policarbonato(PC) pertenece a una familia de polímeros termoplásticos caracterizados por enlaces carbonato (−O−(C=O)−O−) dentro de su estructura molecular. Sintetizado por primera vez de forma independiente por Hermann Schnell en Bayer y Daniel Fox en General Electric durante 1953-1955, este plástico de ingeniería exhibe una combinación inusual de claridad óptica cercana al 90% de transmisión de luz, resistencia al impacto superior a 250 veces la del vidrio y estabilidad térmica en un rango de trabajo de -40 grados a 120 grados. La estructura amorfa del material-, lo que significa que sus moléculas carecen de orden cristalino de largo alcance, explica tanto su transparencia como su capacidad para sufrir una deformación plástica significativa sin fracturarse.
Las cosas están por todas partes
Aquí está la cuestión: probablemente hayas tocado el policarbonato al menos tres veces hoy sin darte cuenta. ¿La funda de tu teléfono? Probablemente policarbonato o una mezcla de PC. ¿Esas gafas de seguridad en el trabajo? Policarbonato. ¿Las cubiertas de los faros de tu coche? Sí. Incluso la jarra dispensadora de agua que se encuentra en la cocina de su oficina.
Y eso es antes de entrar en las cosas raras-escudos antidisturbios, marquesinas de aviones, "vidrios" a prueba de balas en su banco. El CD que encontraste en el sótano de tus padres el fin de semana pasado. Invernaderos. Biberones (aunque eso se ha vuelto complicado-más sobre eso más adelante).
Por qué los ingenieros siguen recurriendo a ello
El tema de la resistencia al impacto merece más atención que la que le prestan la mayoría de los artículos. No estamos hablando de "bastante fuerte para ser un plástico". Estamos hablando de un material que puede detener una bala cuando se coloca en capas adecuadamente. La lámina de policarbonato estándar puede recibir un golpe directo de martillo sin agrietarse.-Pruébalo con acrílico o vidrio y barrerás fragmentos.
Lo que hace que esto funcione es la estructura molecular. ¿Esos grupos carbonato que mencioné antes? Permiten que las cadenas de polímeros absorban energía mediante deformación en lugar de propagación de grietas. Las cadenas pueden estirarse y deslizarse unas sobre otras antes de romperse. Es por eso que el policarbonato se puede doblar en frío.-En muchos casos, en realidad se puede formar sobre un freno de chapa sin calentarlo.
La temperatura de transición vítrea ronda los 147 grados. Debajo de eso, es rígido. Arriba, se ablanda gradualmente y se vuelve trabajable. Esto ofrece a los fabricantes una amplia ventana de procesamiento que los plásticos de ingeniería más exigentes no ofrecen.
Transmisión de luz
El policarbonato sin recubrimiento transmite aproximadamente el 88% de la luz visible, lo que lo coloca a una distancia sorprendente del vidrio óptico. Algunas calificaciones alcanzaron el 92%. El índice de refracción es aproximadamente 1,58-más alto que el del vidrio estándar-lo que en realidad lo hace útil para lentes de anteojos de perfil delgado.
Pero esto es lo que las hojas de especificaciones no siempre dicen: el material se vuelve amarillo con el tiempo bajo la exposición a los rayos UV a menos que esté estabilizado. El policarbonato en bruto que se deja expuesto a la luz del sol se volverá ámbar en uno o dos años. La mayoría de las láminas comerciales vienen con superficies estabilizadas contra los rayos UV-exactamente por este motivo.
La cuestión del BPA
Necesitamos hablar del bisfenol A.
El policarbonato estándar se fabrica haciendo reaccionar BPA con fosgeno. El BPA es un disruptor endocrino-imita el estrógeno en el cuerpo. Y sí, se pueden filtrar pequeñas cantidades de los contenedores de policarbonato, especialmente cuando se calientan o se exponen a contenidos ácidos.
Esto se convirtió en una preocupación importante alrededor de 2008-2012, lo que llevó a medidas regulatorias sobre biberones en varios países e impulsó el desarrollo de alternativas sin BPA-como Tritan (que utiliza diferentes monómeros). La FDA todavía considera que el policarbonato en contacto con alimentos es seguro en los niveles de exposición actuales, pero el debate continúa.
Para aplicaciones industriales-protectores de máquinas, acristalamientos y cubiertas protectoras-la lixiviación de BPA no es esencialmente un-problema. Pero las solicitudes de contacto-con alimentos siguen siendo territorio en disputa. Sólo vale la pena saberlo.
Trabajando con el material
El policarbonato se maquina maravillosamente. Las herramientas de carburo estándar funcionan bien. Puede perforarlo, cortarlo y enrutarlo.-La principal precaución es evitar el sobrecalentamiento, lo que provoca derretimiento local y acumulación gomosa en los bordes de la herramienta. La respuesta son herramientas afiladas y velocidades moderadas.
El termoformado requiere secar primero la lámina. El policarbonato es higroscópico (absorbe la humedad atmosférica) y el agua atrapada crea burbujas durante el calentamiento. La mayoría de los fabricantes secan las láminas a 120 grados durante 2 a 4 horas antes de formarlas.
Para unir piezas:
La soldadura con solvente funciona, pero requiere cuidado.-Los solventes que funcionan son agresivos y pueden causar grietas por tensión si se aplican con demasiada liberalidad.
La fijación mecánica necesita orificios de gran tamaño para adaptarse a la expansión térmica.
La unión adhesiva con adhesivos de poliuretano o silicona proporciona los resultados más indulgentes.
El moldeo por inyección es el enfoque de gran-volumen. Temperaturas del barril alrededor de 280-320 grados, temperaturas del molde entre 80 y 120 grados. El material no perdona la contaminación por humedad: el agua residual provoca una degradación hidrolítica durante el procesamiento de la masa fundida, destruyendo el peso molecular y las propiedades mecánicas.
Cómo se compara
Contra Acrílico (PMMA)
El acrílico es ópticamente superior-más claro, menos propenso a empañarse y mejor resistencia a los rayones desde el primer momento. También es más barato. Pero el acrílico se rompe con el impacto, mientras que el policarbonato se flexiona. Si algo pudiera golpear el material de acristalamiento, el policarbonato gana.
Contra el vidrio
El vidrio se raya menos. El vidrio no amarillea. El vidrio es más barato para los paneles planos. El vidrio le brinda una mejor claridad óptica.
Pero el vidrio pesa aproximadamente el doble por pie cuadrado con un espesor equivalente. El vidrio se rompe en peligrosos fragmentos. El vidrio no se puede doblar en frío. El vidrio requiere herramientas especiales y entornos de corte con clima-controlado para obtener resultados confiables.
Para cualquier cosa en la que el peso importe o la rotura tenga consecuencias,-lo que resulta ser en muchas aplicaciones,-el policarbonato tiene más sentido de lo que la comparación de las hojas de especificaciones-podría sugerir.
Las calificaciones de las que nadie habla
El material transparente estándar recibe toda la atención. Pero las cosas se ponen interesantes en los grados de especialidad.
Grados-ignífugos
incorporar aditivos (a menudo halogenados o basados en fósforo-) que permiten que el material cumpla con las clasificaciones UL94 V-0. Estos aparecen en gabinetes eléctricos y equipos de centros de datos.
01
Grados rellenos de vidrio-
Es común sacrificar algo de resistencia al impacto para mejorar drásticamente la rigidez y la estabilidad dimensional. El . 20-30% de carga de vidrio es común. Estos encuentran uso en componentes estructurales donde la resistencia a la fluencia es importante.
02
Mezclas de PC/ABS
combinan la resistencia al impacto del policarbonato con la procesabilidad y el menor costo del ABS. La mayoría de las carcasas para portátiles utilizan alguna variante de PC/ABS. La proporción de mezcla determina si se optimiza el costo, el impacto o la resistencia al calor.
03
Grados ópticos
con índice de refracción controlado y birrefringencia mínima se utilizan en guías de luz, iluminación de automóviles y lentes de cámaras.
04
El problema del rayado
Aquí está el talón de Aquiles del material: el policarbonato se raya fácilmente. Vergonzosamente fácil, considerando todo lo demás, lo hace bien.
Esto no se puede solucionar a nivel molecular. La misma movilidad de la cadena que proporciona resistencia al impacto hace que la superficie sea lo suficientemente suave como para marcarla con las uñas.
La solución de la industria son los recubrimientos duros-normalmente capas basadas en silicona-o acrílicas-que se aplican mediante inmersión, recubrimiento por flujo o deposición por plasma. Los buenos-sistemas de capa dura consiguen que el policarbonato alcance una dureza de lápiz de 2H-4H, acercándose al vidrio. Pero el recubrimiento añade costos y pasos de procesamiento.
En el caso de las gafas, prácticamente todas las lentes de policarbonato se envían con revestimientos duros. Para acristalamientos industriales, las versiones recubiertas y no recubiertas tienen mercados dependiendo de la tolerancia de la aplicación para el marcado de superficies.
Realidad del reciclaje
El policarbonato es técnicamente reciclable. Después de todo, es termoplástico-fundirlo y volver a moldearlo. El código de resina 7 ("Otro") lo cubre.
La realidad es más complicada. El material es sensible a la degradación térmica, perdiendo peso molecular con cada ciclo de procesamiento. La contaminación es un problema-los plásticos mezclados inutilizan los lotes. Y los volúmenes simplemente no son iguales en comparación con el PET o el HDPE. La mayoría de los programas en la acera no lo aceptan.
Existen programas de reciclaje industrial para cosas como botellas de agua y discos ópticos, pero el porcentaje que realmente llega a los recicladores sigue siendo pequeño. El reciclaje químico (despolimerización a BPA y carbonato) es técnicamente factible, pero aún no es económico a escala.
A donde va
La capacidad de producción sigue creciendo-en la actualidad, por encima de los 6 millones de toneladas métricas al año. Asia domina tanto la producción como el consumo.
Las tendencias de investigación incluyen:
Alternativas biológicas-que utilizan isosorbida en lugar de BPA
Nanocompuestos para mejorar la resistencia al rayado sin sacrificar la transparencia
Sistemas de revestimiento autorreparables
Mejor claridad óptica para aplicaciones de iluminación LED
La transición a los vehículos eléctricos está generando una nueva e importante demanda en iluminación para automóviles y carcasas de baterías. Los requisitos de reducción de peso favorecen a los plásticos sobre el vidrio y el metal cuando las propiedades lo permiten.
Conclusión
El policarbonato ocupa un nicho inusual: lo suficientemente fuerte para aplicaciones estructurales exigentes, lo suficientemente transparente para usos ópticos y procesable mediante casi todos los métodos de conformado de plástico. La combinación no existe en ningún otro lugar.
No es perfecto. La sensibilidad al rayado limita donde se puede utilizar sin recubrimiento. Lo del BPA complica las aplicaciones de contacto-con alimentos. La estabilidad a los rayos UV requiere aditivos o recubrimientos.
Pero cuando necesitas una armadura transparente, un acristalamiento liviano,-lentes resistentes a impactos o un centenar de otras aplicaciones en las que "transparente y resistente" encabeza la lista de requisitos,-el policarbonato suele ser el lugar donde terminas. Cincuenta años después de su comercialización, nada más iguala lo que hace.