Polycarbonat (PC) in der Praxis: Was bestimmt die Haltbarkeit einer transparenten Platte oder eines Bauteils?
Eine transparente Dachplatte, ein Maschinenschutz und ein Visier mögen ähnlich aussehen, aber die Materialanforderungen sind sehr unterschiedlich. Die Angabe PC in einer Spezifikation reicht nicht aus, um das richtige Polycarbonat für eine Anwendung auszuwählen.
Polycarbonat ist einer der wichtigsten transparenten technischen Thermoplaste. Es vereint hohe Schlagzähigkeit, gute Steifigkeit und sehr gute Lichtdurchlässigkeit. Deshalb wird es im Bauwesen, für Schutzeinrichtungen, in der Automobilindustrie, für Elektro- und Elektronikteile, Beleuchtung und viele technische Komponenten eingesetzt.
Die Auswahl beginnt mit den Einsatzbedingungen
Bei Bedachungen muss der Konstrukteur Belastung, Plattengeometrie, Auflager, Wärmeausdehnung und jahrelange UV-Belastung berücksichtigen. Ein Maschinenschutz erfordert zusätzlich Anforderungen an Schlagzähigkeit, optische Qualität, Befestigung und Kontakt mit Reinigungsmitteln. Ein spritzgegossenes Bauteil bringt zudem Geometrie, Wanddicke, Eigenspannungen und Verarbeitungshistorie ins Spiel.
Deshalb können sich zwei Produkte, die beide als PC bezeichnet werden, im Einsatz unterschiedlich verhalten. Molekulargewicht, Fließverhalten, Additivpaket, UV-Stabilisierung, Farbe, Verarbeitungshilfsmittel, Hydrolysebeständigkeit und Oberflächenanforderungen können variieren. Die Materialauswahl sollte daher auf Daten des tatsächlich eingesetzten Handelstyps basieren und nicht auf generischen Werten für die gesamte Polycarbonat-Familie.
Transparenz ist kein Zufall
Konventionelles Bisphenol-A-Polycarbonat ist amorph. Seine Makromoleküle bilden keine ausgedehnten geordneten kristallinen Bereiche, die sichtbares Licht stark streuen würden. Klare PC-Typen ermöglichen daher eine sehr hohe Lichtdurchlässigkeit.
Für ausgewählte klare Makrolon-Typen gibt Covestro eine Lichtdurchlässigkeit von etwa 89 % bei 1–2 mm, 88 % bei 3 mm und 87 % bei 4 mm an. Diese Werte sind jedoch nicht als universelle Kennzahlen für jedes PC zu betrachten. Die Transmission hängt von Typ, Dicke, Farbe, Additiven, Oberflächenqualität und Verarbeitungshistorie ab.
Hohe Schlagzähigkeit löst nicht jedes Problem
Einer der bekanntesten Vorteile von Polycarbonat (PC) ist seine hohe Schlagzähigkeit. Die Schlagfestigkeit darf jedoch nicht mit der Kratzfestigkeit verwechselt werden. Polycarbonat-Oberflächen verkratzen leichter als Glas. Anwendungen, die über lange Zeiträume eine optische Qualität aufrechterhalten müssen, verwenden daher Hartbeschichtungssysteme oder andere Technologien zum Oberflächenschutz.
Chemische Beständigkeit ist ein separates Thema. Bestimmte Lösungsmittel, Kraftstoffe, Reinigungsmittel und andere Substanzen können Spannungsrissbildung verursachen. Das Risiko steigt, wenn ein Bauteil Restspannungen aus Spritzguss, Extrusion, Biegen, Bearbeitung oder Montage enthält. Ein Reiniger, der für Glas geeignet ist, ist nicht automatisch für eine PC-Schutzabdeckung geeignet.
UV- und Außenanwendungen
UV-Strahlung kann bei ungeschütztem PC zu Vergilbung, erhöhter Trübung, Oberflächenveränderungen und Verlust mechanischer Eigenschaften führen. Für den Außeneinsatz vorgesehene Produkte setzen daher auf geeignete Stabilisierungen, coextrudierte Schutzschichten oder Beschichtungen mit UV-Absorbern. Das ist ein weiterer Grund, warum eine transparente PC-Platte nicht automatisch für den langfristigen Außeneinsatz spezifiziert werden sollte.
Das Trocknen ist Teil des Prozesses, kein optionales Extra
PC ist hygroskopisch, das heißt, es nimmt Feuchtigkeit aus der Umgebung auf. Die Granulate müssen daher vor der Verarbeitung korrekt getrocknet werden. Ist zu viel Feuchtigkeit vorhanden, können hohe Verarbeitungstemperaturen zur Hydrolyse führen und Bindungen in den Polymerketten aufbrechen. Die Ketten werden kürzer, das Molekulargewicht sinkt und das Material kann einen Teil seiner mechanischen Eigenschaften, einschließlich der Schlagzähigkeit, verlieren. Für viele Makrolon-Typen gibt Covestro einen maximalen Feuchtigkeitsgehalt von 0,02 % an, aber die Trocknungsanforderungen müssen immer für den jeweiligen PC-Typ überprüft werden.
Hygroskopisch bedeutet nicht, dass eine fertige PC-Platte Wasser wie ein Schwamm aufnimmt. In der Verarbeitung ist das Hauptproblem die vom Material, insbesondere den Granulaten, aufgenommene Feuchtigkeit und die Notwendigkeit, diese vor dem Schmelzen zu entfernen.
Was bedeutet BPA-PC?
Das am häufigsten verwendete industrielle Polycarbonat basiert auf Bisphenol A. Seine Wiederholeinheit kann als [–O–C₆H₄–C(CH₃)₂–C₆H₄–O–C(=O)–]ₙ dargestellt werden, entsprechend der empirischen Wiederholeinheitsformel (C₁₆H₁₄O₃)ₙ. Die charakteristische –O–C(=O)–O– Bindung ist die Carbonatgruppe, nach der diese Polymerfamilie benannt ist.
Für Verarbeiter zählt das praktische Ergebnis mehr als das Auswendiglernen der Formel: Die endgültige Bauteilleistung ergibt sich aus der Polymerchemie, der gewählten Handelsqualität, der Rohstoffaufbereitung, den Verarbeitungsbedingungen, der Bauteilkonstruktion und dem Einsatzumfeld.
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