Vlastnosti polykarbonátu

4.10.3.2 Vlastnosti polykarbonátu

Ing. Miloš Sova, CSc.

Polykarbonát se vyznačuje těmito typickými vlastnostmi:

- má vynikající mechanické vlastnosti, zejména houževnatost, která je nejvyšší ze všech plastů, a je dokonce vyšší než houževnatost zinku nebo hliníku, při úderu je prakticky nerozbitný,

- má také vysokou pevnost, tuhost a tvrdost,

- uvedené mechanické vlastnosti se téměř nemění v širokém rozmezí teplot od -150 do 135 °C,

- má poměrně nízkou hustotu (1,20 g/cm³),

- je amorfní, nekrystalizující, což se projevuje mimořádnou čirostí, průhledností a výbornou propustností světla,

- vzhledem k velmi malému sklonu k tečení vlivem vnějšího mechanického namáhání dochází jen k velmi malým rozměrovým změnám při dlouhodobém působení vlhkosti a teploty,

- je dobrým elektrickým izolantem a tato vlastnost není ovlivněna vlhkostí, jeho elektrické vlastnosti jsou neobvyklé zejména v tom, že se jen velmi málo mění v širokém rozmezí teplot,

- odolává povětrnosti a zejména u silnostěnných výrobků může být vystaven vnějším vlivům po velice dlouhou dobu,

- hoří, ale po odstranění zdroje plamene sám zhasne,

- je fyziologicky nezávadný,

- jeho zpracování je však poněkud náročnější,

- odolnost vůči chemickým látkám je omezená,

- podléhá korozi za napětí.

Uvedené vlastnosti jsou zapříčiněny speciální architekturou makromolekuly polykarbonátu, která má několik charakteristických znaků. Je to její linearita a pravidelnost, která však neumožňuje krystalizovat, takže polykarbonát je amorfní. Polarita karbonátových skupin -O-CO-O- je pravidelně střídána vyváženými strukturami benzenových jader zabudovaných přímo do makromolekulárního řetězce. Mezimolekulární síly mezi benzenovými jádry na jedné straně a polárními karbonátovými skupinami na straně druhé jsou poměrně malé. Taková makromolekula je pak vysoce houževnatá i tuhá zároveň, má vysoko položenou teplotu skelného přechodu a také velkou tvarovou stálost za tepla. Molární hmotnosti prakticky využitelných typů polykarbonátu dosahují hodnot kolem 30 000. Při vyšších hodnotách vzrůstá viskozita taveniny natolik, že nelze polykarbonát dobře zpracovávat.

Polykarbonát je nekrystalizující amorfní termoplast s tak vysokou houževnatostí, jakou nemá žádný jiný termoplast. Jeho houževnatost je také poměrně stálá v širokém rozmezí teplot, což dokumentuje následující obrázek pro různé typy polykarbonátu a různé tloušťky zkušebních těles.

Vrubová houževnatost různých polykarbonátů v závislosti na teplotě (horní křivky platí pro zkušební tělesa s vrubem hloubky 3,2 mm, dolní křivky pro vruby 6,4 mm):

Polykarbonát zachovává vysokou houževnatost až do velmi nízkých teplot. Křehnout začíná až při poklesu teploty pod -100 °C.

Také další mechanické parametry jsou stejně jako houževnatost jen velmi málo ovlivněny teplotou. Pokles meze pevnosti v tahu i ohybu se vzrůstající teplotou je v širokém rozmezí teplot velmi pozvolný.

Teplotní závislost meze pevnosti v tahu polykarbonátů (křivky pro různé obsahy skleněných vláken, tyto obsahy jsou uvedeny v procentech):

Teplotní závislost meze pevnosti v ohybu polykarbonátů (křivky pro různé obsahy skleněných vláken, tyto obsahy jsou uvedeny v procentech):

Modul pružnosti v ohybu se s teplotou dokonce téměř nemění.

Modul pružnosti v ohybu polykarbonátů v závislosti na teplotě (křivky pro různé obsahy skleněných vláken, tyto obsahy jsou uvedeny v procentech):

Nejdůležitější užitné vlastnosti polykarbonátu přináší následující tabulka.

Vlastnosti několika typů polykarbonátu:

O velmi dobrých mechanických vlastnostech svědčí také izochronní závislosti napětí na deformaci pro různé teploty a časy.

Izochronní křivky napětí-deformace polykarbonátu při teplotě 23 °C:

Izochronní křivky napětí-deformace polykarbonátu při teplotě 60 °C:

Izochronní křivky napětí-deformace polykarbonátu při teplotě 100 °C:

Izochronní křivky napětí-deformace polykarbonátu při teplotě 120 °C:

Izochronní křivky napětí-deformace polykarbonátu vyztuženého 30 % skleněných vláken při teplotě 30 °C:

Izochronní křivky napětí-deformace polykarbonátu vyztuženého 30 % skleněných vláken při teplotě 60 °C:

Izochronní křivky napětí-deformace polykarbonátu vyztuženého 30 % skleněných vláken při teplotě 100 °C:

Polykarbonát patří k několika málo plastům s mimořádně nízkým krípem (tečením). Díly namáhané vnějším zatížením jen málo tečou, to znamená, že jen v malé míře mění své rozměry s narůstajícím časem. Krípový modul se tedy mění jen málo.

Křivky tečení polykarbonátu pro různé teploty a různá zatížení:

Časový pokles zdánlivého modulu pružnosti v ohybu při tečení polykarbonátu nevyztuženého a vyztuženého skleněnými vlákny (obsahy skleněných vláken jsou

uvedeny v procentech):

Chování polykarbonátu při tečení ukazuje izochronní křivka, která znázorňuje hodnotu deformace při různých úrovních napětí po době 20 let při dvou různých teplotách. Vidíme, že polykarbonát zatížený napětím 10 MPa při teplotě 20 °C změní své rozměry za dvacet let jen o 0,6 %.

Nebo také, polykatbonát změní za 20 let své rozměry o 1%, je-li zatížen trvale napětím 13 MPa již 40 °C.

Dlouhodobá deformace polykarbonátu po dvaceti letech zatěžování při dvou různých teplotách:

Z hodnot tečení polykarbonátu se odvozují i hodnoty dovoleného dlouhodobého zatížení. Dovolené zatížení je takové zatížení, které v žádném čase nevyvolá porušení materiálu projevující se vznikem napěťových trhlinek. Hodnota dovoleného zatížení je samozřejmě závislá na teplotě namáhání. V následující tabulce jsou uvedeny hodnoty…