Поликарбонат — более жёсткий, прочный и термостойкий из двух, и он выходит из формы прозрачным, как стекло, при любой толщине стенки; полипропилен на четверть легче, дешевле за килограмм, формуется без сушилки и выдерживает основания и полярные растворители, которые разрушают поликарбонат.
Прежде чем ставить любые две цифры рядом, проверьте, что они измерены одинаковым способом. Показатель текучести расплава поликарбоната указывается при 300 °C под нагрузкой 1,2 кг, а полипропилена — при 230 °C под нагрузкой 2,16 кг, поэтому эти два числа никогда не должны стоять в одном столбце.
Что такое поликарбонат
Поликарбонат — это аморфный конструкционный термопласт, получаемый из бисфенола A и источника карбоната. Будучи аморфным, он не имеет температуры плавления: вместо этого производители публикуют температуру стеклования 144 °C.
Он продаётся по показателю текучести расплава при 300 °C / 1,2 кг, и в основных марках ведущие цифры номера марки кодируют эту вязкость. Марки с более лёгкой текучестью — менее прочные.
Его покупают ради прозрачности плюс термостойкости: остекление и автомобильное освещение, линзы и световоды, прозрачные корпуса, электрические и электронные детали, медицинские изделия и лабораторная посуда. Мы поставляем его как первичные и модифицированные гранулы.
Что такое полипропилен
Полипропилен — это полукристаллический товарный полиолефин плотностью около 900 кг/м³ (ISO 1183), продаваемый по показателю текучести расплава, измеренному при 230 °C под нагрузкой 2,16 кг.
Он выпускается в трёх семействах — гомополимер, статистический сополимер и ударопрочный сополимер — и какое из трёх указано определяет большую часть того, что может сказать любое сравнение с поликарбонатом. Реально в расчёт принимаются только два из них: осветлённый статистический сополимер, где деталь должна быть прозрачной, и ударопрочный сополимер, где это корпус, крышка или ящик.
Вместе эти три семейства охватывают упаковочную плёнку, пищевые контейнеры и крышки, хозяйственные товары, вёдра и ящики, тканые мешки и детали интерьера автомобилей — основную массу марок полипропилена торгуемых контейнерными партиями.
Разница между поликарбонатом и полипропиленом
Поликарбонат лидирует по жёсткости, ударной вязкости с надрезом, термостойкости и оптической прозрачности. Полипропилен лидирует по весу, стоимости смолы, стойкости к основаниям и полярным растворителям, усталостной долговечности при изгибе и простоте переработки.
Прочность и ударная стойкость
Среди ненаполненных марок для формования поликарбонат является более прочным материалом по обоим показателям, и именно по удару разрыв наиболее широк. Ударная вязкость по Шарпи с надрезом при 23 °C (ISO 179-1/1eA) составляет 65 кДж/м² для поликарбоната общего назначения против 4–8 кДж/м² для гомополимеров полипропилена и 5,5–13 кДж/м² для ударопрочных сополимеров.
Предел текучести разделяет их меньше: 65 МПа для поликарбоната, 35–38 МПа для гомополимера, 26–27 МПа для ударопрочного сополимера (ISO 527).
Холод снова увеличивает разрыв. Поликарбонат всё ещё показывает 15 кДж/м² с надрезом при −30 °C, что выше, чем у ударопрочных сополимеров при −20 °C (3,5–4,5 кДж/м²), и выше, чем у гомополимера при комнатной температуре.
Жёсткость и усталость
Поликарбонат является более жёстким материалом примерно в 1,5–1,8 раза, а полипропилен выдерживает многократный изгиб. Модуль упругости при изгибе составляет 2 350 МПа для поликарбоната (ISO 178) против 1 300 МПа для гомополимера и 1 450–1 500 МПа для ударопрочных сополимеров.
Прозрачный статистический сополимер показывает 620 МПа по испытанию на изгиб по ASTM против 2 340 МПа для поликарбоната, поэтому прозрачная деталь из полипропилена примерно вчетверо менее жёсткая, чем заменяемая ею деталь из поликарбоната. Шарнирные крышки, защёлкивающиеся соединения и неразъёмные шарниры — это детали из полипропилена; поликарбонат для них не указывается.
Твёрдость и стойкость к царапинам
Поликарбонат твёрже по любой шкале, и то, насколько твёрже, — артефакт выбранной шкалы. Вдавливание шарика (ISO 2039-1) даёт 115 Н/мм² против 53 МПа для ударопрочного сополимера, коэффициент 2,2; твёрдость по Роквеллу R (ASTM D785) даёт 118 против 107 для гомополимера и 85 для статистического сополимера — разница в одиннадцать пунктов по 150-пунктовой шкале.
Чистый поликарбонат теряет 10 мг на 1 000 циклов на Taber CS-17 под нагрузкой 1 кг (ASTM D1044), поэтому линзы и остекление покупают с твёрдым покрытием, а лист с покрытием уже нельзя термоформовать. Полипропилен мягче; он оставляет следы там, где поликарбонат царапается, а на непрозрачной детали след редко является дефектом.
Термостойкость
При одинаковой нагрузке и стандарте поликарбонат сохраняет форму примерно на 70 °C горячее: температура тепловой деформации 124 °C против 55 °C для гомополимера полипропилена при 1,80 МПа (ISO 75). Снизьте нагрузку до 0,45 МПа, и поликарбонат показывает 137 °C, тогда как марки полипропилена показывают 75–127 °C, сужая разрыв до где-то между 10 и 35 °C.
Различие температура плавления полипропилена, 160–165 °C, вовсе не является рабочей температурой — она примерно на 110 °C выше температуры тепловой деформации той же марки при 1,80 МПа.
Для непрерывной эксплуатации поликарбонат имеет относительный температурный индекс по UL 746B 125 °C при 1,5 мм по прочности на растяжение. Ни один производитель полипропилена не публикует эквивалентный индекс для этих марок, поэтому сравнение для непрерывного использования приходится делать по температуре тепловой деформации при указанной нагрузке.
Chemical Resistance
Ни один из них не является инертным материалом; ответ меняется в зависимости от химического семейства, поэтому решают жидкости, с которыми деталь фактически контактирует. Два набора оценок ниже получены не одинаковым способом — оценки полипропилена взяты из стандартных реагентов по ASTM D-543 при 21 °C и 49 °C, оценки поликарбоната — из шести дней экспозиции при приложенной деформации наружного волокна при 23 °C — поэтому читайте их как ориентир, а не как спецификацию.
| Среда | Polypropylene | Поликарбонат |
|---|---|---|
| Гидроксид натрия | удовлетворительно при 60 % | не стоек при 1 % |
| Ацетон | удовлетворительно при 21 и 49 °C | набухает |
| Метанол | удовлетворительно | не стоек |
| Этанол, изопропанол | удовлетворительно | resistant |
| Разбавленные минеральные кислоты, 10 % | удовлетворительно | resistant |
| Гептан, белое минеральное масло | не рекомендуется | resistant |
| Толуол, ксилол, хлорированные растворители | не рекомендуется | набухает или растворяется |
Поликарбонат разрушается путём растрескивания под воздействием окружающей среды, поэтому деталь с низким напряжением может выдержать экспозицию, которую деталь под напряжением не выдерживает. Горячая вода также гидролизует его.
Полипропилен не чувствителен к растрескиванию под напряжением в строгом смысле; то, что выглядит как растрескивание под напряжением в отбеливателе, является окислительной деградацией полимера. Поликарбонат не устойчив к стандартному бензину и дизельному топливу, а стойкость полипропилена улучшается с наивысшей практически достижимой молекулярной массой, что означает наименьшую скорость текучести расплава, при которой деталь может быть отформована.
Прозрачность
Поликарбонат прозрачен, как вода, в отформованном состоянии при любой толщине стенки, а полипропилен достигает приемлемой прозрачности только как осветлённый статистический сополимер в тонком сечении. Светопропускание поликарбоната составляет 89 % при 1 мм и 87 % при 4 мм (ISO 13468-2), при мутности ниже 0,8 % при 3 мм. Осветлённые статистические сополимеры полипропилена показывают мутность от 7 до 11 % при стенке 1 мм (ISO 14782), поэтому поликарбонат прозрачнее при втрое большей толщине сечения.
То же семейство статистических сополимеров показывает мутность 1,2 % как литая плёнка толщиной 50 мкм, а неосветлённая марка вообще не публикует показатель мутности — так что то, что прозрачный полипропилен может делать, — это утверждение о пакете добавок и толщине стенки.
Плотность и вес
Полипропилен легче на четверть: 900 кг/м³ против 1 200 кг/м³ по одному и тому же стандарту (ISO 1183). Поэтому та же геометрия детали содержит на 25 % меньше массы в полипропилене, и поскольку смола покупается по килограммам, а деталь измеряется объёмом, это соотношение применяется к счёту за смолу до учёта любой разницы в цене.
Влагопоглощение и сушка
Поликарбонат необходимо сушить перед формованием, а полипропилен — нет. Поликарбонат поглощает 0,30 % воды при насыщении и 0,12 % при 23 °C и 50 % относительной влажности (ISO 62), и остаточная влажность должна быть ниже 0,02 % для литья под давлением и 0,01 % для экструзии — обычно от 2 до 4 часов при 120 °C в современной сушилке и до 12 часов в старой.
Сушилка, её энергия и время выдержки находятся на стороне поликарбоната в любом сравнении затрат.
Контакт с пищевыми продуктами и стерилизация
В Соединённых Штатах оба материала допущены к контакту с пищевыми продуктами, в ЕС — только полипропилен, и при высоком режиме автоклавирования выдерживает только полипропилен. В США поликарбонат допущен в соответствии с 21 CFR 177.1580 с одним исключённым классом изделий — детские бутылочки и поильники — а полипропилен в соответствии с 21 CFR 177.1520.
В ЕС Регламент (ЕС) 2024/3190 запрещает использование бисфенола А при производстве пластиков, контактирующих с пищевыми продуктами. Он вступил в силу 20 января 2025 года, общий переходный срок для размещения таких изделий на рынке истёк 20 июля 2026 года, и BPA был удалён из положительного списка разрешённых мономеров.
Никакое отступление не охватывает поликарбонат, и “поликарбонат без BPA” не решает这个问题, поскольку смола, допущенная в соответствии с разделом США, определяется как продукт конденсации бисфенола А.
Оба выдерживают стандартный паровой цикл при 121 °C, а полипропилен также выдерживает быстрый режим автоклавирования при 134 °C, который производитель поликарбоната исключает, ограничивая пар до 125 °C.
При гамма-стерилизации поликарбонат выдерживает от 10 до 20 доз по 28 кГр до заметного падения прочности, желтея немного больше каждый раз, тогда как полипропилен становится хрупким, если он не стабилизирован против радиации. Полипропилен также прозрачен для микроволновой энергии и является материалом, используемым в контейнерах для микроволновой печи.
Формование и обработка поверхности
Поликарбонат формуется горячим, сухим и медленным способом, полипропилен — холодным и быстрым, а обработка поверхности идёт в обратном порядке. Температура расплава поликарбоната составляет от 280 до 320 °C при температуре формы 80 °C или выше, против расплава 220–260 °C и формы 30–40 °C для гомополимера полипропилена.
Поверхность полипропилена непроницаема для растворителей и должна быть обработана пламенем или коронным разрядом, прежде чем краска, лак или клей будут держаться.
Поликарбонат принимает краску и клей в отформованном состоянии с одним условием. Система на основе растворителей может его набухать или вызывать растрескивание под напряжением в зависимости от растворителя и испарения, а краски, содержащие скипидар, исключены.
Как выбрать правильный
Деталь, которая контактирует с чистящими средствами или основаниями, нуждается в неразъёмном шарнире, оценивается по весу или попадает в микроволновую печь или автоклав при 134 °C, — это деталь из полипропилена. Деталь, которая должна выдерживать удар ниже точки замерзания, оставаться жёсткой в горячем состоянии, быть прозрачной, как стекло, при большой толщине сечения или выдерживать повторную гамма-стерилизацию, — это деталь из поликарбоната.
Выбор реален только для детали, которую можно с одинаковой вероятностью отформовать из любого из них — прозрачный корпус или контейнер, лабораторная посуда, крышка, твёрдая оболочка. Если деталь представляет собой непрозрачный корпус, сравнение, которое обычно следует проводить, — полипропилен против ABS вместо этого.
По стоимости поликарбонат — более дорогая смола за килограмм, и разрыв увеличивается на деталь, как только учитываются разница в плотности и этап сушки.
Четыре строки технических данных решают большинство реальных случаев: ударная вязкость с надрезом при самой низкой рабочей температуре детали, температура тепловой деформации при заданной нагрузке, светопропускание при собственной толщине стенки детали и водопоглощение.
На открытом воздухе оба материала нуждаются в пакете стабилизаторов, и как долго служит деталь из полипропилена на открытом воздухе — это вопрос об этом пакете. УФ-стабилизация поликарбоната — это атрибут марки, закодированный в номере типа, поэтому нестабилизированная марка общего назначения поставляется по умолчанию, если только не заказана УФ-марка.
Оба подлежат переработке, и переработанный полипропилен торгуется в гораздо большем объёме, что важно там, где деталь несёт целевой показатель содержания переработанного материала.