Области применения поликарбонатов
Области применения поликарбонатов определяются комплексом ценных свойств этого класса термопластичных материалов. Поликарбонаты применяются в различных отраслях промышленности и в быту, там, где от материала требуются высокие прочностные показатели, термостойкость, малая текучесть, стабильность размеров изделий, негорючесть, незначительное водопоглощение, физиологическая инертность и стойкость к действию различных химических реагентов.
Однако, несмотря на эти ценные свойства, поликарбонаты до сих пор не нашли такого массового применения, как, например, полистирол или полиэтилен, что объясняется, прежде всего, их высокой стоимостью. Кроме того, в ряде отраслей промышленности применение поликарбонатов ограничено вследствие их растворимости во многих органических растворителях, способности растрескиваться под действием внутренних напряжений, особенно в присутствии растворителей или их паров, а также некоторой склонности к уменьшению предела выносливости под действием динамических нагрузок.
Дальнейшее расширение производства и потребления изделий из поликарбонатов будет зависеть, в первую очередь, от создания экономичных способов получения самих полимеров с оптимальными свойствами.
Поликарбонаты на основе бисфенола А нашли широкое применение в электротехнике и электронике благодаря не только превосходным диэлектрическим и механическим свойствам, но и практически неизменности этих свойств в интервале температур от — 100 до 130°С.
Вследствие высокой температуры размягчения из поликарбонатов можно изготавливать различные детали с металлическими запрессовками, проводящими электрический ток, тогда как такие распространенные диэлектрики, как полистирол или полиэтилен из-за низких рабочих температур не годятся для этой цели.
Возможность изготовления из поликарбонатов изделий сложной конфигурации и стойкость их к атмосферному воздействию позволяют поликарбонатам успешно конкурировать в электротехнической промышленности с другими термопластами. Большое значение имеет также негорючесть поликарбонатов и то обстоятельство, что при деструкции полимера в случае пожара выделяются нетоксичные газообразные продукты (главным образом двуокись углерода).
Как конструкционный материал поликарбонаты используют для изготовления различной арматуры, штепсельных вилок, каркасов для катушек, корпусов клемм, элементов вычислительных машин и т. д.
Получение поликарбонатов, армированных стекловолокном, расширило области их применения в -электротехнической промышленности. Армированные поликарбонаты характеризуются повышенной теплостойкостью, огнестойкостью, пониженной усадкой при формовании и небольшим линейным расширением, поэтому рекомендуется использовать их для изготовления различных прецизионных элементов аппаратуры, работающих при температурах до 100 °С.
Широкое применение в электротехнике находят поликарбонатные пленки. Они используются при изготовлении трансформаторов и конденсаторов, для изоляции электромоторов, в качестве мембран в электроакустических приборах, для изготовления магнитофонных лент.
В автомобильной промышленности поликарбонаты применяются для изготовления деталей, подверженных сильным ударам или действию повышенных температур. Примером таких деталей могут служить пуленепробиваемые стекла, фары, корпуса тахометров и предохранителей. В настоящее время на один автомобиль расходуют в среднем от 8 до 12 кг поликарбоната, а для отдельных моделей это количество достигает 18 кг.
Поликарбонаты применяют также для изготовления триплекса, органических стекол повышенной прочности, различных смотровых стекол. Такие стекла имеют высокую ударную вязкость (превышающую в 250 раз ударопрочность обычного безопасного стекла той же толщины), прозрачность, стойкость к атмосферным воздействиям, низкую теплопроводность, обеспечивающую хорошую изолирующую способность. Из поликарбоната изготавливают также абажуры для ламп и колпаки уличных фонарей.
В фотографической промышленности и оптике поликарбонаты используют для изготовления оптических линз и стекол, деталей фотоаппаратов и камер, кассет для пленок. Широкое распространение для этих целей получили поликарбонаты, армированные стеклянным волокном.
Аморфные прозрачные поликарбонатные пленки, отлитые из раствора и имеющие высокую механическую прочность, низкое водопоглощение и стабильные размеры при изменении влажности и температуры, пригодны в качестве основы для нанесения фотографических эмульсий.
Пленки из ароматических смешанных поликарбонатов с высоким модулем упругости, способные сопротивляться деформации при набухании и высыхании гидрофильных фотографических слоев, применяют для изготовления фотопленок для репродукций.
Поликарбонатные пленки используют также в виде подложки для кинопленок, что обеспечивает им стойкость к действию повышенных температур в условиях работы современных кинопроекторов. Такие кинопленки совершенно не чувствительны к действию водных растворов при проявлении, что имеет большое значение при применении их для аэросъемок, , а также при использовании для других целей.
Следует отметить, что поликарбонатные пленки, несмотря на ряд преимуществ по сравнению с пленкой из ацетата целлюлозы, пока не нашли широкого применения в фото- и кинопромышленности из-за высокой стоимости.
В машиностроении, благодаря своей небольшой плотности, высоким механическим показателям, особенно ударной вязкости, стойкости к атмосферным воздействиям, поликарбонаты постепенно с успехом вытесняют цветные металлы.
Известно, что поликарбонаты сравнительно легко перерабатываются литьем под давлением в изделия, не требующие дополнительной механической обработки. Поэтому, несмотря на высокую стоимость самого полимера, многосерийные изделия из поликарбоната дешевле деталей, изготовленных из металлов.
Для изготовления различных конструкционных элементов с металлическими вставками предпочтительно использовать поликарбонаты, армированные стеклянным волокном. Вследствие незначительной усадки при формовании (всего 0,2-0,6%), низкого термического коэффициента линейного расширения (25-30*0.000001°С) близкого к коэффициенту линейного расширения металлов, изделия из армированных поликарбонатов не обнаруживают тенденции к растрескиванию даже в процессе длительной эксплуатации. Поликарбонаты этого типа используют для изготовления контрольно-измерительной аппаратуры.
Поликарбонаты применяют для изготовления трубопроводов, многоступенчатых центробежных насосов. Они стойки к коррозии, к действию абразивных частиц, например песка, поэтому трубы из поликарбоната используют для перекачивания растворов солей и жидкостей, содержащих механические примеси.
Поликарбонаты применяются также для производства промышленного оборудования, например прецизионных инструментов, водомерных счетчиков, телефонных аппаратов, вентиляторов, колпаков и цилиндров для фильтров и т. д.
В быту использование поликарбонатов возможно вследствие их высокой ударной вязкости, твердости, абсолютного отсутствия запаха и нетоксичности. Из поликарбонатов можно изготавливать окрашенные и неокрашенные, матовые и прозрачные изделия. Поэтому их используют для производства кухонной утвари — посуды, ложек, вилок, молочных бутылок, кофейников, применяемых для обслуживания пассажиров самолетов и теплоходов.
Из поликарбонатов изготавливают также детали холодильников, пылесосов, кофемолок, электробритв и т. д.
Высокая ударная вязкость поликарбонатов позволяет изготавливать из них предохранительные шлемы и каски для шахтеров, монтажников, мотоциклистов. Эти шлемы прочны, легки, негорючи и дешевле металлических. Некоторые части скафандров американских космонавтов также изготовлены из поликарбонатов.
Имеются сведения о применении поликарбонатов в военной технике. Из них изготавливают различные детали радаров и электронных устройств, а также держатели снарядов в переносных установках для запуска ракет.
Высокая теплостойкость и ударопрочность поликарбонатов позволяют использовать их для производства патронных гильз. Такие гильзы со стенками толщиной 0,7 мм изготавливают из прозрачного, окрашенного в различные цвета полимера. Благодаря их хорошей стойкости к деформациям под действием нагрузки и теплостойкости (в момент выстрела температура повышается до 700 °С) гильзы из поликарбонатов можно использовать до 60 раз как летом, так и в зимних условиях.
Для сельского хозяйства из поликарбонатов выпускают детали автоматических доилок, детали машин, перерабатывающих молоко и другие пищевые продукты, бидоны для перевозки и хранения различных жидкостей.
В Японии поликарбонаты используют для изготовления инкубаторов для рыбных мальков. Гибель мальков в таких инкубаторах гораздо меньше, чем в стеклянных, что объясняют большей прозрачностью поликарбоната.
Пленки из поликарбонатов, предназначенные для производства упаковочных материалов, по экономическим соображениям, как правило, получают формованием из расплава. Такая пленка оптически прозрачна, имеет стабильные размеры, хорошие механические и электрические свойства, термо- и водостойка. Она не имеет ни вкуса, ни запаха, непроницаема для масел, жиров и бактерий и физиологически инертна; ее можно стерилизовать и легко склеить раствором самого поликарбоната в растворителе или же соединить горячим прессованием. Однако высокая стоимость пленки ограничивает ее широкое применение для упаковки и ее используют только в особых случаях, когда пленки из более дешевых термопластов не удовлетворяют нужным требованиям, например, если упакованные предметы подвергают стерилизации или продовольственные продукты варят прямо в упаковке.
В качестве упаковочных материалов, например для спасательных надувных лодок, используют также листы из поликарбоната. Упаковку в виде двух половинок цилиндра изготавливают вакуумным формованием листов толщиной 5 мм и размером 1,0*1,85 м. Затем вкладывают в полученный контейнер лодку с запасом воды и продовольствия, соединяя половинки цилиндра специальной лентой. Запакованная лодка, рассчитанная на 15 человек, весит всего 180 кг. При использовании лодки пускают в действие устройство для получения двуокиси углерода и контейнер выбрасывают за борт. По мере наполнения поплавков газом объем лодки увеличивается, лента, соединяющая половинки контейнера, разрывается и лодка попадает на воду, готовая к использованию.
В медицине поликарбонаты применяют для изготовления чашек Петри, фильтров для крови, корпусов бормашин, различных хирургических инструментов.
Обычно поликарбонаты используют для изготовления инструментов одноразового употребления, когда их мытье и стерилизация очень дороги или не обеспечивают, как и в случае стерилизации металлических инструментов (например, шприцев), абсолютного уничтожения микроорганизмов (например, вирусов инфекционной желтухи).
При соприкосновении с кровью поликарбонат заряжается отрицательно, что вызывает отталкивание молекул гемоглобина и предотвращает образование сгустков крови. Несмачиваемость поверхности поликарбоната затрудняет задержку осадка фибрина. Поликарбонат физиологически инертен, абсолютно нетоксичен и прозрачен. Все эти свойства позволили с успехом применить поликарбонат на основе бисфенола А при хирургических операциях. Раздробленная головка бедренной кости была покрыта «колпачком» из поликарбонатной пленки. У оперированного больного через 6 мес восстановилась полная свобода движений сустава, а контрольные обследования, проведенные через 4 года, не обнаружили никаких органических изменений.
В стоматологических поликлиниках поликарбонат, армированный стеклянным волокном, применяют для изготовления зубных протезов, обладающих отличной стабильностью размеров до 140°С, хорошими механическими свойствами. Протезы из поликарбоната не вызывают раздражения слизистой оболочки и не накапливают никаких веществ, влияющих на вкусовые ощущения. Протезы не меняют окраски, их можно ремонтировать при помощи полиакрилатов холодного или горячего отверждения. Расплавленным поликарбонатом можно пломбировать зубы.
Описано также применение поликарбонатов для изготовления глазных линз.
Растворимые ароматические поликарбонаты можно использовать при приготовлении медицинских препаратов пролонгированного действия, в которых активные ингредиенты покрывают пленкой из поликарбоната.
Высокая теплостойкость поликарбоната позволяет использовать его в качестве клея для соединения частей, работающих при температуре выше 100°С. При этом применяют 10%-ный раствор стабилизированного поликарбоната в хлороформе. Очищенные и тщательно отполированные поверхности покрывают слоем клея и оставляют на 1 ч для испарения растворителя. Затем соединяемые поверхности, на которых образовалась поликарбрнатная пленка, накладывают друг на друга и помещают в термошкаф при 270 °С под давлением около 14,7-104 Па на время, достаточное для расплавления полимера. Это время зависит от размеров и удельной теплоемкости соединяемых деталей. По окончании нагревания деталь охлаждают под давлением. Технологию склеивания можно упростить. Поверхности предметов покрывают слоем клея, сушат, помещают в термошкаф при 270 °С, а затем вынимают, накладывают друг на друга и сдавливают.
Исследование прочности клеевых швов показало, что они теплостойки (до 130 °С) и выдерживают действие высокого вакуума.
Микропористая мембрана-фильтр (размер пор 0,8- 8 мкм) была получена при бомбардировке поликарбонатной пленки нейтронами. Мембраны термостойки, химически стойки, обладают хорошими механическими свойствами и могут быть использованы как фильтры для промышленных целей.
6320 всего просмотров, 0 просмотров за сегодня
