Introduzione: Il policarbonato è un polimero che combina una serie di vantaggi per realizzare materiali che sono più in processo di stampaggio a iniezione in linea con la società moderna. I materiali in policarbonato sono utilizzati in molti campi, come l'edilizia, le automobili, la medicina, le infrastrutture, le navi, il settore aerospaziale, ecc.

Sta scalzando molti materiali tradizionali e sta diventando un nuovo materiale molto popolare. Questo articolo vi dirà tutto quello che c'è da sapere sulle resine plastiche di policarbonato per lo stampaggio a iniezione.

Che cos'è il policarbonato?

Il PC è un tipo di plastica che presenta gruppi carbonati nella sua struttura chimica.

Le resine di policarbonato sono utilizzate in applicazioni che richiedono forza, resistenza al calore e tenacità e sono disponibili in una varietà di colori trasparenti e opachi. Queste resine sono spesso trasformate in prodotti finiti mediante stampaggio a iniezione o termoformatura.

I policarbonati sono utilizzati nei prodotti elettronici perché isolano l'elettricità, resistono al calore e bloccano le fiamme. Sono utilizzati anche nell'edilizia, nei trasporti, nell'aviazione e nelle automobili. Ad esempio, sono ottimi per i coprifari delle auto perché non si rompono facilmente e sono lisci.

Quali sono i tipi di PC?

Classificazione in base alla struttura dell'estere

I policarbonati alifatici, come il carbonato di polietilene, il carbonato di politrimetilene e i loro copolimeri, hanno bassi punti di fusione e temperature di transizione vetrosa, scarsa resistenza e non possono essere utilizzati come materiali strutturali.

Tuttavia, grazie alla loro biocompatibilità e biodegradabilità, possono essere utilizzati in vettori a rilascio prolungato di farmaci, suture chirurgiche, materiali di supporto osseo e altre applicazioni.

Policarbonato aromatico: Il policarbonato aromatico è il miglior tipo di policarbonato ed è il più importante.

Policarbonato alifatico-aromatico: È una combinazione di policarbonato alifatico e aromatico, ma non è molto utilizzato nei tecnopolimeri.

Classificazione per prestazioni e utilizzo

Le pellicole e le lastre di policarbonato sono una delle forme principali in cui viene utilizzato. Può essere ulteriormente suddiviso in più tipi in base a prestazioni e utilizzi diversi:

Pellicola PC trasparente: Ha i vantaggi dell'elevata trasparenza, dell'alta resistenza, dell'alta resistenza al calore e agli agenti atmosferici. Viene utilizzato principalmente per lenti ottiche, pannelli di visualizzazione, schermi televisivi a schermo piatto, schermi di telefoni cellulari e altri settori.

Pellicola PC smerigliata: utilizzata soprattutto in occasioni di luce morbida e resistente all'usura, come pannelli, etichette, targhette, cruscotti, pannelli decorativi in-mold, ecc.

Pellicola PC per la stampa: Si stampa bene ed è piatta. Viene utilizzato per etichette elettroniche, interruttori a membrana, pannelli e altro.

Pellicola PC ignifuga: È ottimo per non prendere fuoco. Viene utilizzato per l'isolamento di sistemi di alimentazione, unità disco, tastiere, TV, monitor, schede madri di computer e altro.

Pellicola PC di grado ottico: Ha una buona purezza ottica, prestazioni di trasmissione della luce e resistenza all'ingiallimento ed è particolarmente adatto per i settori dei display e delle lenti ottiche.

Pellicola funzionale per PC: Ha diverse funzioni speciali, come antistatica, protezione UV, indurimento, antibatterica, protezione della privacy, ecc. ed è ampiamente utilizzata nell'edilizia, nelle automobili, nelle apparecchiature mediche e in altri settori.

Altri tipi

Oltre alla classificazione di cui sopra, il policarbonato può essere classificato anche in base ad altri standard, come ad esempio stampaggio a iniezione PC di grado, PC di grado estrusione, ecc. con diversi processi di produzione; lega PC/ABS, PC/materiali rinforzati con fibre di vetro, ecc. con diversi materiali di rinforzo.

Quali sono le proprietà del PC?

Proprietà termiche

Il policarbonato è una buona plastica resistente al calore tra i materiali plastici per l'ingegneria generale. La sua temperatura di decomposizione è superiore a 300°C e la sua temperatura di lavoro a lungo termine può raggiungere i 120°C. Ha anche una buona resistenza al freddo. La sua temperatura di fragilità è pari a -100°C. La sua temperatura di utilizzo a lungo termine è di 60~120°C.

Proprietà elettriche

Il policarbonato ha una piccola polarità molecolare, un'elevata temperatura di transizione vetrosa e un basso assorbimento d'acqua, per cui presenta eccellenti proprietà di isolamento elettrico, vicine o equivalenti a quelle del PET, che è sempre stato considerato un eccellente isolante elettrico.

L'isolamento elettrico del policarbonato è strettamente legato alla temperatura, all'umidità, alla frequenza del campo elettrico e allo spessore del prodotto.

Proprietà chimiche

Il policarbonato (PC) è un poliestere dell'acido carbonico. L'acido carbonico di per sé non è stabile, ma i suoi derivati (come fosgene, urea, carbonati, carbonati) hanno una certa stabilità.

Proprietà fisiche

Densità: 1,18-1,22 g/cm3

Tasso di espansione lineare: 3,8×10-5 cm/°C

Temperatura di deformazione termica: 135°C

A bassa temperatura -45°C, il policarbonato è incolore e trasparente, resistente al calore, agli urti, ignifugo di grado BI e ha buone proprietà meccaniche entro la normale temperatura di utilizzo.

Proprietà del flusso

Le catene molecolari sono difficili da far scorrere, la viscosità della fusione è elevata, la fluidità è scarsa e la stampaggio a iniezione la lavorabilità è scarsa. La viscosità di fusione del policarbonato aumenta con l'aumentare della massa molecolare relativa. Durante lo stampaggio, è spesso più efficace migliorare il suo stato di fluidità regolando la temperatura piuttosto che modificare la velocità di taglio.

Proprietà ottiche

Il policarbonato è un materiale non cristallino. Il policarbonato puro è incolore e trasparente, con una buona trasmittanza luminosa. Tuttavia, la sua durezza superficiale è scarsa, la sua resistenza all'usura è scarsa e la sua superficie è facile che diventi pelosa, il che influisce sulle sue proprietà di induzione della luce.

Proprietà meccaniche

Il policarbonato possiede ottime proprietà meccaniche ed elettriche, in particolare la resistenza agli urti e la stabilità dimensionale. Può mantenere un'elevata resistenza meccanica in un ampio intervallo di temperature. I suoi svantaggi sono la scarsa resistenza alla fatica e alla canapa e la maggiore probabilità che si verifichino cricche da stress.

La resistenza all'urto del policarbonato è una delle migliori tra le plastiche per l'ingegneria generale e tutte le resine termoplastiche, e il suo valore è simile a quello del poli FET 45% rinforzato con fibra di vetro. I principali fattori che influenzano la resistenza all'urto del policarbonato sono il peso molecolare, il raggio di intaglio, la temperatura e gli additivi.

Degenerazione: La resistenza del policarbonato alla degenerazione è piuttosto buona tra i tecnopolimeri termoplastici, persino migliore di quella del nylon e del poliuretano. La variazione dimensionale e la deformazione a freddo causata dall'acqua sono molto ridotte. Questo è un segno importante della sua eccellente stabilità dimensionale.

Quali sono i vantaggi del PC?

Resistenza agli agenti atmosferici

Il materiale PC ha un'eccellente resistenza agli agenti atmosferici e può mantenere prestazioni eccellenti in condizioni esterne. Ha una forte resistenza ai raggi UV, agli ossidanti e ad altri fattori ambientali.

Resistenza alla temperatura

La temperatura di transizione vetrosa e la temperatura di fusione sono elevate e la resistenza alla temperatura è elevata. La sua temperatura di decomposizione è superiore a 300°C e la temperatura di lavoro a lungo termine può raggiungere i 120°C. Allo stesso tempo, ha una buona resistenza al freddo e la temperatura di fragilità è pari a -100°C. La sua temperatura di utilizzo a lungo termine è compresa tra -60 e 120°C.

Resistenza chimica

Il materiale PC ha un'elevata resistenza a molte sostanze chimiche, tra cui alcoli, chetoni e acidi. Tuttavia, ha una debole resistenza ad alcuni solventi (come i chetoni).

Elevata resistenza e rigidità

Il materiale PC ha un'elevata resistenza e rigidità, molto superiore a quella delle plastiche ordinarie come ABS e PVC. Ciò rende il PC una scelta ideale per la realizzazione di componenti che richiedono un'elevata durata e resistenza agli urti.

Buona stabilità dimensionale

Il PC ha una migliore resistenza allo scorrimento rispetto ad altri tecnopolimeri termoplastici come PA e POM. Presenta una variazione dimensionale e una deformazione a freddo molto basse dovute all'assorbimento di acqua e ha un basso tasso di ritiro, quindi ha una buona stabilità dimensionale.

Resistenza all'invecchiamento e alla fiamma

Il policarbonato resiste bene anche all'invecchiamento termico. Se si mette la pellicola all'aria per un lungo periodo e la si riscalda, la sua alterazione è minima. Tuttavia, se il policarbonato viene esposto a lungo alla luce solare, all'ossigeno e al vapore acqueo, soprattutto a temperature elevate, e contiene alcune impurità, si degrada.

Il policarbonato è infiammabile, con una fiamma di colore giallo chiaro e fumo nero/indice di solo 25%, che si spegne quando è lontano dalla fonte di incendio. In genere, per migliorare il ritardo di fiamma vengono aggiunti alogenuri, triossido, idrossido di magnesio, acido fosforico e fosforo rosso.

Buona trasparenza e brillantezza

I materiali PC hanno un'eccellente trasparenza e brillantezza e possono essere modificati per ottenere diversi colori ed effetti superficiali. Questo lo rende una scelta ideale per la produzione di prodotti che richiedono un'elevata trasparenza.

Quali sono gli svantaggi del PC?

Sebbene i materiali PC presentino molti vantaggi, hanno anche molti svantaggi:

Bassa resistenza alla fatica

Le lastre di policarbonato possono sopportare solo un piccolo carico per lungo tempo, quindi non sono adatte ad applicazioni che richiedono una pressione continua o ad alta intensità. La bassa resistenza alla fatica delle lastre di policarbonato può causare un degrado delle prestazioni o un guasto durante l'uso a lungo termine.

Non resistente agli acidi e agli alcali

Il policarbonato non è resistente agli acidi e agli alcali e reagisce chimicamente con gli acidi e gli alcali, causando la corrosione della superficie della lastra. Pertanto, l'uso delle lastre di PC può essere limitato in ambienti che richiedono il contatto con acidi o alcali forti. Va notato che il policarbonato può resistere agli acidi deboli, ma non può entrare direttamente in contatto con gli acidi forti.

Scarsa resistenza all'usura

I materiali PC hanno molta libertà nelle loro catene molecolari e molto spazio tra le catene. Sono facilmente influenzabili dalle forze esterne e si graffiano e si usurano facilmente.

I materiali PC hanno una bassa cristallinità molecolare e una disposizione relativamente disordinata delle catene molecolari, che facilita la formazione di microscopiche buche sulla superficie dei materiali PC, riducendone la resistenza ai graffi.

I materiali PC possono migliorare la loro autolubrificazione aggiungendo PTFE in polvere e la loro resistenza all'usura può essere migliorata aggiungendo fibra di vetro per aumentare la durezza.

Scarsa resistenza all'idrolisi

Poiché la catena molecolare contiene il gruppo -COO, il policarbonato può subire una reazione di idrolisi per generare l'acido o l'alcol corrispondente in presenza di acidi o alcali. Pertanto, il PC tradizionale ha una bassa stabilità all'idrolisi e non può essere utilizzato per prodotti sottoposti ripetutamente a vapore ad alta pressione.

Sensibile alle tacche

La sensibilità all'intaglio si verifica quando un prodotto si rompe lungo un intaglio (crollo, bava) sul bordo del prodotto quando viene applicata una forza. I prodotti in PC sono inclini a rompersi in presenza di un intaglio perché è difficile eliminare le sollecitazioni interne dei prodotti in PC.

Scarsa resistenza alla fessurazione da stress

Ma quando una forza esterna fa allineare le catene, queste non vogliono tornare allo stato originale e casuale. Questo rende difficile eliminare le tensioni all'interno del prodotto dopo lo stampaggio.

Quali sono le applicazioni del PC?

Industria dei materiali da costruzione

Le lastre di policarbonato hanno una buona trasmittanza luminosa, resistenza agli urti, resistenza alle radiazioni ultraviolette, stabilità dimensionale e buone prestazioni di stampaggio e lavorazione dei loro prodotti, il che le rende dotate di evidenti vantaggi tecnici rispetto al vetro inorganico tradizionalmente utilizzato nell'industria delle costruzioni.

La Cina ha costruito più di 20 linee di produzione di pannelli cavi in policarbonato per materiali da costruzione, con una domanda annuale di circa 70.000 tonnellate di policarbonato, che raggiungerà le 140.000 tonnellate entro il 2005.

Industria automobilistica

Il policarbonato è ottimo per le auto e i camion perché è robusto, resiste al calore, alle intemperie ed è duro. Viene utilizzato per produrre molti componenti diversi per auto e camion, ma soprattutto per luci, cruscotti, piastre riscaldanti, sbrinatori e paraurti realizzati con miscele di policarbonato.

In base ai dati dei Paesi sviluppati, la percentuale di policarbonato utilizzato nei settori dell'elettronica, dell'elettricità e dell'industria automobilistica è compresa tra 40% e 50%, mentre l'uso della Cina in questo campo è solo di circa 10%.

L'industria elettronica, elettrica e automobilistica sono i pilastri della Cina in rapido sviluppo e la domanda di policarbonato in questi settori sarà enorme in futuro. La Cina ha un gran numero di automobili e una grande domanda, quindi l'applicazione del policarbonato in questo settore ha un grande potenziale di espansione.

Apparecchiature mediche

Poiché i prodotti in policarbonato possono resistere al vapore, ai detergenti, al riscaldamento e alla sterilizzazione con radiazioni ad alte dosi senza ingiallire e senza degradare le prestazioni fisiche, sono ampiamente utilizzati nelle apparecchiature per l'emodialisi dei reni artificiali e in altre apparecchiature mediche che devono essere utilizzate in condizioni trasparenti e intuitive e devono essere ripetutamente sterilizzate.

Ad esempio, vengono utilizzati per produrre siringhe ad alta pressione, maschere chirurgiche, apparecchi dentali monouso, separatori di sangue e così via.

Aerospaziale

Con il rapido sviluppo dell'aviazione e della tecnologia aerospaziale, i requisiti per i vari componenti degli aerei e dei veicoli spaziali sono in costante aumento, il che ha portato a una crescente applicazione del PC in questo campo.

Secondo le statistiche, solo su un aereo Boeing vengono utilizzate 2.500 parti in policarbonato e un singolo aereo consuma circa 2 tonnellate di policarbonato. Sulle navicelle spaziali, vengono utilizzate centinaia di parti in policarbonato con diverse configurazioni e rinforzate da fibre di vetro e dall'equipaggiamento protettivo degli astronauti.

Imballaggio

Un nuovo punto di crescita nel settore del packaging è rappresentato da vari tipi di bottiglie per la conservazione dell'acqua che possono essere disinfettate e utilizzate ripetutamente.

Poiché i prodotti in policarbonato presentano i vantaggi della leggerezza, della buona resistenza agli urti e della trasparenza, nonché dell'assenza di deformazione e trasparenza in caso di lavaggio con acqua calda e soluzioni corrosive, le bottiglie in PC hanno completamente sostituito quelle in vetro in alcuni settori.

Si prevede che, con la maggiore attenzione alla qualità dell'acqua potabile, il tasso di crescita del policarbonato in questo settore rimarrà superiore a 10% e si prevede che raggiungerà le 60.000 tonnellate entro il 2005.

Inoltre, per la produzione di giocattoli di plastica di alta qualità, utilizziamo plastica stampaggio a iniezione e le resine per lo stampaggio a iniezione della plastica per garantire la precisione e la durata del prodotto finale.

Industria elettronica

Il policarbonato è un ottimo materiale isolante, perché ha un isolamento elettrico buono e costante in un'ampia gamma di temperature e umidità. Ha anche una buona resistenza alla fiamma e stabilità dimensionale, che lo rende utile in molte applicazioni elettroniche ed elettriche.

La resina di policarbonato è utilizzata principalmente per produrre tutti i tipi di macchinari per la lavorazione degli alimenti, gusci di utensili elettrici, corpi, staffe, cassetti di frigoriferi e parti di aspirapolvere. Inoltre, per i computer, i videoregistratori e i televisori a colori che richiedono componenti di alta precisione, i materiali in policarbonato sono molto preziosi.

Lente ottica

Il policarbonato è molto importante in questo campo perché ha un'elevata trasmittanza luminosa, un alto indice di rifrazione, un'alta resistenza agli urti, stabilità dimensionale e facilità di lavorazione e stampaggio. Le lenti ottiche realizzate in policarbonato ottico possono essere utilizzate in macchine fotografiche, microscopi, telescopi e strumenti di test ottici.

Possono essere utilizzati anche in lenti per proiettori cinematografici, lenti per fotocopiatrici, lenti per proiettori con messa a fuoco automatica a infrarossi, lenti per stampanti a raggio laser e tutti i tipi di prismi, riflettori sfaccettati e altre apparecchiature per ufficio ed elettrodomestici. La gamma di applicazioni è davvero ampia.

Un altro importante settore di applicazione del policarbonato nelle lenti ottiche è quello delle lenti per occhiali per bambini, occhiali da sole, occhiali di sicurezza e occhiali per adulti. Il tasso di crescita medio annuo del consumo di policarbonato nel settore dell'occhialeria mondiale è rimasto al di sopra del 20%, dimostrando una grande vitalità del mercato.

Industria della produzione di dischi ottici

Con la crescita dell'industria dell'informazione, i dischi ottici in policarbonato ottico si stanno sviluppando rapidamente come nuova generazione di supporti di memorizzazione di informazioni audio e video. Il policarbonato è diventato la principale materia prima per l'industria mondiale della produzione di dischi ottici grazie alle sue eccellenti caratteristiche prestazionali.

La quantità di policarbonato consumata dall'industria mondiale della produzione di dischi ottici ha superato le 20% del consumo complessivo di policarbonato e il suo tasso di crescita medio annuo supera le 10%.

La produzione di dischi ottici in Cina è cresciuta rapidamente. Secondo i dati diffusi dall'Amministrazione statale per la stampa e la pubblicazione, nel 2002 nel Paese c'erano 748 linee di produzione di dischi ottici, con un consumo annuo di circa 80.000 tonnellate di policarbonato di grado ottico, tutte importate.

Industria alimentare e delle bevande

Il PC (policarbonato) è comunemente utilizzato nell'industria alimentare e delle bevande, ad alto punto di fusione, nei contenitori anticollisione, negli imballaggi giapponesi, nelle bottiglie d'acqua e nei contenitori alimentari giapponesi. La scelta della pratica trasparenza e della durata lo rende sicuro e pratico.

Sintesi

Tra le resine plastiche, l'acrilonitrile butadiene stirene (ABS) e il polietilene ad alta densità (HDPE) sono comunemente utilizzati per fabbricare una varietà di prodotti, mentre il policarbonato (PC) offre maggiore trasparenza e resistenza al calore.

Il PC è un materiale termoplastico ad alte prestazioni con eccellenti caratteristiche di forza meccanica, resistenza al calore, trasparenza e isolamento elettrico. È ampiamente utilizzato nell'edilizia, nelle automobili, nei dispositivi medici, nel settore aerospaziale, nell'imballaggio, nell'elettronica, nelle lenti ottiche e altro ancora.

Sebbene abbia un'eccellente resistenza agli urti e stabilità dimensionale, presenta anche alcuni svantaggi, come la bassa resistenza alla fatica, la scarsa resistenza agli acidi e agli alcali e la scarsa resistenza all'usura. Tuttavia, il PC è versatile e adattabile e soddisfa le diverse esigenze di materiali dell'industria moderna.