Policarbonato (PC) nella pratica: cosa determina la durabilità di una lastra o di un componente trasparente?

Una lastra trasparente per coperture, una protezione per macchine e una visiera possono sembrare simili, ma i requisiti del materiale sono molto diversi. La sigla PC in una specifica non è sufficiente per selezionare il policarbonato corretto per una determinata applicazione.

Il policarbonato è uno dei più importanti tecnopolimeri trasparenti. Combina elevata resistenza agli urti, buona rigidità e ottima trasmissione della luce. Per questo motivo viene utilizzato nell'edilizia, nelle protezioni di sicurezza, nelle applicazioni automobilistiche, nei componenti elettrici ed elettronici, nell'illuminazione e in molti altri componenti tecnici.

La selezione inizia dalle condizioni di esercizio

Per le coperture, il progettista deve considerare i carichi, la geometria delle lastre, i supporti, la dilatazione termica e gli anni di esposizione ai raggi UV. Una protezione per macchine aggiunge requisiti di resistenza agli urti, qualità ottica, fissaggio e contatto con agenti di pulizia. Un componente stampato a iniezione introduce inoltre variabili come geometria, spessore delle pareti, tensioni residue e storia di lavorazione.

Ecco perché due prodotti entrambi descritti come PC possono comportarsi diversamente in esercizio. Peso molecolare, comportamento al flusso, pacchetto di additivi, stabilizzazione UV, colore, ausiliari di processo, resistenza all'idrolisi e requisiti superficiali possono tutti variare. La selezione del materiale deve quindi basarsi sui dati della specifica qualità commerciale e non su valori generici riferiti all'intera famiglia dei policarbonati.

La trasparenza non è casuale

Il policarbonato convenzionale a base di bisfenolo-A è amorfo. Le sue macromolecole non formano ampie regioni cristalline ordinate che disperderebbero fortemente la luce visibile. Il PC trasparente può quindi offrire una trasmissione luminosa molto elevata.

Per alcune qualità trasparenti selezionate di Makrolon, Covestro riporta circa l'89% di trasmissione luminosa a 1-2 mm, l'88% a 3 mm e l'87% a 4 mm. Questi valori non devono essere considerati universali per ogni PC. La trasmissione dipende dalla qualità, dallo spessore, dal colore, dagli additivi, dalla qualità superficiale e dalla storia di lavorazione.

L'elevata resistenza agli urti non risolve ogni problema

Uno dei vantaggi più noti del policarbonato (PC) è la sua elevata resistenza agli urti. Tuttavia, la resistenza agli urti non deve essere confusa con la resistenza ai graffi. Le superfici in policarbonato si graffiano più facilmente rispetto al vetro. Per applicazioni che devono mantenere una qualità ottica elevata per lunghi periodi di servizio, si possono quindi utilizzare sistemi di rivestimento duro o altre tecnologie di protezione superficiale.

La compatibilità chimica è una questione a parte. Alcuni solventi, carburanti, detergenti e altre sostanze possono innescare la fessurazione da stress ambientale. Il rischio aumenta quando un componente contiene tensioni residue derivanti da stampaggio a iniezione, estrusione, piegatura, lavorazione meccanica o assemblaggio. Un detergente adatto per il vetro non è automaticamente idoneo per una protezione macchina in PC.

Applicazioni UV e per esterni

Le radiazioni UV possono causare ingiallimento, aumento dell'opacità, alterazioni superficiali e perdita delle proprietà meccaniche nel PC non protetto. I prodotti destinati all'uso esterno si basano quindi su un'adeguata stabilizzazione, strati protettivi coestrusi o rivestimenti contenenti assorbitori UV. Questo è un ulteriore motivo per cui una lastra di PC trasparente non dovrebbe essere automaticamente specificata per un servizio esterno a lungo termine.

L'essiccazione è parte integrante del processo, non un'opzione aggiuntiva

Il PC è igroscopico, il che significa che assorbe umidità dall'ambiente circostante. I granuli devono quindi essere essiccati correttamente prima della lavorazione. Se è presente troppa umidità, le alte temperature di lavorazione possono causare idrolisi e rompere i legami nelle catene polimeriche. Le catene diventano più corte, il peso molecolare diminuisce e il materiale può perdere parte delle sue proprietà meccaniche, inclusa la resistenza all'urto. Per molti gradi Makrolon, Covestro specifica un contenuto massimo di umidità dello 0,02%, ma i requisiti di essiccazione devono sempre essere verificati per il grado specifico di PC.

Igroscopico non significa che una lastra di PC finita assorba acqua come una spugna. Nella lavorazione, il problema principale è l'umidità assorbita dal materiale, in particolare dai granuli, e la necessità di rimuoverla prima della fusione.

Cosa significa BPA-PC?

Il policarbonato industriale più comune è basato sul bisfenolo A. La sua unità ripetitiva può essere rappresentata come [–O–C₆H₄–C(CH₃)₂–C₆H₄–O–C(=O)–]ₙ, corrispondente alla formula empirica dell'unità ripetitiva (C₁₆H₁₄O₃)ₙ. Il caratteristico legame –O–C(=O)–O– è il gruppo carbonato da cui questa famiglia di polimeri prende il nome.

Per i trasformatori, la conclusione pratica conta più della memorizzazione della formula: le prestazioni finali del componente derivano dalla chimica del polimero, dal grado commerciale selezionato, dalla preparazione della materia prima, dalle condizioni di lavorazione, dalla progettazione del componente e dall'ambiente di esercizio.

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