Александр Гальченко, к.х.н.,
Главный специалист по полимерным материалам
ЗАО "Гельветика-Т"

Листовой монолитный (сплошной) поликарбонат (ПК) является самым прочным из всех прозрачных материалов, существующих на мировом рынке и производящихся в промышленных масштабах. Уникальность эксплуатационных характеристик обеспечивает востребованность листового ПК в таких областях как автомобилестроение, строительство, военная техника, производство спортивного снаряжения, средств безопасности и антивандальных конструкций и, несомненно, рекламная индустрия. В чем же особенность этого материала и что представляет собой листовой поликарбонат? Эти вопросы и освещены в данной статье.

Сырьевой поликарбонат (в виде гранул) представляет собой продукт поликонденсации дифенилолпропана и хлорангидрида угольной кислоты (фосгена) или диметилового эфира угольной кислоты (ДМУК). Использование ДМУК дает возможность перевести технологический процесс получения ПК из жидкой фазы в расплав, избавиться от экологически опасного фосгена и значительно увеличить объемы производства. Этот передовой метод уже используется на одном из заводов компании «General Electric Plastics» в Испании. Увеличение объема производства гранулированного ПК влечет за собой увеличение объема производства листового материала, что благотворно влияет на конъюнктуру мирового рынка и позволяет удовлетворить все повышающийся спрос (в том числе и в России) на прозрачные, полупрозрачные и цветные пластики.

Основными производителями многочисленных марок ПК являются компании: General Electric Plastics (США, торговая марка LEXAN), Dow Plastics (США, CALIBRE), Bayer (Германия, MAKROLON), Teijin Chemical (Япония, PANLITE), Sam Yang (Южная Корея, TRIREX). Из этих исходных материалов методами экструзии и соэкструзии (нанесение УФ-защитного слоя) изготавливаются все листовые ПК в странах Америки и Европы, а также в России.

В нашей стране листовой ПК представлен следующими популярными марками: Barlo PC, Barlo PC UVP с УФ-защитой (Бельгия), Makrolon (Германия), Lexan (Голландия, Австрия), Politec (Италия), Paltuf и Palsan (Израиль), Axxis-PC и Axxis-Sunlife с УФ-защитой (Бельгия), поликарбонат монолитный (Россия, г.Дзержинск) и другими.

Так как все листовые ПК изготавливаются практически из одинаковых по характеристикам марок сырьевого гранулята (у всех компаний-производителей ПК существует специальные экструзионные марки для производства монолитных и сотовых листов), основные свойства материалов разных производителей мало, чем отличаются друг от друга. В таблице 1 приведены физико-механические и эксплуатационные характеристики некоторых из них.

Таблица 1. Технические характеристики листового монолитного поликарбоната

Характеристика	Метод	Ед.изм.	Значения
			Barlo PC, PC UVP	Paltuf, Palsan	Axxis Sunlife
Плотность	ISO 1183	г/см?	1.2	1.18	1.2
Светопропускание	ТЗ	%	86	89	86
Коэффициент преломления	DIN 5036	ND20	1.585	н/д	1.585
Модуль упругости при изгибе	ISO 178	МПа	н/д	2600	н/д
Предел прочности при изгибе	ISO 178	МПа	> 95	> 90	> 95
Модуль упругости при разрыве	ISO 527	МПа	2200	2000	2200
Предел прочности при разрыве	ISO 527	МПа	60	65	60
Удлинение при разрыве	ISO 527	%	80	90	100
Ударная вязкость по Шарпи образца с надрезом	ISO 179	кДж/м?	> 40	н/д	> 30
Ударная вязкость по Шарпи образца без надреза	ISO 179	кДж/м?	без разр.	без разр.	без разр.
Ударная вязкость по Изоду образца с надрезом	ASTM D 256	Дж/м	н/д	800	600-800
Теплостойкость по методу Vicat	ISO 306	°С	145	150	145
Температура прогиба (А)	ISO R 75	°С	135	130	135-140
Коэфф. линейного термического расширения	DIN 53328	K-1 10-5	6.5	6.5	6.5
Теплопроводность	DIN 52612	Вт/м.К	0.2	н/д	0.21
Удельная теплоемкость	D-2766	Дж/г.К	1.17	1.26	1.17
Температура разложения		°С	> 280	н/д	> 280
Мин.температура использования		°С	-60	-75	-100
Макс.температура использования		°С	+130	+120	+130
Макс.температура длительной тепловой нагрузки		°С	+115	+100	+115
Температура термоформования		°С	180-210	н/д	180-200
Температура формы		°С	55-90	н/д	55-90
Диэлектрич. постоянная, 50 Гц	DIN 53483		3.0	н/д	3.0
Электрическая прочность	DIN 53481	кВ/мм	> 30	н/д	> 30
Объемное сопротивление	DIN 53482	Ом.см	1015	н/д	1015
Поверхностное сопротивление	DIN 53482	Ом	1015	н/д	1015
Тангенс угла диэлектрич.потерь	DIN 53483	Гц	8x10-4	н/д	9.2х10-4
Огнестойкость	UL-94 DIN 4102	Класс Класс	н/д	н/д	V-1 B1

Анализ данных таблицы 1 позволяет сделать вывод, что листовой ПК обладает уникально высокой ударопрочностью. В графе значений ударной вязкости образца без надреза указано: «без разрушений» - это означает, что образец листового ПК невозможно разрушить лабораторными методами. Если соотнести данные показателя ударной вязкости образца ПК с соответствующими показателями для других листовых материалов, например, для оргстекла 14-17 (без надреза) и 4-5 (с надрезом), для полисторола 5-6 (без надреза) и 1-2 (с надрезом), то можно приблизительно оценить величину этой физической характеристики в 900-1100 кДж/м? (без надреза). Эта величина иллюстрирует экстремальную ударопрочность материала. И действительно, листовой ПК невозможно разбить ни молотом, ни двухпудовой гирей. Даже, если в силу каких-либо внешних обстоятельств ударопрочность уменьшится в 3-5 раз, указанная физическая величина будет иметь настолько большое значение (200-300), что не возникнет ощутимого снижения прочности конструкционного элемента. Поэтому этот материал для использования в антивандальных строительных и рекламных конструкциях, несомненно, предпочтителен.

Еще одна особенность листового ПК - высокая устойчивость к низким и высоким температурам. Диапазон температур уверенного использования очень широк - от –50°С до +150°С. Поэтому поликарбонат безоговорочно может применяться в любых самых сложных климатических условиях. В интерьере этот полимер также находит применение в случае эксплуатации изделий в режиме повышенных температур (например, в световых коробах с установленными в качестве световых источников лампами накаливания с избыточной теплоотдачей).

Для ПК характерны также высокая огнестойкость, чрезвычайно низкий уровень дымообразования при горении в условиях даже развитого пожара и низкая токсичность продуктов разложения, что является очень важными факторами эксплуатационной безопасности строительного объекта. Значение Кислородного индекса (процентное содержание кислорода в окружающей атмосфере, при которой материал начинает поддерживать устойчивое горение) составляет 28-30%. Это значит, что в воздушной среде (21% кислорода) поликарбонат не поддерживает горение и в соответствии с классификацией относится к группе самозатухающих полимеров. Совокупность всех этих качеств ставит листовой ПК в ряд материалов с наилучшими показателями противопожарной безопасности, причем стоит заметить, что эти свойства характерны для ПК без каких бы то ни было специальных антипирирующих добавок.

Поликарбонат обладает высокой стойкостью в отношении многих химически активных сред. Он не подвержен воздействию большинства неорганических и органических кислот, окислительных и восстановительных агентов, кислотных и основных солей, алифатических углеводородов, спиртов, моющих средств, жиров и смазочных масел. Химическая стойкость поликарбоната зависит от концентрации химикатов и от температуры окружающей среды при воздействии. После длительного нахождения в воде при температуре выше 60°С, например, ПК реагирует на контакт с некоторыми растворителями, водными и спиртовыми растворами щелочей, газообразным аммиаком и аминами.

Ниже представлены данные химической устойчивости ПК к некоторым веществам.

+ стойкий

- не стойкий

Cтойкость	Стойкость	Стойкость
Уксусная кислота    +	Ацетон   -	Щелочные растворы   -
Аммиак    -	Бензол   -	Борная кислота   +
Бутилацетат    -	Бутиловый спирт   +	Перманганат калия, 10%   +
Диэтиловый спирт   -	Этиловый спирт   +	Гексан   +
Соляная к-та концентр.   -	Соляная к-та, 20%   +	Перекис водорода, 30%   +
Метиловый спирт   -	Метиловый спирт   -	Метиленхлорид   -
Поваренная соль   +	Пропан   +	Бензин   +

Как и большинство других прозрачных полимерных материалов, листовой ПК служит прекрасным заменителем силикатного стекла и может использоваться при остеклении, особенно защитном. При этом основные эксплуатационные показатели у листового ПК (вес, тепло- и звукоизоляция) значительно лучше, чем у стекла. В таблице 2 приведены сравнительные данные из расчета 1 м? для разных толщин листового ПК и стекла. Иллюстрируются такие необходимые качества как теплоизоляция, характеризующаяся коэффициентом теплопередачи (К), и звукоизоляция, выраженная значением падения силы звука (в децибелах) при прохождении через остекление.

Таблица 2. Сравнительные характеристики листового ПК и стекла

Толщина листа, мм	Вес, кг/м?		К, Вт/м?К		Звукоизоляция, Дб
	ПК	Стекло	ПК	Стекло	ПК	Стекло
3	3.6	7.34	5.49	5.87	26	28
4	4.8	9.4	5.35	5.84	27	29
5	6.0	12.24	5.21	5.80	28	30
6	7.2	14.68	5.09	5.77	29	31
8	9.6	19.60	4.89	5.72	31	32
10	12.0	24.48	4.68	5.67	32	33
12	14.4	29.38	4.35	5.58	34	34

Из таблицы видно, что для всех толщин коэффициент теплопередачи К в случае ПК ниже, чем у стекла. Таким образом, потери тепла в помещении и проникновение тепла или холода извне через ограждающие конструкции в зданиях с поликарбонатным остеклением будут меньше, чем при использовании обычного стекла. Применение полимера вместо традиционного прозрачного материала позволяет в значительной степени снизить энергозатраты на отопление зимой и кондиционирование летом. В то же время звукозащитные свойства листового ПК и стекла практически одинаковы.

Существенным фактом, определяющим место размещения листов ПК (в помещении или на открытом воздухе) является защищенность листов от воздействия ультрафиолетового излучения. По своей природе ПК подвержен действию УФ-излучения. С течением времени это проявляется в виде желтизны и мутности, что, соответственно, ухудшает светопропускание, и в некоторой степени потерей прочностных качеств (но как отмечалось выше неощутимых с точки зрения эксплуатационных возможностей материала). Для того чтобы защитить листы ПК от воздействия солнечной радиации существует два принципиально разных технологических метода. Первый – введение уф-стабилизаторов в массу полимера, что позволяет достигать защитного эффекта по всей толщине листа. Второй способ – нанесение методом соэкструзии или лакированием специального защищающего слоя на одну или обе поверхности листа. Во втором случае при монтаже конструкции из листов ПК очень важно обращать к солнечной стороне именно УФ-защищенную поверхность. Производители листового поликарбоната (например, Barlo Plastics) при соблюдении технологических правил гарантируют уменьшение коэффициента светопропускания не более чем на 6% за 10 лет (DIN 5036).

Сравнительные данные по изменению коэффициента светопропускания и индекса желтизны для обычных и УФ-защищенных листов ПК были получены в результате экспериментов, в ходе которых материал облучался в течение ста часов светом ксеноновой лампы с интенсивностью аналогичной годовому солнечному воздействию в таких климатических зонах как Израиль или штат Аризона (США). Снижение значения коэффициента светопропускания при длительности облучения 2000 часов составляет для обычного ПК - до 91% - 87,7% и УФ-защищенного – до 89,5%. Увеличение индекса желтизны при тех же условиях составляет 0 - 9 для обычного ПК и 2,5 для листов с УФ-защитой. Эти данные подтверждают, что листовой ПК с УФ-защитой может длительное время использоваться вне помещений без видимых изменений.