منوی وب

جستجوی محصول

زبان

سهم

خانه / خبر / اخبار صنایع / پلی کربنات چقدر قوی است؟ داده های ضربه و مقاومت کششی
اخبار صنایع

پلی کربنات چقدر قوی است؟ داده های ضربه و مقاومت کششی

پلی آمید پلاستیک مهندسی سفارشی

پلی کربنات به اندازه کافی قوی برای جایگزینی شیشه و عملکرد بهتر از سخت ترین پلاستیک ها در هنگام ضربه است.

پلی کربنات می تواند انرژی ضربه را تقریبا 250 برابر بهتر از شیشه استاندارد و حدود 30 برابر بهتر از اکریلیک با همان ضخامت جذب کند، به همین دلیل است که این ماده پشت سپر ضد شورش، محافظ ماشین و لایه های شیشه مقاوم در برابر گلوله است. به عنوان یک پلاستیک مهندسی استحکام کششی آن معمولاً بین 55 تا 75 مگاپاسکال است، استحکام خمشی آن نزدیک به 90 تا 100 مگاپاسکال است و مقاومت ضربه ای Izod بریدگی آن می تواند از 800 J/m در گریدهای اصلاح نشده فراتر رود. این ترکیب سختی و چقرمگی غیرمعمول است: بیشتر پلاستیک های سفت و سخت باید یکی را با دیگری عوض کنند، اما پلی کربنات هر دو را به یکباره نگه می دارد.

آنچه باعث می شود این ماده ارزش یک نگاه فنی عمیق را داشته باشد، فقط اعداد خام نیستند، بلکه میزان پایداری آنها در نوسانات دما، قرار گرفتن در معرض در فضای باز و رویدادهای ضربه مکرر است. یک درجه از پلی کربنات اصلاح نشده می تواند در درب فریزر، حفاظ ماشین در کف کارخانه و پانل نورگیر استفاده شود و در هر مورد مشخصات مقاومت به سختی تغییر می کند. تعداد بسیار کمی از پلاستیک و مواد کمی از هر نوع، چنین محدوده ای را بدون نیاز به فرمولاسیون متفاوت برای هر کار ارائه می دهند. بخش های زیر دقیقاً مشخص می کند که این اعداد از کجا آمده اند، چگونه پلی کربنات در مقابل یکدیگر قرار می گیرند پلی آمید ، ABS، اکریلیک و شیشه، چگونه انتخاب های تولیدی استحکام نهایی یک قطعه قالب گیری شده یا اکسترود شده را تغییر می دهد، و چه جزئیاتی از طراحی یک جزء پلی کربناتی را که سال ها از سوء استفاده جان سالم به در می برد از قطعه ای که در فصل اول ترک می خورد جدا می کند.

چرا پلی کربنات در سطح مولکولی رفتار می کند؟

پلی کربنات چقرمگی خود را از زنجیره های پلیمری بلند و آمورف که توسط گروه های کربناته به هم متصل شده اند، با حلقه های بیسفنول حجیمی که در بین آنها قرار دارند، به دست می آورد. این حلقه‌ها چرخش را در امتداد ستون فقرات محدود می‌کنند، بنابراین به جای اینکه زنجیره تحت بار ناگهانی به طور تمیز بچسبد، ماده تسلیم شده و به صورت موضعی کشیده می‌شود و انرژی ضربه را قبل از ایجاد شکاف در منطقه وسیع‌تری پخش می‌کند. مهندسان این را به عنوان درجه بالایی از شکل‌پذیری همراه با دمای انتقال شیشه‌ای بالا، تقریباً 147 درجه سانتیگراد توصیف می‌کنند، به همین دلیل است که پلی کربنات در طیف وسیعی از شرایط محیطی به جای اینکه مانند بسیاری از پلاستیک‌های کالایی در هوای سرد شکننده شود، سخت می‌ماند.

ماهیت آمورف پلیمر نیز شفافیت نوری آن را توضیح می دهد. از آنجایی که زنجیره‌ها در نواحی کریستالی منظم قرار نمی‌گیرند، نور با پراکندگی بسیار کمی از آن عبور می‌کند و به پلی کربنات مقدار انتقال نور نزدیک به 90 درصد شبیه شیشه می‌دهد. این مورد نادری است که یک ویژگی ساختاری، صلبیت زنجیره، و یک ویژگی نوری، شفافیت، هر دو به یک علت مولکولی بازمی‌گردند.

چگونه این با پلاستیک های کریستالی مانند پلی آمید متفاوت است

پلی آمید که معمولاً به عنوان نایلون شناخته می شود، تا حدی کریستالی است و نه کاملاً بی شکل. نواحی سفارش داده شده آن به آن مقاومت در برابر سایش عالی، اصطکاک کم و عملکرد خستگی قوی تحت خمش مکرر می دهد، اما همان ساختار کریستالی آن را نسبت به بریدگی ها و بارگذاری ضربه ناگهانی حساس تر می کند، به خصوص در شرایط خشک قبل از اینکه رطوبت محیط را جذب کند. پلی کربنات برای محکم ماندن به رطوبت متکی نیست، که باعث می شود رفتار ضربه ای آن از یک دسته به دسته دیگر قابل پیش بینی تر و سازگارتر باشد.

نقش وزن مولکولی

در خود پلی کربنات، وزن مولکولی تأثیر مستقیمی بر استحکام دارد. نمرات با وزن مولکولی بالاتر در برابر انتشار ترک بهتر مقاومت می کنند و تحت تنش مکرر مدت طولانی تری نگه می دارند، اما همچنین در طول پردازش چسبناک تر هستند و به دمای مذاب بالاتری نیاز دارند. تولیدکنندگان با انتخاب محدوده وزن مولکولی متناسب با قطعه، این را متعادل می‌کنند: قطعات نازک و پیچیده اغلب از درجه‌های وزن مولکولی پایین‌تر برای جریان آسان‌تر استفاده می‌کنند، در حالی که قطعات ساختاری ضخیم به نفع وزن مولکولی بالاتر برای حداکثر چقرمگی هستند.

استحکام ضربه در مقایسه با سایر مواد رایج

واضح‌ترین راه برای پاسخ به اینکه واقعاً چقدر پلی کربنات قوی است، از داده‌های ضربه‌های جانبی می‌آید. جدول زیر مقاومت ضربه ای بریدگی معمولی Izod را فهرست می کند، یک آزمایش استاندارد آزمایشگاهی که در آن آونگ به نمونه بریدگی برخورد می کند و میزان انرژی جذب شده را قبل از شکستن اندازه گیری می کند.

مواد ضربه ایزود بریدگی (J/m) سختی نسبی
پلی کربنات (تغییر نشده) 640 تا 960 خیلی بالا
پلی آمید 6 (dry) 50 تا 110 متوسط
ABS 200 تا 400 بالا
اکریلیک (PMMA) 16 تا 32 پایین
شیشه آنیل شده 2 تا 4 خیلی کم
ارزش‌های ضربه‌دار Izod معمولی که از محدوده‌های مرجع پلاستیک مهندسی استاندارد تهیه شده‌اند. نتایج واقعی بر اساس درجه، ضخامت و دمای آزمایش متفاوت است.

اکریلیک اغلب به عنوان جایگزین سبک وزن برای پلی کربنات به بازار عرضه می شود، زیرا پولیش ارزان تر و آسان تر است، اما جدول نشان می دهد که چرا این جایگزینی در هر کاربرد شامل بارگذاری ضربه، ضربه یا تنش مکرر شکست می خورد. پلی کربنات با اختلاف زیادی در این مقایسه پیروز می شود، دقیقاً به همین دلیل است که بر دسته هایی مانند لنزهای عینک ایمنی، پوشش چراغ های خودرو و تجهیزات کنترل شورش تسلط دارد. حتی در برابر ABS، پلاستیکی که قبلاً به دلیل چقرمگی شناخته شده است، پلی کربنات زمانی که قطعه مجبور است در اثر ضربه واقعی جان سالم به در ببرد، به جای حمل و نقل معمولی، برتری واضحی دارد.

شایان ذکر است که این اعداد یک ضربه شدید را در شرایط آزمایشگاهی توصیف می کنند. قطعات واقعی اغلب به جای یک رویداد چشمگیر با اثرات مکرر کم انرژی روبرو می شوند، و در اینجا رفتار خستگی پلی کربنات، اگرچه خوب است، نامحدود نیست. خم شدن مکرر در نزدیکی یک نقطه تنش در نهایت می تواند باعث ایجاد ترک شود حتی در ماده ای به این سختی، به همین دلیل است که هندسه قطعه به اندازه رزین پایه اهمیت دارد، نکته ای که در ادامه این مقاله با جزئیات بیشتری به آن پرداخته می شود.

اعداد مقاومت کششی، خمشی و فشاری که باید بدانید

مقاومت در برابر ضربه تنها بخشی از داستان را بیان می کند. یک ماده همچنین باید شکل خود را تحت بار ثابت نگه دارد، در برابر خمش مقاومت کند و بدون خرد شدن فشرده شود. در اینجا مکانی است که مهندسان اغلب بر روی سه ویژگی پلی کربنات بررسی می کنند.

اموال محدوده معمولی مبنای آزمون
استحکام کششی 55 تا 75 مگاپاسکال به شکست کشیده شد، روش ASTM D638
استحکام خمشی 90 تا 100 مگاپاسکال تست خمش سه نقطه به روش ASTM D790
مقاومت فشاری 80 تا 86 مگاپاسکال بار محوری برای تسلیم، روش ASTM D695
ازدیاد طول در هنگام شکست 80 تا 150 درصد همان کشش کششی بالا
مدول خمشی 2300 تا 2400 مگاپاسکال سفتی تحت بار خمشی
سختی راکول M70 تا M75 مقاومت در برابر فرورفتگی سطح
محدوده خواص مکانیکی برگرفته از میانگین‌های برگه داده‌های رایج صنعت برای پلی کربنات با درجه تزریقی همه منظوره.

این رقم ازدیاد طول بیش از آنچه مردم انتظار دارند اهمیت دارد. پلاستیک سفت و سختی که بتواند قبل از شکستن 80 تا 150 درصد کشش داشته باشد، با هیچ تعریفی شکننده نیست. این دلیلی است که قطعات پلی کربنات تحت بار اضافی خم می شوند و تغییر شکل می دهند تا اینکه به قطعات تیز تبدیل شوند، که یک مزیت ایمنی واقعی در محافظ ماشین و موانع محافظ است. این عدد کشیدگی را با اکریلیک مقایسه کنید، که معمولاً پس از کشش تنها 2 تا 5 درصد می شکند و تفاوت عملی در سناریوی سقوط یا ضربه حتی بدون اجرای آزمایش آزمایشگاهی آشکار می شود.

شکل مدول خمشی نیز ارزش مطالعه دقیق را دارد. مدول کمتر از چیزی مانند نایلون تقویت شده با الیاف شیشه به این معنی است که پلی کربنات قبل از اینکه در برابر خمش بیشتر مقاومت کند، تحت یک بار معین راحت تر خم می شود. این انعطاف‌پذیری معمولاً دارایی در سناریوهای ضربه است، زیرا قطعه‌ای که می‌تواند خم شود انرژی را جذب می‌کند که بخش سفت‌تر و شکننده‌تر باید به طور کامل از طریق تنش داخلی در برابر آن مقاومت کند، اما در قطعاتی که باید کاملاً صاف یا صلب تحت بار ثابت بمانند، مانند براکت‌های سازه‌ای خاص، تبدیل به یک بدهی می‌شود.

چگونه ضخامت دیوار و هندسه قطعات استحکام موثر را تغییر می دهند

اعداد برگه داده از یک نوار تست استاندارد، معمولاً چند میلی متر ضخامت می گیرند. قطعات واقعی به ندرت دقیقاً با آن هندسه مطابقت دارند و ضخامت به گونه‌ای استحکام را تغییر می‌دهد که همیشه بصری نیست. یک بخش ضخیم تر به طور خودکار در برابر ضربه سخت تر نیست. بستگی به نحوه اعمال بار و محل تمرکز تنش دارد.

ضخامت ورق مورد استفاده معمولی رفتار تاثیر
1.5 تا 3 میلی متر شیشه های نگهبان ماشین آلات، علائم تحت بار خم می شود، در برابر ترک خوردن مقاومت می کند
3 تا 6 میلی متر لعاب عمومی، سایبان سفتی متعادل و جذب ضربه
9 تا 12 میلی متر شیشه های امنیتی، پنجره های بازداشت بالا resistance to forced entry attempts
20 میلی متر و بالاتر، چند لایه سیستم های لعاب دارای رتبه بالستیک چندین لایه تاثیر انرژی بالا را جذب می کند
راهنمای ضخامت عمومی؛ الزامات دقیق به کاربرد خاص و انرژی ضربه ای مورد انتظار بستگی دارد.

فراتر از ورق تخت، قطعات قالب‌گیری شده متغیر دیگری را معرفی می‌کنند: گوشه داخلی تیز. یک بریدگی، یک تغییر ناگهانی در ضخامت دیوار، یا یک گوشه داخلی تیز به عنوان متمرکز کننده تنش عمل می کند، به این معنی که تنش موضعی در آن نقطه می تواند چندین برابر بیشتر از تنش متوسط ​​در سراسر قطعه باشد. به همین دلیل است که یک براکت پلی کربنات با گوشه داخلی 90 درجه تیز می تواند تحت فشاری ترک بخورد که یک براکت یکسان با شعاع سخاوتمندانه بدون مشکل زنده بماند. طراحان معمولاً شعاع داخلی را حداقل 0.5 برابر ضخامت دیوار و در حالت ایده آل نزدیکتر به 0.75 برابر تعیین می کنند تا تمرکز استرس را در محدوده ایمن نگه دارند.

شش عاملی که استحکام واقعی پلی کربنات را در یک قطعه تمام شده تغییر می دهد

اعداد برگه اطلاعات یک نمونه آزمایشگاهی را توصیف می کنند، نه لزوماً بخشی که روی نیمکت شما نشسته است. این متغیرها قدرت واقعی را به طور قابل توجهی بالا یا پایین می‌برند، گاهی اوقات با یک حاشیه بزرگ.

  • ضخامت و بریدگی دیوار: گوشه داخلی تیز استرس را متمرکز می کند و می تواند قدرت ضربه موثر را به نصف یا بیشتر کاهش دهد، بنابراین قطعات قالب گیری شده به شعاع سخاوتمندانه نیاز دارند.
  • قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش: پلی کربنات محافظت نشده زرد می شود و پس از قرار گرفتن طولانی مدت در معرض نور خورشید، چقرمگی سطح را از دست می دهد. نمرات تثبیت شده با اشعه ماوراء بنفش یا پوشش داده شده خواص خود را برای سال های طولانی در فضای باز حفظ می کنند.
  • دما: استحکام از حدود منفی 40 تا 120 درجه سانتیگراد به خوبی حفظ می شود، اما با نزدیک شدن دما به نقطه انتقال شیشه ای نزدیک به 147 درجه سانتیگراد، عملکرد به شدت کاهش می یابد.
  • قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی: برخی از حلال‌ها، قلیایی‌های قوی و برخی از مواد پاک‌کننده باعث ایجاد ترک‌های تنشی در پلی کربنات می‌شوند که بسیار پایین‌تر از حد مجاز مکانیکی آن است.
  • کیفیت پردازش: خشک شدن ضعیف قبل از قالب گیری، رطوبت را به دام می اندازد، که زنجیره های پلیمری را در طول پردازش تخریب می کند و به آرامی استحکام ضربه را در قسمت نهایی کاهش می دهد.
  • تنش پسماند ناشی از قالب گیری: خنک شدن سریع یا ضخامت ناهموار دیوار می تواند فشار وارده به قطعه را در حین ساخت قفل کند و حتی بدون بریدگی خارجی آن را بیشتر مستعد ترک خوردن کند.

روش ساخت چگونه استحکام قسمت پایانی را تغییر می دهد

پلی کربنات از طریق چند فرآیند متداول به شکل نهایی خود می رسد و هر کدام اثر انگشت متفاوتی بر روی استحکام قطعه می گذارد.

قالب گیری تزریقی

قالب گیری تزریقی مسیر استاندارد برای قطعات پیچیده و سه بعدی مانند محفظه ها و براکت ها است. دمای مذاب، دمای قالب و سرعت خنک‌شدن همگی بر میزان فشار باقی مانده به قطعه تأثیر می‌گذارند. قالبی که نسبت به مذاب بیش از حد سرد است باعث یخ زدن پلیمر به طور ناموزون می‌شود و استرس داخلی ایجاد می‌کند که می‌تواند مقاومت ضربه‌ای را در نواحی دریچه و خط جوش کاهش دهد، حتی اگر مواد حجیم روی میله آزمایشگاهی خوب آزمایش شوند.

اکستروژن برای ورق و پروفایل

ورق مسطح، پانل های چند جداره و پروفیل های ساختاری معمولاً اکسترود می شوند، فرآیندی پیوسته که پلی کربنات مذاب را از طریق یک قالب شکل می کشد. ورق اکسترود شده تمایل به جهت گیری مولکولی یکنواخت تری در طول ورق دارد تا در سراسر آن، به همین دلیل است که برخی از محصولات ورق بسته به جهت اعمال بار نسبت به جهت اکستروژن، رفتار ضربه ای کمی متفاوت از خود نشان می دهند.

ترموفرمینگ

ورق همچنین می تواند دوباره گرم شود و به اشکال منحنی مانند گنبدهای محافظ ماشین یا سایبان وسایل نقلیه تبدیل شود. این چرخه گرم کردن مجدد می تواند وزن مولکولی را اندکی کاهش دهد اگر دماها بیش از حد بالا یا بیش از حد طولانی باشد، به همین دلیل است که کنترل دمای ترموفرمینگ تأثیر مستقیم و قابل اندازه گیری بر مقاومت ضربه نهایی یک قطعه تشکیل شده در مقایسه با ورق صافی دارد که شروع به کار کرده است.

افزودنی هایی که عملکرد پلی کربنات را فراتر از رزین پایه فشار می دهند

پلی کربنات اصلاح نشده به ندرت بدون بسته بندی افزودنی به دست مشتری نهایی می رسد. جدول زیر متداول ترین دسته ها و اینکه هر کدام چه تغییری می دهند را پوشش می دهد.

نوع افزودنی سود اولیه مبادله قدرت
تثبیت کننده UV زردی و تخریب سطح را در فضای باز کند می کند اثر حداقلی بر خواص مکانیکی توده
پکیج ضد شعله عملکرد آتش را برای محفظه های الکتریکی بهبود می بخشد می تواند اندکی قدرت ضربه را کاهش دهد
تقویت الیاف شیشه استحکام کششی و سفتی را به شدت افزایش می دهد چقرمگی ضربه را کاهش می دهد و شفافیت را از بین می برد
اصلاح کننده ضربه عملکرد ضربه در دمای پایین را افزایش می دهد می تواند مقاومت حرارتی را کمی کاهش دهد
عامل رهاسازی قالب جهش قطعه را در طول قالب گیری بهبود می بخشد اگر دوز صحیح مصرف شود ناچیز است
اثرات افزودنی وابسته به فرمولاسیون است. تغییرات واقعی اموال بسته به تامین کننده و سطح دوز متفاوت است.

الگوی کلی در سراسر این جدول یک مبادله مهندسی آشنا است: افزودنی هایی که یک مشکل را حل می کنند، خواه عملکرد آتش، پایداری اشعه ماوراء بنفش یا سفتی باشد، تقریباً همیشه مقدار کمی از چقرمگی ضربه را در جای دیگری هزینه می کنند. انتخاب بسته افزودنی مناسب به معنای تطبیق این مبادله با حالت خرابی واقعی قطعه است، نه فقط تعقیب یک ویژگی سرفصل.

پلی کربنات در مقابل پلی آمید: انتخاب پلاستیک مهندسی مناسب

پلی کربنات و پلی آمید دائماً با هم مقایسه می شوند زیرا هر دو در ردیف عملکرد متوسط ​​تا بالای پلاستیک های مهندسی قرار می گیرند، با این حال آنها مشکلات مختلفی را حل می کنند. جدول زیر ویژگی هایی را نشان می دهد که معمولاً تعیین می کنند کدام یک مشخص شود.

اموال پلی کربنات پلی آمید (Nylon 6/6)
مقاومت در برابر ضربه بسیار عالی، شکل پذیری بالا خوب، وابسته به رطوبت
سایش و اصطکاک میانگین سطح عالی با اصطکاک کم
شفافیت نوری به طور طبیعی شفاف است مات
حساسیت به رطوبت پایین بالا, absorbs up to 8 percent by weight
مقاومت در برابر خستگی خوب تحت بار چرخه ای متوسط تحت خمش مداوم عالی است
بهترین تناسب لعاب، لنز، پوشش محافظ چرخ دنده ها، بوشینگ ها، اجزای کشویی
مقایسه کلی برای اهداف انتخاب مواد؛ درجات و مواد افزودنی خاص می توانند این ارقام را تغییر دهند.

اگر قطعه باید شفاف بماند، ضربه محکمی بزند و در برابر شکستن مقاومت کند، پلی کربنات انتخاب قوی‌تری است. اگر قطعه روی سطح دیگری بلغزد، روی شفت بچرخد یا به اصطکاک کم تحت بار نیاز داشته باشد، پلی آمید معمولاً برنده می شود حتی اگر تعداد ضربه خام آن کمتر باشد. برخی از طرح‌ها در واقع از هر دو استفاده می‌کنند: یک محفظه پلی کربنات همراه با بوش‌های پلی آمید یا چرخ دنده‌های داخل آن، که به هر ماده اجازه می‌دهد تا کاری را که به طور طبیعی برای آن مناسب است انجام دهد، نه اینکه یک پلاستیک را مجبور به پوشش هر عملکرد کند.

نمرات تقویت شده و اصلاح شده اعداد قدرت را بالاتر می برد

تقویت الیاف شیشه

افزودن 10 تا 30 درصد فیبر شیشه ای به پلی کربنات استحکام کششی را در محدوده 100 تا 140 مگاپاسکال افزایش می دهد و سفتی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد، اگرچه چقرمگی ضربه را کاهش می دهد و وضوح نوری را حذف می کند. این تجارت در براکت‌های سازه‌ای، محفظه‌های الکتریکی و قطعات خودرو که بیشتر از جذب ضربه به استحکام نیاز دارند، رایج است. بارگذاری الیاف بالاتر، تا 30 یا 40 درصد، استحکام کششی را بیشتر می‌کند، اما در صورت عدم کنترل دقیق خنک‌کننده در طول قالب‌گیری، قطعه را شکننده‌تر و مستعد تاب برداشتن می‌کند.

پلی کربنات و Polyamide Alloys

ترکیب پلی کربنات با پلی آمید یا با ABS استحکام ضربه پلی کربنات را با مقاومت شیمیایی یا ویژگی های جریان پلیمر دوم ترکیب می کند. به عنوان مثال، ترکیبات PC/ABS به طور گسترده در پانل‌های داخلی خودرو و محفظه‌های الکترونیکی استفاده می‌شود، زیرا آنها راحت‌تر از پلی کربنات خالص قالب‌گیری می‌کنند و در عین حال بیشتر چقرمگی آن را حفظ می‌کنند. آلیاژهای PC/پلی آمید یک گام فراتر می روند و هدف آن ترکیب استحکام ضربه پلی کربنات با مقاومت شیمیایی و سوخت پلی آمید برای اجزای خودروهای زیر کاپوت است.

ورق چند جداره و چند لایه

برای کاربردهای لعاب و سقف، ورق پلی کربنات چند جداره هوا را بین لایه‌های آجدار به دام می‌اندازد، که ارزش عایق را افزایش می‌دهد و بار ضربه را در سطح وسیع‌تری توزیع می‌کند و به طور موثر استحکام عملی پانل را بدون تغییر رزین پایه افزایش می‌دهد. ورق چند لایه، که در آن چندین لایه جامد به هم چسبیده اند، با اجازه دادن به هر لایه برای جذب بخشی از ضربه به طور مستقل، که اصل اساسی پشت ساختمان های لعاب با امنیت بالاتر و درجه بالستیک است، این کار را بیشتر می کند.

گریدهای ضد شعله

محفظه های برق و لوازم خانگی اغلب درجه های پلی کربنات مقاوم در برابر شعله را مشخص می کنند. این فرمول‌ها اهداف دقیق عملکرد آتش را برآورده می‌کنند و در عین حال بیشتر استحکام ضربه رزین پایه را حفظ می‌کنند، اگرچه مقادیر مکانیکی دقیق بسته به مواد شیمیایی مقاوم در برابر شعله که تامین‌کننده استفاده می‌کند کمی تغییر می‌کند.

مقاومت شیمیایی و محیطی: جایی که استحکام می تواند زودتر از بین برود

اعداد مقاومت مکانیکی قطعه ای را بدون حمله شیمیایی فرض می کنند. پلی کربنات به طور کلی در برابر اسیدهای رقیق، بسیاری از نمک ها و آب تمیز کننده روزمره مقاوم است، اما دارای نقاط ضعف شناخته شده ای است که می تواند باعث شود استحکام بسیار پایین تر از حد مجاز مکانیکی آن کاهش یابد.

  • حلال های معطر و کلردار: تماس با حلال‌های خاصی که در برخی از محصولات تمیزکننده یا رنگ‌ها استفاده می‌شود، می‌تواند باعث ایجاد ترک‌خوردگی در عرض چند ساعت، حتی بدون اعمال بار خارجی شود.
  • قلیاهای قوی: قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض محلول‌های قلیایی قوی، به تدریج پیوندهای کربنات را در پلیمر از بین می‌برد و در طول زمان استحکام را کاهش می‌دهد.
  • پاک کننده های مبتنی بر آمونیاک: اینها یکی از دلایل رایج ترک‌خوردگی غیرمنتظره در حفاظ‌های ماشین پلی‌کربناتی هستند که با محصولات نامناسب تمیز می‌شوند.
  • آب گرم و بخار: قرار گرفتن مکرر در دمای بالای 60 درجه سانتیگراد، هیدرولیز را تسریع می کند، تجزیه شیمیایی آهسته زنجیره پلیمری که چقرمگی را در طول ماه ها یا سال ها کاهش می دهد.
  • استرس ترکیبی و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی: قسمتی که تحت تنش مکانیکی قرار دارد نسبت به همان قسمت در حالت استراحت بسیار آسیب پذیرتر از حمله شیمیایی است، به همین دلیل است که نقاط نصب تحت فشار اغلب ابتدا ترک می خورند.

این نکته ای است که برای هر کسی که روش های تمیز کردن قطعات پلی کربنات را در یک محیط تولید مشخص می کند ارزش به خاطر سپردن دارد: یک ماده تمیز کننده اشتباه می تواند سال ها عملکرد مکانیکی عالی را در عرض چند هفته خنثی کند.

دستورالعمل های طراحی عملی برای به حداکثر رساندن استحکام پلی کربنات

اگر طراحی قطعه بر خلاف آنها عمل کند، هیچ یک از اعداد مقاومت بالا اهمیت زیادی ندارد. این دستورالعمل ها منعکس کننده رویه متداول در میان مهندسانی است که قطعات پلی کربنات را برای محیط های سخت طراحی می کنند.

  1. ضخامت دیوار را تا حد امکان یکنواخت نگه دارید. تغییرات ناگهانی ضخامت باعث ایجاد استرس داخلی در هنگام خنک‌سازی می‌شود که قبل از اینکه بار واقعی را ببیند، قطعه را ضعیف می‌کند.
  2. از شعاع های داخلی سخاوتمندانه، به طور ایده آل حداقل 0.5 برابر ضخامت دیوار، در هر گوشه داخلی استفاده کنید تا از تمرکز استرس جلوگیری کنید.
  3. دریچه ها و خطوط جوش را دور از مناطق پر تنش قرار دهید، زیرا این مناطق به طور طبیعی ضعیف تر از مواد اطراف هستند.
  4. از نخ های تیز که مستقیماً به پلی کربنات بریده می شوند خودداری کنید. به جای آن از باس ها یا درج های قالب گیری شده برای پخش بارهای بست در یک منطقه بزرگتر استفاده کنید.
  5. نمرات تثبیت شده در برابر اشعه ماوراء بنفش را برای هر قسمت با قرار گرفتن در معرض معنی دار در فضای باز مشخص کنید، زیرا کاهش قدرت ناشی از تخریب UV یکی از رایج ترین خرابی های میدان است.
  6. قبل از انجام طرح، سازگاری شیمیایی را با هر گونه مواد تمیزکننده، چسب یا پوششی که با قطعه تماس پیدا می کند، تأیید کنید.

جایی که قدرت پلی کربنات واقعاً مورد استفاده قرار می گیرد

ویژگی هایی که در بالا پوشش داده شد، کنجکاوی های آزمایشگاهی انتزاعی نیستند. آنها مستقیماً بر روی صنایع خاصی که به تعادل خاص چقرمگی، شفافیت و فرآیند پذیری پلی کربنات بستگی دارد، نقشه می‌کشند.

  1. محافظ ماشین و محفظه های ایمنی در تجهیزات صنعتی، جایی که خرابی ناگهانی ابزار نباید قطعات را به بیرون ارسال کند.
  2. سپر ضد شورش و شیشه پنجره برای وسایل نقلیه امنیتی، انتخاب شده برای تعادل شفافیت و جذب ضربه.
  3. لنزهای چراغ‌های جلو خودرو، که باید از برخورد سنگ با سرعت بزرگراه جان سالم به در ببرند و در عین حال شفاف بمانند.
  4. محفظه‌های ابزار برقی و محفظه‌های الکترونیکی، که در آن مقاومت در برابر سقوط در هنگام جابجایی روزانه یک نیاز اصلی است.
  5. پانل های گلخانه و نورگیر، با استفاده از ورق چند جداره برای مقاومت در برابر تگرگ و زباله های باد در طول عمر طولانی در فضای باز.
  6. محفظه‌های دستگاه‌های پزشکی، که در آن‌ها نمی‌توان اجازه داد که ریزش‌های تصادفی در یک محیط بالینی باعث شکستگی پوسته شوند.
  7. تجهیزات ورزشی مانند گیره های کلاه ایمنی و محافظ چشم، جایی که انرژی ضربه به جای انتقال به کاربر، باید پراکنده شود.
  8. وسایل نمایش نقطه‌فروش و خرده‌فروشی، که باید از جابجایی مکرر در مکان‌های عمومی پرترافیک جان سالم به در ببرند.

متعادل کردن قدرت در برابر هزینه در انتخاب مواد

قدرت به ندرت تنها متغیر در یک تصمیم خرید واقعی است. پلی کربنات معمولاً به ازای هر کیلوگرم بیشتر از پلاستیک های کالایی مانند ABS یا پلی استایرن هزینه دارد و گریدهای تقویت شده یا تخصصی دوباره هزینه بیشتری دارند. سوال عملی برای اکثر خریداران این نیست که کدام ماده از نظر جداسازی قوی تر است، بلکه این است که کدام ماده استحکام مورد نیاز برنامه را با کمترین هزینه کل، از جمله پردازش و تکمیل، ارائه می دهد.

برای کاربردهایی که مقاومت در برابر ضربه عامل تعیین کننده است، مانند حفاظ ماشینی که گهگاه با ابزار سرگردان برخورد می کند، پرداخت حق بیمه پلی کربنات نسبت به اکریلیک یا شیشه به راحتی قابل توجیه است زیرا یک خرابی در میدان، قطعه تعویضی و رویداد خرابی اغلب بیش از تفاوت قیمت مواد در کل دوره تولید هزینه دارد. برای کاربردهایی که مقاومت در برابر سایش یا قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی غالب است، هزینه اضافی برای پلی کربنات در حالی که پلی آمید به همان خوبی یا بهتر عمل می کند، حق بیمه هدر رفته است. تطبیق مواد با حالت خرابی واقعی که قطعه احتمالاً با آن مواجه می‌شود، تفاوت بین یک تصمیم کاملاً مهندسی‌شده و صرفاً پیش‌فرض کردن سخت‌ترین مواد در صفحه داده است.

سوالات متداول در مورد استحکام پلی کربنات

آیا پلی کربنات از فولاد قوی تر است؟

فولاد نسبت به وزن مواد مورد استفاده در مقاطع سازه ای دارای مقاومت کششی و تسلیم بسیار بالاتری است. مزیت پلی کربنات چقرمگی ضربه نسبت به وزن سبک و شفافیت آن است، نه استحکام ساختاری خام، به همین دلیل است که جایگزین شیشه و اکریلیک به جای فلز در قاب های باربر می شود.

آیا پلی کربنات می تواند گلوله را متوقف کند؟

ورق پلی کربنات چند لایه، که اغلب در چندین لایه ضخیم ساخته می‌شود، در لعاب‌های مقاوم در برابر گلوله برای طبقه‌بندی‌های خاص با خطر کمتر استفاده می‌شود، اما یک ورق پلی کربنات استاندارد به تنهایی در برابر گلوله مقاوم نیست. محصولات دارای رتبه بالستیک دارای مشخصات لمینیت و ضخامت جداگانه هستند که از ورق همه منظوره متمایز است.

آیا پلی کربنات با گذشت زمان در فضای باز ضعیف تر می شود؟

بله، پلی کربنات محافظت نشده به تدریج زرد می شود و مقداری چقرمگی سطح را تحت قرار گرفتن در معرض UV پایدار از دست می دهد. محصولات ورقی که برای استفاده در فضای باز در نظر گرفته شده اند، معمولاً دارای یک پوشش مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش بر روی یک صفحه هستند که بسته به آب و هوا و کیفیت پوشش، عمر مفید را تا یک دهه یا بیشتر افزایش می دهد.

چرا پلی کربنات راحت تر از شیشه خراش می کند؟

سختی سطح آن کمتر از شیشه است حتی اگر مقاومت ضربه ای آن به طور چشمگیری بالاتر باشد. تولیدکنندگان با پوشش های سخت روی لنزها، عینک ها و قطعات اپتیکال این مشکل را برطرف می کنند و مقدار کمی چقرمگی خام را برای مقاومت در برابر خراش معامله می کنند، جایی که وضوح بصری بیشترین اهمیت را دارد.

آیا پلی آمید جایگزین بهتری برای پلی کربنات است؟

در قطعاتی که به جای جذب ضربه نیاز به لغزش، چرخش یا مقاومت در برابر سایش دارند، پلی آمید معمولاً علیرغم تعداد ضربه کمتر، بهتر از پلی کربنات عمل می کند. انتخاب صحیح بستگی به این دارد که کار اصلی قطعه سختی در برابر ضربه است یا دوام در برابر اصطکاک و حرکت مکرر.

ضخامت ورق پلی کربنات برای محافظت در برابر ضربه چقدر باید باشد؟

کاربردهای عمومی لعاب معمولاً از ورقه‌های 3 تا 6 میلی‌متری استفاده می‌کنند، کاربردهای امنیتی تا 9 تا 12 میلی‌متر حرکت می‌کنند، و ساختارهای چند لایه با رتبه‌بندی بالستیک می‌توانند از ضخامت ترکیبی 20 میلی‌متر فراتر بروند. ضخامت نیاز به مقیاس مستقیم با انرژی ضربه ای دارد که انتظار می رود برنامه تحمل کند.

آیا افزودن الیاف شیشه همیشه پلی کربنات را قوی تر می کند؟

این بستگی به نوع قدرت دارد. تقویت کننده الیاف شیشه استحکام کششی و سفتی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد، اما چقرمگی ضربه را کاهش می دهد و شفافیت را از بین می برد، بنابراین قطعه را در برابر بارهای ثابت تقویت می کند در حالی که در برابر ضربه های ناگهانی شکننده تر می شود.

آیا پلی کربنات می تواند بدون هیچ گونه ضربه قابل مشاهده ترک بخورد؟

بله، این معمولاً از طریق ترک خوردگی استرس ناشی از قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی همراه با تنش مکانیکی موجود در قطعه، یا از طریق هیدرولیز آهسته ناشی از قرار گرفتن مکرر در معرض آب داغ یا بخار اتفاق می‌افتد. هر دو مکانیسم به جای یک رویداد دراماتیک، مواد را به تدریج تضعیف می کنند.

محدوده دمایی عملی برای استحکام پلی کربنات چیست؟

پلی کربنات خواص مکانیکی خوبی را از حدود منفی 40 درجه سانتیگراد تا تقریباً 120 درجه سانتیگراد برای استفاده مداوم حفظ می کند. قرار گرفتن در معرض کوتاه مدت بالاتر از این محدوده ممکن است، اما استفاده مداوم در نزدیکی نقطه انتقال شیشه ای در حدود 147 درجه سانتیگراد باعث کاهش شدید سفتی و استحکام می شود.

قبلی：نحوه ساخت پلاستیک شفاف: راهنمای کامل و گزینه های نایلونبعدی：اکریلونیتریل بوتادین استایرن چگونه ساخته می شود | راهنمای پلاستیک ABS

محصولات داغ