Polykarbonaatin ruiskuvalu – ominaisuudet ja suunnitteluopas

Polykarbonaatti (PC) on amorfinen tekninen kestomuovi, johon turvaudutaan aina kun iskunkestävyyttä ei voida vaarantaa. Se yhdistää lähes lasimaisen läpinäkyvyyden lovelliseen Izod-iskunkestävyyteen, joka on tyypillisesti 600–900 J/m, ja pitää muotonsa noin 125 °C:n jatkuvassa käytössä. Materiaalia käytetään teollisuusvalaistuksessa, suojakoteloissa ja lääkinnällisissä laitteistoissa – usein lasin tai alumiinin sijasta, kun paino tai geometria sulkee nämä pois.

Mekaaniset ja lämpöominaisuudet

Amorfisena polymeerinä PC:llä ei ole tarkkaa sulamispistettä – se pehmenee tietylle alueelle. Tämä rakenne antaa sille alhaisen ja ennakoitavan kutistuman sekä hyvän mittatarkkuuden, mutta tekee siitä herkän kosteudelle prosessoinnin aikana ja liuottimille käytössä.

Ominaisuus Tyypillinen arvo Testausstandardi
Vetolujuus 55–75 MPa ISO 527
Taivutusmoduuli 2 300–2 500 MPa ISO 178
Izod-isku (lovellinen, 23 °C) 600–900 J/m ISO 180
Izod-isku (lovellinen, −30 °C) 500–800 J/m ISO 180
Lämmönkestävyys (0,45 MPa) 130–145 °C ISO 75
Vicat-pehmenemispiste 147–150 °C ISO 306
Tiheys 1,20–1,22 g/cm³ ISO 1183
Muottikutistuma 0,5–0,8 % ISO 294-4
Valonläpäisevyys 88–90 % ASTM D1003
Vedenimu (24 h) 0,15–0,35 % ISO 62

PC kutistuu isotrooppisesti – tasaisesti kaikkiin suuntiin. Tämä helpottaa tiukkojen toleranssien saavuttamista monimutkaisissa kokoonpanoissa verrattuna puolikiteisiin materiaaleihin kuten PP tai nylon, joissa virtaus- ja poikittaissuuntainen kutistuma eroavat toisistaan.

Tyypilliset käyttökohteet

Valaistus ja optiikka: Ajoneuvon ajovalolinssit, valopiiput ja suojavisiirit. PC soveltuu kiillotettuun viimeistelyyn ulkoisille optisille komponenteille, kunhan käytetään UV-stabiloitua laatua – standardilaadut kellastuvat ulkona muutamassa vuodessa.

Sähkökotelot: Virtalähteiden kotelot ja liitäntärasiat. Palonkestävät laadut (UL 94 V-0) ovat vakiomääritys verkkovirtaan kytketyille laitteille.

Lääkinnällinen laitteisto: Dialyysilaitteet, kirurgiset kahvat ja nestesäiliöt. ISO 10993 -yhteensopivat ja BPA-vapaat laadut ovat saatavilla – laadun valinta ja sertifikaattidokumentaatio tulee vahvistaa tarjousvaiheessa.

Teollisuussuojaus: Kasvonsuojaimet, koneensuojat ja suojalasitukset. Siinä missä lasi pirstoutuisi, PC muokkautuu tai absorboi energian. Tiheydeltään 1,2 g/cm³ se painaa noin puolet lasista.

Prosessointi ja suunnittelunäkökohdat

PC:n ruiskuvalu on vaativampaa kuin ABS:n. Se haluaa korkeat lämpötilat, kuivan suutinkoneiston ja lämpimän muotin.

  • Sulatuslämpötila (280–320 °C): Yli 340 °C:n ylikuumeneminen aiheuttaa kellastumista ja molekyylipainon alenemista, jotka molemmat tuhoavat iskunkestävyyden. Yleiskäyttöiset laadut toimivat parhaiten 290–300 °C:ssa.
  • Muotin lämpötila (80–120 °C): Kylmä muotti jäädyttää jännityksen sisään. 40 °C:n muotista irrotetut osat voivat näyttää hyviltä mutta halkeilevat käytössä. Pidä muotin lämpötilat korkeina.
  • Kosteudenhallinta: PC on kuivattava alle 0,02 %:n kosteuteen – tyypillisesti 4–6 tuntia 120 °C:ssa kosteudenpoistokuivaimessa, jonka kastepiste on −30 °C tai alle. Kosteus sulassa käynnistää hydrolyysin, joka katkoo polymeeriketjuja ja tekee osasta hauraan riippumatta siitä, kuinka hyvin muu prosessi sujuu.
  • Päästökulmat: Tavoittele vähintään 1° sileillä seinämillä. Syvä pintakuviointi vaatii 2° tai enemmän vetoviivan välttämiseksi irrotuksessa.
  • Portin suunnittelu: Läpinäkyville osille välilevy- tai pellettisulkuportit vähentävät leikkausjännitystä sisääntulon kohdalla ja estävät pistepinnoissa usein näkyvän samean "blush"-ilmiön. Porttisijoittelu tarkistetaan DFM-tarkistuksessa.

Materiaalilaadut

Laatu / variantti Muutos Tyypillinen käyttö
Tavallinen PC Perusversio Yleiset kotelot ja kuoret
Hyvin virtaava PC Alhaisempi viskositeetti Ohut­seinäinen elektroniikka
Palonkestävä UL 94 V-0 -luokiteltu Verkkovirtaan kytketyt laitteet
UV-stabiloitu UV-absorberit lisätty Ulkolasit ja opasteet
PC + GF (10–30 %) Lasikuidulla vahvistettu Jäykät rakenteelliset osat
PC + ABS-seos Paranneltu prosessoitavuus Ajoneuvon sisustuksen pinnoitteet

Lasikuidulla vahvistettu PC lisää merkittävästi jäykkyyttä – taivutusmoduuli voi saavuttaa 8 000 MPa 30 % GF:lla – mutta materiaali muuttuu läpinäkymättömäksi ja osoittaa enemmän anisotrooppista kutistumaa.

Edut ja kompromissit

Miksi valita PC:

  • Korkea iskunkestävyys, joka säilyy −30 °C:ssa asti.
  • Erinomainen kirkkaus ja valonläpäisevyys optisille osille.
  • Mittatarkka laajalla lämpötila-alueella.
  • Saatavana säädellyissä laaduissa (lääkinnällinen, UL 94, elintarviketurvallinen).

Huomioitavaa:

  • Kemiallinen herkkyys: PC ratkeaa tai halkeaa kosketuksessa asetonin, monien alkoholien ja joidenkin teollisuusvoiteluaineiden kanssa. Tarkista yhteensopivuus ennen puhdistus- tai kokoonpanoprosessin määrittelyä.
  • Kustannukset: Selvästi kalliimpaa kuin ABS tai PP.
  • Prosessointitarpeet: Pakollinen kuivaus ja korkeat sylinterilämpötilat lisäävät syklin energiankulutusta ja tuotantokustannuksia.
  • Loviherkkyys: Terävä 90°:n sisäkulma voi vähentää iskunkestävyyttä jopa 80 %. Vähintään 0,5 mm:n pyöristykset kaikille sisäsärmille ovat ehdottomat.

PC vs. vaihtoehdot

  • PC vs. PMMA: Käytä PC:tä, kun osa voi pudota tai siihen voidaan iskeä; käytä PMMA:ta, kun naarmuuntumiskestävyys ja marginaalisesti parempi kirkkaus (92–93 % vs. 88–90 % valonläpäisevyys) ovat tärkeämpiä kuin iskunkestävyys.
  • PC vs. ABS: PC lämmön- ja iskunkestävyyteen; ABS kustannustehokkaisiin läpinäkymättömiin koteloihin helpomman prosessoinnin ansiosta.
  • PC vs. nylon: PC säilyy mittatarkkana kosteudesta riippumatta; lasikuidulla vahvistettu nylon vastaa sitä jäykkyydessä, mutta imee kosteutta ja muuttaa mittojaan ajan myötä.

Kestävyys

PC:llä on hartsimerkintä 7. Teollinen uusiomurske on tavallista ei-kriittisiin, läpinäkymättömiin sovelluksiin. Jälkiteollisia kierrätyslaatuja on saatavilla, mutta ne rajoittuvat yleensä ei-optisiin ja ei-lääkinnällisiin osiin. Projekteihin, joilla on muodolliset ympäristötavoitteet, vahvista saatavuus ja dokumentaatio tarjousvaiheessa.

Nordmould toimittaa tilauksia 100 kappaleesta alkaen, muottikustannukset lähtevät 3 000 eurosta. Lähetä STEP-tiedostosi ilmaista DFM-tarkistusta varten – tarkistamme seinämäpaksuudet ja pyöristykset varmistaaksemme, että suunnitelmasi on optimoitu polykarbonaatin ruiskuvaluun. Pyydä tarjous

Pyydä tarjous Selaa oppaita