Zpracování polykarbonátu

4.10.3.3 Zpracování polykarbonátu

Ing. Miloš Sova, CSc.

Při běžných teplotách dosahuje stupeň vlhkosti polykarbonátu přibližně 0,2 %. Pro výrobu konstrukčních dílů s vysokými mechanickými vlastnostmi je zapotřebí zpracovávat materiál o vlhkosti nanejvýš 0,02 %, tedy desetkrát menší. Při zpracovatelských teplotách, které běžně dosahují více než 250 °C, nastává destrukce polykarbonátu hydrolytickými pochody, jejichž důsledkem je podstatná ztráta užitných vlastností. Dalšími nežádoucími projevy vysoké vlhkosti zpracovávaného polykarbonátu je pěnění nebo vznik mikroskopických trhlinek. Z tohoto důvodu je nutné polykarbonát před zpracováním předsoušet. Je-li použita komora s horkým vzduchem, je zapotřebí rozprostřít polykarbonát do vrstvy maximální tloušťky 3 cm. Sušení by mělo probíhat nejlépe při 120 °C po dobu alespoň 5 hodin nebo lépe až 24 hodin. Provádí-li se sušení přímo v zásobníku, musí být jeho kapacita taková, aby umožnila zdržení polykarbonátu alespoň 5 hodin, přičemž jeho teplota musí být udržována na 120 °C. Průběh sušení polykarbonátu a ztráta vlhkosti pro různé teploty sušení, ale i průběh přijímání vody polykarbonátem jsou patrné z následujících obrázků. Pro srovnání je uvedena také křivka navlhavosti polymethylmethakrylátu (PMMA).

Rychlost sušení polykarbonátového granulátu při různých teplotách:

Průběh navlhání polykarbonátu při 23 °C a vzdušné relativní vlhkosti 65 % (pro srovnání je uvedena i křivka pro polymethylmethakrylát - PMMA):

Při vstřikování polykarbonátu je vhodné, aby použitý vstřikovací stroj měl kapacitu 1,5 až 3krát větší, než je požadovaná hmotnost výstřiku. Doporučené teplotní podmínky zpracování polykarbonátu jsou uvedeny v následující tabulce.

Nejvhodnější technologické podmínky zpracování polykarbonátu:

Technologická podmínka Vstřikování Vytlačování

Teplota taveniny 270 až 320 °C 240 až 280 °C

Teplota formy 80 až 120 °C -

Smrštění 0,5 až 0,7 % -

Jak je zřejmé z tabulky, smrštění polykarbonátu je poměrně nízké, jen 0,5 až 0,7 %. U polykarbonátu vyztuženého skleněnými vlákny dosahuje smrštění ještě nižších hodnot, podle obsahu skleněných vláken od 0,15 do 0,55 %. U těchto vyztužených typů se velikost smrštění dále liší ve směru vstřikování a ve směru kolmém. Vlivem vysokých sil používaných při vstřikování totiž nastává orientace skleněných vláken do směru vstřikování a vyztužený materiál potom není izotropní. Na následujícím obrázku je znázorněno, jak se smrštění polykarbonátu mění s přídavkem krátkých skleněných vláken a také jak se liší hodnota smrštění ve směru vstřikování a ve směru kolmém na směr vstřikování.

Smrštění výrobků z polykarbonátů s různými obsahy skleněných vláken:

Zatékavost polykarbonátu je značně rozdílná a závisí především na typu. Dalšími parametry, které je třeba vzít v úvahu, jsou tloušťka stěny výstřiku, teplota taveniny, vstřikovací tlak atd.

Vzhled výstřiku a případná zbytková pnutí jsou závislé především na teplotě formy. Vstřikování polykarbonátu vyžaduje udržovat poměrně vysokou teplotu formy, mezi 80 až 120 °C. Příliš nízká teplota formy způsobuje vznik vnitřních pnutí, která v nepříznivých případech mohou způsobit až husté drobné popraskání výrobku. Bohužel zbytková čili zamrzlá pnutí jsou u polykarbonátu častým jevem. Způsobuje je nejen příliš chladná forma, ale také nevhodná konstrukce výrobku, vyvolávající vysoká smyková namáhání. K poškození výrobku a jeho popraskání pak dochází nečekaně, někdy dodatečně při jeho dalším zpracování obráběním, potiskováním, lakováním, kdy výrobek přichází do styku s mechanickým napětím nebo chemickými rozpouštědly, které umožní náhlé uvolnění těchto zamrzlých pnutí.

K zobrazení těchto nežádoucích jevů se doporučuje odstranit vnitřní pnutí jejich pozvolným uvolněním relaxací. Relaxace se provádí pochodem nazývaným temperace. Výrobek je po určitou dobu vystaven zvýšené teplotě, v případě polykarbonátu 1 až 2 hodiny teplotě 120 °C. Během této doby se zbytková pnutí uvolní – relaxují.

Relaxace tahového napětí polykarbonátu v závislosti na čase při různých teplotách a výchozích úrovních napětí:

Uvolňování (relaxace) vnitřních pnutí temperací při zvýšených teplotách:

Vytlačování polykarbonátu se od ostatních plastů významně neliší. Abychom získali dokonalé profily, je nutné zajistit dokonale homogenní taveninu. K tomu je zapotřebí dokonalý vytlačovací stroj, podmínky upravené podle příslušného typu polykarbonátu a také vhodný typ polykarbonátu.

Nastavení teplotních pásem vytlačovacího stroje se řídí pokyny výrobce polykarbonátu:

Oblast Teplota

Zóna pod násypkou 240 – 270 °C

Válec vytlačovacího stroje 260 – 300 °C

Hlava 250 – 290 °C

Při nastavení teplot je třeba vzít v úvahu také následující skutečnosti:

- při použití příliš vysokých teplot válce vytlačovacího stroje a při současné příliš dlouhé době prodlevy polykarbonátu ve stroji se může roztavený plast částečně rozložit a přitom i mírně zežloutnout, maximální teplota ve válci by neměla překročit teplotu doporučenou výrobcem o více než 5-10 °C,

- nízké teploty sice omezují žloutnutí plastu, vedou k jeho zvýšené čirosti a lepšímu celkovému vzhledu, avšak při použití příliš nízkých teplot hrozí nebezpečí vzniku rybích ok, proto se doporučuje začít vytlačování při vyšší teplotě a tu potom snižovat podle dosahovaného vzhledu profilu.

Pro vytlačování polykarbonátu lze použít šneky jako pro polyvinylchlorid, ale vhodnější je takový tvar šneku, který vyvolává poněkud větší protitlak. Je také vhodné používat šneky s vyšším poměrem L/D. Dosáhuje se tím lepší homogenizace materiálu a stabilizuje se výkon stroje a tím i rozměrová přesnost profilu. Podle typu stroje a použitého typy polykarbonátu by poměr L/D měl být v rozmezí od 20 do 32.

Polykarbonát lze zpracovávat i vyfukováním. Samozřejmě i zde platí zásada spolehlivého předsušení granulátu. Stejně jako při vytlačování je důležité věnovat pozornost i šnekové části stroje, aby byly splněny všechny podmínky dokonalé homogenizace taveniny. Teploty pro vyfukování jsou zhruba o 10 až 20 °C nižší než teploty užívání při vytlačování. Problémy může činit nežádoucí protahování parizonu. Tomu lze předejít dostatečnou regulací teploty válce i hlavy. Pro vyfukování nádob větších objemů je přesné řízení teplot naprosto nezbytné. Pro dosažení požadované síly stěny nádobky je zapotřebí, aby světlost hlavy byla asi o 10 až 20 % větší než se používá u polyethylénu.

Fólie a desky z polykarbonátu lze rovněž tepelně tvarovat. I při tomto technologickém postupu musejí být desky důkladně předsušeny, neboť by se při tvarování mohly vytvářet bubliny. V běžné horkovzdušné sušárně se sušení provádí při teplotě 110…