ポリカーボネート化学骨格内のカーボネート官能基 (-O-(C=O)-O-) によって区別される熱可塑性ポリマーのファミリーを包含します。-この材料の光学的透明性、寸法安定性、機械的靭性の特徴的な組み合わせを与える構造配置です。ポリカーボネートのタイプの分類は、主に 3 つの変数、分子量分布、コ-のコモノマーまたはブレンドポリマーの配合、配合中に使用される添加剤パッケージから決まります。各バリエーションは異なる加工特性と最終用途特性を生み出し、現在市販されているグレードは、MatWeb などの世界的な樹脂データベース全体で数千に上ります。MatWeb には、ポリカーボネート配合物だけでも 6,100 以上がカタログ化されています。-
誰もが知っている明確なこと
汎用の-ポリカーボネート-は充填されていない光学的に透明なバージョン-で、人々が日常的に目にするものの大半を占めています。携帯電話ケース、安全メガネ、水差し。光透過率は約 88 ～ 90% で、光学ガラスに匹敵します。屈折率は約1.58～1.59。
しかし、「汎用」という言葉は、重大なバリエーションを覆い隠します。ここでは分子量が非常に重要です。低分子量グレードは射出成形中に水のように流れますが、崖から衝撃強度が低下することに気づくまでは素晴らしいことのように聞こえます。高分子量版?爪のように頑丈ですが、加工は悪夢のようです。-高い溶融粘度、長いサイクル時間、装置の摩耗。メーカーは、最終製品が繰り返し落下しても耐えられる必要があるのか、単にガラス越しに美しく見える必要があるのかに応じて、数平均分子量を 20,000 から 70,000 以上まで指定しています。-
自動車のヘッドランプ レンズやライト ガイドなどの光学グレードでは、複屈折{0}}応力-によって引き起こされる光学歪みを制御する必要があり、偏光サングラスを通して見るとすべてが奇妙に見えます。自動車 OEM は、その特定の欠陥に対してまったく忍耐強くありません。
ガラス-入りバージョン
ポリカーボネートに10～40％のガラス繊維を加えると個性がガラリと変わります。
利点: 剛性が劇的に向上し、熱膨張が低下し、高温でのクリープ耐性が約 28 MPa 向上します。寸法安定性は、精密部品にとって実際に信頼できるものになります。熱膨張係数は金属の熱膨張係数に近づきます。これは、プラスチック部品をアルミニウム フレームにボルトで固定するときに重要になります。
悪い点: 透明感にさよならをキスします。衝撃強度-ほとんどの人がポリカーボネートを選ぶ最初の理由-は衝撃を受けます。繊維により応力集中が生じます。あるプロパティ セットを別のプロパティ セットと交換することになります。
これらのグレードは、特定の産業用途においてダイカスト アルミニウムと直接競合します。{0}軽量で耐腐食性があり、安価な工具。-ガラスの充填率はバランスをとるためのものです。20% では適度な靭性を維持しながら適度な剛性の向上が得られ、40% では材料の挙動が金属に近いものになりますが、ますます脆くなります。
ガラス-が入った PC は工具を破壊します。研磨繊維がネジ、バレル、金型の表面を噛み砕きます。ガラス張りの仕事を見積もる場合は、メンテナンスのダウンタイムと機器の交換サイクルを考慮に入れたほうがよいでしょう。そうしないと、損失が発生します。それを苦労して学びました。
PC/ABS ブレンド
商業的に最も成功したポリカーボネート誘導体は、まったく純粋なポリカーボネートではありません。
PC/ABS ブレンドは、-通常 60-90% のポリカーボネートとアクリロニトリル ブタジエン スチレンの合金-で、PC の耐熱性と強度と、ABS の加工性と低温延性を兼ね備えています。得られる材料は、ストレートのポリカーボネートよりも流動性が高く、低温で加工され、コストが低くなります。世界の需要は 2022 年までに 450 万トンを超えました。
あなたのオフィスを見回してください。ラップトップの筐体?ほぼ間違いなくPC/ABSです。モニターのベゼル、プリンター本体、キーボードの筐体。自動車内装-インストルメント パネル、センター コンソール、内装トリム部品。この材料は、適切な耐熱性 (約 110 度)、良好な耐衝撃性能、および塗装やテクスチャリング後の見栄えの良い表面が必要な場所で使用されます。
ブレンド比率がすべてを決定します。ポリカーボネートの含有量が増えると耐熱性が高まりますが、材料コストと加工の難易度が高くなります。 ABS を増やすと流量特性が向上し、価格が下がりますが、熱性能は犠牲になります。エンジニアは実際の時間を費やして、特定の用途に合わせてこれらの比率を最適化し、添加剤パッケージを調整し、色の安定性と表面の外観について DOE を実行します。
人々を不意を突く点が 1 つあります。PC/ABS は加水分解に弱いことで知られています。 80-110 度で 3 ～ 4 時間の予備乾燥はオプションではなく、必須です。これをスキップすると、バレル内で材料が劣化し、分子量が低下し、機械的特性がクレーターになります。誰かが乾燥ステップを急ぐことにしたために、生産工程全体が拒否されたのを見てきました。
難燃グレード
UL 94 評価は、特定の市場では非常に重要です。
規格は HB (水平バーン、最小抵抗) から V-2、V-1、V-0、そして最大 5VA (最も厳しい) まで続きます。汎用ポリカーボネートは通常、変更を加えることなく V-2 または HB を実現します。電気エンクロージャ、データセンター機器、輸送コンポーネントなどのアプリケーションでは、多くの場合、V-0 以上が必要です。
そこに到達するには、添加剤が必要です。{0}歴史的には主鎖に共重合されたテトラブロモビスフェノール A などのハロゲン化化合物、最近では規制の圧力が高まるにつれてリン{1}}ベースまたはその他のハロゲンフリー-のシステムが必要になります。難燃剤パッケージは、光学的透明性（通常は劣化）、衝撃強度（場合によっては低下）、色安定性（しばしば損なわれる）、処理ウィンドウ（狭い）など、あらゆるものに影響を与えます。
Makrolon FR や LEXAN 9604 などの商品名がこの分野を支配しています。認証プロセスには、燃焼テストに合格するだけでなく、すべての製造ロット、カラーバリエーション、厚さの仕様にわたってその評価を維持することが含まれます。 3mm で V-0 の材料は、1.5mm で V-2 に達する可能性があります。また、薄肉部品を指定する顧客は、より厚い認定データを気にしません。
メガネ業界と PC の複雑な関係
屈折率 1.59 のポリカーボネート レンズは興味深いケーススタディです。
耐衝撃性は非常に優れており、-標準の CR-39 プラスチックよりも 10 倍優れており、子供用メガネ、安全メガネ、高速で何かが顔に当たる可能性のあるスポーツ用途に適しています。コーティングなしでUVブロック機能を内蔵。この素材により、子供用眼鏡市場からガラスが実質的に排除されました。
しかし。
光学的な透明度?平凡。アッベ値-レンズが白色光を虹の縞にどれだけ分散させるかを示す色収差の尺度-は約 30 です。これは一般的なレンズ素材の中で最悪です。人々は、特に周辺視野で色のにじみに気づきます。より高い-指数のプラスチック（1.60～1.74）のアッベ値は 32～42 であり、より薄いにもかかわらず歪みが少ないことを意味します。
耐傷性は本当に悪いです。ポリカーボネートは柔らかいです。すべてのレンズにはハード コーティングが必要ですが、これによりコストが増加し、潜在的な故障箇所が増えます。
業界は主に、同様の耐衝撃性、アッベ値 43、すぐに使える優れた耐傷性を備えた高級用途向けの Trivex に移行しています。{0}ポリカーボネートは、光学的な完璧さよりも耐飛散性が求められる低予算メガネや子供用メガネの主力製品であり続けています。
マルチウォールシート：全く違う動物
ツインウォールおよびマルチウォール ポリカーボネート パネルは、射出成形部品とはまったく異なる問題を解決するため、個別に処理する必要があります。-
2 つ (または 3 つ、または 5 つ) の薄いポリカーボネート層が垂直のリブで接続され、シートの長さに沿って空気のチャネルが形成されている様子を想像してください。エアポケットは、16mm 構成の場合、6mm ツイン-壁で 1.6 の断熱性-R-値を提供します。これを R-1 程度の単板ガラスと比較してください。-
温室はこれが大好きです。厚さと壁の数に応じて、光透過率は 74-80% になります。 UV ブロックは、成長を促進する波長を通過させながら、植物を火傷から保護します。耐衝撃性は、雹が建物の構造を破壊しないことを意味します。平方フィートあたりの重量はガラスの数分の一です。
厚い多層ポリカーボネートで作られたハリケーン パネルは、マイアミ-デイド郡の暴風雨対策の認定を受けています。透明なので、バンカーに住んでいるわけではありません。十分に軽いため、設置に特別な機器は必要ありません。
欠点は？エッジのシールが失敗すると、長年にわたってほこりや破片が溝に侵入する可能性があります。フルート内の藻の繁殖はひどいようです。この材料は、安定剤にもかかわらず UV の下で黄変しますが、固体シートよりもゆっくりと黄変します。
医療および食品-接触グレード
標準ポリカーボネートの合成に使用されるモノマーである BPA-ビスフェノール A-は、食品と接触する用途に関して依然として議論の余地があります-。
FDAは依然として、現在の暴露レベルでは安全であると考えています。欧州委員会の科学委員会もこれに同意しています。しかし、消費者の圧力によりBPAフリーの代替品の開発が推進され、各国の規制当局が哺乳瓶への使用を特に制限しました。{2}
オプションには、テトラメチルシクロブタンジオールなどの代替ビスフェノールから合成されたポリカーボネートや、イーストマンの Tritan コポリエステルなどのまったく異なるポリマー ファミリが含まれます。医療グレードのポリカーボネートには、BPA を考慮するだけでなく、ガンマ線の安定性（滅菌用）、生体適合性テスト、規制関連の専門家が泣くような文書記録も必要です。-
皮肉なことに、{0}機械ガード、電気エンクロージャ、自動車部品-などの産業用途では、BPA はまったく無関係です。誰も暴徒の盾を食べていません。
高-ヒートグレード
標準的なビスフェノール A ポリカーボネートのガラス転移温度は約 147 度です。高温下での持続的なパフォーマンスが必要な用途-エンジンの熱にさらされる自動車照明、熱源の近くにある電気部品-では、十分なマージンが得られない可能性があります。
トリメチルシクロヘキサノン ビスフェノール (TMC) を組み込んだコポリマーは、ガラス転移温度を 238 度まで押し上げます。 Covestro の Apec HT などの商用グレードは、TMC 含有量に応じて 158 度から 205 度の Vicat 軟化点を提供します。この材料は非晶質のままで、厚さ 1 mm で約 90% の光透過率を維持し、ノッチ付き衝撃強度は標準グレードより若干低下しますが、靭性を保ちます。-
これらはプレミアム価格を設定します。用途にとって熱性能が実際に重要でない限り、高耐熱グレードを指定する必要はありません。汎用品と比較して 2 ～ 3 倍の材料コストがかかるためです。-
コーティングに関する質問
ポリカーボネートのほぼすべての制限により、コーティング ソリューションが生み出されています。
耐傷性?シリコーン-ベースまたはダイヤモンド-のようなカーボン（DLC）ハードコートは、ガラスに近い 2H-4H の鉛筆硬度を実現します。紫外線劣化？安定化された共押出層または塗布されたコーティングにより、屋外での耐用年数が 2 年から 10 ～ 15 年に延長されます。耐薬品性?特殊コーティングは、裸の PC を攻撃する溶剤に耐性があります。
問題点は、コーティングを行うたびにコストがかかり、処理ステップが追加され、潜在的な故障モードが発生するという点です。接着不良。コーティングのひび割れ。基材とコーティング間の熱膨張の不一致により層間剥離が発生します。塗装された製品は基材だけでなく全体として資格を必要とする制度となります。
メガネの場合、ハードコーティングは基本的に普遍的です。工業用ガラスの場合、用途が表面マーキングを許容できるかどうかに応じて、コーティングされた製品とコーティングされていない製品の両方に市場があります。
フィルムグレード
薄いポリカーボネート フィルム-厚さ 250µm ～ 500µm は、電気絶縁体から印刷オーバーレイまで幅広い用途に使用できます。
高鮮明度バリアントは、光学品質が重要となるディスプレイ ウィンドウ、メンブレン スイッチ、グラフィック オーバーレイに使用されます。マット-仕上げのバージョンは、電子インターフェースのまぶしさを軽減します。 Makrofol FR などの難燃性フィルム グレードは、印刷および成形可能でありながら、UL94 V-0 を達成しています。
電気絶縁市場では、ポリカーボネートフィルムの絶縁耐力、低吸湿性、温度サイクル下での寸法安定性が特に評価されています。 Bayer が 2000 年にコンデンサ グレードのフィルムの生産を中止するまで、ポリカーボネート コンデンサは高い安定性と優れた周波数特性を備えていました。{{3}その後、その市場は他の誘電体に移りました。
一体どこに向かっているのか
BPA の代わりにイソソルビドを使用したバイオ-ベースのポリカーボネートが登場します。世界の生産能力は年間 600 万トンを超え、さらに増加しています。アジア-特に中国-が生産と消費の両方を支配しています。
EV への移行により、軽量バッテリー ハウジング、LED 照明アプリケーション、軽量化により航続距離が向上する透明コンポーネントなど、実質的な新たな需要が生み出されています。バッテリーパックからより多くのマイルを搾り取ろうとする場合、すべてのキログラムが重要です。
ナノ複合材料の研究は、透明性を犠牲にすることなく耐傷性を向上させることを目的としています。{0}この目標は、10 年前から「ほぼ達成」されています。自己修復コーティング システムは実験室環境に存在しますが、商業規模には達していません。-
リサイクルには依然として問題が残っています。ポリカーボネートは技術的には熱可塑性であり、理論的にはリサイクル可能ですが、再処理中の熱劣化により分子量と特性が低下します。モノマーに戻すケミカルリサイクルは原理的には機能するが、経済的実行可能性は達成されていない。現在、ほとんどの使用済みポリカーボネートは、底部にリサイクルマークが付いているにもかかわらず、埋め立て地または焼却場に送られています。
基本的な現実は、1950 年代にハーマン シュネルとダニエル フォックスが独立して合成して以来変わっていません。透明で丈夫で、従来の熱可塑性プラスチック法で加工可能な材料が必要な場合、ポリカーボネートがデフォルトの答えであり続けます。 -利用可能な何千もの中から-具体的なグレードは、アプリケーションにとって最も重要なプロパティの組み合わせ、許容できる制限、および段階的な改善にいくら支払ってもよいかによって決まります。