6.5.10. Поликарбонатые полимеры.

Поликарбонаты - группа термопластических пластиков, сложные полиэфиры угольной кислоты и двухатомных спиртов общей формулы (-O-R-O-CO-)_n. Наибольшее промышленное значение имеют ароматические поликарбонаты, в первую очередь, поликарбонат на основе бисфенола А, благодаря доступности бисфенола А, синтезируемого конденсацией фенола и

ацетона.

Поликарбонат о случайно открыт изобретателем новокаина Альфредом Айнхорном в самом конце XIX века. В 1953 году работник немецкой компании Bayer Герман Шнелл доказал, что поликарбонаты – это соединения, которые не имеют аналогов среди других термопластов, поскольку обладают замечательными механическими и химическими свойствами. В том же году поликарбонат был запатентован под названием «макролон».

CН₃

O

C O С О

CН₃ n

Рис. 6.13. Структурная формула поликарбоната - эфира бисфенола А.

Промышленное же производство поликарбоната началось только в 1960 году, когда компания General Electric получила технически пригодные полимеризованные карбонаты.

Свойства. Поликарбонаты на основе бисфенола А - аморфный бесцветный полимер. Обладает хорошими оптическими свойствами. Светопропускание пластин толщиной 3 мм составляет 88%. Температура начала деструкции равна 310-320⁰C. Растворяется в хлороформе, пиридине, цикло-гексаноне, не растворяется в углеводородах, спиртах, ацетоне, простых эфирах.

Физико-механические свойства поликарбонатов зависят от величины молекулярной массы. Поликарбонаты, молекулярная масса которых менее 20 тысяч углеродных единиц - хрупкие полимеры с низкими прочностными свойствами, поликарбонаты, молекулярная масса которых более 25 тысяч углеродных единиц обладают высокой механической прочностью и эластичностью. Для поликарбонатов характерны высокое разрушающее напряжение при изгибе и прочность при действии ударных нагрузок (образцы поликарбонатов без надреза не разрушаются), высокая стабильность размеров. При действии растягивающего напряжения 220 кг/см² в течение года не обнаружено пластич. деформации образцов поликарбонатов. По диэлектрическим свойствам поликарбонаты относят к среднечастотным диэлектрикам; диэлектрическая проницаемость практически не зависит от частоты тока. Ниже приведены некоторые свойства поликарбонатов на основе бисфенола А: плотность 1,2 см³; температура стеклования 150^о С; температура размягчения 220-230^о С; теплопроводность 0,2 Вт/(м.к); коэффициент теплового линейного расширения (5-6) · 10 ^{-5 о} С^-1; равновесное влагосодержание (20^о C, 50%-ная относительная влажность воздуха) 0,2 масс.%.

Поликарбонаты характеризуются невысокой горючестью. Кислородный индекс гомополикарбоната составляет 24-26%. Полимер биологически инертен. Изделия из него можно эксплуатировать в интервале температур от минус 100 до 135⁰C.

При переработке поликарбонатов применяют большинство методов переработки и формовки термопластичных полимеров: литьё под давлением (производство изделий), выдувное литьё (разного рода сосуды), экструзию (производство профилей и плёнок), формовку волокон из расплава. При производстве поликарбонатных плёнок также применяется формовка из растворов - этот метод позволяет получать тонкие плёнки из поликарбонатов высокой молекулярной массы.

Поликарбонаты являются крупнотоннажными продуктами органического синтеза, мировые производственные мощности в 2006 г. составляли более 3 млн. тонн в год.

Применение поликарбонатов. Благодаря высокой прочности и ударной вязкости (250 - 500 кдж/м²) поликарбонаты применяются в качестве конструкционных материалов в различных отраслях промышленности, используются при изготовлении защитных шлемов для экстремальных дисциплин вело- и мотоспорта. При этом для улучшения механических свойств, применяются и наполненные стекловолокном поликарбонатные композиции.

Благодаря сочетанию высоких механических и оптических качеств монолитный поликарбонат также применяется в качестве материала при изготовлении линз, компакт-дисков и светотехнических изделий.

В строительстве, а особенно в тепличном хозяйстве во всё больших масштабах используется сотовый поликарбонат. Сотовый поликарбонат (структурный поликарбонат, канальный поликарбонат, ячеистый поликарбонат) - это листовой пластик, облегченный, в отличие от монолитного, за счет наличия особых пустот («сот»). Такие листы состоят из двух или более тонких параллельных пластин и тонких перемычек между ними (так называемых ребер жесткости). Воздух, которым наполнены пустоты ячеек, обеспечивает высокие теплоизоляционные свойства материала, а ребра жесткости — большую конструктивную надежность при относительно небольшом весе.

Сотовый поликарбонат производят методом экструзии из поликарбонатного сырья. Показатель светопропускания для прозрачных листов сотового поликарбоната колеблется от 83 до 90%. Помимо прозрачных панелей, производятся белые и цветные панели с разной степенью светопропускания в широком диапазоне от 20 до 70 %.Технические условия ТУ 2256-001-54141872-2006. Поликарбонатные панели характеризуются высокими противоударными качествами в широком диапазоне температур от –40 до +120°C. Технические условия ТУ 2256-001-54141872-2006.

В процессе развития производства поликарбонатных листов были выработаны определенные стандарты на толщину листов: 4, 6, 8, 10 и 16 мм. Чем толще лист, тем меньше тепла он проводит. Соответственно рассчитываются затраты на энергию (обогрев, охлаждение) для данного объекта на 10 лет вперед (стандартный гарантийный срок на сотовый поликарбонат). Европейские производители уже выпускаются панели толщиной 50 - 60 мм. Условно можно выделить следующие основные области применения сотовых поликарбонатных листов в зависимости от их толщины:

• 4мм — парники и навесы, рекламные конструкции (выставочные стенды и витрины);

• 6мм — материал широкого применения (козырьки, теплицы, витражи);

• 8мм — материал широкого применения (перегородки, козырьки, теплицы, крыши);

• 10мм — для сплошного стекления вертикальных и частично горизонтальных поверхностей (зенитные фонари, шумозащитные барьеры для автомагистралей);

• 16мм — крыши над большими пролетами (здания, сооружения), для больших нагрузок.

• 20мм — остекление стадионов, спортивных сооружений, бассейнов, пешеходных переходов, покрытие автостоянок, мансардные окна и остекление балконов

• 25мм — зенитные фонари, остекление и перекрытие торговых, офисных и производственных зданий, оранжереи, зимние сады, офисные перегородки, остекление и покрытие железнодорожных вокзалов и аэропортов

• 32мм — элементы кровли с особыми требованиями, для больших нагрузок.