Химическая стойкость поликарбоната

Поликарбонат часто используется в таких сферах применения, где он будет контактировать с химическими, моющими средствами или маслами, и этого нельзя будет избежать. Сопротивление поликарбоната этим веществам должно быть известно до того, как это применение будет иметь место. Информация взята из источников литературы (см. 1) и данных компании Dow Chemical, основанных на тестах поликарбоната марки Calibre и эквивалентных материалов. Представленные здесь данные описывают основные свойства поликарбоната при контакте с химическими веществами и различными соединениями. Во-первых, это - краткий обзор механизмов химических реакций, затем – описание методов, используемых для тестирования химической стойкости. Во-вторых, обсуждается сопротивление поликарбоната воде, и затем поведение поликарбоната при контакте с различными средами:

• химикалиями;
• дезинфицирующими средствами;
• моющими средствами;
• пищевыми продуктами;
• косметическими средствами;
• маслами и смазками.

Основные принципы химического сопротивления полимеров

Степень,в которой каждый полимер будет подвергнут воздействию химикатов,зависит от ряда параметров, связанных как с химикатом, так и с рассматриваемым полимером:

• Полимеры более восприимчивы к растворителям или разрушающему воздействию химикатов, когда они находятся в напряженном состоянии и(или) при их деформации. Напряжение может быть внутренним, которое образуется в процессе производства изделия, или внешним, вызванным нагрузками. От природы и силы химического воздействия будет зависеть степень повреждения. В то время, как некоторые разбавленные химикаты не будут разрушать полимер, более концентрированные растворы могут оказать разрушающее воздействие.
• Степень химического воздействия на конкретный полимер будет значительно зависеть от химической структуры полимера. Кроме того, серьезность воздействия в значительной степени зависит от молекулярной массы полимера, степени кристалличности, уровня изменения разветвления.
• Эффекты химического экспонирования увеличиваются с повышением температуры и увеличением продолжительности соприкосновения.

Химическое воздействие может привести к частичному растворению полимеров,пластификации, химическому реагированию и абсорбированию химикатов. Это не всегда будет приводит к порче продукта, но могут измениться механические свойства и вес изделия. Для не нагруженных деталей это часто не будет оказывать влияния на их функционирование.

Более важно, что в результате химической реакции может произойти возникновение трещин под напряжением, которые могут быть обнаружены на поверхности или под поверхностью пластика. Эти трещины могут быть разных размеров - от достаточно больших, видимых невооруженным глазом,до невидимых глазу микроскопических, обнаруживаемых только за счет"выцветания" или потускнения поверхности.

Трещины под напряжением или микротрещины приводят к неисправности или отбраковке поврежденной детали. Воздействие обычно приводит преимущественно к размягчению/пластифицированию полимера, который в свою очередь снизит уровень напряжения для генерации трещины.Количество и серьезность растрескивания/образования микротрещин зависит в значительной степени от химического подобия растворенного вещества и растворителя.

Методы тестирования

Тестирование может проводиться как напряженных, так и не напряженных деталей. Первый– это "худший сценарий", но для таких материалов, как поликарбонат,часто используемых для изделий, несущих нагрузку, это может быть наиболее реалистичная ситуация.Погружение не нагруженного образца в воду повышенной температуры (с или без моющего или дезинфицирующего средства), может также быть использовано для тестирования водостойкости продукта.

Только несколько из применяемых в настоящее время тестов химического сопротивления стандартизированы. Большинство компаний применяют их собственные методы тестирования, что означает, что значения полученных результатов в следующих разделах будут использованы только как приблизительное указание поведения. Более того, каждый шаг в процессе производства изделия может влиять на поведение изделия, когда оно войдет в контакт с потенциально агрессивной средой. Существует несколько ASTM, DIN и ISO методов тестирования для химического сопротивления; они представлены в табл.1.

Табл. 1 Стандартизированные методы тестирования для установления сопротивления материалов химическому воздействию.

Определение степени воздействия проводится путем:

1. взвешивания;
2. проведения механических испытаний (напряжение, удар) после проведения теста на химическое сопротивление.

Трещины напряжения окружающей среды.

DIN

53449 как значится в таблице 1, используется для определения восприимчивости материала к напряжению растрескивания. Три системы внешних нагрузок обычно применяются:

• форсирование булавки диаметром 3 мм в отверстие диаметром 2,8 мм;
• приложение изгибающего момента к испытуемому образцу;
• приложение растягивающего усилия к образцу.

В этом случае образцы подвергаются воздействию напряжений растрескивания окружающей среды. Точность методов сложно определить, особенно когда они применяются к образцам, изготовленным методом инжекционного литья или экструзии, в которых разность напряжений обычно существенна.Результаты могут меняться от испытания к испытанию.

Должно быть учтено, что химическое сопротивление продукта может быть улучшено покрытием базового материала защитным слоем, например, краской или другим термопластичным материалом. Для непрозрачных поликарбонатных изделий защитный слой материала сопротивляется химическому воздействию,так полифенилсульфон будет снижать воздействие химикатов до минимального.

Гидролитическая устойчивость поликарбоната

Когда для определения гидролитической устойчивости поликарбоната используется метод в соответствии с ASTM D 543, сопротивление воде при нормальной температуре показывает хорошие результаты.

Поликарбонат будет впитывать до 0,4% с незначительным влиянием на его механические свойства. Тем не менее, предосторожности должны быть соблюдены вследующих случаях:

1. Водопоглощение гранул поликарбоната;
2. Влияние горячей воды или пара на изделия из поликарбоната.

Гранулы поликарбоната нормально содержат влагу до тех пор, пока они не будут подвергнуты инжекционному литью или экструзии. Если они не будут предварительно просушены, это приведет к вспениванию или появлению отметин на произведенном изделии. В этом случае рекомендуется предварительная сушка гранул при температуре 120 С в течение 4 часов.

Преждевременное старение (присадок?) будет обычно снижать сопротивление поликарбоната горячей воде и/или пару, особенно, когда это исследуется в комбинации с моющими растворами.

Гидролитическая устойчивость существенно снижается, когда присутствуют значительные внутренние напряжения, которые, в свою очередь, зависят от используемых условий производства. Регулировки режимов работы машины и конструкции пресс-форм должны быть предприняты,чтобы минимизировать возникновение внутренних напряжений. Если выполняется сравнительное испытание, изделия должны содержать подобные степени внутренних напряжений. Они могут быть определены как экспертизой с поляризованным светом так и исполняя роль испытаний на сжатие.

Очистка поликарбоната

CALIBRE

Некоторые вторичные операции, такие как соединение изделий из поликарбоната Calibre,требуют очистки поверхности от загрязнения, смазок и средств,улучшающих разъем пресс-формы. Растворители, подходящие для очистки поликарбоната, включают: этанол, изопропанол, нефтяные эфиры, гептан,белый керосин и умеренное мыло. Как можно увидеть в следующих таблицах,сопротивление поликарбоната этим растворителям хорошее.

Растворители,которые не должны быть использованы, включают кетоны, толуол, трихлорэтилен и бензол, каждый из которых вызывает трещины или микротрещины.

Сопротивление химикалиям

В принципе, поликарбонат может Хорошо выдерживать спирты и разбавленные или концентрированные кислоты. Проблемы возникают с галоидированными углеводородами, фенолами, сложными эфирами, кетонами и щелочами. Приведенные ниже испытания выполнялись в основном в соответствии с ASTM D 543,и результаты, которые продемонстрированы во всех следующих таблицах, получены из образцов с низкими внутренними напряжениями. Другие результаты были получены при использовании подобных методов или ESCR-тестирования. Испытания проводились при двух температурах, с не нагруженными образцами, погруженными в течение 180 дней. После испытаний измерялисьвес и предел прочности. Изменение веса более, чем на 1% и изменение предела прочности более, чем на 5% рассматриваются как значительные.

Степени сопротивления приведены как следующие:

• Хорошо:отсутствие изменений или небольшие изменения физических свойств:изменение веса менее, чем на 1%; изменение предела прочности менее, чем на 5%.
• Средне:некоторые изменения физических свойств возникают после длительного воздействия, когда либо изменение веса больше, чем 1%, либо изменение предела прочности больше, чем 5%.
• Плохо:Существенные изменения физических свойств возникают после короткого периода воздействия: и изменение веса более, чем на 1%, и снижение предела прочности более, чем на 5%. Использование поликарбоната в этих применениях не рекомендуется.

Приведенные ниже показатели являются только признаками и не могут быть объединены как доказательство сопротивления любых изделий некоторым веществам.Испытание образцов при фактически внешних условиях воздействия будет иметь лучшее указание характеристики. В следующих таблицах "н.д."указывает "нет данных". Там, где данные есть, характеристика дана под влиянием окружающих условий внешней среды (23 С, 50% влажности) и повышенных температур (73 С, 50% влажности).

Кислоты

Щелочи

Соли

Спирты

Эфиры, сложнае эфиры

Альдегиды / фенолы / кетоны

Углеводороды

Галоидированным
organics

Нитрилы / нитросоединения и амины

Газы

Моющие средства

Влияние моющих средств на химическую структуру поликарбоната различно.Некоторые очень агрессивны, но во многих случаях нет воздействия. Повышенные температуры, при которых применяются эти продукты, могут снизитьхимическую стойкость к ним поликарбоната. Пожалуйста, имейте ввиду, что повышенные температуры в этом разделе значатся 60°C.

Дезинфицирующие вещества

Поликарбонатсопротивляется большинству веществ, использующихся для дезинфекции, темдольше, чем ниже концентрация. Сопротивление снижается с увеличениемколичества внутренних или внешних напряжений.