Листовой монолитный (сплошной) поликарбонат (ПК) является самым прочным из всех прозрачных материалов, существующих на мировом рынке и производящихся в промышленных масштабах. Уникальность эксплуатационных характеристик обеспечивает востребованность листового ПК в таких областях как автомобилестроение, строительство, военная техника, производство спортивного снаряжения, средств безопасности и антивандальных конструкций и, несомненно, рекламная индустрия. В чем же особенность этого материала и что представляет собой листовой поликарбонат? Эти вопросы и освещены в данной статье. 
Сырьевой поликарбонат (в виде гранул) представляет собой продукт поликонденсации дифенилолпропана и хлорангидрида угольной кислоты (фосгена) или диметилового эфира угольной кислоты (ДМУК). Использование ДМУК дает возможность перевести технологический процесс получения ПК из жидкой фазы в расплав, избавиться от экологически опасного фосгена и значительно увеличить объемы производства. Этот передовой метод уже используется на одном из заводов компании «General Electric Plastics» в Испании. Увеличение объема производства гранулированного ПК влечет за собой увеличение объема производства листового материала, что благотворно влияет на конъюнктуру мирового рынка и позволяет удовлетворить все повышающийся спрос (в том числе и в России) на прозрачные, полупрозрачные и цветные пластики. 
Основными производителями многочисленных марок ПК являются компании: General Electric Plastics (США, торговая марка LEXAN), Dow Plastics (США, CALIBRE), Bayer (Германия, MAKROLON), Teijin Chemical (Япония, PANLITE), Sam Yang (Южная Корея, TRIREX). Из этих исходных материалов методами экструзии и соэкструзии (нанесение УФ-защитного слоя) изготавливаются все листовые ПК в странах Америки и Европы, а также в России. 
В нашей стране листовой ПК представлен следующими популярными марками: Barlo PC, Barlo PC UVP с УФ-защитой (Бельгия), Makrolon (Германия), Lexan (Голландия, Австрия), Politec (Италия), Paltuf и Palsan (Израиль), Axxis-PC и Axxis-Sunlife с УФ-защитой (Бельгия), поликарбонат монолитный (Россия, г.Дзержинск) и другими. 
Так как все листовые ПК изготавливаются практически из одинаковых по характеристикам марок сырьевого гранулята (у всех компаний-производителей ПК существует специальные экструзионные марки для производства монолитных и сотовых листов), основные свойства материалов разных производителей мало, чем отличаются друг от друга. В таблице 1 приведены физико-механические и эксплуатационные характеристики некоторых из них.

Таблица 1.
Технические характеристики
листового монолитного поликарбоната

Характеристика Метод Ед.изм. Значения
Barlo PC, PC UVP Paltuf, Palsan Axxis Sunlife
Плотность ISO 1183 г/см³ 1.2 1.18 1.2
Светопропускание тз % 86 89 86
Коэффициент преломления DIN 5036 ND 20 1.585 н/д 1.585
Модуль упругости при изгибе ISO 178 МПа н/д 2600 н/д
Предел прочности при изгибе ISO 178 МПа > 95 > 90 > 95
Модуль упругости при разрыве ISO 527 МПа 2200 2000 2200
Предел прочности при разрыве ISO 527 МПа 60 65 60
Удлинение при разрыве ISO 527 % 80 90 100
Ударная вязкость по Шарпи образца с надрезом ISO 179 кДж/м² > 40 н/д > 30
Ударная вязкость по Шарпи образца без надреза ISO 179 кДж/м² без разр. без разр. без разр.
Ударная вязкость по Изоду образца с надрезом ASTM D 256 Дж/м н/д 800 600-800
Теплостойкость по методу Vicat ISO 306 °с 145 150 145
Температура прогиба (А) ISO R 75 °с 135 130 135-140
Коэфф. линейного термического расширения DIN 53328 K-1
10-5
6.5 6.5 6.5
Теплопроводность DIN 52612 Вт/м.К 0.2 н/д 0.21
Удельная теплоемкость D-2766 Дж/г.К 1.17 1.26 1.17
Температура разложения °с > 280 н/д > 280
Мин.температура использования °с -60 -75 -100
Макс.температура использования °с +130 +120 +130
Макс.температура длительной тепловой нагрузки °с +115 +100 +115
Температура термоформования °с 180-210 н/д 180-200
Температура формы °с 55-90 н/д 55-90
Диэлектрич. постоянная, 50 Гц DIN 53483 3.0 н/д 3.0
Электрическая прочность DIN 53481 кВ/мм > 30 н/д > 30
Объемное сопротивление DIN 53482 Ом.см 1015 н/д 1015
Поверхностное сопротивление DIN 53482 Ом 1015 н/д 1015
Тангенс угла диэлектрич.потерь DIN 53483 Гц 8×10-4 н/д 9.2Х10-4
Огнестойкость UL-94
DIN 4102
Класс
Класс
н/д н/д V-1
B1
Анализ данных таблицы 1 позволяет сделать вывод, что листовой ПК обладает уникально высокой ударопрочностью. В графе значений ударной вязкости образца без надреза указано: «без разрушений» — это означает, что образец листового ПК невозможно разрушить лабораторными методами. Если соотнести данные показателя ударной вязкости образца ПК с соответствующими показателями для других листовых материалов, например, для оргстекла 14-17 (без надреза) и 4-5 (с надрезом), для полисторола 5-6 (без надреза) и 1-2 (с надрезом), то можно приблизительно оценить величину этой физической характеристики в 900-1100 кДж/кв.м (без надреза). Эта величина иллюстрирует экстремальную ударопрочность материала. И действительно, листовой ПК невозможно разбить ни молотом, ни двухпудовой гирей. Даже, если в силу каких-либо внешних обстоятельств ударопрочность уменьшится в 3-5 раз, указанная физическая величина будет иметь настолько большое значение (200-300), что не возникнет ощутимого снижения прочности конструкционного элемента. Поэтому этот материал для использования в антивандальных строительных и рекламных конструкциях, несомненно, предпочтителен.
Еще одна особенность листового ПК — высокая устойчивость к низким и высоким температурам. Диапазон температур уверенного использования очень широк — от –50°С до +150°С. Поэтому поликарбонат безоговорочно может применяться в любых самых сложных климатических условиях. В интерьере этот полимер также находит применение в случае эксплуатации изделий в режиме повышенных температур (например, в световых коробах с установленными в качестве световых источников лампами накаливания с избыточной теплоотдачей).
Для ПК характерны также высокая огнестойкость, чрезвычайно низкий уровень дымообразования при горении в условиях даже развитого пожара и низкая токсичность продуктов разложения, что является очень важными факторами эксплуатационной безопасности строительного объекта. Значение Кислородного индекса (процентное содержание кислорода в окружающей атмосфере, при которой материал начинает поддерживать устойчивое горение) составляет 28-30%. Это значит, что в воздушной среде (21% кислорода) поликарбонат не поддерживает горение и в соответствии с классификацией относится к группе самозатухающих полимеров. Совокупность всех этих качеств ставит листовой ПК в ряд материалов с наилучшими показателями противопожарной безопасности, причем стоит заметить, что эти свойства характерны для ПК без каких бы то ни было специальных антипирирующих добавок.
Поликарбонат обладает высокой стойкостью в отношении многих химически активных сред. Он не подвержен воздействию большинства неорганических и органических кислот, окислительных и восстановительных агентов, кислотных и основных солей, алифатических углеводородов, спиртов, моющих средств, жиров и смазочных масел. Химическая стойкость поликарбоната зависит от концентрации химикатов и от температуры окружающей среды при воздействии. После длительного нахождения в воде при температуре выше 60°С, например, ПК реагирует на контакт с некоторыми растворителями, водными и спиртовыми растворами щелочей, газообразным аммиаком и аминами.
Ниже представлены данные химической устойчивости ПК к некоторым веществам.
(+ стойкий, — не стойкий)

Таблица 2.
Химическая устойчивость ПК
к некоторым веществам

Уксусная кислота + Ацетон — Щелочные растворы —
Аммиак — Бензол — Борная кислота+
Бутилацетат — Бутиловый спирт+ Перманганат калия, 10%+
Диэтиловый спирт- Этиловый спирт+ Гексан +
Соляная к-та концентр. — Соляная к-та, 20% + Перекис водорода, 30% +
Метиловый спирт — Метиловый спирт — Метиленхлорид —
Поваренная соль + Пропан + Бензин +
Как и большинство других прозрачных полимерных материалов, листовой ПК служит прекрасным заменителем силикатного стекла и может использоваться при остеклении, особенно защитном. При этом основные эксплуатационные показатели у листового ПК (вес, тепло- и звукоизоляция) значительно лучше, чем у стекла. В таблице 3 приведены сравнительные данные из расчета 1 кв.м для разных толщин листового ПК и стекла. Иллюстрируются такие необходимые качества как теплоизоляция, характеризующаяся коэффициентом теплопередачи (К), и звукоизоляция, выраженная значением падения силы звука (в децибелах) при прохождении через остекление.

Таблица 3.
Сравнительные характеристики
листового ПК и стекла

Толщина
листа, мм
Вес, кг/м² К, Вт/м²К Звукоизоляция,
Дб
ПК Стекло ПК Стекло ПК Стекло
3 3.6 7.34 5.49 5.87 26 28
4 4.8 9.4 5.35 5.84 27 29
5 6.0 12.24 5.21 5.80 28 30
6 7.2 14.68 5.09 5.77 29 31
8 9.6 19.60 4.89 5.72 31 32
10 12.0 24.48 4.68 5.67 32 33
12 14.4 29.38 4.35 5.58 34 34
Из таблицы видно, что для всех толщин коэффициент теплопередачи К в случае ПК ниже, чем у стекла. Таким образом, потери тепла в помещении и проникновение тепла или холода извне через ограждающие конструкции в зданиях с поликарбонатным остеклением будут меньше, чем при использовании обычного стекла. Применение полимера вместо традиционного прозрачного материала позволяет в значительной степени снизить энергозатраты на отопление зимой и кондиционирование летом. В то же время звукозащитные свойства листового ПК и стекла практически одинаковы.
Существенным фактом, определяющим место размещения листов ПК (в помещении или на открытом воздухе) является защищенность листов от воздействия ультрафиолетового излучения. По своей природе ПК подвержен действию УФ-излучения. С течением времени это проявляется в виде желтизны и мутности, что, соответственно, ухудшает светопропускание, и в некоторой степени потерей прочностных качеств (но как отмечалось выше неощутимых с точки зрения эксплуатационных возможностей материала). Для того чтобы защитить листы ПК от воздействия солнечной радиации существует два принципиально разных технологических метода. Первый – введение уф-стабилизаторов в массу полимера, что позволяет достигать защитного эффекта по всей толщине листа. Второй способ – нанесение методом соэкструзии или лакированием специального защищающего слоя на одну или обе поверхности листа. Во втором случае при монтаже конструкции из листов ПК очень важно обращать к солнечной стороне именно УФ-защищенную поверхность. Производители листового поликарбоната (например, Barlo Plastics) при соблюдении технологических правил гарантируют уменьшение коэффициента светопропускания не более чем на 6% за 10 лет (DIN 5036).
Сравнительные данные по изменению коэффициента светопропускания и индекса желтизны для обычных и УФ-защищенных листов ПК были получены в результате экспериментов, в ходе которых материал облучался в течение ста часов светом ксеноновой лампы с интенсивностью аналогичной годовому солнечному воздействию в таких климатических зонах как Израиль или штат Аризона (США). Снижение значения коэффициента светопропускания при длительности облучения 2000 часов составляет для обычного ПК — до 91% — 87,7% и УФ-защищенного – до 89,5%. Увеличение индекса желтизны при тех же условиях составляет 0 — 9 для обычного ПК и 2,5 для листов с УФ-защитой. Эти данные подтверждают, что листовой ПК с УФ-защитой может длительное время использоваться вне помещений без видимых изменений.

Автор: Александр Гальченко