Il policarbonato (PC) fu scoperto per la prima volta nel 1898 da Alfred Einhorn presso l'Università di Monaco. Fu solo nel 1953 che Bayer ottenne il primo brevetto per la produzione del policarbonato e lo chiamò “Makrolon”. Da allora, il policarbonato (PC) è diventato un materiale sempre più popolare nel settore manifatturiero. Oggi, ogni anno nel mondo vengono prodotte circa 2.7 milioni di tonnellate di policarbonato. Nel corso degli anni, diverse aziende hanno creato diverse formulazioni di policarbonato, quindi ci sono diversi gradi industriali di policarbonato tra cui scegliere. Alcune forme contengono più rinforzi in fibra di vetro, mentre altre contengono additivi come stabilizzatori UV per proteggere dall'esposizione al sole a lungo termine.
Il policarbonato (PC) è un materiale termoplastico tecnico amorfo, nel senso che tende ad ammorbidirsi prima di fondersi e non ha un punto di fusione fisso. I produttori trasformano il policarbonato in lastre e barre nere o trasparenti. La sua trasparenza, resistenza alla frantumazione e leggerezza lo rendono un'ottima alternativa al vetro. Rispetto ad altri tecnopolimeri come l'acrilico, il PC (policarbonato) è in grado di resistere agli urti offrendo allo stesso tempo chiarezza ottica, resistenza ai raggi UV e resistenza alla temperatura superiore al normale. Il policarbonato (PC) è il materiale preferito per le parti che richiedono trasparenza e resistenza agli urti. Tuttavia, la lavorazione CNC del policarbonato da sola non produce parti otticamente trasparenti, quindi sono necessarie ulteriori finiture.
Il policarbonato (PC) è un materiale plastico ideale per la lavorazione CNC grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche, tra cui buona resistenza agli urti, durezza, tenacità e resistenza alle alte temperature, ed è facile da lavorare. I prodotti PC elaborati dal CNC sono ampiamente utilizzati nei settori dei semiconduttori, dei macchinari, dei trasporti, dell'elettronica, dell'ottica, dell'automobile, della medicina e di altro tipo.
AN-Prototype utilizza tecniche di lavorazione CNC, tra cui molteplici fresatura, svolta, perforazione, ecc. per lavorare il policarbonato in lastre e barre nere o trasparenti. Le nostre strutture e attrezzature CNC sono sufficientemente avanzate da ridurre al minimo gli errori operativi e le vibrazioni durante la lavorazione, il che ci consente notevolmente di produrre componenti per PC con qualità e precisione stabili. AN-Prototype offre quattro gradi di materiale in policarbonato lavorato a CNC:
- Nero
- Cancellare
- Translucent
- 20% riempito di vetro
Come viene prodotto il policarbonato (PC)?
Ogni azienda produce il policarbonato in modo leggermente diverso, ma i materiali in policarbonato sono tradizionalmente realizzati attraverso la reazione di policondensazione del bisfenolo A e del fosgene. Tuttavia, poiché il fosgene è altamente tossico, molte aziende hanno iniziato a utilizzare il difenilcarbonato al posto del fosgene.
Indipendentemente dall'utilizzo di fosgene o difenil carbonato, è necessario mescolare la soluzione di idrossido di sodio di bisfenolo A con la soluzione di fosgene o difenil carbonato in un solvente organico per polimerizzare. Quando si forma il policarbonato, è inizialmente allo stato liquido. La soluzione viene evaporata per formare particelle oppure è necessario introdurre etanolo per far precipitare il polimero solido.
Una volta prodotto, policarbonato viene generalmente venduto sotto forma di asta, cilindro o lamiera e può essere utilizzato in una varietà di processi produttivi. Il policarbonato è adatto per termoformatura, estrusione e soffiaggio, ma è più comunemente utilizzato per la lavorazione CNC e lo stampaggio a iniezione. Dopotutto, essendo un materiale termoplastico, il policarbonato può essere fuso, raffreddato e riscaldato senza bruciarsi o degradarsi in modo significativo, rendendolo un materiale ideale per lo stampaggio a iniezione.
Durante lo stampaggio a iniezione, il policarbonato deve essere lavorato ad alte temperature e iniettato nello stampo ad alta pressione perché il policarbonato è molto viscoso. La temperatura del fuso dovrebbe essere compresa tra 280°C e 320°C e la temperatura dello stampo dovrebbe essere compresa tra 80°C e 100°C. Tuttavia, queste cifre possono variare a seconda del tipo di policarbonato utilizzato. Ad esempio, il policarbonato ad alta temperatura richiede temperature di fusione comprese tra 310°C e 340°C e temperature dello stampo tra 100°C e 150°C, mentre PC-ABS (policarbonato/acrilonitrile butadiene stirene) La temperatura di fusione della miscela deve solo essere compresa tra 240°C e 280°C e la temperatura dello stampo può essere compresa tra 70°C e 100°C.
Proprietà e specifiche meccaniche dei materiali in policarbonato
Sebbene il policarbonato sia disponibile in diversi gradi, ciascuno con il proprio peso molecolare, struttura e proprietà, ci sono alcune cose che tutti i policarbonati hanno in comune.
Sono noti per la loro tenacità e l'elevata resistenza agli urti. Pertanto, i policarbonati vengono spesso utilizzati in applicazioni che richiedono affidabilità e prestazioni elevate. Nonostante la sua tenacità e resistenza, il policarbonato è leggero e consente un'ampia gamma di possibilità di progettazione rispetto ad altri materiali.
Il policarbonato è anche molto resistente al calore e al fuoco. Il policarbonato può rimanere resistente a temperature fino a 140°C, il che significa che le parti in policarbonato possono resistere a ripetute sterilizzazioni. Il policarbonato ha inoltre una trasmissione della luce superiore al 90% e una buona resistenza chimica agli acidi diluiti, oli, grassi, idrocarburi alifatici e alcoli.
Le proprietà del policarbonato dipendono dalla sua massa molecolare e dalla sua struttura, quindi ogni materiale è leggermente diverso. Per darti un'idea di cosa puoi aspettarti, ecco alcune caratteristiche e specifiche chiave tipiche:
- Peso specifico: 1.21
- Temperatura di fusione: 295 – 315°C
- Temperatura dello stampo: 70 – 95°C
- Temperatura di deflessione termica: 137°C a 0.45 MPa
- Resistenza alla trazione: 61 MPa
- Resistenza alla flessione: 90 MPa
- Restringimento: 0.5 – 0.7%
- Durezza Rockwell: 118R
Come puoi vedere, la produzione del policarbonato presenta molti vantaggi. Tuttavia, ci sono alcune cose che devi sapere prima di scegliere questo materiale per il tuo progetto. Ad esempio, le sue proprietà meccaniche possono diminuire dopo un'esposizione prolungata all'acqua superiore a 60°C. Il policarbonato è inoltre soggetto a graffi, è più costoso da produrre rispetto a molti altri materiali ed è sensibile agli alcali diluiti, agli idrocarburi aromatici e alogenati. Inoltre, le formulazioni di policarbonato senza stabilizzanti UV a volte possono ingiallire nel tempo se esposte alla luce UV.
La lavorazione CNC del policarbonato è facile?
Il policarbonato è relativamente facile da lavorare con la macchina CNC rispetto ad altre materie plastiche come l'acrilico o il PVC. Il policarbonato è compatibile con le tecniche di lavorazione CNC standard come fresatura CNC, tornitura CNC, foratura e segatura. Vale la pena notare, tuttavia, che la lavorabilità del policarbonato può variare a seconda del tipo specifico di materiale e dei parametri di lavorazione utilizzati. Ad esempio, alcuni tipi di policarbonato potrebbero essere più fragili di altri e potrebbero richiedere velocità di taglio e avanzamenti diversi per evitare crepe o scheggiature. La lavorazione CNC del PC (policarbonato) è un metodo di produzione popolare per la creazione di parti in plastica PC di precisione. Il policarbonato può essere lavorato a CNC utilizzando utensili da taglio standard, come frese e trapani, e parametri di lavorazione appropriati, tra cui velocità di taglio, velocità di avanzamento e profondità di taglio. Come per qualsiasi processo di lavorazione, è importante selezionare l'utensile e i parametri corretti per evitare danni al materiale e ottenere il risultato desiderato.
Il miglior strumento per la fresatura CNC del policarbonato
L'utensile migliore per la fresatura CNC del policarbonato dipende dall'applicazione di taglio specifica, dallo spessore del materiale e dalla qualità di lavorazione desiderata. Ecco alcuni strumenti comuni che possono essere utilizzati per la fresatura CNC del policarbonato:
– Sega circolare con lama a denti fini: La sega circolare con lama a denti fini può essere utilizzata per tagli diritti su lastre di policarbonato fino a 1/4 di pollice di spessore. Utilizzare sempre una velocità bassa e una leggera pressione per evitare di rompere o sciogliere il materiale.
– Seghetto alternativo con lama a denti fini: Un seghetto alternativo con lama a denti fini può essere utilizzato per eseguire tagli curvi o complessi in lastre di policarbonato fino a 1/2 pollice di spessore. Utilizzare una velocità bassa e una leggera pressione per evitare crepe o fusione del materiale.
– Sega da banco con tre lame in metallo duro: Una sega da tavolo con tre lame in metallo duro può essere utilizzata per tagli diritti su lastre di policarbonato più spesse fino a 2 pollici di spessore. Utilizzare sempre una velocità bassa e una leggera pressione per evitare di rompere o sciogliere il materiale.
– Pantografi CNC: I router CNC possono essere utilizzati per realizzare tagli precisi e forme complesse su policarbonato con elevata precisione e ripetibilità.
Tolleranze per la lavorazione CNC del policarbonato
Le tolleranze ottenibili durante la lavorazione CNC del policarbonato dipendono da fattori quali il grado specifico del materiale, il processo di lavorazione utilizzato e la complessità della parte da lavorare. Di seguito sono riportate alcune linee guida generali per ottenere le tolleranze previste durante la lavorazione CNC del policarbonato:
– Tolleranze di lavorazione CNC: Quando si utilizza la lavorazione CNC per produrre parti in policarbonato, le tolleranze di lavorazione tipiche vanno da +/- 0.005 pollici a +/- 0.010 pollici. In alcuni casi è possibile ottenere tolleranze più strette, a seconda dell'applicazione specifica e del processo di lavorazione utilizzato.
– Tolleranze per lavorazione manuale: Quando il policarbonato viene lavorato manualmente, ad esempio con una sega o una fresatrice, le tolleranze possono essere più ampie, in genere comprese tra +/- 0.020 pollici e +/- 0.050 pollici.
– Tolleranze per lastre di policarbonato forate: Le tolleranze tipiche durante il taglio o la foratura di lastre di policarbonato sono +/- 0.060 pollici.
Suggerimenti per la lavorazione CNC del policarbonato
– Utilizzare utensili da taglio affilati: Il policarbonato può facilmente scheggiarsi e rompersi durante la lavorazione CNC, quindi è importante utilizzare utensili da taglio affilati per ridurre al minimo lo stress sul materiale.
– Utilizzare velocità di taglio basse: Il policarbonato può sciogliersi o deformarsi quando diventa troppo caldo, quindi è importante utilizzare velocità di taglio basse per ridurre al minimo l'accumulo di calore durante la lavorazione CNC.
– Utilizzo di liquidi refrigeranti o lubrificanti: L'uso di liquidi refrigeranti o lubrificanti durante la lavorazione aiuta a ridurre l'accumulo di calore e impedisce al materiale di sciogliersi o deformarsi. AN-Prototype consiglia refrigeranti non aromatici miscibili con acqua poiché sono più adatti per la produzione di finiture superficiali desiderabili e parti con tolleranze strette. Il refrigerante ha anche il vantaggio aggiuntivo di prolungare la durata dell'utensile.
– Utilizzare una velocità di avanzamento e una profondità di taglio adeguate: La velocità di avanzamento e la profondità di taglio devono essere ottimizzate per ridurre al minimo lo stress sul materiale e ottenere la finitura superficiale desiderata.
– Utilizzare un aspiratore o un soffiatore per rimuovere i trucioli: I trucioli di policarbonato possono accumularsi durante la lavorazione CNC e interferire con il processo di taglio, quindi è importante utilizzare un aspiratore o un soffiatore per rimuovere i trucioli dall'area di lavoro.
– Evitare solventi: I solventi possono indebolire o dissolvere il policarbonato, quindi è importante evitare solventi durante la lavorazione.
– Evitare di serrare eccessivamente il materiale: Se il policarbonato viene serrato eccessivamente durante la lavorazione, potrebbe rompersi o deformarsi, quindi è importante utilizzare una forza di serraggio adeguata per evitare di danneggiare il materiale.
– Considerare l’utilizzo di una pellicola protettiva: È possibile applicare una pellicola protettiva sulla superficie del policarbonato per evitare graffi o danni durante la lavorazione.
Trattamento superficiale delle parti di PC con lavorazione CNC
Lucidatura a vapore: I segni degli utensili appaiono spesso sulle superfici in policarbonato lavorate a CNC. Questo non è l'ideale per le applicazioni che richiedono componenti otticamente trasparenti. In generale, la lucidatura è il processo di rimozione dei segni o delle imperfezioni degli utensili e uno dei metodi più efficaci per il policarbonato è la lucidatura a vapore. Ciò si ottiene esponendo la superficie a un solvente che reagisce e fa sì che lo strato superficiale si sciolga e scorra. Questo processo uniforma la superficie e riempie eventuali segni di utensili.
Rivestimento antigraffio: Uno degli svantaggi del policarbonato è che si graffia facilmente. L'aggiunta di alcuni rivestimenti aiuta a mantenere la chiarezza ottica delle parti in policarbonato CNC, migliorandone al tempo stesso la resistenza ai graffi.
Applicazione di parti in policarbonato lavorate a CNC
Settore automobilistico. La tenacità e l'elevata resistenza agli urti del policarbonato lo rendono una scelta di materiale popolare per i produttori dell'industria automobilistica, soprattutto quando si tratta di componenti che devono essere trasparenti o traslucidi e sono spesso soggetti a urti, come le lenti dei fari e degli indicatori di direzione.
Medical. Il policarbonato si trova ovunque, dalle incubatrici agli alloggiamenti delle macchine per dialisi. Dopotutto, il policarbonato è robusto, resistente al calore, dimensionalmente stabile e in grado di resistere alla sterilizzazione con metodi approvati dalla FDA, tra cui l'autoclavaggio e le radiazioni. I policarbonati sono utilizzati nei filtri del sangue, nei serbatoi di liquidi, negli ossigenatori e negli strumenti chirurgici. Inoltre, grazie alla sua trasparenza, il policarbonato consente ai medici di monitorare più facilmente il sangue e monitorare le infusioni.
Elettrodomestici. Il policarbonato è anche il materiale preferito per molti elettrodomestici come frullatori, asciugacapelli, frigoriferi e rasoi elettrici. Altri usi comuni del policarbonato includono illuminazione esterna, protezione di macchinari, dispositivi di protezione, vetro antiproiettile, scatole dei fusibili, custodie per televisori, tetti, lucernari, serre, valigie, bicchieri e contenitori per bevande come biberon, bicchieri con beccuccio e contenitori per bevande. Bottiglia d'acqua ricaricabile.