ポリカーボネートとは何ですか?

 

ポリカーボネート(PC) は、分子骨格内のカーボネート結合 (-O-(C=O)-O-) を特徴とする熱可塑性ポリマーのファミリーに属します。 1953年-1955年にバイエル社のヘルマン・シュネルとゼネラル・エレクトリック社のダニエル・フォックスによって独立して最初に合成されたこのエンジニアリング プラスチックは、90%の光透過率に近い光学的透明性、ガラスの250倍を超える耐衝撃性、-40度から120度の動作範囲にわたる熱安定性という珍しい組み合わせを示します。この材料の非晶質構造-は、その分子が長距離の結晶秩序を欠いていることを意味し、その透明性と、破壊することなく大幅な塑性変形を受ける能力の両方を説明します。

どこにでもあるもの

ここで重要なのは、おそらく今日少なくとも 3 回は、気づかずにポリカーボネートに触れたことがあるでしょう。携帯電話のケースは？おそらくポリカーボネートまたは PC ブレンドです。仕事中の安全メガネですか？ポリカーボネート。車のヘッドライトカバーはありますか？はい。オフィスのキッチンにあるウォーターディスペンサーの水差しも。

それは、暴徒鎮圧盾、航空機のキャノピー、銀行の防弾「ガラス」などの奇妙なものに入る前です。{0}先週末、実家の地下室で見つけたCD。温室。哺乳瓶（ただし、話は複雑になってきます-詳しくは後ほど）。

エンジニアがこの技術に立ち戻り続ける理由

耐衝撃性については、ほとんどの記事よりも注目に値します。私たちは「プラスチックとしてはかなり強い」という話をしているのではありません。適切に重ねれば銃弾を止めることができる素材について話しているのです。標準的なポリカーボネート シートは、ハンマーで直接打撃しても割れることはありません。-アクリルやガラスで試してみると、破片が掃き寄せられることになります。

これを機能させるのは分子構造です。先ほど述べた炭酸基ですか？これらにより、ポリマー鎖は亀裂の伝播ではなく、変形を通じてエネルギーを吸収できるようになります。チェーンが伸びて、切れる前に互いにすり抜けてしまう可能性があります。ポリカーボネートが冷間で曲げられるのはこのためです-多くの場合、加熱せずに実際に板金ブレーキ上でポリカーボネートを成形できます。

ガラス転移温度は約 147 度です。それ以下は硬いです。それ以上になると、徐々に柔らかくなり、作業可能になります。これにより、製造業者は、より繊細なエンジニアリング プラスチックでは提供できない幅広い加工ウィンドウを得ることができます。

光の透過

 

コーティングされていないポリカーボネートは可視光の約 88% を透過し、光学ガラスの到達距離内に収まります。 92%に達したグレードもあります。屈折率は標準のガラスよりも約 1.58-高く-、薄型の眼鏡レンズに適しています。

しかし、仕様書には必ずしも記載されていないこともあります。材料は安定化されていない限り、紫外線にさらされると時間の経過とともに黄変します。生のポリカーボネートを日光の下に放置すると、1 ～ 2 年以内に琥珀色に変化します。ほとんどの市販シートには、まさにこの理由から、UV 安定化された表面が付属しています。-

BPA の質問

ビスフェノールAについて話さなければなりません。

標準的なポリカーボネートは、BPA とホスゲンを反応させることによって作られます。 BPA は内分泌かく乱物質です-体内でエストロゲンに似た働きをします。確かに、特に加熱したり酸性の内容物にさらした場合、ポリカーボネート容器から微量の物質が浸出する可能性があります。

これは 2008-2012 年頃に大きな懸念となり、いくつかの国で哺乳瓶に対する規制措置が取られ、Tritan（異なるモノマーを使用）のような BPA フリーの代替品の開発が促進されました。- FDA は食品と接触するポリカーボネートは現在の暴露レベルでは安全であると依然として考えていますが、議論は続いています。

産業用途では、-機械のガード、ガラス、保護カバー-BPA の浸出は基本的に問題ではありません。-しかし、食品と接触する用途については依然として争点が残っています。{4}}ただ知る価値があります。

マテリアルの操作

ポリカーボネートを美しく加工します。標準の超硬工具は問題なく機能します。穴を開けたり、鋸で切ったり、配線したりすることができます。-主な予防策は、局所的な溶解やツールのエッジに粘着性が蓄積する原因となる過熱を避けることです。鋭利なツールと適度なスピードが答えです。

熱成形では、最初にシートを乾燥させる必要があります。ポリカーボネートは吸湿性（空気中の水分を吸収する）があり、閉じ込められた水分が加熱中に気泡を生成します。ほとんどの製造業者は、成形前にシートを 120 度で 2 ～ 4 時間乾燥させます。

ピースを結合するには:

溶剤溶接は機能しますが、注意が必要です。{0}作業する溶剤は攻撃性が高く、多量に塗布しすぎると応力亀裂を引き起こす可能性があります

機械的な固定には熱膨張に対応するために大きな穴が必要です

ポリウレタンまたはシリコーン接着剤を使用した接着により、最も寛容な結果が得られます。

射出成形は大量生産の手法です。{0}バレル温度は約 280-320 度、金型温度は 80 ～ 120 度です。この材料は水分汚染を許容しません。残留水分は溶融加工中に加水分解を引き起こし、分子量と機械的特性を破壊します。

積み重なる仕組み

対アクリル（PMMA）

アクリルは光学的に優れており、{0}透明度が高く、曇りにくく、箱から出してすぐの耐傷性にも優れています。値段も安いです。しかし、アクリルは衝撃を受けると粉々になり、ポリカーボネートは曲がります。ガラス素材に何かが当たる可能性がある場合は、ポリカーボネートが最適です。

ガラスに対して

 

ガラスの傷が少なくなります。ガラスは黄ばみません。ガラスはフラットパネルの方が安価です。ガラスを使用すると、光学的な透明度が向上します。

しかし、ガラスは同等の厚さで平方フィートあたりおよそ 2 倍の重さになります。ガラスは割れると危険な破片になります。ガラスは冷えた状態では曲げられません。ガラスには、信頼性の高い結果を得るために特殊な工具と気候制御された切断環境が必要です。{3}}

重量が重要な場合や破損が影響する場合には、-多くの用途で使用されることが判明しています-。スペックシートの比較が示すよりもポリカーボネートの方が合理的です。-

誰も語らない成績

スクラッチ問題

こちらの素材のアキレス腱：ポリカーボネートは傷がつきやすいです。恥ずかしいほど簡単ですが、他のすべてを考慮すると、それはうまくいきます。

これは分子レベルでは解決できません。チェーンの可動性と耐衝撃性により、表面は爪で跡が付くほど柔らかくなります。

業界のソリューションは、浸漬、フロー コーティング、またはプラズマ デポジションによって適用されるハード コーティング{0}}で、通常はシリコン-ベースまたはアクリル-ベースの層です。優れたハードコート システムでは、ポリカーボネートの鉛筆硬度が 2H ～ 4H になり、ガラスに近づきます。しかし、コーティングによりコストと処理手順が追加されます。

メガネの場合、基本的にすべてのポリカーボネート レンズはハード コーティングを施して出荷されます。工業用ガラスの場合、表面マーキングに対するアプリケーションの許容範囲に応じて、コーティングされたバージョンとコーティングされていないバージョンの両方に市場があります。

リサイクルの現実

ポリカーボネートは技術的にはリサイクル可能です。結局のところ、これは熱可塑性プラスチックなので、-溶かして再成形します。樹脂コード 7 (「その他」) がそれをカバーします。

現実はもっと厄介です。この材料は熱劣化に敏感であり、処理サイクルごとに分子量が減少します。汚染が問題です。-混合プラスチックによりバッチが使用できなくなります。そして、PET や HDPE と比較すると、その量はまったくありません。ほとんどのカーブサイドプログラムはそれを受け入れません。

水筒や光ディスクなどの産業リサイクル プログラムは存在しますが、実際にリサイクル業者に届く割合は依然として小さいです。ケミカルリサイクル (解重合して BPA と炭酸塩に戻す) は技術的には可能ですが、大規模にはまだ経済的ではありません。

どこへ行くのか

生産能力は増加を続けており、-現在では年間 600 万トンを超える水準になっています。アジアは生産と消費の両方で優位を占めています。

研究傾向には次のようなものがあります。

BPA の代わりにイソソルビドを使用したバイオ-代替品

透明性を犠牲にすることなく耐傷性を向上させるナノコンポジット

自己修復コーティング システム-

LED照明アプリケーションの光学的透明性の向上

EV への移行により、自動車照明とバッテリー ハウジングにおける新たな需要が大幅に増加しています。軽量化の要件では、特性が許せばガラスや金属よりもプラスチックが優先されます。

結論

ポリカーボネートは、要求の厳しい構造用途に十分な強度を持ち、光学用途に十分な透明性を持ち、ほぼすべてのプラスチック成形法で加工可能という、珍しい分野を占めています。この組み合わせは他には存在しません。

完璧ではありません。傷つきやすいため、コーティングなしで使用できる場所は制限されます。 BPA のせいで、食品と接触するアプリケーションは複雑になっています。- UV 安定性には添加剤またはコーティングが必要です。

しかし、透明な装甲、軽量のガラス、耐衝撃性のレンズ、または「透明で丈夫」が要件リストの最上位にある-その他の用途が必要な場合、通常はポリカーボネートを使用することになります。-商業化から 50 年が経過しても、これに匹敵するものは他にありません。