Poliwęglan (PC) został po raz pierwszy odkryty w 1898 roku przez Alfreda Einhorna na Uniwersytecie w Monachium. Dopiero w 1953 roku Bayer uzyskał pierwszy patent na produkcję poliwęglanu i nazwał go „Makrolon”. Od tego czasu poliwęglan (PC) stał się coraz bardziej popularnym materiałem w produkcji. Obecnie na całym świecie produkuje się około 2.7 miliona ton poliwęglanu rocznie. Na przestrzeni lat różne firmy stworzyły różne receptury poliwęglanu, dlatego do wyboru jest kilka przemysłowych gatunków poliwęglanu. Niektóre formy zawierają więcej wzmocnienia z włókna szklanego, podczas gdy inne zawierają dodatki, takie jak stabilizatory UV, które chronią przed długoterminową ekspozycją na słońce.
Poliwęglan (PC) jest amorficznym tworzywem termoplastycznym, co oznacza, że ma tendencję do mięknięcia przed stopieniem i nie ma ustalonej temperatury topnienia. Producenci przetwarzają poliwęglan na czarne lub przezroczyste arkusze i pręty. Jego przejrzystość, odporność na stłuczenie i niewielka waga sprawiają, że jest to doskonała alternatywa dla szkła. W porównaniu do innych konstrukcyjnych tworzyw sztucznych, takich jak akryl, PC (poliwęglan) jest w stanie wytrzymać uderzenia, zapewniając jednocześnie przejrzystość optyczną, odporność na promieniowanie UV i wyższą niż normalna odporność na temperaturę. Poliwęglan (PC) jest materiałem z wyboru na części wymagające przejrzystości i wytrzymałości na uderzenia. Jednakże obróbka CNC poliwęglanu sama w sobie nie daje optycznie przezroczystych części, dlatego wymagane jest dalsze wykończenie.
Poliwęglan (PC) jest idealnym tworzywem sztucznym do obróbki CNC ze względu na doskonałe właściwości mechaniczne, w tym dobrą udarność, twardość, wytrzymałość i odporność na wysoką temperaturę, a także jest łatwy w obróbce. Produkty komputerowe przetwarzane przez CNC są szeroko stosowane w półprzewodnikach, maszynach, transporcie, elektronice, optyce, przemyśle samochodowym, medycznym i innych.
Firma AN-Prototype wykorzystuje techniki obróbki CNC, w tym wielokrotne frezowanie , toczenie , wiercenie itp., do obróbki poliwęglanu w postaci czarnych lub przezroczystych arkuszy i prętów. Nasze zaplecze i sprzęt CNC są na tyle zaawansowane, że minimalizują błędy operacyjne i wibracje podczas obróbki, co w znacznym stopniu pozwala nam na produkcję komponentów PC o stabilnej jakości i precyzji. Firma AN-Prototype oferuje cztery gatunki poliwęglanu obrabianego CNC:
- Czarny
- Usuń
- Przeświecający
- 20% wypełnione szkłem
Jak powstaje poliwęglan (PC)?
Każda firma wytwarza poliwęglan nieco inaczej, ale materiały poliwęglanowe są tradycyjnie wytwarzane w wyniku reakcji polikondensacji bisfenolu A i fosgenu. Ponieważ jednak fosgen jest wysoce toksyczny, wiele firm zaczęło stosować węglan difenylu zamiast fosgenu.
Niezależnie od zastosowania fosgenu lub węglanu difenylu, w celu polimeryzacji konieczne jest zmieszanie roztworu wodorotlenku sodu bisfenolu A z roztworem fosgenu lub węglanu difenylu w rozpuszczalniku organicznym. Kiedy powstaje poliwęglan, początkowo jest on w stanie ciekłym. Roztwór odparowuje się z wytworzeniem cząstek lub należy wprowadzić etanol w celu wytrącenia stałego polimeru.
Po wyprodukowaniu poliwęglan jest zazwyczaj sprzedawany w postaci prętów, cylindrów lub arkuszy i może być wykorzystywany w różnych procesach produkcyjnych. Poliwęglan nadaje się do termoformowania, wytłaczania i formowania rozdmuchowego, ale najczęściej jest stosowany do obróbki CNC i formowania wtryskowego. Jako tworzywo termoplastyczne, poliwęglan można topić, schładzać i ponownie podgrzewać bez spalania lub znacznej degradacji, co czyni go idealnym materiałem do formowania wtryskowego.
Podczas formowania wtryskowego poliwęglan musi być przetwarzany w wysokich temperaturach i wtryskiwany do formy pod wysokim ciśnieniem, ponieważ poliwęglan jest bardzo lepki. Temperatura stopu powinna wynosić od 280°C do 320°C, a temperatura formy powinna wynosić od 80°C do 100°C. Jednakże liczby te mogą się różnić w zależności od gatunku użytego poliwęglanu. Na przykład poliwęglan wysokotemperaturowy wymaga temperatury topnienia od 310°C do 340°C i temperatury formy od 100°C do 150°C, podczas gdy PC-ABS (poliwęglan/akrylonitryl-butadien-styren) Temperatura topnienia mieszanki musi jedynie wynosić od 240°C do 280°C, a temperatura formy może wynosić od 70°C do 100°C.
Właściwości i specyfikacje mechaniczne materiałów poliwęglanowych
Chociaż poliwęglan występuje w różnych gatunkach, każdy ma własną masę cząsteczkową, strukturę i właściwości, istnieje kilka cech wspólnych dla wszystkich poliwęglanów.
Znane są ze swojej wytrzymałości i wysokiej odporności na uderzenia. Dlatego poliwęglany są często stosowane w zastosowaniach wymagających niezawodności i wysokiej wydajności. Pomimo swojej wytrzymałości i wytrzymałości, poliwęglan jest lekki, co pozwala na szeroki zakres możliwości projektowych w porównaniu z innymi materiałami.
Poliwęglan jest również bardzo odporny na ciepło i ogień. Zachowuje wytrzymałość w temperaturach do 140°C, co oznacza, że elementy poliwęglanowe wytrzymują wielokrotną sterylizację. Poliwęglan charakteryzuje się również ponad 90-procentową transmisją światła i dobrą odpornością chemiczną na rozcieńczone kwasy, oleje, smary, węglowodory alifatyczne i alkohole.
Właściwości poliwęglanu zależą od jego masy cząsteczkowej i struktury, dlatego każdy materiał jest nieco inny. Aby dać Ci wyobrażenie o tym, czego możesz się spodziewać, oto kilka typowych kluczowych funkcji i specyfikacji:
- Ciężar właściwy: 1.21
- Temperatura topnienia: 295 – 315°C
- Temperatura formy: 70 – 95°C
- Temperatura ugięcia pod wpływem ciepła: 137°C przy 0.45 MPa
- Wytrzymałość na rozciąganie: 61 MPa
- Wytrzymałość na zginanie: 90 MPa
- Skurcz: 0.5 – 0.7%
- Twardość Rockwella: 118R
Jak widać produkcja poliwęglanu ma wiele zalet. Zanim jednak wybierzesz ten materiał do swojego projektu, musisz wiedzieć kilka rzeczy. Na przykład jego właściwości mechaniczne mogą ulec pogorszeniu pod wpływem długotrwałej ekspozycji na wodę o temperaturze powyżej 60°C. Poliwęglan jest również podatny na zarysowania, jest droższy w produkcji niż wiele innych materiałów i jest podatny na rozcieńczone zasady, węglowodory aromatyczne i halogenowane. Ponadto preparaty poliwęglanowe bez stabilizatorów UV mogą czasami z czasem żółknąć pod wpływem światła UV.
Czy obróbka CNC poliwęglanu jest łatwa?
Poliwęglan jest stosunkowo łatwy w obróbce CNC w porównaniu do innych tworzyw sztucznych, takich jak akryl czy PCV. Poliwęglan jest kompatybilny ze standardowymi technikami obróbki CNC, takimi jak frezowanie CNC, toczenie CNC, wiercenie i piłowanie. Warto jednak zaznaczyć, że skrawalność poliwęglanu może się różnić w zależności od konkretnego gatunku materiału i zastosowanych parametrów obróbki. Na przykład niektóre gatunki poliwęglanu mogą być bardziej kruche niż inne i mogą wymagać różnych prędkości skrawania i posuwów, aby uniknąć pęknięć lub odprysków. Obróbka CNC PC (poliwęglan) to popularna metoda produkcji do tworzenia precyzyjnych części z tworzyw sztucznych PC. Poliwęglan można obrabiać CNC przy użyciu standardowych narzędzi skrawających, takich jak frezy palcowe i wiertła, oraz odpowiednich parametrów obróbki, w tym prędkości skrawania, posuwu i głębokości skrawania. Jak w przypadku każdego procesu obróbki, ważny jest dobór odpowiedniego narzędzia i parametrów, aby uniknąć uszkodzeń materiału i osiągnąć pożądany efekt.
Najlepsze narzędzie do frezowania CNC poliwęglanu
Najlepsze narzędzie do frezowania CNC poliwęglanu zależy od konkretnego zastosowania cięcia, grubości materiału i pożądanej jakości obróbki. Oto kilka typowych narzędzi, których można użyć do frezowania poliwęglanu CNC:
– Pilarka tarczowa z ostrzem o drobnych zębach : Pilarka tarczowa z ostrzem o drobnych zębach może być używana do prostych cięć w płytach poliwęglanowych o grubości do 1/4 cala. Zawsze należy stosować niską prędkość i lekki nacisk, aby uniknąć pękania lub stopienia materiału.
– Wyrzynarka z brzeszczotem o drobnych zębach: Wyrzynarka z brzeszczotem o drobnych zębach może być używana do wykonywania zakrzywionych lub skomplikowanych cięć w płytach poliwęglanowych o grubości do 1,25 cm. Używaj niskiej prędkości i lekkiego nacisku, aby zapobiec pękaniu lub stopieniu materiału.
– Piła stołowa z trzema ostrzami z węglika spiekanego: Piła stołowa z trzema ostrzami z węglika spiekanego może być używana do prostych cięć grubszych płyt poliwęglanowych o grubości do 2 cm. Zawsze należy stosować niską prędkość i lekki nacisk, aby uniknąć pęknięć lub stopienia materiału.
– Frezarki CNC: Frezarki CNC umożliwiają wykonywanie precyzyjnych cięć i skomplikowanych kształtów na poliwęglanie z dużą precyzją i powtarzalnością.
Tolerancje dla poliwęglanu do obróbki CNC
Tolerancje osiągalne podczas obróbki poliwęglanu metodą CNC zależą od takich czynników, jak konkretny gatunek materiału, zastosowany proces obróbki i złożoność obrabianej części. Poniżej znajdują się ogólne wytyczne dotyczące osiągania oczekiwanych tolerancji podczas obróbki poliwęglanu CNC:
– Tolerancje obróbki CNC: W przypadku obróbki CNC do produkcji elementów poliwęglanowych, typowe tolerancje obróbki wahają się od +/- 0.005 cala do +/- 0.010 cala. W niektórych przypadkach możliwe jest osiągnięcie mniejszych tolerancji, w zależności od konkretnego zastosowania i zastosowanego procesu obróbki.
– Tolerancje obróbki ręcznej: W przypadku obróbki ręcznej poliwęglanu, np. za pomocą piły lub frezarki, tolerancje mogą być mniejsze i mieścić się w zakresie od +/- 0.020 cala do +/- 0.050 cala.
– Tolerancje dla wierconych płyt poliwęglanowych: Typowe tolerancje przy cięciu lub wierceniu płyt poliwęglanowych wynoszą +/- 0.060 cala.
Wskazówki dotyczące obróbki CNC poliwęglanu
– Używaj ostrych narzędzi tnących: Podczas obróbki CNC poliwęglan łatwo ulega odpryskom i pęknięciom, dlatego ważne jest używanie ostrych narzędzi tnących w celu zminimalizowania naprężeń w materiale.
– Stosuj niskie prędkości cięcia: Poliwęglan może się stopić lub odkształcić, gdy jest zbyt gorący, dlatego ważne jest stosowanie niskich prędkości cięcia, aby zminimalizować gromadzenie się ciepła podczas obróbki CNC.
– Stosowanie chłodziw lub smarów: Stosowanie chłodziw lub smarów podczas obróbki pomaga zmniejszyć nagrzewanie się materiału i zapobiega jego topnieniu lub deformacji. AN-Prototype zaleca stosowanie niearomatycznych chłodziw mieszalnych z wodą, ponieważ najlepiej nadają się one do produkcji elementów o pożądanym wykończeniu powierzchni i o wąskich tolerancjach. Chłodziwo ma również dodatkową zaletę w postaci wydłużenia żywotności narzędzia.
– Użyj właściwej prędkości posuwu i głębokości skrawania: Prędkość posuwu i głębokość skrawania powinny być zoptymalizowane w celu zminimalizowania naprężeń materiału i uzyskania pożądanego wykończenia powierzchni.
– Użyj odkurzacza lub dmuchawy, aby usunąć wióry: Wióry poliwęglanowe mogą gromadzić się podczas obróbki CNC i zakłócać proces cięcia, dlatego ważne jest, aby używać odkurzacza lub dmuchawy do usuwania wiórów z obszaru roboczego.
– Unikaj rozpuszczalników: Rozpuszczalniki mogą osłabić lub rozpuścić poliwęglan, dlatego ważne jest unikanie rozpuszczalników podczas przetwarzania.
– Unikaj zbyt mocnego ściskania materiału: Zbyt mocne ściśnięcie poliwęglanu w trakcie obróbki może spowodować jego pęknięcie lub odkształcenie, dlatego ważne jest, aby stosować odpowiednią siłę ściskania, aby uniknąć uszkodzenia materiału.
– Rozważ użycie folii ochronnej: Folię ochronną można nałożyć na powierzchnię poliwęglanową, aby zapobiec zarysowaniom lub uszkodzeniom podczas obróbki.
Obróbka powierzchniowa części komputerów PC do obróbki CNC
Polerowanie parowe: Na powierzchniach poliwęglanu obrabianych CNC często pojawiają się ślady narzędzi. Nie jest to idealne rozwiązanie w przypadku zastosowań wymagających optycznie przezroczystych elementów. Ogólnie rzecz biorąc, polerowanie to proces usuwania śladów narzędzi lub skaz, a jedną z najskuteczniejszych metod polerowania poliwęglanu jest polerowanie parowe. Osiąga się to poprzez wystawienie powierzchni na działanie rozpuszczalnika, który reaguje i powoduje stopienie i rozpływanie się warstwy powierzchniowej. Proces ten wyrównuje powierzchnię i wypełnia wszelkie ślady narzędzi.
Powłoka odporna na zarysowania: Jedną z wad poliwęglanu jest jego podatność na zarysowania. Dodanie kilku powłok pomaga zachować przejrzystość optyczną elementów poliwęglanowych CNC, jednocześnie zwiększając ich odporność na zarysowania.
Zastosowanie części poliwęglanowych do obróbki CNC
Motoryzacja. Wytrzymałość i wysoka odporność poliwęglanu na uderzenia sprawiają, że jest to popularny materiał dla producentów z branży motoryzacyjnej, zwłaszcza w przypadku komponentów, które muszą być przezroczyste lub półprzezroczyste i często narażone na uderzenia, takich jak klosze reflektorów i kierunkowskazów.
Medycyna. Poliwęglan można znaleźć we wszystkim, od inkubatorów po obudowy dializatorów. W końcu poliwęglan jest wytrzymały, odporny na ciepło, stabilny wymiarowo i odporny na sterylizację metodami zatwierdzonymi przez FDA, w tym autoklawowanie i sterylizację radiacyjną. Poliwęglany są stosowane w filtrach krwi, zbiornikach na płyny, natleniaczach i instrumentach chirurgicznych. Ponadto, dzięki swojej przezroczystości, poliwęglan ułatwia lekarzom monitorowanie krwi i śledzenie infuzji.
Sprzęt AGD. Poliwęglan jest również materiałem preferowanym do produkcji wielu urządzeń gospodarstwa domowego, takich jak blendery, suszarki do włosów, lodówki i golarki elektryczne. Inne popularne zastosowania poliwęglanu to oświetlenie zewnętrzne, osłony maszyn, sprzęt ochronny, szkło kuloodporne, skrzynki bezpiecznikowe, obudowy telewizorów, dachy, świetliki, szklarnie, walizki, szklanki oraz pojemniki na napoje, takie jak butelki dla niemowląt, kubki niekapki i pojemniki na napoje. Butelka na wodę wielokrotnego użytku.
