Polycarbonat (PC) ist ein amorpher thermoplastischer Kunststoff, ein Hochpolymer mit Carbonatgruppen (-O-C(=O)-O-) in seiner Molekülkette. Es wird durch eine Polymerisationsreaktion mit Bisphenol A (BPA) und Phosgen (COCl2) synthetisiert. PC ist als Hochleistungsthermoplast bekannt und wird wegen seiner hervorragenden Transparenz, Hitzebeständigkeit und Schlagfestigkeit häufig verwendet.
Grundlegende Parameter des PC
- Dichte: Normalerweise reicht die Spanne von 1,20 bis 1,22 g/cm³.
- Schmelzpunkt: Ungefähr 260°C bis 270°C.
- Temperatur beim Spritzgießen: 270-320°C.
- Glasübergangstemperatur (Tg): Etwa 135-150°C.
- Kragarmträger Kerbschlagzähigkeit: Etwa 60 KJ/m2.
- Zugfestigkeit: Ungefähr 60 bis 70 MPa (Megapascal).
- Biegefestigkeit: Kann etwa 90 bis 120 MPa erreichen.
- Transparenz: Bis zu 90% im Bereich des sichtbaren Lichts.
- Chemische Beständigkeit: Gute Beständigkeit gegen schwache Säuren und Basen, aber empfindlich gegen bestimmte Lösungsmittel und starke Chemikalien.
- Wasserabsorption: Gut, mit einer geringen Absorptionsrate von etwa 0,3%. Neigt dazu, bei hohen Temperaturen zu hydrolysieren.
Vorteile von Polycarbonat (PC)
- Hohe Transparenz und Glanz: PC verfügt über hervorragende optische Eigenschaften mit einer Lichtdurchlässigkeit von 90%, die mit der von Glas vergleichbar, aber leichter und weniger bruchgefährdet ist. Zusammen mit PMMA und PS ist es der am häufigsten verwendete transparente Kunststoff.
- Außergewöhnliche Hitze- und Kältebeständigkeit: PC bleibt auch bei höheren Temperaturen (in der Regel zwischen 140°C und 150°C) stabil und kann bei Temperaturen von -60°C bis -40°C verwendet werden, ohne brüchig zu werden.
- Hohe Schlagzähigkeit: Die Schlagzähigkeit von PC ist 250-300 mal höher als die von gewöhnlichem Glas und 30 mal höher als die von Acrylglasplatten gleicher Dicke, was es zu einem äußerst langlebigen Material macht.
- Flammhemmend: PC verfügt von Natur aus über flammhemmende Eigenschaften und erreicht auch ohne Zusätze die Einstufung UL94 V2.
- Hervorragende elektrische Isolierung: Dadurch ist es in den Bereichen Elektronik und Elektrotechnik weit verbreitet.
- Gute Kriechbeständigkeit und Dimensionsstabilität bei der Verarbeitung.
Nachteile von Polycarbonat:
- Anfälligkeit für Kratzen: PC-Material ist relativ weich und anfällig für Kratzer. Dies kann bei Anwendungen, die Transparenz und Abriebfestigkeit erfordern, ein Problem darstellen. Daher ist es üblich, eine kratzfeste Beschichtung an die Oberfläche.
- Anfällig für Spannungsrisse: PC-Material kann bei mechanischer Beanspruchung oder bestimmten Chemikalien Spannungsrisse entwickeln, insbesondere an Kanten oder Schwachstellen. Ursache dafür sind innere Spannungen, die möglicherweise durch unsachgemäße Verarbeitung oder übermäßige Kraftanstrengung bei der Montage verursacht werden. Spannungsrisse beeinträchtigen nicht nur das Aussehen, sondern verringern auch die mechanische Festigkeit erheblich. Um dieses Risiko zu mindern, ist es wichtig, die Spannungen bei der Konstruktion und Verarbeitung zu kontrollieren und den Kontakt mit bestimmten Chemikalien zu vermeiden.
- Verarbeitungsschwierigkeiten: Die Schwierigkeit der Verarbeitung von PC spiegelt sich auch in der relativ geringen Fließfähigkeit und der hohen Schmelzpunkt, in der Regel zwischen 220°C und 260°C. Dies erfordert höhere Heiztemperaturen beim Spritzgießen oder bei der Verarbeitung anderer Thermoplaste, was den Energieverbrauch erhöht und höhere Anforderungen an die Verarbeitungsgeräte stellt. Außerdem kann die geringere Fließfähigkeit von PC im Vergleich zu einigen anderen Kunststoffen zu einer unzureichenden oder ungleichmäßigen Füllung in komplexen oder schlanken Formen führen.
- UV-Empfindlichkeit: PC kann vergilben und spröde werden, wenn es längere Zeit UV-Licht ausgesetzt ist. Um dies zu verhindern, werden häufig UV-Stabilisatoren zugesetzt oder eine Schutzschicht auf die Oberfläche aufgetragen.
- Chemische Empfindlichkeit: PC reagiert empfindlich auf bestimmte Chemikalien, insbesondere auf einige Lösungsmittel, Reinigungsmittel und Fette wie Alkohol, Ketone, Säuren und Basen, die Risse oder Zersetzungen verursachen können.
- Hohe Kosten: Im Vergleich zu anderen Kunststoffen ist PC im Allgemeinen mit höheren Kosten verbunden.
- Umwelt- und Gesundheitsaspekte: Eine der Hauptkomponenten des PCs ist Bisphenol A (BPA), ist ein endokriner Disruptor, der Aufmerksamkeit erregt hat. Die potenziellen gesundheitlichen Auswirkungen von BPA, insbesondere in Säuglings- und Kinderprodukten, sind in den Fokus der Öffentlichkeit und der Behörden gerückt.
Anwendungen von Polycarbonat beim Spritzgießen
Polycarbonat (PC) spielt aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften eine entscheidende Rolle in verschiedenen Spritzgießprodukten und wird in den folgenden Bereichen häufig verwendet:
Transparente Gehäuse und Schutzbrillen: Die hohe Transparenz und Festigkeit von PC machen es ideal für die Herstellung verschiedener transparenter Gehäuse und Brillen.
- Optische Linsen: PC wird in großem Umfang im optischen Bereich eingesetzt. Es wird zum Beispiel für die Herstellung von LED-Lampenlinsen, Autolichtlinsen und Autoscheinwerferabdeckungen verwendet. Diese Anwendungen nutzen die Lichtdurchlässigkeit und Wärmebeständigkeit von PC voll aus.
Gehäuse für elektrische Produkte: PC wird auch häufig für die Herstellung von Gehäusen für elektrische Produkte verwendet, z. B. für Gehäuse von Stromzählern. Die Wahl von PC ist vor allem auf seine flammhemmenden Eigenschaften, seine Witterungsbeständigkeit und seine hohe Festigkeit und Zähigkeit zurückzuführen, die die Sicherheit und Langlebigkeit von Elektroprodukten gewährleisten.
Optische Discs: Optische Discs, wie CDs und DVDs, werden in der Regel aus PC-Material hergestellt, das sich durch seine hervorragenden optischen Eigenschaften und seine Verarbeitbarkeit auszeichnet.
Sicherheitshelme: Die hohe Schlagzähigkeit von PC macht es zu einem idealen Material für die Herstellung von Sicherheitshelmen, die im Baugewerbe, im Sport und in anderen Bereichen, die einen Kopfschutz erfordern, weit verbreitet sind.
Gehäuse für elektronische Geräte: Bei Gehäusen für Computer und Kopfhörer bietet die Verwendung von PC-Material eine Lösung, die leicht, haltbar und ästhetisch ansprechend ist.
Diese Anwendungen zeigen, dass PC in der modernen Industrie und im täglichen Leben weit verbreitet ist. Seine Eigenschaften wie hohe Transparenz, Festigkeit und Schwerentflammbarkeit spielen in vielen Bereichen eine wichtige Rolle.
Arten von PC und modifizierten PC
Lassen Sie uns kurz die verschiedenen Arten von Polycarbonat (PC) und die Natur von modifiziertem PC verstehen. Modifiziertes PC bezieht sich auf die Materialien, die durch Hinzufügen verschiedener Verstärkungsmaterialien oder Additive zum PC-Basisharz gewonnen werden, um die ursprünglichen Eigenschaften zu verbessern oder zu erhöhen. Zu den gängigen Arten von modifiziertem PC gehören:
Hoch- und niedermolekulares PC: Hochmolekulares PC hat eine größere Kettenlänge und weist in der Regel eine höhere Festigkeit, bessere Wärmebeständigkeit und bessere mechanische Eigenschaften auf. Es ist für Hochleistungsanwendungen wie kugelsichere Materialien und hochwertige mechanische Teile geeignet. Niedermolekulares PC mit kürzeren Kettenlängen lässt sich dagegen leichter verarbeiten und formen, weist aber in der Regel eine geringere mechanische Festigkeit und Wärmebeständigkeit auf. Diese Art von PC eignet sich besser für allgemeine Verbraucherprodukte und Anwendungen ohne hohe Beanspruchung.
Glasfaserverstärktes PC: Die Verstärkung von PC mit Glasfasern erhöht die mechanische Festigkeit und die Dimensionsstabilität, wodurch es sich besser für Anwendungen eignet, die eine hohe Festigkeit und Steifigkeit erfordern.
Flammhemmendes PC: Durch den Zusatz von Flammschutzmitteln werden die flammhemmenden Eigenschaften von PC verbessert. Unmodifiziertes PC hat eine Flammschutzklasse von V2, die für viele Produkte nicht ausreicht. Mit zugesetzten Flammschutzmitteln kann es eine V0-Einstufung erreichen. Flammschutzmittel können halogeniert oder nicht halogeniert sein.
UV-beständiges PC: Durch die Zugabe von UV-Stabilisatoren wird die Witterungsbeständigkeit von PC für den Außenbereich verbessert, wodurch Verfärbungen und Leistungseinbußen aufgrund längerer UV-Belastung verringert werden.
PC/ABS-Legierung: Die Mischung von PC mit ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) verbindet die hohe Festigkeit und Wärmebeständigkeit von PC mit der leichten Verarbeitbarkeit und Oberflächenglätte von ABS sowie der Spannungsrissbeständigkeit. Dies wird häufig für Automobilteile, Gehäuse von elektronischen Geräten und vieles mehr verwendet.
Kohlenstofffaserverstärktes PC: Die Einarbeitung von Kohlenstofffasern verbessert die Festigkeit und thermische Stabilität des Materials und eignet sich für leichte und leistungsstarke Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie.
PC/PBT- oder PC/PET-Legierung: Durch die Mischung mit PBT (Polybutylenterephthalat) oder PET (Polyethylenterephthalat) wird die chemische Beständigkeit und Schlagzähigkeit erhöht, was häufig für Produkte verwendet wird, die chemische Korrosionsbeständigkeit und hohe Schlagzähigkeit erfordern.
Transparentes PC: Obwohl PC von Natur aus transparent ist, können spezifische Modifikationen die Transparenz und die optischen Eigenschaften weiter verbessern. Es eignet sich für optische Produkte und dekorative Gegenstände, die eine hohe Transparenz erfordern.
PC/ASA-Legierung: Die Legierung mit ASA (Acrylat-Styrol-Acrylnitril) verbessert die Witterungs- und UV-Beständigkeit und eignet sich für Anwendungen, die über längere Zeiträume im Freien eingesetzt werden.
Diese modifizierten PC-Materialien mit ihrer einzigartigen Kombination von Eigenschaften finden in verschiedenen Industriebereichen breite Anwendung. Durch die Modifizierung wurde der Anwendungsbereich von PC erheblich erweitert und erfüllt nun strengere oder spezifische Leistungsanforderungen.
Spritzgießparameter für Polycarbonat (PC)
Die Kenntnis der richtigen Parameter für das Spritzgießen von PC ist entscheidend für eine optimale Produktqualität. Hier ist ein Überblick:
Laufrad- und Torgestaltung
- Läufer: Entwerfen Sie die Rinnen so dick und kurz wie möglich, mit minimalen Biegungen. Runde Querschnitte und polierte Rinnen verringern den Schmelzflusswiderstand.
- Pforten: Jede Form des Tores können verwendet werden, aber der Durchmesser sollte nicht weniger als 1,5 mm betragen. Bei transparenten Teilen werden im Allgemeinen große Anschnitte verwendet, um Defekte wie Blasen und Spannungsspuren zu vermeiden.
Trocknungstemperatur und -zeit
- PC-Materialien müssen vor der Verarbeitung gründlich getrocknet werden, in der Regel bei 100°C bis 120°C für 3 bis 4 Stunden, um Oberflächenfehler und Produktrisse zu vermeiden.
Wichtige Parameter des Spritzgießens
- Einspritztemperatur: Normalerweise zwischen 270°C und 320°C, dieser Bereich ist entscheidend für das Schmelzen des PC-Materials für die Einspritzung.
- Temperatur der Form: Stellen Sie etwa 80°C bis 120°C ein. Bei komplexen Formen oder dünnen Wänden können höhere Temperaturen erforderlich sein, sie sollten jedoch die thermische Verformungstemperatur der Form nicht überschreiten. Eine angemessene Formtemperatur trägt dazu bei, die Belastung beim Formen zu verringern und die Transparenz des Produkts zu verbessern.
- Einspritzdruck: Im Allgemeinen zwischen 50 und 150 MPa. Ein höherer Druck hilft dem PC-Material, die Form vollständig auszufüllen.
- Haltedruck: Die Höhe und die Dauer des Nachdrucks haben einen erheblichen Einfluss auf die innere Spannung von PC-Produkten. Zu wenig Druck kann dazu führen, dass Vakuumblasen oder Oberfläche Versenkung, Ein zu hoher Druck hingegen kann zu hohen inneren Spannungen in der Nähe des Anschnitts führen. Ein gängiger Ansatz ist eine hohe Materialtemperatur bei niedrigem Nachdruck.
- Einspritzgeschwindigkeit: Passen Sie die Geschwindigkeit an die spezifische Form und Größe des Produkts an. Dünnwandige oder langfließende Produkte können höhere Einspritzgeschwindigkeiten erfordern. Ansonsten sind mittlere oder langsame Geschwindigkeiten vorzuziehen, idealerweise mit mehrstufiger Einspritzung, typischerweise langsam-schnell-langsam.
- Schneckendrehzahl: Aufgrund der hohen Viskosität von PC sollte die Schneckendrehzahl nicht zu hoch sein, um die Plastifizierung, die Entlüftung und die Wartung der Spritzgießmaschine zu erleichtern. Normalerweise sollte sie zwischen 30-60 U/min liegen, wobei der Gegendruck 10-15% des Einspritzdrucks betragen sollte. Die richtige Schneckendrehzahl gewährleistet eine gleichmäßige Erwärmung und Mischung.
- Größe der Maschine: Das optimale Produktgewicht liegt bei 40 bis 60% der Kapazität der Spritzgussmaschine. Wenn die Kapazität der Maschine in Polystyrol-Unzen gemessen wird, reduzieren Sie um 10%.
- Schraube: Angesichts der guten thermischen Stabilität und der hohen Viskosität von PC ist eine Schnecke mit einem Längen-Durchmesser-Verhältnis (L/D) von mehr als 20:1, mindestens jedoch 15:1, ideal, was eine längere und dünnere Schnecke bedeutet. Das Kompressionsverhältnis sollte zwischen 1,5:1 und 3:1 liegen. Für das Rückschlagventil am vorderen Ende der Schnecke sollte ein Gleitring verwendet werden, der einen Fließspalt von mindestens 3,2 mm aufweist.
- Anpressdruck: Berechnen Sie auf der Grundlage der projizierten Fläche des Produkts mit 0,47 bis 0,78 Tonnen pro Quadratzentimeter (oder 3 bis 5 Tonnen pro Quadratzoll).
- Gegendruck: Geringerer Gegendruck verringert den Materialverschleiß, in der Regel zwischen 5 und 20 MPa.
- Abkühlungszeit: Je nach Produktdicke und Formtemperatur einstellen, um eine vollständige Abkühlung und Aushärtung zu gewährleisten.
Diese Parameter sollten entsprechend den tatsächlichen Maschinenbedingungen, den Materialeigenschaften und den Anforderungen an das Produktdesign angepasst und optimiert werden. Korrekte Spritzgießparameter sind für die Gewährleistung von Produktqualität und Produktionseffizienz unerlässlich.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Beherrschung von Polycarbonat beim Spritzgießen aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften ein breites Spektrum an Hochleistungsanwendungen eröffnet. Mit den richtigen Techniken, Parametern und Modifikationen können Hersteller und Designer das volle Potenzial von PC ausschöpfen und so langlebige, hochwertige und vielseitige Produkte für eine Vielzahl von Branchen gewährleisten.
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