PC - Polycarbonat

Polycarbonat (PC) ist ein hochleistungsfaehiger amorpher technischer Thermoplast, der sich durch seine aussergewoehnliche Kombination aus Schlagfestigkeit, optischer Transparenz und thermischer Stabilitaet auszeichnet. Unabhaengig voneinander 1953 von Bayer und General Electric entdeckt, hat sich Polycarbonat zu einem der am haeufigsten verwendeten technischen Kunststoffe fuer Anwendungen entwickelt, die Klarheit, Zaehigkeit und Masspraezision erfordern.

Der globale Polycarbonatmarkt wurde 2024 auf etwa 20 Milliarden US-Dollar geschaetzt und wird voraussichtlich mit einer jaehrlichen Wachstumsrate (CAGR) von 5,5 % bis 2030 wachsen, angetrieben durch die steigende Nachfrage in den Bereichen Automobilbeleuchtung, LED-Diffusion, elektronische Displays und nachhaltige Baumaterialien. Die weltweite Produktion uebersteigt 6 Millionen Tonnen jaehrlich, wobei Bisphenol-A-(BPA)-Polycarbonat laut Branchendaten von IHS Markit ueber 95 % der kommerziellen Produktion ausmacht.

Polycarbonatharze entsprechen den ASTM-D3935-Spezifikationen fuer Polycarbonat-Spritzguss- und Extrusionsmaterialien. Ausgewaehlte Typen erfuellen die FDA 21 CFR 177.1580 fuer Lebensmittelkontaktanwendungen, USP-Klasse VI fuer Medizinprodukte und die UL-94-V-0-Klassifizierung bei Wandstaerken bis zu 0,5 mm fuer Elektro- und Elektronikanwendungen. Optische Typen entsprechen ASTM D1003 fuer Lichtdurchlaessigkeits- und Truebungsmessungen.

Wichtige Eigenschaften von Polycarbonat umfassen:

• Herausragende Schlagfestigkeit — unter normalen Bedingungen praktisch unzerbrechlich, mit Izod-Kerbschlagwerten ueber 600 J/m. PC behaelt seine Schlagfestigkeit ueber einen breiten Temperaturbereich von -40°C bis 130°C.
• Aussergewoehnliche optische Klarheit mit einer Lichtdurchlaessigkeit von 88–90 % und geringer Truebung, die in Bezug auf Transparenz mit Glas vergleichbar ist und gleichzeitig 250-mal schlagfester ist.
• Hohe Waermeformbestaendigkeitstemperatur von 130–145°C, die einen Dauerbetrieb bei Temperaturen weit oberhalb der meisten anderen transparenten Thermoplaste ermoeglicht.
• Ausgezeichnete Masshaltigkeit mit geringer Formschwindung (0,5–0,7 %) und minimalem Kriechen unter Dauerlast, was praezise und konsistente Teile ergibt.
• Inhaerente Flammwidrigkeit — Polycarbonat ist selbstloeschend und erreicht UL 94 V-2 ohne Additive. Flammhemmende Typen erreichen V-0 bei duennen Wandstaerken.
• Gute elektrische Isoliereigenschaften mit stabilen dielektrischen Kennwerten ueber einen breiten Frequenz- und Temperaturbereich.
• Breite Designfreiheit mit der Moeglichkeit, komplexe duennwandige Geometrien, Filmscharniere und integrierte optische Merkmale durch Spritzguss herzustellen.

Chemie und Struktur

Polycarbonat wird durch die Reaktion von Bisphenol A (BPA) mit Phosgen (Grenzflaechenverfahren) oder Diphenylcarbonat (Schmelzeverfahren) hergestellt. Die Carbonatbindung (–O–CO–O–) im Polymerrueckgrat, kombiniert mit den starren aromatischen Bisphenol-A-Ringen, bietet die einzigartige Kombination aus Zaehigkeit, Transparenz und Hitzebestaendigkeit, die Polycarbonat von anderen amorphen Thermoplasten unterscheidet.

Die amorphe Struktur von Polycarbonat ist fuer seine optische Klarheit verantwortlich — das Fehlen kristalliner Bereiche eliminiert die Lichtstreuung. Das Molekulargewicht wird waehrend der Polymerisation sorgfaeltig kontrolliert, um den Schmelzfluss (Verarbeitbarkeit) gegen die mechanische Leistung auszubalancieren, wobei Typen mit hoeherem Molekulargewicht eine groessere Zaehigkeit auf Kosten einer hoeheren Schmelzeviskositaet bieten.

Verfuegbare Typen

Allzweck-PC bietet die standardmaessige Balance aus Schlagfestigkeit, optischer Klarheit, Hitzebestaendigkeit und Verarbeitbarkeit fuer Spritzguss und Extrusion. Diese Typen werden in einer breiten Palette von Anwendungen eingesetzt, von Elektronikgehaeusen ueber Automobilkomponenten bis hin zu Konsumguetern.

Optisches und lichtstreuendes PC ist fuer praezise Beleuchtungsanwendungen mit kontrollierter Lichtdurchlaessigkeit, Truebung und Streuungseigenschaften entwickelt. Diese Typen sind unverzichtbar fuer LED-Linsen, Lichtleiter, Automobil-Scheinwerferlinsen und architektonische Beleuchtungspaneele, wo eine gleichmaessige Lichtverteilung entscheidend ist.

Flammhemmendes PC erreicht UL 94 V-0 bei Wandstaerken bis zu 0,5 mm unter Verwendung halogenfreier Flammschutzsysteme. Diese Typen behalten hohe Transparenz und Schlagfestigkeit bei und erfuellen gleichzeitig strenge Brandschutzanforderungen fuer Elektrogehaeuse, Batteriegehaeuse und Telekommunikationsausruestung.

Glasfaserverstaerktes PC mit 10 % bis 40 % Glasfaseranteil liefert erhoehte Steifigkeit, Zugfestigkeit und Waermeformbestaendigkeitstemperatur bei gleichzeitiger Reduzierung der Waermeausdehnung und des Kriechens. Diese Typen werden in Strukturbauteilen, Gehaeusen mit engen Masstoleranzen und Teilen unter Dauerlast eingesetzt.

FDA-Lebensmittelkontakt-PC entspricht FDA 21 CFR 177.1580 und wird mit streng kontrollierten Restmonomergehalten hergestellt. Diese Typen dienen fuer Lebensmittelverarbeitungsanlagen, wiederverwendbare Wasserflaschen, Lebensmittelbehaelter und Babyflaschen, wo regulatorische Konformitaet und Sicherheit an erster Stelle stehen.

Verarbeitung

Polycarbonat wird hauptsaechlich durch Spritzguss und Extrusion verarbeitet. Empfohlene Schmelzetemperaturen sind 280–320°C bei Werkzeugtemperaturen von 80–120°C. Hoehere Werkzeugtemperaturen verbessern die Oberflaechenqualitaet, reduzieren innere Spannungen und erhoehen die Schlagleistung. PC erfordert gruendliche Trocknung auf einen Feuchtigkeitsgehalt unter 0,02 % vor der Verarbeitung — Trocknungsmitteltrockner bei 120°C fuer 3–4 Stunden sind Standardpraxis.

Polycarbonat wird auch durch Plattenextrusion (fuer Thermoformen, Verglasung und Beschilderung), Folienextrusion, Blasformen und Mehrkomponenten-(2K)-Spritzguss verarbeitet. Nachbearbeitungsoptionen umfassen Hartbeschichtung fuer Abriebfestigkeit, Anti-Beschlag- und Entspiegelungsbeschichtungen, UV-Schutzschichten, Bedruckung und Metallisierung. PC ist kompatibel mit Einlegeteil- und Umspritztechniken fuer komplexe Mehrkomponentenbaugruppen.