов переработки.
Универсальность применения поликарбоната
Изменения и новые тенденции в индустрии пластмасс сделали ПК одним из самых востребованных материалов. ПК применяется почти в каждой отрасли промышленности, начиная с авиационной, заканчивая пищевой.
Поликарбонат в электрике и электронике
ПК не проводит электричество. И такое свойство вместе с лёгкостью и прозрачностью позволяет применять его при изготовлении изолирующих материалов и элементов, а также для изготовления электроприборов различного назначения. Эти изделия не впитывают влагу и не меняют своих характеристик в различных условиях, а это позволяет применять его в устройствах высокоточных приборов. Применение поликарбоната в сфере высоких технологий позволяет изготавливать экраны телевизоров, мониторов, телефонов, очень востребован для изготовления жёстких дисков для персональных компьютеров.
Электрическое и электронное применение в сфере вычислительных машин и рынке телекоммуникаций сменилось применением на оптическом медийном рынке в лице компьютеров и аудио-компакт-дисков и других компонентов персональных компьютеров. Далее на смену приходят компоненты, которые должны иметь зеркальную и облицовочную поверхность. Требования к потенциальной температурной сопротивляемости, к высокой температурной устойчивости, пластичности и прочности для тонких участков, требование к невоспламеняемости — это все те требования, которые предъявляются к материалам, используемым в сфере электрики и электроники. Все выше перечисленные требования увеличили спрос на поликарбонат с тех пор, как он позволил извлекать выгоду из своих безопасных свойств.
В 2011 году объем использования поликарбоната составил 20% на рынке электроники и 18% на медийном рынке (CD-/DVD-диски). Это произошло только потому, что ПК полностью удовлетворяет таким требованиям безопасности, как термоустойчивость и электроизоляция. А такие свойства, как легковесность, прочность и ударостойкость, делают поликарбонат идеальным материалом для изготовления домашних телефонов, компьютеров, зарядных устройств, факсов, пейджеров, коннекторов, корпусов аккумуляторов и всего того, что может быть подвержено ударам, случайным падениям и появлениям царапин в повседневной эксплуатации.
Поликарбонат в строительных материалах
В тех сферах строительства, где могут быть использованы детали из полимерных материалов, взамен других материалов, используют ПК. Таким образом, 18% потребления ПК приходится на производство строительных материалов — листов, кровли, звукоизолирующих стен. Например, двустенные листы ПК Lexan Dripgard, которые были разработаны компанией SABIC могут гарантировать защиту от УФ-излучения, высокую светопропускаемость, ударопрочность, долгий срок службы и устойчивость к образованию конденсата. Продукты из ПК, изготовленные для строительных целей, являются надежными и безопасными при эксплуатации, это подкреплено высоким гарантийным сроком от производителей.
Крыши, кровля для прогулочных мест и навесы из ПК становятся трендом на строительном рынке, благодаря его солнцезащитным свойствам. УФ-стабилизаторы помогают защитить материал от солнечных лучей и обеспечивают ему долгий срок службы.
Поликарбонат в автомобилестроении и в строении воздушных судов
Основными факторами, обусловливающими значительное внедрение пластмасс в конструкцию автомобилей, являются:
- Машина становится легче, а это означает, что снижается расход топлива.
- Открывается возможность для новых конструкционных решений, поскольку термопластичные полимеры легко поддаются переработке и, следовательно, позволяют воплотить любые дизайнерские идеи. Благодаря этому можно получать детали самых хитроумных форм и цветов без дополнительных операций по механической обработке и окраске.
- Применение пластиков помогает не только отказаться от дорогостоящих цветных металлов и нержавеющих сталей, но и сократить энерго- и трудозатраты в процессе производства, а значит, снизить стоимость автомобиля.
- Высокая степень огнестойкости и широкий температурный диапазон работы делают поликарбонат способным подстраиваться под различные климатические условия.
- Исключительная прочность, по сравнению с другими неметаллическими изделиями. Повышение долговечности и эксплуатационных характеристик автомобиля
ПК имеет более низкий вес по сравнению со стеклом. Вес листа ПК толщиной 5 мм составляет 6 кг/м2, в то время как вес стекла LSG такой же толщины в два раза больше. Например, использование поликарбонатных листов Lexan производства Sabic позволяет снизить вес машины до 30 кг. И Bayer MaterialScience, и Sabic Innovative Plastics концентрируют свои силы на развитии четырех сегментов: модули крыши, боковые подъемные окна, лобовое и заднее стекла.
Также ПК в автомобилестроении применяется для изготовления элементов освещения, передних фар, внутреннего облицовочного покрытия, панели приборов и внешних частей, таких как бамперы и накладки кузова. ПК применяется и для изготовления таких деталей, как защитные экраны, внутренние и внешние указатели, архитектурное остекление, полки, светильники, световые люки и другие внутренние, лицевые поверхности средств передвижения.
В 2011 году использование ПК в сфере машиностроения составляет 12% и таким образом занимает третье место в общем объеме потребления материала. Авиационная и военная промышленности становятся потребителем ПК по причине его высокой прозрачности, мягкости и пластичности даже на толстых участках изделий. Примером может послужить пуленепробиваемое стекло, где пластичные свойства ПК путем растягивания и деформации забирают на себя ударную силу пули.
Поликарбонат в легкой промышленности
Говоря об использовании поликарбоната в легкой промышленности, нужно принимать во внимание не только изготовление продукции, но и различные виды упаковки. Инструменты, детские бутылочки, мебель, диспенсеры для воды, оборудование для сада-огорода, спортивные, медицинские товары — это лишь несколько примеров того, что изготавливается из поликарбоната. Эксплуатационная выгодность применения изделий из ПК подтверждается его долговечностью, внешним видом и экономической эффективностью.
Поликарбонат на медицинском рынке
В 1960-х годах поликарбонат под маркой BisphenolA становится экономически доступен и начинает использоваться для изготовления медицинского оборудования. Благодаря своим физическим свойствам ПК заменяет стекло и металл в различных видах продукции, гарантируя необычное соотношение прочности, твердости и пластичности. Все это помогает избегать использования потенциально опасных для жизни материалов в медицинской сфере. Оборудование для гемодиализа, изделия для сердечно-сосудистой хирургии, хирургические инструменты, компоненты для капельниц и множество других не менее важных продуктов, которые изготавливаются с использованием ПК. Необходимо отметить, что ПК отвечает всем основным требованиям, предъявляемым современной медицинской сферой. К таким требованиям можно отнести: жировую устойчивость, жаропрочность, устойчивость к облучению.
В медицинской сфере очень важна биологическая совместимость материалов, которые имеют прямой и непрямой контакт с пациентом. Изделия из ПК способны обеспечить прозрачность и четкую видимость, которая является неотъемлемым критерием при исследовании тканей, крови и других жидкостей. Все перечисленные свойства ПК были протестированы и подтверждены стандартами ISO 10993-1 и стандартами USP Class VI.
Компания AetnaPlasticsCorporation является производителем ПК для различных сфер применения. Выпускается ПК под марками Makrolon и Lexan. Ассортимент включает в себя: ПК, отвечающий требованиям пищевой промышленности, абразивно-устойчивый ПК, термоустойчивый ПК, поликарбонат общего назначения, ПК для машиностроения, для изготовления оптики, обладающий солнцезащитными свойствами, ПК для изготовления панелей и множество других марок.
Согласно данным IHSChemical 2012, проводившим исследования ПК и АБС, ожидаемый прирост в востребованности ПК составит немногим меньше 5% в течении последующих 5 лет, достигнув показателя в 4,5 миллиона метрических тонн к концу 2016 года. Например, потребление ПК в США в 2011 году составило 360 тысяч тонн. В свою очередь Китай становится главным заказчиком ПК, выдвигая Азию на первое место и сдвигая Европу на второе среди крупнейших потребителей материла.
Сейчас ПК занимает уникальную нишу во всех отраслях промышленности. Инженеры и производственники с легкостью начинают производство изделий из ПК в мировых масштабах. В завершении, необходимо отметить, что сейчас самое время для того, чтобы представить ПК как достойного конкурента привычным материалам (стекло, металлы и т.д.), в тех сферах применения, где они всегда были в приоритете.
