Способы работы с монолитным листовым поликарбонатом

Как уже отмечалось, уникальные механические и теплофизические свойства этого материала позволяют использовать его в самых разных областях строительной, автомобильной, авиационной и рекламной индустрии.

Поликарбонат относится к термопластичным пластикам и по основным характерным для этой группы материалов показателям (плотность, твердость, прочность на разрыв и изгиб, пластичность) подобен таким листовым полимерам, как оргстекло (полиметилметакрилат), полиэфир (полиэтилентерефталатгликоль), полистирол и др. Однако повышенные ударопрочность и теплостойкость поликарбоната предполагают особые технологические режимы при изготовлении из него изделий различного назначения.

Еще раз напомним, что монолитному поликарбонату свойственны не только высокие механические и термические показатели, но и оптические, огнестойкие, электро- и теплоизоляционные. Поликарбонат имеет малый вес, удобен при транспортировке, обработке и монтаже. Этот материал эластичен и обладает экстремально высокой ударопрочностью в широком диапазоне температур (от -40°С до +135°С), которая сохраняется даже при длительной наружной эксплуатации. Помимо стандартных ПК-материалов выпускаются также специальные модификации, пригодные для использования в контакте с пищевыми продуктами.

Основные рабочие характеристики поликарбоната:

• очень высокая ударопрочность;
• способность к качественному термоформованию;
• возможность эксплуатации при низких и высоких температурах;
• огнестойкость (класс В2 (DIN 4102, часть 1), для толщин 1-4 мм класс В1;
• возможность вторичной переработки.

УФ-защищенный поликарбонат (ПК-УФ), изготавливаемый с применением метода односторонней или двусторонней соэкструзии защитного слоя, с успехом может использоваться в уличных условиях. Даже после эксплуатации на открытом воздухе в течение многих лет ПК-УФ сохраняет высокую степень светопропускания.

Области применения листового поликарбоната и ПК-УФ:

• контейнеры, резервуары, ванны;
• ударопрочные покрытия;
• приборные панели автомобилей, водных и воздушных судов;
• ударозащитное остекление спортивных сооружений, детских площадок;
• остекление залов ожидания;
• балконное остекление;
• уличные и дорожные указатели;
• офисное оборудование;
• промышленные конструкции;
• разделительные перегородки;
• звукоотражающие ограждения;
• рекламные панели;
• светящиеся подиумы;
• охранные помещения;
• окна и двери;
• зимние сады;
• куполообразные крыши;
• арочные своды;
• пешеходные переходы.

Листы поликарбоната могут подвергаться следующим видам обработки: фрезерование, сверление, нарезка резьбы, распиловка, штамповка, механическая и лазерная резка, шпоночное фрезерование, сварка, холодное и горячее формование, склеивание, шлифование, окраска и нанесение печатных изображений.

Механическая обработка

Монолитный поликарбонат обрабатывается инструментами, используемыми для обработки дерева или металла. Скорость обработки должна выбираться такой, чтобы не допускать плавления листового материала. Проще говоря, наилучшие результаты обработки достигаются при наибольшей скорости, не вызывающей перегрева инструмента или пластика. Следует всегда пользоваться хорошо заточенным инструментом из твердых износостойких материалов. Задний угол резцов рекомендуется больший, чем в случае обработки металла. Инструменты из быстрорежущей и углеродистой стали позволяют получать очень чистые кромки.

Так как пластики обладают низкой теплопроводностью, во избежание порчи материала необходимо непрерывно отводить образующееся при машинной обработке тепло. Использование сжатого воздуха для обдува области резки позволяет одновременно удалять стружку и охлаждать инструмент.

Защитную пленку, которая нанесена на листы, не следует удалять по причине возможного повреждения поверхности поликарбоната во время обработки. Машинная обработка часто приводит к повышению внутренних напряжений в изделии. Поэтому перед его использованием (особенно при возможности полследующего контакта с активными растворителями, например, при склеивании) рекомендуется производить дополнительную тепловую операцию обработанных деталей - отжиг.

Фрезерование

Листы поликарбоната могут фрезероваться стандартными фрезами по металлу, имеющими острый угол резания и большой задний угол резца.

Шпоночное фрезерование

Листы поликарбоната могут подвергаться шпоночному фрезерованию при соблюдении следующих параметров процесса:

• диаметр фрезы - 4-6 мм
• скорость подачи - 1,5 м/мин.
• скорость вращения - 18-24000 об/мин

Сверление

Для поликарбоната могут использоваться и стандартные перьевые сверла для дерева или металла, однако, в этом случае для получения отверстий с качественной кромкой лучше всего осуществлять обработку на низких скоростях при пониженных оборотах. Сверла для пластиков должны быть двухперьевыми с углом резания от 90 до 120° и задним углом режущей кромки приблизительно 30°. В случае образования большого количества стружки может иметь место перегрев и заплывание поверхности сверления. Чтобы этого избежать, сверло необходимо периодически извлекать из отверстия, особенно при большой его глубине. Периферическая скорость вращения сверла должна быть в пределах от 10 до 60 м/мин., скорость подачи - от 0,1 до 0,5 мм/об.

Нарезка резьбы

Для нарезки резьбы в монолитном поликарбонате могут быть использованы обычные 4-х заходные метчики. Но такой инструмент провоцирует избыточное тепло и перегрев пластика. Использование высокоскоростных 2-х заходных метчиков повышает скорость и увеличивает чистоту операции. Для предотвращения заклинивания метчика при обратном ходе из отверстия желательно, чтобы угол резания инструмента составлял 85°, а отрицательный угол схода стружки 5°. Начальное отверстие может быть на 0,1 мм больше, чем в случае стали. Для BARLO PC в качестве смазки метчиков рекомендуется использовать сульфид молибдена.

Распиловка

Пиление термопластичных материалов может осуществляться ленточной, циркулярной, ручной пилами или лобзиком. Для получения качественного результата необходимо использовать новые или хорошо заточенные инструменты. При высоких скоростях обработки рекомендуется производить охлаждение струей сжатого воздуха.

Штамповка и резка

Штамповка листового поликарбоната толщиной до 2 мм возможна при наличии очень острого инструмента для работы по металлу. Для обработки листов больших толщин рекомендуется предварительно нагревать материал до температуры приблизительно 130°С, а инструмент до 140-175°С. Необходимо, чтобы инструмент имел V-образную режущую кромку. Резка с помощью гильотины возможна только для листов толщиной до 2,5 мм. Угол резания в этом случае рекомендуется до 40°, зазор резания - 0,01-0,02 мм.

Лазерная резка

Листы поликарбоната могут резаться с помощью лазера. Разнотолщинность должна контролироваться более тщательно, чем при обычных машинных операциях. Мощность лазера и скорость резания необходимо подбирать особенно внимательно, чтобы исключить эффект беления листов в области резки. При обработке лазером край реза всегда имеет коричневый оттенок, поэтому в случае необходимости получения чистого края обреза от лазерной резки лучше отказаться.

Соединение деталей

Сварка

Листы поликарбоната можно сваривать горячим воздухом с использованием сварочного прутка. В этом случае следует производить предварительную сушку свариваемых участков и прутка при температуре 120-130°С в течение 12 часов. Листы ПК можно сваривать также ультразвуковым методом в виде точечной и заклепочной сварки или при закладке металлических деталей.

Склеивание

Детали из монолитного поликарбоната могут быть соединены с помощью растворителей, лаков (растворов полимера в растворителе) или клеев. При сложных соединениях лаки предпочтительнее растворителей.

Склеивание требует следования некоторым обязательным рекомендациям:

• торцы листов должны быть освобожденными от любых загрязнений;
• поверхности должны быть гладкими и ровными;
• растворитель или лак должны сохранять работоспособность в течение всего рабочего периода (приложения давления);
• при использовании растворителей для соединения деталей из ПК необходимо контролировать климатические условия в рабочем помещении. Поддержание низкой влажности позволит исключить эффект беления и использовать малоактивные лаки;
• давление при фиксации соединения должно осуществляться до полного его отверждения;
• при работе с растворителями следует обеспечить хорошую вентиляцию помещения.

Листы поликарбоната могут быть соединены с другими пластиками при условии чистых контактных поверхностей. Для этих целей используются адгезивные растворители, такие как метиленхлорид (температура кипения 41,6°С) или этиленхлорид (1,2 дихлорэтилен, температура кипения 83,7°С). Через 5-10 секунд после нанесения растворителя поверхности прижимаются друг к другу на короткое время (давление - 3-10 кг/см²).

Адгезивные лаки, такие как 8% раствор поликарбоната в метиленхлориде или в этиленхлориде, следует использовать в тех случаях, когда чистые растворители не подходят по причине их слишком быстрого испарения. Применение адгезивных лаков целесообразно только в тонких клеевых швах.

Реакционные адгезивы (в основном на основе эпоксидных смол) также допустимы при соединении поликарбоната с другими материалами.

Механическое соединение

Детали из листового поликарбоната можно соединять механически посредством винтов, гаек, шурупов, саморезов и других соединительных элементов. Метод механического соединения можно использовать в любых случаях, когда нет угрозы порчи внешнего вида изделия. Этот способ соединения экономичен, надежен и не требует больших затрат времени.

Дополнительные операции

Шлифование

Листы поликарбоната хорошо поддаются шлифованию влажным способом в противоположность сухому методу, при котором происходит выделение фрикционного тепла. Для достижения наибольшей эффективности обработки следует использовать охлажденную воду. Для шлифования с хорошим результатом лучше всего использовать кремниевую наждачную бумагу (для грубой обработки с зернистостью 80, для тонкой - 280). Для финишного шлифования рекомендуется шкурка с зернистостью 400 или 600.

Опиливание торцов

При опиливании многих термопластов, в том числе и поликарбоната, образуется пудра, засоряющая напильники. Поэтому следует использовать крупнозубые напильники с углом наклона 45°, изготовленные из алюминия (тип А).

Окраска и печать

На листы поликарбоната могут быть нанесены печатные изображения с использованием соответствующего методу оборудования. Однако следует учитывать, что краски ложатся на пластик не так хорошо как на бумагу или ткань и может иметь место их отслоение. Этого эффект можно минимизировать, если прибегнуть к дополнительному лакированию окрашенной поверхности.

Существует несколько различных методов, используемых для печати на пластиках: высокая печать, флексография, сухой и литографический офсет, ротогравюра, шелкография. Разные виды печати предполагают использование различных типов чернил и красок, производители которых могут дать необходимые рекомендации.

Методы остекления

Вертикальное остекление

Для определения необходимых размеров листов поликарбоната, укрепленных со всех сторон необходимо принимать во внимание следующие обстоятельства.

• коэффицент линейного термического расширения равен 6,5 х 10^-5К^-1,что соответствует 0,065 мм на 1 метр длины при изменении температуры на 1°С;
• внутренний размер рамы.

Рамы могут быть изготовлены из пластика, дерева или металла. Желательно использовать рамы с пазами, снабженными уплотнителями. Важно, чтобы размер рамы превышал размер используемого листа ПК на следующую величину:

Глубина паза рамы - 25 мм

Величина ветровой нагрузки при уличной установке является очень важным эксплуатационным фактором. Допустимое отклонение составляет 20 мм на конце листа. Ветровая нагрузка может достигать величины 1000 Н/м² (100 кг/м²). Для обеспечения прочности конструкции рекомендуется выбирать толщину пластика в зависимости от габаритного размера листа.

Для внутреннего остекления следует руководствоваться следующими величинами:

Соотношение ширина/длина может быть от 1/1,5 до 1/3.

При остеклении следует обратить внимание на следующее:

• при монтаже необходимо оставить зазоры в раме для компенсации теплового расширения;
• уплотнительный материал не должен приклеиваться к листам;
• в качестве уплотнителя может служить эластичная резиновая продольная прокладка, не содержащая пластификаторов, из полисульфида и силиконового каучука или пластиковый профиль;

Арочные конструкции с симметричными дугами

Монтаж с холодным сгибанием провоцирует возникновение в листах высоких внутренних напряжений. Следует иметь в виду, что минимальный радиус сгибания не должен превышать 150 толщин листа: R min (мм) = 150 х D (мм).

Горизонтальное остекление

Необходимая толщина листов поликарбоната зависит от геометрического фактора и от поверхностной нагрузки на лист.

Все данные по длине и ширине листов, нагрузкам при вертикальном и горизонтальном остеклении и необходимым при этом толщинам листов представлены в таблицах 2 и 3.

В таблице 2 указаны необходимые толщины листов при вертикальном креплении листов монолитного поликарбоната в зависимости от величины ветровой нагрузки и минимальной ширины пролетов.

В таблице 3 указаны толщины листов монолитного поликарбоната при горизонтальном креплении в зависимости от величины снеговой нагрузки и от размеров пролетов.