Листовой монолитный (сплошной) поликарбонат (ПК) является самым прочным из всех прозрачных материалов, существующих на мировом рынке и производящихся в промышленных масштабах. Уникальность эксплуатационных характеристик обеспечивает востребованность листового ПК в таких областях как автомобилестроение, строительство, военная техника, производство спортивного снаряжения, средств безопасности и антивандальных конструкций и, несомненно, рекламная индустрия.
Сырьевой поликарбонат (в виде гранул) представляет собой продукт поликонденсации дифенилолпропана и хлорангидрида угольной кислоты (фосгена) или диметилового эфира угольной кислоты (ДМУК). Использование ДМУК дает возможность перевести технологический процесс получения ПК из жидкой фазы в расплав, избавиться от экологически опасного фосгена и значительно увеличить объемы производства. Этот передовой метод уже используется на одном из заводов компании «General Electric Plastics» в Испании. Увеличение объема производства гранулированного ПК влечет за собой увеличение объема производства листового материала, что благотворно влияет на конъюнктуру мирового рынка и позволяет удовлетворить все повышающийся спрос (в том числе и в России) на прозрачные, полупрозрачные и цветные пластики.
Основными производителями многочисленных марок ПК являются компании: General Electric Plastics (США, торговая марка LEXAN), Dow Plastics (США, CALIBRE), Bayer (Германия, MAKROLON), Teijin Chemical (Япония, PANLITE), Sam Yang (Южная Корея, TRIREX). Из этих исходных материалов методами экструзии и соэкструзии (нанесение УФ-защитного слоя) изготавливаются все листовые ПК в странах Америки и Европы, а также в России.
В нашей стране листовой ПК представлен следующими популярными марками: Barlo PC, Barlo PC UVP с УФ-защитой (Бельгия), Makrolon (Германия), Lexan (Голландия, Австрия), Politec (Италия), Paltuf и Palsan (Израиль), Axxis-PC и Axxis-Sunlife с УФ-защитой (Бельгия), поликарбонат монолитный (Россия, г.Дзержинск) и другими.
Так как все листовые ПК изготавливаются практически из одинаковых по характеристикам марок сырьевого гранулята (у всех компаний-производителей ПК существует специальные экструзионные марки для производства монолитных и сотовых листов), основные свойства материалов разных производителей мало, чем отличаются друг от друга. В таблице 1 приведены физико-механические и эксплуатационные характеристики некоторых из них.
Таблица 1. Технические характеристики монолитного листового поликарбоната
| Характеристика | Метод | Ед.изм. | Значения | ||
| Barlo PC, PC UVP | Paltuf, Palsan | Axxis Sunlife | |||
| Плотность | ISO 1183 | г/см³ | 1.2 | 1.18 | 1.2 |
| Светопропускание | ТЗ | % | 86 | 89 | 86 |
| Коэффициент преломления | DIN 5036 | ND20 | 1.585 | н/д | 1.585 |
| Модуль упругости при изгибе | ISO 178 | МПа | н/д | 2600 | н/д |
| Предел прочности при изгибе | ISO 178 | МПа | > 95 | > 90 | > 95 |
| Модуль упругости при разрыве | ISO 527 | МПа | 2200 | 2000 | 2200 |
| Предел прочности при разрыве | ISO 527 | МПа | 60 | 65 | 60 |
| Удлинение при разрыве | ISO 527 | % | 80 | 90 | 100 |
| Ударная вязкость по Шарпи образца с надрезом | ISO 179 | кДж/м² | > 40 | н/д | > 30 |
| Ударная вязкость по Шарпи образца без надреза | ISO 179 | кДж/м² | без разр. | без разр. | без разр. |
| Ударная вязкость по Изоду образца с надрезом | ASTM D 256 | Дж/м | н/д | 800 | 600-800 |
| Теплостойкость по методу Vicat | ISO 306 | °С | 145 | 150 | 145 |
| Температура прогиба (А) | ISO R 75 | °С | 135 | 130 | 135-140 |
| Коэфф. линейного термического расширения | DIN 53328 | K-1 10-5 | 6.5 | 6.5 | 6.5 |
| Теплопроводность | DIN 52612 | Вт/м.К | 0.2 | н/д | 0.21 |
| Удельная теплоемкость | D-2766 | Дж/г.К | 1.17 | 1.26 | 1.17 |
| Температура разложения |
| °С | > 280 | н/д | > 280 |
| Мин.температура использования |
| °С | -60 | -75 | -100 |
| Макс.температура использования |
| °С | +130 | +120 | +130 |
| Макс.температура длительной тепловой нагрузки |
| °С | +115 | +100 | +115 |
| Температура термоформования |
| °С | 180-210 | н/д | 180-200 |
| Температура формы |
| °С | 55-90 | н/д | 55-90 |
| Диэлектрич. постоянная, 50 Гц | DIN 53483 |
| 3.0 | н/д | 3.0 |
| Электрическая прочность | DIN 53481 | кВ/мм | > 30 | н/д | > 30 |
| Объемное сопротивление | DIN 53482 | Ом.см | 1015 | н/д | 1015 |
| Поверхностное сопротивление | DIN 53482 | Ом | 1015 | н/д | 1015 |
| Тангенс угла диэлектрич.потерь | DIN 53483 | Гц | 8x10-4 | н/д | 9.2х10-4 |
| Огнестойкость | UL-94 DIN 4102 | Класс Класс | н/д | н/д | V-1 B1 |
Анализ данных таблицы 1 позволяет сделать вывод, что листовой ПК обладает уникально высокой ударопрочностью. В графе значений ударной вязкости образца без надреза указано: «без разрушений» - это означает, что образец листового ПК невозможно разрушить лабораторными методами. Если соотнести данные показателя ударной вязкости образца ПК с соответствующими показателями для других листовых материалов, например, для оргстекла 14-17 (без надреза) и 4-5 (с надрезом), для полисторола 5-6 (без надреза) и 1-2 (с надрезом), то можно приблизительно оценить величину этой физической характеристики в 900-1100 кДж/м² (без надреза). Эта величина иллюстрирует экстремальную ударопрочность материала. И действительно, листовой ПК невозможно разбить ни молотом, ни двухпудовой гирей. Даже, если в силу каких-либо внешних обстоятельств ударопрочность уменьшится в 3-5 раз, указанная физическая величина будет иметь настолько большое значение (200-300), что не возникнет ощутимого снижения прочности конструкционного элемента. Поэтому этот материал для использования в антивандальных строительных и рекламных конструкциях, несомненно, предпочтителен.
Еще одна особенность листового ПК - высокая устойчивость к низким и высоким температурам. Диапазон температур уверенного использования очень широк - от —50°С до +150°С. Поэтому поликарбонат безоговорочно может применяться в любых самых сложных климатических условиях. В интерьере этот полимер также находит применение в случае эксплуатации изделий в режиме повышенных температур (например, в световых коробах с установленными в качестве световых источников лампами накаливания с избыточной теплоотдачей).
Для ПК характерны также высокая огнестойкость, чрезвычайно низкий уровень дымообразования при горении в условиях даже развитого пожара и низкая токсичность продуктов разложения, что является очень важными факторами эксплуатационной безопасности строительного объекта. Значение Кислородного индекса (процентное содержание кислорода в окружающей атмосфере, при которой материал начинает поддерживать устойчивое горение) составляет 28-30%. Это значит, что в воздушной среде (21% кислорода) поликарбонат не поддерживает горение и в соответствии с классификацией относится к группе самозатухающих полимеров. Совокупность всех этих качеств ставит листовой ПК в ряд материалов с наилучшими показателями противопожарной безопасности, причем стоит заметить, что эти свойства характерны для ПК без каких бы то ни было специальных антипирирующих добавок.
Поликарбонат обладает высокой стойкостью в отношении многих химически активных сред. Он не подвержен воздействию большинства неорганических и органических кислот, окислительных и восстановительных агентов, кислотных и основных солей, алифатических углеводородов, спиртов, моющих средств, жиров и смазочных масел. Химическая стойкость поликарбоната зависит от концентрации химикатов и от температуры окружающей среды при воздействии. После длительного нахождения в воде при температуре выше 60°С, например, ПК реагирует на контакт с некоторыми растворителями, водными и спиртовыми растворами щелочей, газообразным аммиаком и аминами.
Ниже представлены данные химической устойчивости ПК к некоторым веществам
+ стойкий - не стойкий
| Cтойкость | Стойкость | Стойкость |
| Уксусная кислота + | Ацетон- | Щелочные растворы- |
| Аммиак - | Бензол- | Борная кислота+ |
| Бутилацетат - | Бутиловый спирт+ | Перманганат калия, 10%+ |
| Диэтиловый спирт- | Этиловый спирт+ | Гексан+ |
| Соляная к-та концентр.- | Соляная к-та, 20%+ | Перекись водорода, 30%+ |
| Метиловый спирт- | Метиловый спирт- | Метиленхлорид- |
| Поваренная соль+ | Пропан+ | Бензин+ |
Как и большинство других прозрачных полимерных материалов, листовой ПК служит прекрасным заменителем силикатного стекла и может использоваться при остеклении, особенно защитном. При этом основные эксплуатационные показатели у листового ПК (вес, тепло- и звукоизоляция) значительно лучше, чем у стекла. В таблице 2 приведены сравнительные данные из расчета 1 м² для разных толщин листового ПК и стекла. Иллюстрируются такие необходимые качества как теплоизоляция, характеризующаяся коэффициентом теплопередачи (К), и звукоизоляция, выраженная значением падения силы звука (в децибелах) при прохождении через остекление.
Таблица 2. Сравнительные характеристики листового ПК и стекла
| Толщина листа, мм | Вес, кг/м² | К, Вт/м²К | Звукоизоляция, Дб | |||
| ПК | Стекло | ПК | Стекло | ПК | Стекло | |
| 3 | 3.6 | 7.34 | 5.49 | 5.87 | 26 | 28 |
| 4 | 4.8 | 9.4 | 5.35 | 5.84 | 27 | 29 |
| 5 | 6.0 | 12.24 | 5.21 | 5.80 | 28 | 30 |
| 6 | 7.2 | 14.68 | 5.09 | 5.77 | 29 | 31 |
| 8 | 9.6 | 19.60 | 4.89 | 5.72 | 31 | 32 |
| 10 | 12.0 | 24.48 | 4.68 | 5.67 | 32 | 33 |
| 12 | 14.4 | 29.38 | 4.35 | 5.58 | 34 | 34 |
Из таблицы видно, что для всех толщин коэффициент теплопередачи К в случае ПК ниже, чем у стекла. Таким образом, потери тепла в помещении и проникновение тепла или холода извне через ограждающие конструкции в зданиях с поликарбонатным остеклением будут меньше, чем при использовании обычного стекла. Применение полимера вместо традиционного прозрачного материала позволяет в значительной степени снизить энергозатраты на отопление зимой и кондиционирование летом. В то же время звукозащитные свойства листового ПК и стекла практически одинаковы.
Существенным фактом, определяющим место размещения листов ПК (в помещении или на открытом воздухе) является защищенность листов от воздействия ультрафиолетового излучения. По своей природе ПК подвержен действию УФ-излучения. С течением времени это проявляется в виде желтизны и мутности, что, соответственно, ухудшает светопропускание, и в некоторой степени потерей прочностных качеств (но как отмечалось выше неощутимых с точки зрения эксплуатационных возможностей материала). Для того чтобы защитить листы ПК от воздействия солнечной радиации существует два принципиально разных технологических метода. Первый — введение уф-стабилизаторов в массу полимера, что позволяет достигать защитного эффекта по всей толщине листа. Второй способ — нанесение методом со-экструзии или лакированием специального защищающего слоя на одну или обе поверхности листа. Во втором случае при монтаже конструкции из листов ПК очень важно обращать к солнечной стороне именно УФ-защищенную поверхность. Производители листового поликарбоната при соблюдении технологических правил гарантируют уменьшение коэффициента светопропускания не более чем на 6% за 10 лет (DIN 5036).
Сравнительные данные по изменению коэффициента светопропускания и индекса желтизны для обычных и УФ-защищенных листов ПК были получены в результате экспериментов, в ходе которых материал облучался в течение ста часов светом ксеноновой лампы с интенсивностью аналогичной годовому солнечному воздействию в таких климатических зонах как Израиль или штат Аризона (США). Снижение значения коэффициента светопропускания при длительности облучения 2000 часов составляет для обычного ПК — до 91% — 87,7% и УФ-защищенного — до 89,5%. Увеличение индекса желтизны при тех же условиях составляет 0 — 9 для обычного ПК и 2,5 для листов с УФ-защитой. Эти данные подтверждают, что листовой ПК с УФ-защитой может длительное время использоваться вне помещений без видимых изменений.
ООО «Аксиома Cвета»
