Температура плавления поликарбоната, описание вещества, свойства, характеристики, применение

Поликарбонат с точки зрения химии является синтетическим полимером, его можно рассматривать сложным полиэфиром угольной кислоты и фенолов. Как известно, соли угольной кислоты называют карбонатами, отсюда же пошло название популярного сегодня полимера, образованное из двух частей - поли (что означает много) и карбонат.

Немного химии

Макромолекула поликарбоната имеет линейное строение. В общем виде ее формулу можно записать следующим образом:

Н-[-О-R-О-(С=О)-О-R-]_n-ОН.

В зависимости от типа заместителя R все поликарбонаты можно разделить на ароматические, жирноароматические и алифатические. Наибольшее применяемой из них сегодня является первая группа. Торговые названия ароматических поликарбонатов могут быть различными, но объединяют их сходные значения физико-механических показателей, такие как высокое светопропускание, малый удельный вес, относительно высокая температура плавления. Поликарбонаты, обладающие этими свойствами, содержат в своем составе множество бензольных колец (ароматических заместителей).

Достоинства поликарбонатов

• Прочность. Одним из самых известных свойств и весомым достоинством поликарбоната является его высокая сопротивляемость механическим ударам.
• Прозрачность. Благодаря высоким показателям светопропускания поликарбонаты успешно заменили силикатное стекло во многих сферах жизни и производства, поскольку обладают при этом еще и относительно малым весом.
• Термическая стойкость. Значения температур плавления (размягчения) поликарбонатов несколько отличаются друг от друга в зависимости особенностей строения макромолекулы, но, как правило, она превышает 200 °С.
• Термопластичность. Поликарбонат относится к такому типу полимеров, которые можно многократно переплавлять. При этом после затвердевания он будет восстанавливать свои свойства.
• Экологичность. Благодаря предыдущему свойству изделия из поликарбоната можно подвергать вторичной переработке.
• Пожаробезопасность. Температура возгорания существенно превышает температуру плавления поликарбоната, составляет она около 570 °С.
• Химическая стойкость. Благодаря этому свойству материал успешно применяется в различных агрессивных средах.

Недостатки

Стоит отметить, что все вышеперечисленные достоинства поликарбонат имеет лишь в том случае, если составляющие его макромолекулы имеют молекулярную массу более 25 000. В противном случае он весьма непрочен и обладает значительно более низкой температурой плавления. Поликарбона,т изготовленный с нарушением технологии, может содержать довольно высокое количество молекул с пониженной молекулярной массой, что негативно сказывается на его прочностных и эксплуатационных характеристиках.

Еще одним существенным минусом поликарбонатов, является их низкая устойчивость к действию ультрафиолета. Однако сегодня существуют технологии, позволяющие защитить полимер от прямого воздействия УФ-лучей. Обычно это делается с помощью защитных пленок, которые сплавляются с поликарбонатом на этапе изготовления изделия. Также ограничивающим фактором в применении поликарбоната является его высокое значение расширения при повышении температуры.

Физико-механические свойства

• Показатель преломления - 1,5850.
• Плотность (при 25° C) - 1,20 г/см³.
• Температура стеклования - 150 °C.
• Температура размягчения 220-230 °C.
• Температура разложения >320 °C.
• Морозостойкость, °C < -100
• Предел прочности при растяжении - 65-70 МПа.
• Предел прочности при изгибе - 95 МПа.
• Удельная теплоемкость - 1090-1255Дж/(г·К).
• Теплопроводность - 0,20 Вт/(м·K).
• Коэффициент теплового линейного расширения -1(5-6)·10^-5 °C.
• Твердость по Бринеллю - (784-980)·10⁵ Па.

Сотовый и монолитный поликарбонат

Сотовый поликарбонат представляет собой панель из нескольких слоев пластика, между которыми расположены продольные ребра жесткости. В разрезе такой лист отдаленно напоминает соты, за что и приобрел свое название. Такие листы легко можно гнуть в холодном состоянии достигая минимально возможного радиуса сгибания. Сотовый поликарбонат чаще всего используется для сооружения декоративных перегородок и возведения прозрачных кровель.

Монолитный поликарбонат обладает более высокими ударопрочностью и прозрачностью. Существенным плюсом является высокая теплостойкость монолитного поликарбоната, температура плавления довольно высока, что позволяет применять его без опасений при температурах, достигающих 120 °С. Также важным свойством его является морозоустойчивость, позволяющая применять изделия из данного вида пластика при температурах до минус 50 °С.

Применение поликарбоната

• Строительство. Благодаря высокой прозрачности и легкости поликарбонат помогает архитекторам воплощать в жизнь свои самые смелые проекты. При этом вес конструкции, относительно традиционно используемого стекла, позволяет существенно снизить нагрузку на фундаменты, а значит и сэкономить на материалах. Более того, поликарбонат обладает также и теплоизоляционными свойствами, если говорить о его сотовой разновидности. Из него изготавливают светопрозрачные конструкции для бассейнов и стадионов, автостоянок и супермаркетов, переходов между зданиями и зимних садов. Популярен этот материал и у дачников. Все чаще используется поликарбонат для теплиц. Температура плавления его значительно превышает атмосферную даже в самое жаркое лето, а значит и существенного вреда этому полимеру солнечное тепло причинить не в состоянии.

• Электроника. Из поликарбоната изготавливают корпуса и защитные покрытия для ноутбуков, смартфонов, проигрывателей, домашних компьютеров и многого другого. Благодаря этому полимеру технология touch screen смогла выйти в широкие массы. Его применяют для производства биометрических паспортов.
• Реклама. Из поликарбоната создают световые конструкции, вывески, табло, объемные буквы и многое другое. Все это может иметь весьма затейливые неординарные формы. Также их листов монолитного пластика изготавливают антивандальную защиту рекламных конструкций.
• Оптические диски. С 1980-х годов поликарбонат использовали для создания основы CD-дисков. Сегодня из него делают также и DVD-диски высокой емкости.
• Автомобиле– и авиастроение. Для строительства самолетов традиционно используют новейшие материалы, обладающие высокой прочностью и легкостью, что характерно и для поликарбоната. Из него изготавливают купола кабин истребителей и стекла к шлемам космонавтов и летчиков. Для автомобилей из поликарбоната делают не только стекла, но и фары и люки.
• Медицина. Очень важной областью применения поликарбоната стало изготовление медицинских инструментов. Это стало возможным благодаря таким достоинствам материала, как нетоксичность и высокая биосовместимость, а также отсутствие иммунного ответа организма на этот пластик. А благодаря прочности и прозрачности он составил конкуренцию стеклу и металлическим сплавам. Изделия и оборудования, изготовленные с применением этого материала, используются для наблюдения за тканями и жидкостями организма человека. Кроме того, высокие температуры плавления поликарбонатов, позволяют подвергать их самым современным способам стерилизации - нагреванием, радиацией, УФ-лучами.

• Оптика. В 2000 годах из поликарбоната начали изготавливать линзы для защитных промышленных очков, которые оберегали глаза при выполнении различных работ. Такие изделия прочнее других пластиковых линз в десятки раз, в случае удара по ним они не распространяют осколки, их даже труднее поцарапать. Постепенно поликарбонат стали также использовать и для повседневных очковых линз. Благодаря своим качествам безопасности такие линзы очень часто используют для детских очков, для стекол мотоциклетных шлемов.
• Прочие области. Сегодня поликарбонат настолько прочно вошел в нашу жизнь, что жители не только мегаполисов, но и отдаленных поселков ежедневно сталкиваются с изделиями, частью которых является этот пластик. Из него изготавливают шариковые ручки, фонарики, компьютерные мыши, утюги и чайники, пробки для винных бутылок, детали для мебели, емкости для питьевых жидкостей и даже упаковочную пленку.