Поликарбонат и композит отличия
Обновлено: 01.05.2024
Поликарбонат: применение в современном производстве
Поликарбонат — термопластичный полимер, синтезированный в 50-х годах прошлого столетия. За это время интерес к материалу не пропал. ПК стал еще более востребован и популярен. Производители постоянно совершенствуют его характеристики и видовое разнообразие. Гранулы поликарбоната перерабатывают тремя способами: литье под давлением, экструзия, прессование.
Виды поликарбоната
Монолитный. Выпускается в виде листов, толщина которых варьируется от 1,5 до 15 мм. Внешне похож на стекло, но отличается высокой ударопрочностью, легкостью, термостойкостью.
Сотовый. Представляет собой многослойный материал из двух или более поликарбонатных панелей, соединенных внутри продольными перемычками. Толщина такого материала может быть от 4 до 40 мм. Зарекомендовал себя гибкостью, высокими теплопроводными характеристиками.
Примеры монолитного и сотового ПК Примеры монолитного и сотового ПКЧтобы улучшить показатели прочности при высоких температурах, PC армируют стекловолокном, добавляют в состав свето- и/или термостабилизаторы:
— Для получения на выходе продукции с большой площадью используют модификации поликарбоната с высокой текучестью.
— Для выпуска PC с повышенной жесткостью и стойкостью к появлению трещин добавляют армирующую сетку из стекловолокна.
— Для изготовления полимера с защитой от истирания используют модифицирующие добавки.
— Для производства PC с пониженной воспламеняемостью применяют антипирены.
Преимущества ПК
- Отличается высокой жесткостью, твердостью и вязкостью. При ударных нагрузках не ломается, а только сгибается и трескается.
- Устойчив к температурным скачкам. При любой погоде (мороз и жара) сохраняет свои свойства.
- Изделия из огнестойких марок деформируются при температуре от 126°C.
- Химически устойчив. Не разрушается при контакте с солями и минеральными маслами.
- Обладает гибкостью, благодаря чему используется в разных областях промышленности. С его помощью создают различные изогнутые поверхности.
- Имеет небольшой удельный вес.
- Бывает прозрачным и матовым. Первый вид ПК обеспечивает отличную светопроницаемость готовой продукции, пропускает от 86 до 95% световых лучей. Второй — практически не дает пройти свету.
- Характеризуется низкой теплопроводностью, высокой звукоизоляцией.
- Прост в обработке. Легко режется под нужные размеры, без труда сверлится (во время монтажных работ).
- Совместим с различными модификаторами, за счет которых приобретает дополнительные свойства. Например, стойкость к атмосферным явлениям.
- Выпускается в широком цветовом диапазоне.
- Не впитывает влагу, не гниет, а значит, не создает условий для появления грибковых колоний.
- Не царапается, не нуждается в защите от механических повреждений.
- Эстетичен, долговечен.
Где применяется
Поликарбонат — материал с уникальными характеристиками. Он настолько многофункционален, что используется практически во всех отраслях промышленности.
Пластик или поликарбонат — что лучше
Отличные характеристики и высокий срок эксплуатации делают пластик и поликарбонат самыми популярными материалами. Они во многом схожи, но все же имеют разную сферу применения, поэтому невозможно сказать, какой из них лучше. Все будет зависеть от ваших собственных целей и дизайнерской задумки.
Какие явные отличия между поликарбонатом и abs-пластиком?
— Степень защиты от ультрафиолета, которая у поликарбоната значительно выше. Для того, чтобы материал долгое время не терял своих свойств, при производстве на одну из поверхностей наносится специальный слой. Благодаря ему полимер не разрушается при воздействии солнечного света.
— Устойчивость к внешним факторам — колебаниям температур, жаре и холоду. В данном случае пластик также проигрывает.
— Эластичность и простота обработки — если поликарбонат изготавливается в виде довольно больших листов, то ABS-пластику уже при производстве легко можно придать нужную форму. Это намного проще и позволяет создавать разнообразные полезные вещи: чемоданы, корпуса для техники и электроники, посуду. Также готовый пластик намного легче обработать.
— Светопропускаемость — благодаря этому свойству поликарбонат становится лидером в использовании его в промышленности, строительстве и сельском хозяйстве. Сотовый полимер активно применяют при сооружении теплиц и парников, монолитный — для остекления мансард и веранд, профилированный — для оформления крыш и ограждений.
— Возможность придания формы изделию в 3d-принтере и низкая температура плавления — эти свойства характерны только для пластика, ведь за счет своей структуры он очень легко принимает нужную форму. Поэтому его сфера применения столь обширна.
И тот, и другой материал выпускаются в разнообразных цветах, они устойчивы к большинству кислот и масел, не боятся механических ударов и намного прочнее стекла. Но вот определить, что лучше, пластик или поликарбонат, можно только в каждом конкретном случае. Поэтому, прежде чем выбрать, подробно изучите всю информацию об этих материалах, а при необходимости, посоветуйтесь с продавцом.
Важно, что оба вида стройматериалов безопасны для здоровья человека. В обычных условиях они не выделяют токсичных веществ и не вызывают астмы или аллергии у взрослых и детей. Но пластик быстро теряет свои свойства под воздействием солнечных лучей и разрушается. Подобная проблема свойственна и для поликарбоната, но производители давно нашли решение — на полимер наносится особый защитный слой.
Какой вывод можно сделать? Что лучше — поликарбонат или абс-пластик? Оба материала по-своему хороши, но лишь в своей сфере применения.
Поликарбонат или АБС-пластик
Пластик давно прочно вошел в нашу жизнь, изделия из него вы увидите абсолютно везде — это детали автомобилей, детские игрушки, одноразовая посуда, декоративные элементы для дома и сада, канцелярские товары, корпуса и детали бытовой техники и электроники. Также он незаменим для изготовления медицинских приборов, дорожных чемоданов, контейнеров, мебели, спортивных товаров и много другого. Получается, главное, чем отличается пластик от поликарбоната, — возможность придания разнообразной формы, а значит и более широкая область применения.
Оба материала обладают широким диапазоном рабочих температур, устойчивы к ряду химических веществ и весьма долговечны при соблюдении правил эксплуатации. Но поликарбонат считается лучшим для строительства, поэтому широко используется при создании разнообразных сооружений. Его обработка довольно проста, но пластик обладает большими возможностями для формовки, поэтому и намного популярнее.
Несмотря на разнообразие оттенков поликарбоната, абс-пластик имеет гораздо больше возможностей для формовки прозрачных или матовых изделий, да и цветовая гамма намного шире. Он также используется при создании композитных материалов. Например, встречаются сочетания пластика с оргстеклом, поликарбонатом. Исходя из свойств модификации, выбирается тот или иной стройматериал.
Если вам нужна подробная консультация специалиста, вы всегда можете обратиться к нам.
Что лучше пластик или композит
Сейчас при большом разнообразии материалов очень сложно определиться с выбором, из чего же лучше сделать вашу табличку или вывеску.
Мы поможем вам сделать правильный выбор.
Основные виды листовых материалов, применяемых в рекламе и пригодных для изготовления я табличек:
Сотовый поликарбонат.
Отличается небольшим весом, гибкостью, относительно легко режется. Главным недостатком является то, что при накатке пленки ребра поликарбоната проступают сквозь материал и изображение получается в «полосочку». Как недостаток – если края не заделаны-в соты забивается пыль и грязь – через некоторое время вывеска будет совсем неприглядной.
Уникальным достоинством сотового поликарбоната являются размеры листа, которые составляют 2,1х12 метров, тогда как длина листов ПВХ или акрила не превышает 3 метров. Это позволяет использовать поликарбонат в качестве основы для длинных вывесок. Применяется преимущественно для изготовления уличных бюджетных вывесок и информационных щитов.
Пластик или вспененный ПВХ (поливинилхлорид).
Жесткий непрозрачный листовой материал толщиной от 1 до 10 мм. Легко режется, держит форму. Подходит как для использования в интерьере, так и для производства уличной рекламы. На срезе имеет пористую структуру, поэтому для интерьера пластик желательно «облагораживать» различными обрамляющими профилями. Поверхность пластика со временем загрязняется, поэтому лучше не использовать его в качестве белой основы для аппликаций цветными пленками. Мы обычно используем его в качестве основы для накатки плёнки с фотопечатью. Под воздействием температуры и прямых солнечных лучей пластик увеличивает свою площадь на
5мм на 1 квадратный. В следствии этого его не рекомендуется монтировать напрямую к поверхности саморезами. а предварительно просверлить отверстия для монтажа большим диаметром чем крепеж.
Акрил или полистирол
Жесткий материал с гладкой глянцевой поверхностью толщиной от 2 до 10 мм. Для получения качественной продукции его лучше резать механическим способом на специальных станках, что сказывается на конечной цене готового изделия. Срез можно подвергнуть дополнительной полировке или обжигу. Акрил хорошо подходит в качестве основы для изготовления интерьерных табличек и небольших уличных вывесок высокого качества. Он достаточно хрупок и может сломаться при неосторожном обращении или преднамеренном ударе.
Композит.
Многослойный листовой материал, состоящий из сердечника на основе пластика и облицовочных листов из алюминиевого сплава. Сочетает в себе такие качества как жесткость, прочность и эластичность. Как и акрил, для получения красивого среза желательно резать механическим способом. Не ведет под воздействием температуры. Сломать практически невозможно, однако при достаточно сильном ударе может деформироваться (вмяться) и уже не восстановить свою форму. Идеально подходит для изготовления прочных и долговечных уличных вывесок, информационных щитов и указателей, в том числе фигурных.
Наш вывод- для правильного выбора материала, необходимо определиться, какую табличку или вывеску вы хотите. Для недорогого уличного информационного щита среднего или большого размера идеально подойдет сотовый поликарбонат. Для простой, но красивой таблички или указателя- пластик (для улицы – 5 мм, для помещения – 3 мм). Если требуется дорогая интерьерная вывеска - используем акрил. Для долговечной прочной уличной вывески или указателя среднего размера берем композит.
Оргстекло, поликарбонат, полистирол и ПЭТФ : сравнительный анализ листовых материалов
Для изготовления рассеивателей светотехнических изделий используют в основном листовое оргстекло, полистирол и поликарбонат. Все эти материалы являются термопластами, то есть они размягчаются при нагревании, принимают необходимую заданную форму и сохраняют эту форму после остывания без изменения основных эксплуатационных (прочностных, теплостойких, светотехнических) характеристик.
Это позволяет изготавливать светорассеиватели как простых, так и сложных форм, соответствующие необходимому сегодня дизайну и отвечающие всем требованиям, предъявляемым к современных светотехническим изделиям, используемым в различных областях хозяйства.
Оргстекло
Оргстекло – продукт радикальной полимеризации метилметакрилата - полиметилметакрилат (ПММА), акриловое стекло, акрил. В Европе и Америке органическое стекло (РММА лат.) выпускается под торговыми марками Perspex (Англия), Plexiglas (Германия), Deglas (Германия), Altuglas (Франция-Голландия), Akrylon (Словакия). В России листы из оргстекла выпускаются на заводе Оргстекло (г. Дзержинск) под марками СЭП (экструзионное стекло ТУ 2216-213-05757593-94) и ТОСП (блочное, «литьевое» стекло ГОСТ 17622-72). Листовое оргстекло по способу изготовления бывает 2-х видов:
Экструзионное стекло - exstrusion (анг.), extrudiert (нем.) – получают непрерывным методом экструдирования расплавленной массы из гранул ПММА через щелевую головку с последующей резкой по заданным размерам.
Литьевое оргстекло имеет более высокую молекулярную массу (более длинные полимерные цепочки по сравнению с экструзионным) и поэтому обладает чуть большей ударопрочностью и теплостойкостью, а также имеет меньшую и более равномерную усадку при нагревании. Литьевое и экструзионное оргстекло по физико-механическим характеристикам мало отличаются друг от друга, но при изготовлении изделий методом термоформования предпочтительно использование литьевого оргстекла.
Таблица 1. Основные характеристики листовых полимерных материалов
Senosan HIPS GPPS
Senosan HIPS GPPS
Athpol HIPS GPPS
Athpol HIPS GPPS
К недостаткам оргстекла можно отнести низкую ударопрочность (10-12 кДж/м2), недостаточную устойчивость к поверхностным повреждениям (твердость 180-190 Н/мм2), технологические трудности при термо- и вакуум формовании изделий – появление внутренних напряжений в местах сгиба при формовке, что ведет к появлению микротрещин. Для частичного снятия напряжений необходимо проводить «отпуск» изделий в термосушильной камере при 70-80 0С в течение 3-5 часов, что ведет к значительному увеличению трудо- и энергозатрат.
Поликарбонат (ПК) – продукт поликонденсации дифенилолпропана и фосгена (хлорангидрида угольной кислоты), а так как все производные угольной кислоты называются «карбонатами» - продукт поликонденсации называется «поликарбонат». В Европе также применяют термин «термоклир» - thermoclear, что указывает на высокую термостабильность этого полимера, его чистоту и прозрачность (clear (анг.) - чистый). Листы из ПК получают только экструзионным способом из гранул поликарбоната специальных марок. Основные производители гранул ПК: фирма Bayer (Германия) – торговая марка Macrolon, фирма Дженерал Электрик Пластик (США, Голландское отделение) – торговая марка Lexan, фирма Dow Chemical (США) - торговая марка Calibre (Калибр). Незначительное количество ПК производят в Японии и в России на заводе «Заря» (г. Дзержинск). Листы ПК производят в Германии (Barlo PC, Macrolon), Бельгии (Axxis), Голландии (Lexan), Франции (Tuffak), Италии (Macrolux), Израиле (Palsan).
Основное достоинство листов из ПК заключается в высокой ударопрочности материала и изделий из него. Лабораторными методами измерить ударную вязкость ПК (по Шарпи, без надреза) невозможно. Поэтому в каталогах указывают «без разрушения». Метод испытаний образцов из ПК с надрезом дает приблизительную величину ударной вязкости «более 35» (для сравнения у ПММА это значение около 2 кДж/м2). К тому же листы из ПК имеют высокую теплостойкость (145-155 0С), что позволяет использовать этот материал для изготовления светорассеивателей для фонарей уличного освещения и в других светотехнических приборах, где необходимо сочетание высокой прочности и устойчивости к большому тепловому потоку от высоковольтных ламп накаливания. С другой стороны при термо- и вакуумформовании листов из ПК необходимо применять мощные источники нагрева, что приводит к увеличению энергозатрат. Стандартный ПК обладает более высокой огнестойкостью по сравнению с оргстеклом и полистиролом, а специальные марки ПК, содержащие антипирены (огнестойкие добавки), имеют очень высокую огнестойкость и относятся к трудновоспламеняемым материалам.
Недостатками ПК являются очень низкая устойчивость к УФ излучению и вообще погодоустойчивость. Поэтому светорассеиватели из ПК быстро желтеют и теряют свои прочностные характеристики. Для уменьшения действия УФ излучения в ПК вводят специальные добавки (УФ стабилизаторы). Это несколько снижает ударопрочность и светопропускание. К тому же листы из ПК обладают низкой твердостью (80-100 Н/мм2), что также снижает область использования их в светотехнических изделиях из-за низкой устойчивости к поверхностным повреждениям. К сожалению, листы из ПК имеют высокую стоимость, особенно листы, содержащие УФ стабилизаторы, что определяет очень узкий и специфический сектор использования этих листов в светотехнических изделиях и низкую конкурентоспособность этих изделий на российском рынке.
Полиэтилентерефталат
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) – продукт поликонденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля. В Европе ПЭТФ часто называют полиэфиром (РЕТ, polyester (анг.)). В России часто используют термин Лавсан (по первым буквам: Лаборатория Высокомолекулярных Соединений АН СССР).
В последние годы во многих странах Запада наблюдается резкое увеличение потребления ПЭТФ. Кроме традиционного использования для изготовления посуды разового использования (бутылки для напитков, стаканы и т. п.), этот материал начал выпускаться в виде листов, полученных экструзионным способом из специальных марок полиэтилентерефталат-гликоля (ПЭТ-Г). Эти листы используют в рекламной индустрии при изготовлении световых коробов, в изготовлении торгового оборудования и для специфических светотехнических изделий, которые должны быть биологически инертными, в частности, на предприятиях пищевой промышленности.
ПЭТ-Г по своим прочностным и теплостойким характеристикам находится как бы между ПММА и ПК: ударная вязкость этого материала выше, чем у ПММА, но меньше, чем у ПК (без надреза – «без разрушения»; с надрезом около15 кДж/м2), что позволяет использовать листы из ПЭТФ для изготовления ударопрочных светотехнических изделий. К тому же и стоимость листов из ПЭТФ гораздо ниже, чем из ПК.
Существенным недостатком листов из ПЭТ-Г является их низкая теплостойкость (70-75 0С), что сдвигает сектор их использования в светотехнике в сторону маломощных изделий. Однако, высокая эластичность листов из ПЭТ-Г, технологичность при термо- и вакуум формовании и биологическая инертность изделий из них постепенно выдвигают этот материал на видное место при использовании его в различных областях светотехники. В России наиболее известными марками листовых материалов из полиэтилентерефталата являются Spectar (фирмы Barlo Plastics), и Vivak (Axxis).
Полистирол
Полистирол (ПС) – продукт полимеризации стирола. Наиболее известный и традиционный материал, используемый в светотехнических изделиях. Высокая технологичность процессов термо- и вакуум формования при изготовлении светорассеивателей, отсутствие внутренних напряжений после формования, что исключает стадию отжига из процесса производства изделий, достаточная «жесткость» материала – все это в недавнем прошлом делала ПС наиболее «ходовым» материалом в светотехнике. Однако прозрачный ПС (GPPS – General Purpose PolyStyrene) является хрупким, ломким, неударопрочным, поэтому возникают проблемы с хранением и транспортировкой изделий из него. Кроме того, для придания изделиям эффекта светорассеивания приходится изготовлять листы с «рифленой» поверхностью, что в настоящее время не соответствует многим дизайнерским решениям мирового стандарта. Существенным недостатком ПС является его низкая устойчивость к воздействию УФ излучения.
Существующие марки ударопрочного полистирола - УПС, HIPS (High Impact PolyStyrene) представляют собой сополимеры полистирола и бутадиенового или других специальных каучуков, которые имеют значение ударной вязкости до 60-70 кДж/м2. Однако присутствие каучука делает материал слишком пластичным и текучим при нагреве, и в процессе формования лист из УПС не «держит» форму. К тому же в массу листов из УПС нежелательно вводить УФ стабилизаторы из-за того, что они отрицательно действуют на характеристики каучуковой составляющей, что в конечном итоге приводит к снижению ударопрочности изделия.
В последнее время наблюдалась тенденция вытеснения рифленого прозрачного ПС светорассеивающим матовым (молочным) оргстеклом. Однако, технологические трудности при термо- и вакуумформировании, растрескивание изделий из ПММА, необходимость трудо- и энергозатрат на стадии отжига изделий, высокая цена – все эти минусы листов из ПММА приводили российских производителей к увеличению себестоимости изделий, что существенно снижало конкурентоспособность светотехнических изделий на российском рынке.
В настоящее время появились специальные марки импортных ударопрочных полистиролов, успешно используемые для изготовления светорассеивателей для светотехнических изделий несколькими российскими производителями. В частности, на Ивановском производстве светильников бытового и технического назначения «Электро» произведена замена листового матового оргстекла на листы из высокоударопрочного светорассеивающего светотехнического полистирола, устойчивого к УФ излучению (СПС-УФ).
Этот материал представлен на российском рынке различными марками нескольких европейских фирм-производителей: Senosan HP15U (фирмы Senoplast, Австрия), Athpol P91S (Athlone Extrusions P.L.C., Ирландия), Iroplast (Iroplastic, Австрия), Metzoplast (Metzeler, Германия). Листы изготовлены из смеси ударопрочного полистирола (HIPS) и полистирола общего назначения (GPPS). С одной стороны методом соэкструзии нанесен тонкий слой GPPS, содержащий большое количество УФ стабилизатора. Этот слой придает поверхности глянцевый характер, повышает устойчивость к УФ-излучению и общую атмосферостойкость. В таблице 1 для таких листов указаны значения физико-механических показателей, характеризующих свойства основного ударопрочного материала (HIPS) и отдельно поверхностного слоя (GPPS). Видно, что основные эксплуатационные показатели характеризуют повышенные прочностные, ударопрочные и эластические свойства листа. Характеристики поверхностного УФ-защитного слоя толщиной 50-80 микрон не вносят существенных изменений в эти показатели и, в то же время, указывают на повышенную твердость и прозрачность «лицевой» поверхности листа, что определяет эстетический внешний вид изделия и его стойкость к механическим повреждениям. Возможность варьировать степень светорассеивания и светопропускания (изменяя соотношение HIPS и GPPS) в зависимости от требований потребителей такого листового материала выделяет СПС-УФ из других листовых материалов, используемых в светотехнике. После успешного испытания и практического использования СПС-УФ (Senosan HP15U) на Ивановском объединении «Электро» выявились следующие достоинства этого материала: повышенная ударная вязкость, которая имеет высокие значения (60 кДж/м2 ) даже при низких температурах вплоть до -40 0С, высокая прочность и твердость поверхностного глянцевого слоя (150 МПа), высокая теплостойкость (90 0С), эстетичный внешний вид глянцевой поверхности, высокая технологичность процесса термоформования (время прогрева заготовки уменьшается в 1,5 раза), отсутствие стадии отжига изделий после термоформования (снижение трудо- и энергозатрат в 2 раза).
Немаловажным является то обстоятельство, что стоимость этих специальных марок листового полистирола в Европе и в России не отличается от стоимости стандартных листовых ПС (2.7-3,0 $/кг). При расчете экономического эффекта при замене оргстекла на СПС-УФ необходимо учесть низкую плотность ПС (1,08 г/см3) по сравнению с оргстеклом (1,19 г/см3), что дает выигрыш на 10 %, а также возможность использования более тонких (2,5 мм) листов СПС-УФ из-за повышенной ударопрочности по сравнению с оргстеклом (3,0-4,0 мм), что дает экономию еще на 20-30 %. В итоге замена оргстекла на СПС-УФ позволяет снизить реальные затраты в 2 - 2,5 раза в расчете на 1 м2 светорассеивателя.
В качестве обобщения анализа всех листовых полимерных материалов приведена таблица оценки наиболее существенных показателей при использовании этих материалов в производстве светотехнических изделий (плафонов, светорассеивателей, световых коробов и т.п.). Оценка сделана по 5-ти бальной системе.
Полимерные композиционные материалы : основные типы
Композиционные материалы (композиты) – многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т.д. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении ее механических характеристик.
Компонентами композитов являются самые разнообразные материалы – металлы, керамика, стекла, пластмассы, углерод и т.п. Известны многокомпонентные композиционные материалы – полиматричные, когда в одном материале сочетают несколько матриц, или гибридные, включающие в себя разные наполнители. Наполнитель определяет прочность, жесткость и деформируемость материала, а матрица обеспечивает монолитность материала, передачу напряжения в наполнителе и стойкость к различным внешним воздействиям.
Полимерные композиционные материалы
Композиты, в которых матрицей служит полимерный материал, являются одним из самых многочисленных и разнообразных видов материалов. Их применение в различных областях дает значительный экономический эффект. Например, использование ПКМ при производстве космической и авиационной техники позволяет сэкономить от 5 до 30% веса летательного аппарата. А снижение веса, например, искусственного спутника на околоземной орбите на 1 кг приводит к экономии 1000 долларов. В качестве наполнителей ПКМ используется множество различных веществ.
Стеклопластики
Полимерные композиционные материалы, армированные стеклянными волокнами, которые формуют из расплавленного неорганического стекла. В качестве матрицы чаще всего применяют как термореактивные синтетические смолы (фенольные, эпоксидные, полиэфирные и т.д.), так и термопластичные полимеры (полиамиды, полиэтилен, полистирол и т.д.). Эти материалы обладают достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью, высокими электроизоляционными свойствами, кроме того, они прозрачны для радиоволн. Использование стеклопластиков началось в конце Второй мировой войны для изготовления антенных обтекателей – куполообразных конструкций, в которых размещается антенна локатора. В первых армированных стеклопластиках количество волокон было небольшим, волокно вводилось, главным образом, чтобы нейтрализовать грубые дефекты хрупкой матрицы. Однако со временем назначение матрицы изменилось – она стала служить только для склеивания прочных волокон между собой, содержание волокон во многих стеклопластиках достигает 80% по массе. Слоистый материал, в котором в качестве наполнителя применяется ткань, плетенная из стеклянных волокон, называется стеклотекстолитом. Стеклопластики – достаточно дешевые материалы, их широко используют в строительстве, судостроении, радиоэлектронике, производстве бытовых предметов, спортивного инвентаря, оконных рам для современных стеклопакетов и т.п.
Углепластики
Наполнителем в этих полимерных композитах служат углеродные волокна. Углеродные волокна получают из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, сополимеров акрилонитрила, нефтяных и каменноугольных пеков и т.д. Термическая обработка волокна проводится, как правило, в три этапа (окисление – 220° С, карбонизация – 1000–1500° С и графитизация – 1800–3000° С) и приводит к образованию волокон, характеризующихся высоким содержанием (до 99,5% по массе) углерода. В зависимости от режима обработки и исходного сырья полученное углеволокно имеет различную структуру. Для изготовления углепластиков используются те же матрицы, что и для стеклопластиков – чаще всего – термореактивные и термопластичные полимеры. Основными преимуществами углепластиков по сравнению со стеклопластиками является их низкая плотность и более высокий модуль упругости, углепластики – очень легкие и, в то же время, прочные материалы. Углеродные волокна и углепластики имеют практически нулевой коэффициент линейного расширения. Все углепластики хорошо проводят электричество, черного цвета, что несколько ограничивает области их применения. Углепластики используются в авиации, ракетостроении, машиностроении, производстве космической техники, медтехники, протезов, при изготовлении легких велосипедов и другого спортивного инвентаря.
На основе углеродных волокон и углеродной матрицы создают композиционные углеграфитовые материалы – наиболее термостойкие композиционные материалы (углеуглепластики), способные долго выдерживать в инертных или восстановительных средах температуры до 3000° С. Существует несколько способов производства подобных материалов. По одному из них углеродные волокна пропитывают фенолформальдегидной смолой, подвергая затем действию высоких температур (2000° С), при этом происходит пиролиз органических веществ и образуется углерод. Чтобы материал был менее пористым и более плотным, операцию повторяют несколько раз. Другой способ получения углеродного материала состоит в прокаливании обычного графита при высоких температурах в атмосфере метана. Мелкодисперсный углерод, образующийся при пиролизе метана, закрывает все поры в структуре графита. Плотность такого материала увеличивается по сравнению с плотностью графита в полтора раза. Из углеуглепластиков делают высокотемпературные узлы ракетной техники и скоростных самолетов, тормозные колодки и диски для скоростных самолетов и многоразовых космических кораблей, электротермическое оборудование.
Боропластики
Композиционные материалы, содержащие в качестве наполнителя борные волокна, внедренные в термореактивную полимерную матрицу, при этом волокна могут быть как в виде мононитей, так и в виде жгутов, оплетенных вспомогательной стеклянной нитью или лент, в которых борные нити переплетены с другими нитями. Благодаря большой твердости нитей, получающийся материал обладает высокими механическими свойствами (борные волокна имеют наибольшую прочность при сжатии по сравнению с волокнами из других материалов) и большой стойкостью к агрессивным условиям, но высокая хрупкость материала затрудняет их обработку и накладывает ограничения на форму изделий из боропластиков. Кроме того, стоимость борных волокон очень высока (порядка 400 $/кг) в связи с особенностями технологии их получения (бор осаждают из хлорида на вольфрамовую подложку, стоимость которой может достигать до 30% стоимости волокна). Термические свойства боропластиков определяются термостойкостью матрицы, поэтому рабочие температуры, как правило, невелики.
Применение боропластиков ограничивается высокой стоимостью производства борных волокон, поэтому они используются главным образом в авиационной и космической технике в деталях, подвергающихся длительным нагрузкам в условиях агрессивной среды.
Органопластики
Композиты, в которых наполнителями служат органические синтетические, реже – природные и искусственные волокна в виде жгутов, нитей, тканей, бумаги и т.д. В термореактивных органопластиках матрицей служат, как правило, эпоксидные, полиэфирные и фенольные смолы, а также полиимиды. Материал содержит 40–70% наполнителя. Содержание наполнителя в органопластиках на основе термопластичных полимеров – полиэтилена, ПВХ, полиуретана и т.п. – варьируется в значительно больших пределах – от 2 до 70%. Органопластики обладают низкой плотностью, они легче стекло- и углепластиков, относительно высокой прочностью при растяжении; высоким сопротивлением удару и динамическим нагрузкам, но, в то же время, низкой прочностью при сжатии и изгибе.
Важную роль в улучшении механических характеристик органопластика играет степень ориентация макромолекул наполнителя. Макромолекулы жесткоцепных полимеров, таких, как полипарафенилтерефталамид (кевлар) в основном ориентированы в направлении оси полотна и поэтому обладают высокой прочностью при растяжении вдоль волокон. Из материалов, армированных кевларом, изготавливают пулезащитные бронежилеты.
Органопластики находят широкое применение в авто-, судо-, машиностроении, авиа- и космической технике, радиоэлектронике, химическом машиностроении, производстве спортивного инвентаря и т.д.
Полимеры, наполненные порошками
Известно более 10000 марок наполненных полимеров. Наполнители используются как для снижения стоимости материала, так и для придания ему специальных свойств. Впервые наполненный полимер начал производить доктор Бейкеленд (Leo H.Baekeland, США), открывший в начале 20 в. способ синтеза фенолформфльдегидной (бакелитовой) смолы. Сама по себе эта смола – вещество хрупкое, обладающее невысокой прочностью. Бейкеленд обнаружил, что добавка волокон, в частности, древесной муки к смоле до ее затвердевания, увеличивает ее прочность. Созданный им материал – бакелит – приобрел большую популярность. Технология его приготовления проста: смесь частично отвержденного полимера и наполнителя – пресс-порошок - под давлением необратимо затвердевает в форме. Первое серийное изделие произведено по данной технологии в 1916, это – ручка переключателя скоростей автомобиля «Роллс-Ройс». Наполненные термореактивные полимеры широко используются по сей день.
Сейчас применяются разнообразные наполнители так термореактивных, так и термопластичных полимеров. Карбонат кальция и каолин (белая глина) дешевы, запасы их практически не ограничены, белый цвет дает возможность окрашивать материал.
Применяют для изготовления жестких и эластичных поливинилхлоридных материалов для производства труб, электроизоляции, облицовочных плиток и т.д., полиэфирных стеклопластиков, наполнения полиэтилена и полипропилена. Добавление талька в полипропилен существенно увеличивает модуль упругости и теплостойкость данного полимера. Сажа больше всего используется в качестве наполнителя резин, но вводится и в полиэтилен, полипропилен, полистирол и т.п. По-прежнему широко применяют органические наполнители – древесную муку, молотую скорлупу орехов, растительные и синтетические волокна. Для создания биоразлагающихся композитов в качество наполнителя используют крахмал.
Текстолиты
Слоистые пластики, армированные тканями из различных волокон. Технология получения текстолитов была разработана в 1920-х на основе фенолформальдегидной смолы. Полотна ткани пропитывали смолой, затем прессовали при повышенной температуре, получая текстолитовые пластины. Роль одного из первых применений текстолитов – покрытия для кухонных столов – трудно переоценить.
Основные принципы получения текстолитов сохранились, но сейчас из них формуют не только пластины, но и фигурные изделия. И, конечно, расширился круг исходных материалов. Связующими в текстолитах является широкий круг термореактивных и термопластичных полимеров, иногда даже применяются и неорганические связующие – на основе силикатов и фосфатов. В качестве наполнителя используются ткани из самых разнообразных волокон – хлопковых, синтетических, стеклянных, углеродных, асбестовых, базальтовых и т.д. Соответственно разнообразны свойства и применение текстолитов.
Что выбрать? Отличие оргстекла от монолитного поликарбоната.
Оргстекло изобрел Отто Рём в 1928 году. И оно практически произвело переворот в химии. Кроме того, изобретение данного материала поспособствовало развитию и открытию новых технологий и сфер производства. Монолитный поликарбонат был разработан позднее Германом Шнеллом в 1953 году. Первым промышленным применением монолитного поликарбоната стало использование в электронике.
Свойства каждого материала делают их уникальными, но при этом во многом они схожи и могут быть взаимозаменяемыми в разрезе рекламного производства. Потому, когда Вам предстоит выбрать оргстекло или монолитный поликарбонат, необходимо знать и учитывать особенности каждого.
Акриловое стекло
Оргстекло представляет собой прозрачный твёрдый синтетический материал на основе органических полимеров. Производится методом литья или экструзии. Толщина материала от 1 до 25 мм, формат листа 2050 х 3050 мм.
- ударная прочность (в 10 раз выше, чем у стекла)
- большое количество способов обработки
- малый вес
- высокая светопропускаемость
- осветительная техника (плафоны, перегородки, лицевые экраны, рассеиватели)
- наружная реклама (вывески, элементы коробов, световые буквы)
- торговое оборудование (подставки, сувенирная продукция, ценникодержатели, витрины, рекламные подставки, дисплеи, проекционные экраны)
- сантехника (душевые кабины, перегородки, остекление дверей и балконов, кровля, шумозащитные экраны)
- строительство и архитектура (остекление проёмов, перегородки, купола, объёмные формованные изделия, аквариумы)
- транспорт (остекление самолётов, катеров)
- приборостроение (циферблаты, смотровые окна, корпуса, диэлектрические детали, ёмкости)
- прочие
Производители рекламы выбирают оргстекло в зависимости от текущих потребностей для конкретного проекта. Как правило, выбор зависит от цвета материала (прозрачный или цветной), толщины (варьируется от ), типа поверхности (матовый или глянцевый) и размера листа.
Монолитный поликарбонат
Поликарбонат - это твердый бесцветный полимерный пластик. Производится методом литья или экструзии. Производимые толщины от 1,5 до 12 мм, формат листа 2050 х 3050 мм.
- хороший диэлектрик
- высокая ударная прочность: выше ударной прочности оргстекла в 10 раз
- пожаробезопасность: материал трудновоспламеняем, обладает свойством самозатухания
- малый вес: легче силикатного стекла в 250 раз
- шумоизоляция
- термоустойчивость: самый высокий показатель среди прочих пластиков
- безотходное производство: подлежит вторичной переработке
- долговечность
Монолитный поликарбонат находит применение в любой отрасли, где важна прозрачность материала, высокая ударопрочность и теплостойкость. Автомобильная промышленность, приборостроение, строительство (в частности остекление), медицинское оборудование, шлемы космотнавтов и пилотов Formula 1, осветительное оборудование для различных нужд, в том числе зенитные фонари.
Сравнение поликарбоната и оргстекла
Отличие монолитного поликарбоната от оргстекла заключается в разности технических характеристик и свойств. Соответственно выбор материала будет зависеть от степени важности определенных параметров для Вашей конкретной задачи. Визуально же существенной разницы между поликарбонатом и оргстеклом Вы не заметите.
Читайте также: