Получение поликарбоната

Получение поликарбоната

Поликарбонат обрабатывается всеми  известными способами для термопластов, но в основном при помощи экструзии  и литья под давлением в 230-310 ° С. При обработке выбор температуры   определяется вязкостью обрабатываемого материала, конструктивными особенностями продукции и выбранным  циклом формования. При литье давление выдерживается в районе 100-140 МПа, литейные формы нагревают до 90-120 ° С. Для предотвращения деградации при   переработке поликарбонат предварительно высушивают в вакууме при 115 ± 5 ° С до влажности не более 0,02 %.

Поликарбонаты широко используются в  качестве конструкционных материалов в автомобильной, электронной, медицинской и электротехнической промышленности, бытовой технике, приборах для самолетов, промышленном и гражданском строительстве. Поликарбонат важный аспект производства прецизионных деталей (шестерни, втулки и т. д.). При производстве осветительных приборов, фар, защитных очков, оптических линз, защитных шлемов  и касок, посуды и т. д. Из поликарбоната  производят всем известные CD диски. В медицинской технике из поликарбоната делают чашки Петри, фильтры крови,  хирургические инструменты, очковые линзы. Листы поликарбоната используется для остекления зданий и спортивных сооружений, теплиц, для получения прочных многослойных стекол - триплексов.

Лист поликарбоната поставляется в двух формах: сотовых и монолитных. Поликарбонат сотовый по причине своей высокой  прочности, легкого веса, изоляционных свойства и красивого внешнего  вида  широко применяется в строительной отрасли, сельском хозяйстве, украшении фасадов, световой наружной рекламе и дизайн интерьера зданий. 

Монолитный лист поликарбоната  — прозрачный, светопроницаемый материал, наиболее ударопрочный материал, в  случае необходимости применяется в антивандальном остеклении  и горячем формовании деталей, требующих высокой ударной стойкости.

Поликарбонаты являются термопластичными полимерами, поэтому их можно перерабатывать обычными методами, применяемыми в  промышленности для переработки  термопластов. Наиболее распространенными методами переработки промышленного поликарбоната на основе бисфенола А являются литье под давлением, экструзия и вакуумформование. Для переработки этими методами применяются полимеры с молекулярным весом 30 000-35 000; для получения пленок и волокон из растворов используются поликарбонаты с молекулярным весом 75000-100 000.

Очень широко применяются  методы переработки поликарбонатов литьем под давлением и экструзией. Значительно менее распространен  метод получения изделий из растворов.

ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИКАРБОНАТА ИЗ РАСПЛАВА

Для получения изделий из поликарбонатов с требуемыми свойствами необходимо знать поведение полимера в процессе переработки, которое обусловлено  реологическими и термическими свойствами поликарбоната.

Основным показателем  возможности переработки любого термопластичного материала является вязкость расплава полимера в интервале температур плавление - разложение.

Поликарбонат характеризуется  высокой термостабильностью расплава при длительном нагревании до 300 °С и выдерживает непродолжительное нагревание до 330°С. Выше 330°С начинается деструкция полимера, вызывающая изменение свойств и окраски готовых изделий. Поэтому переработку поликарбоната можно осуществлять в интервале температур 230-320 °С при обязательном условии, что содержание влаги в полимере не превышает 0,01 %. Вязкость расплава непосредственно зависит от параметров переработки (температуры и давления).

Вязкость расплава поликарбоната  изменяется в меньшей степени, чем  вязкость полистирола и ацетата  целлюлозы. При высоких температурах (выше 280СС) расплав поликарбоната ведет себя как ньютоновская жидкость.

При 170°С удельная теплоемкость поликарбоната  составляет 15-102 Дж/(кг-К). Теплоемкость расплава полимера является важной характеристикой при конструировании обогревателей цилиндров литьевых машин и экструдеров; однако, теплоемкость поликарбоната не превышает теплоемкости других полимеров и в 2 раза меньше, чем у полиэтилена. Особенно наглядно это видно по изменению энтальпии различных полимеров в зависимости от температуры. По этой зависимости можно определить количество тепла, необходимого для нагревания полимера от температуры окружающей среды, или от температуры загрузочной воронки до температуры переработки.

Поликарбонат характеризуется  сравнительно небольшим коэффициентом  теплопроводности, равным 19,8-10-2 Вт/м-К  при 20°С и 25,5-10"2 Вт/м-К в состоянии  расплава. Это значение приблизительно такое же, как для полипропилена, но в 2 раза меньше, чем для полиэтилена низкого давления. От коэффициента теплопроводности зависит скорость передачи тепла от стенок пластицирующего цилиндра к полимеру, а также от полимера к стенке формы. Поскольку поликарбонат гигроскопичен, то, как указывалось, его необходимо перед переработкой высушивать.

Максимально допустимая температура  сушки поликарбоната равна 130 °С. Для сушки можно использовать сушилки с подвижным и неподвижным  слоем, а также вакуум-сушилки. Содержание влаги в перерабатываемом поликарбонате на практике определяют приближенными методами, не требующими специального оборудования и позволяющими установить степень сушки полимера с достаточной точностью.

Экструзия поликарбоната

Экструзией из поликарбоната изготавливают  трубы, стержни, профильные изделия, листы, пленки; кроме того, экструзия применяется для смешения и транспортировки поликарбоната в процессе переработки. Экструзия позволяет изготовлять непрерывным методом высококачественные изделия с большой степенью точности. Поэтому, несмотря на довольно высокую стоимость оборудования, этот метод получил широкое распространение.

Из различных типов экструдеров, применяемых для переработки  термопластов, для поликарбонатов рекомендуются  одношнековые, так как в них  легче регулировать температуру вследствие меньшего тепла трения и, кроме того, их стоимость ниже, чем двухшнековых. При этом применяются шнеки с тремя зонами со степенью сжатия от 1 : 2,2 до 1:3 с минимальной длиной шнека 15D (где D - диаметр шнека).

Для пластикации поликарбоната  пригодны также шнеки с короткой зоной сжатия, так называемые коротко компрессионные.

Охлаждение шнеков не обязательно. При экструдировании поликарбоната  целесообразно постепенно повышать температуру от загрузочной воронки  к концу шнека. Это способствует созданию равномерного давления по всей длине экструдера. Более высокое противодавление может достигаться установкой пакета сит или клапанов, что улучшает пластикацию поликарбоната и уменьшает возможность образования пузырей.

Производительность экструдера зависит от многих факторов. Ориентировочно при средней нагрузке машины она равна для поликарбоната 2,3 кг/ч на 1 кВт мощности привода.

В зависимости от типа поликарбоната  и вида экструдера температура переработки  находится в интервале 240-300 °С. При  большой частоте вращения шнека выделяется значительное количество тепла вследствие роста внутреннего трения. Это дает возможность уменьшить потребление мощности обогревателей в последних зонах цилиндра. Пространство между загрузочной воронкой и цилиндром должно иметь высокую температуру, поэтому охлаждение этой зоны не рекомендуется. Поликарбонат почти не прилипает к шнеку.

Поверхность выходящего из головки  расплава должна быть гладкой и блестящей. Матовая или шероховатая поверхность  означает, что расплав слишком  холодный. Для достижения надлежащего распределения температур рекомендуется, чтобы головка и соединительный фланец, по мере возможности, были снабжены обогревателями. Температура у фланца должна быть не ниже 250°С. Перед началом работы машину следует обогревать в течение 0,5-1 ч. Вплоть до момента выхода расплава из головки полимер подается в воронку вручную небольшими порциями. При неправильно подобранных температурах или слишком слабом сжатии во избежание потерь сырья можно прекратить подачу полимера.