Материал поликарбонат: виды и основные свойства

Поликарбонатом называют целую группу термопластов, имеющую общую формулу и очень обширную сферу использования. За счет того что поликарбонат имеет хорошую ударную вязкость и обладает высокой степенью прочности, этот материал используют при создании различных конструкций в разных промышленных отраслях. При этом, чтобы улучшить механические свойства поликарбоната, композиции из него обычно наполняют стекловолокном.

Схема теплицы из поликарбоната.

Поликарбонат широко используется при изготовлении линз, компакт-дисков, а также при строительстве. Из этого материала изготавливают козырьки и навесы, строят заборы, возводят беседки, делают крыши и т. д.

В сравнении со стеклом, поликарбонат как прозрачный материал имеет массу преимуществ.

Сравнивать поликарбонат и стекло не совсем корректно, но и тот и другой материал часто используется в архитектуре и строительстве именно за счет наличия оптических свойств. Даже в случае, если бы стекло могло бы быть таким же прочным, как поликарбонат, оно все равно бы уступало этому материалу, так как имеет намного больший вес. В то же время поликарбонат проигрывает стеклу в твердости, прозрачности, стойкости к агрессивным воздействиям, долговечности. Однако все недостатки с лихвой компенсируются его прочностью, гибкостью и низкой теплопроводностью.

Способы получения поликарбоната и его состав

В настоящее время, поликарбонаты получают 3-мя способами:

Схема монтажа сотового поликарбоната.

Путем переэтерификации дифенилкарбоната в вакууме с добавлением в состав сложных оснований (например, натрия метилата) с повышением температуры ступенчатого характера. Процесс осуществляется в расплаве по периодическому принципу. Полученный вязкий состав удаляют из реактора, охлаждают и гранулируют. Преимущество этого способа заключается в отсутствии растворителя при производстве, а основной недостаток заключается в том, что полученный состав имеет плохое качество, так как в нем присутствуют остатки катализатора. При таком способе невозможно получить состав, который будет иметь молекулярную массу более 5000.
Фосгенирование в растворе А-бисфенола в присутствии пиридина при температуре ниже 25° C. В роли растворителя используют состав, содержащий безводные хлорорганические соединения, а в роли регулятора молекулярной массы - состав, содержащий одноатомные фенолы. Преимущество такого метода заключается в том, что все процессы происходят при низких температурах в однородной жидкой фазе, недостаток метода - использование дорогостоящего пиридина.
Межфазная поликонденсация фосгена с А-бисфенолом, которая происходит в среде органических растворителей и водных щелочей. Достоинства такого метода заключаются в низкой температурной реакции, в использовании лишь одного органического растворителя, в возможности получить высокий молекулярный вес поликарбоната. Недостатки метода - большие расходы воды при промывке полимера, а значит, и большие объемы сточных вод, загрязняющих окружающую среду.

Состав, который содержит поглотитель УФ лучей и поликарбонат стал настоящим изобретением в промышленности. Такой состав стал успешно применяться для изготовления изделий для остекления, создания автобусных остановок, рекламных щитов, стекол автомобилей, перекрытий, гофрированных плит, табличек, защитных экранов, массивных плит, ячеистых плит и ячеистых профилей.

Виды поликарбоната и его свойства

Схема точечного крепления листов поликарбоната.

Поликарбонат является сложным линейным полиэфиром фенолов и угольной кислоты, который относят к классу синтетических полимеров. Производители поликарбонатных плит получают материал, который имеет вид инертных и прозрачных гранул. На рынке представлены в основном 2 вида поликарбонатных листов: сотовые и монолитные листы различной толщины. Лист сотового поликарбоната выпускается с толщиной 4, 6, 8, 10 или 16 мм, шириной 2,1 м и длиной 6 или 12 м. Лист монолитного поликарбоната имеет толщину 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 мм, ширину 2,05 м и длину 3,05 м.

Монолитный поликарбонат

Монолитный поликарбонат по внешнему виду напоминает акриловое стекло. По механическим свойствам этот материал не имеет аналогов среди используемых полимерных материалов. Он сочетает в себе прозрачность, хорошую стойкость к ударам и высокую термостойкость. Монолитные листы этого материала некоторые специалисты называют ударопрочным стеклом.

Схема крепления монолитного поликарбоната.

Благодаря своей высокой прочности в сочетании с отличными оптическими свойствами, монолитный поликарбонат используется для защитного остекления (при изготовлении щитов, ограждений и защитных экранов для служб правопорядка, при остеклении промышленных и жилых зданий, строительстве больниц, крытых автостоянок, магазинов, объектов сельскохозяйственного назначения, спортивных сооружений и т. д.). Из этого материала делают каски и защитные очки, используют при остеклении самолетов, автобусов, поездов и катеров.

Поликарбонат применяют при устройстве зимних садов и веранд, монтаже зенитных фонарей, при изготовлении оборудования для освещения, устройстве защитных барьеров от шума на автострадах, при изготовлении знаков и вывесок.

Монолитный поликарбонат считается идеальным материалом для создания элементов с криволинейной формой, которые моно получить путем горячего формования. Благодаря этому материалу можно создать различные купола с прямоугольным, квадратным или круглым основанием, модульные протяжные световые фонари различной длины, а также отдельные секции больших куполов, которые в диаметре достигают 8-10 м. Многие специалисты считают монолитный поликарбонат уникальным материалом, но для создания горизонтальных перекрытий его используют очень редко. Чаще всего это обусловлено его высокой стоимостью, которая очень сильно превышает стоимость сотового поликарбоната - более популярного материала в строительстве. К тому же сотовый материал обеспечивает большую теплоизоляцию.

Сотовый поликарбонат

Схема листа сотового поликарбоната.

Поликарбонатным сотовым пластиком называют многослойные ударопрочные пластины из поликарбоната. Сотовый поликарбонат, который широко используется в частном строительстве, представляет собой полимер, профилированный в панели, которые имеют несколько слоев и внутренние продольные ребра жесткости. Получают его методом экструзии, при котором происходит плавление гранул, а затем выдавливание полученной массы через специальное устройство, форма которого определяет конструкцию и строение листа.

За последние годы сотовый поликарбонат набрал большую популярность. Изначально этот материал был разработан для создания устойчивых к снеговым нагрузкам и градобитию кровельных конструкций - прозрачных, прочных и вместе с тем легких. Сегодня его используют не только для вертикального и кровельного остекления домов и зданий, а для создания парников, теплиц, зимних садов, витрин, различных декоративных и защитных, профильных и плоских перегородок, а также для создания различных элементов, имеющих внутреннюю подсветку. Правильно подобранный цвет материала и фантазия дизайнеров обеспечат разнообразие декораций создаваемых интерьеров.

Сотовый поликарбонат согласно европейской классификации относят к классу В1 - это трудно воспламеняемые материалы. При его применении в строительных конструкциях соблюдают те же строительные правила и нормы, которые соблюдаются при использовании материалов указанной выше степени возгораемости. Листы поликарбоната обладают высокой стойкостью к перепадам температур от -40 до +120 °С и к негативным воздействиям солнечной радиации.

Схема навеса из поликарбоната.

Иногда материал покрывают специальным неотделимым защитным слоем от ультрафиолетового излучения или слоем, который предотвращает образование капель на внутренней поверхности панели (в этом случае влага распределяется тонким слоем по поверхности листа, тем самым не нарушая светопропускную способность материала). Гарантийный срок службы материала - 10-12 лет.

Помимо этого, специалисты особо выделяют важную черту листового поликарбоната, благодаря которой он получил широкую популярность, - экономичность. Использование двухслойных панелей дает к тому же значительную экономию энергии - до 30% (в сравнении с однослойным стеклом).

Сотовый поликарбонат называют еще ячеистым, структурным и канальным. Все эти названия указывают на пустотелость материала. Он состоит из 2-х и более плоскостей, соединенных поперечными ребрами жесткости, разделяющих полости (соты, каналы, ячейки). Ребра жесткости дополнительно выполняют еще функцию запирания воздуха, благодаря которой резко понижается теплопроводность сотового поликарбоната. Материал толщиной 16 мм может вполне заменить стеклопакет.

Основные свойства поликарбоната

Схема типового узла соединения листа из поликарбоната.

Как уже говорилось выше, одним из важнейших свойств материала является его очень высокая ударная прочность. Поликарбонат, в отличие от силикатного стекла и других органических стекол, не дает осколков. При достаточно мощном ударе материал может лишь треснуть. Вязкость материала позволяет ему при резких ударах деформироваться. Трещина может появиться лишь при нагрузке, которая превышает его деформационный порог. Крыши из сотового поликарбоната выдерживают град диаметром 20 мм. Материал настолько прочен, что выдерживает даже прямое попадание пули. Существует очень мало материалов, которые по физическим показателям могут сравниться с поликарбонатом. Его смело можно применять для создания прочной кровли у себя дома.
Поликарбонат очень легок, при одинаковой толщине, он в 16 раз легче силикатного стекла и в 6 раз - акрилового. Следовательно, опорные конструкции для него строятся менее мощные. Однако такая легкость может быть и недостатком: при неграмотном монтаже навеса, он способен улететь от сильного ветра. На самом деле поликарбонатная панель может выдерживать довольно большие снеговые и ветровые нагрузки. Несущую способность материала определяет его толщина.
Поликарбонат является пожаробезопасным материалом. Критические температуры, при которых он начинает терять свою прочность, находится вне пределов эксплуатационных температур. Материал характеризуется низким коэффициентом горючести. Он не воспламеняется в открытом огне и не способствует распространению пламени. При пожаре он плавится и стекает волокнистыми нитками. Процесс горения при этом не поддерживается, а при плавлении не выделяется токсических веществ.
Поликарбонат имеет отличные оптические свойства. Его светопроницаемость достигает 93%, однако ячеистая конструкция способна снизить оптические свойства до 85%. Светопроницаемость снижается за счет наличия в конструкции поперечных ребер жесткости. Однако эти же перегородки, отражая свет, компенсируют часть потерянной светопроницаемости и обеспечивают хорошую степень рассеивания. Это свойство делает поликарбонат очень подходящим материалом для строительства теплиц и парников. Благодаря ему в теплицу поступает более мягкий солнечный свет, что очень благотворно влияет на жизнедеятельность тепличных растений.
Поликарбонат - износостойкий материал. Его внешняя оболочка отфильтровывает ультрафиолетовый спектр солнечных лучей, тем самым продлевая срок службы самого материала. Он не стареет и не теряет первоначальной прочности на протяжении 30 лет.
Поликарбонат имеет высокий коэффициент поглощения шума и не проводит электричество. Конструкции с ячеистой структурой имеют отличные теплоизоляционные свойства.

Монтаж поликарбоната

Схема летнего душа из поликарбоната.

Монтаж сотового поликарбоната не вызывает сложностей. Легкость материала и его большие размеры позволяют накрыть им довольно большие площади кровли всего за несколько приемов. Установку листов выполняют одновременно с другими видами работ. Подъем материала на высоту не требует использования специальной техники.

К металлическому или деревянному каркасу листы прикручивают с помощью саморезов, под которые подкладывают широкие металлические шайбы.

Это необходимо делать, чтобы создать сопротивление ветровым нагрузкам. Еще для крепления используют специальные винты для металлочерепицы в комплекте с широкими шайбами. Если возникает необходимость использовать несколько листов поликарбоната, то их монтируют внахлест. Между нижним и верхним листом накладывают слой прозрачного силиконового герметика.

При создании сложных геометрических конструкций материал очень легко можно гнуть. Режут его любым острым инструментом: болгаркой малого размера, электрическим лобзиком, ручной ножовкой. При работе с поликарбонатом для защиты рук нужно обязательно одевать перчатки, так как материал имеет острые края.

Хранение, уход и эксплуатация

Листы поликарбоната, которые обработаны специальным составом для защиты от ультрафиолетового излучения, можно хранить на открытом воздухе, если такой обработки нет, то материал хранят под навесом. Во время эксплуатации листы поликарбоната протирают от загрязнений губкой или мягкой ветошью, смоченной в моющем средстве. Нежелательно при этом использовать средства, в состав которых входят альдегиды, соли, щелочи, изопрапонол, метанол, эфиры и хлор.

Абразивы и острые предметы при уходе так же лучше не использовать: они повреждают защитный слой, который защищает материал от ультрафиолетового излучения, тем самым уменьшая срок его службы. Такой материал, как поликарбонат, нетребователен в уходе: достаточно лишь очищать его по мере загрязнения.