Poliwęglan jest polimerem syntetycznym pod względem chemicznym, można go uznać za złożony poliester kwasu węglowego i fenoli. Jak wiadomo sole kwasu węglowego nazywane są węglanami, stąd nazwa popularnego dziś polimeru, utworzonego z dwóch części - poli (co znaczy dużo) i węglanu.
Trochę chemii
Makrocząsteczka poliwęglanu ma strukturę liniową. Ogólnie jego wzór można zapisać w następujący sposób:
H-[-O-R-O-(C=O)-O-R-] -OH.
W zależności od rodzaju podstawnika R, wszystkie poliwęglany można podzielić na aromatyczne, tłuszczowo-aromatyczne i alifatyczne. Najczęściej używanym z nich jest dzisiaj pierwsza grupa. Nazwy handlowe aromatycznych poliwęglanów mogą być różne, ale łączy je zbliżone wartości parametrów fizyko-mechanicznych, takie jak wysoka przepuszczalność światła, niski ciężar właściwy, stosunkowo wysoka temperatura topnienia. Poliwęglany o tych właściwościach zawierają wiele pierścieni benzenowych (podstawniki aromatyczne).
Zalety poliwęglanów
- Siła. Jedną z najbardziej znanych właściwości i istotną zaletą poliwęglanu jest jego wysoka odporność na wstrząsy mechaniczne.
- Przejrzystość. Ze względu na wysoką przepuszczalność światła poliwęglany z powodzeniem zastąpiły szkło krzemianowe w wielu dziedzinach życia i produkcji, ponieważ mają również stosunkowo niską wagę.
- Odporność termiczna. Wartości temperatur topnienia (mięknienia) poliwęglanów różnią się nieco od siebie w zależności od cech strukturalnych makrocząsteczki, ale z reguły przekraczają 200°C.
- Termoplastyczność. Poliwęglan to rodzaj polimeru, który można wielokrotnie przetapiać. Jednocześnie po utwardzeniu przywróci swoje właściwości.
- Zrównoważony rozwój. Ze względu na poprzednią właściwość produkty z poliwęglanu można poddać recyklingowi.
- Bezpieczeństwo pożarowe. Temperatura zapłonu znacznie przekracza temperaturę topnienia poliwęglanu, wynosi około 570°C.
- Odporność chemiczna. Dzięki tej właściwości materiał jest z powodzeniem stosowany w różnych agresywnych środowiskach.
Wady
Warto zauważyć, że poliwęglan ma wszystkie powyższe zalety tylko wtedy, gdy jego składowe makrocząsteczki mają masę cząsteczkową większą niż 25 000. W przeciwnym raziebardzo kruchy i ma znacznie niższą temperaturę topnienia. Poliwęglan, wyprodukowany z naruszeniem technologii, może zawierać dość dużą liczbę cząsteczek o obniżonej masie cząsteczkowej, co negatywnie wpływa na jego wytrzymałość i właściwości użytkowe.
Kolejną istotną wadą poliwęglanów jest ich niska odporność na promieniowanie ultrafioletowe. Jednak obecnie istnieją technologie, które mogą chronić polimer przed bezpośrednią ekspozycją na promienie UV. Odbywa się to zwykle za pomocą folii ochronnych, które są łączone z poliwęglanem podczas fazy wytwarzania produktu. Kolejnym czynnikiem ograniczającym zastosowanie poliwęglanu jest jego wysoka rozszerzalność cieplna.
Właściwości fizyczne i mechaniczne
- Wskaźnik załamania światła - 1.5850.
- Gęstość (w 25°C) - 1,20g/cm3.
- Temperatura zeszklenia - 150 °C.
- Temperatura mięknienia 220-230 °C.
- Temperatura rozkładu >320 °C.
- Mrozoodporność, °C < -100
- Wytrzymałość na rozciąganie - 65-70 MPa.
- Wytrzymałość na zginanie - 95 MPa.
- Właściwa pojemność cieplna - 1090-1255J/(g K).
- Przewodność cieplna wynosi 0,20 W/(m·K).
- Współczynnik termicznej rozszerzalności liniowej -1(5-6) 10-5 °C.
- Twardość Brinella - (784-980) 105 Pa.
Poliwęglan komórkowy i monolityczny
Poliwęglan komórkowy to panel składający się z kilku warstw tworzywa sztucznego, pomiędzy którymi znajdują się podłużne żebrasztywność. W kontekście takiego liścia niejasno przypomina plaster miodu, od którego otrzymał swoją nazwę. Takie arkusze można z łatwością giąć na zimno, osiągając najmniejszy możliwy promień gięcia. Poliwęglan komórkowy wykorzystywany jest najczęściej do budowy przegród ozdobnych oraz konstrukcji przeszklonych dachów.
Poliwęglan monolityczny ma wyższą odporność na uderzenia i przezroczystość. Istotną zaletą jest wysoka odporność termiczna poliwęglanu monolitycznego, temperatura topnienia jest dość wysoka, co pozwala na bez obaw stosować go w temperaturach dochodzących do 120°C. Kolejną ważną jego właściwością jest mrozoodporność, która pozwala na stosowanie produktów z tego rodzaju tworzywa w temperaturach do minus 50°C.
Korzystanie z poliwęglanu
Budowa. Dzięki wysokiej przezroczystości i lekkości poliwęglan pomaga architektom w realizacji ich najśmielszych projektów. Jednocześnie ciężar konstrukcji w stosunku do tradycyjnie stosowanego szkła może znacznie zmniejszyć obciążenie fundamentów, a tym samym zaoszczędzić na materiałach. Ponadto poliwęglan ma również właściwości termoizolacyjne, jeśli mówimy o jego różnorodności komórkowej. Służy do wykonywania prześwitujących konstrukcji basenów i stadionów, parkingów i supermarketów, przejść między budynkami i ogrodów zimowych. Ten materiał jest również popularny wśród ogrodników. Coraz częściej w szklarniach stosuje się poliwęglan. Jego temperatura topnienia jest znacznie wyższa niż atmosferyczna nawet w najgorętsze lato, a zatem jest znaczącaciepło słoneczne nie może zaszkodzić temu polimerowi
- Elektronika. Obudowy i powłoki ochronne do laptopów, smartfonów, odtwarzaczy, komputerów domowych i wielu innych są wykonane z poliwęglanu. Dzięki temu polimerowi technologia ekranu dotykowego była w stanie dotrzeć do mas. Służy do produkcji paszportów biometrycznych.
- Reklama. Poliwęglan służy do tworzenia lekkich konstrukcji, szyldów, tablic wyników, liter przestrzennych i wielu innych. Wszystko to może mieć bardzo zawiłe, niezwykłe formy. Również ich arkusze z monolitycznego plastiku są używane do ochrony przed wandalizmem konstrukcji reklamowych.
- Dyski optyczne. Od lat 80. poliwęglan jest używany do tworzenia nośników płyt CD. Dziś jest również używany do tworzenia płyt DVD o dużej pojemności.
- Przemysł samochodowy i lotniczy. Do budowy samolotów tradycyjnie wykorzystywane są najnowsze materiały, które charakteryzują się dużą wytrzymałością i lekkością, charakterystyczną również dla poliwęglanu. Służy do wykonywania kopuł kokpitów myśliwców oraz szkła do hełmów astronautów i pilotów. W samochodach poliwęglan jest używany nie tylko do szkła, ale także do reflektorów i szyberdachów.
- Medycyna. Bardzo ważną dziedziną zastosowania poliwęglanu stała się produkcja instrumentów medycznych. Stało się to możliwe dzięki takim zaletom materiału, jak nietoksyczność i wysoka biokompatybilność, a także brak odpowiedzi immunologicznej organizmu na ten plastik. A dzięki swojej wytrzymałości i przezroczystości konkurował ze szkłem i stopami metali. produkty i sprzęt,wykonane z tego materiału służą do monitorowania tkanek i płynów ludzkiego ciała. Ponadto wysokie temperatury topnienia poliwęglanów pozwalają na poddawanie ich najnowocześniejszym metodom sterylizacji – ciepło, promieniowanie, promienie UV.
- Optyka. W latach 2000 zaczęto produkować soczewki poliwęglanowe do przemysłowych okularów ochronnych, które chroniły oczy podczas różnych prac. Takie produkty są dziesiątki razy mocniejsze od innych plastikowych soczewek, w przypadku uderzenia w nie nie rozsypują fragmentów, są jeszcze trudniejsze do zarysowania. Stopniowo poliwęglan był również używany do codziennych soczewek okularowych. Ze względu na swoje właściwości bezpieczeństwa takie soczewki są bardzo często stosowane do okularów dziecięcych, okularów do kasków motocyklowych.
- Inne obszary. Dziś poliwęglan tak mocno zakorzenił się w naszym życiu, że mieszkańcy nie tylko megamiast, ale także odległych wiosek, codziennie spotykają się z produktami, których częścią jest ten plastik. Z niego powstają długopisy, latarki, myszy komputerowe, żelazka i czajniki, korki do butelek na wino, części mebli, pojemniki na płyny do picia, a nawet folie opakowaniowe.
