Leichtbau, Funktionalität und Design prägen die Materialentwicklung in den Einsatzgebieten von Polycarbonat-Compounds, -Composites und -Folien. Große Chancen bestehen in der Mobilität der Zukunft, im Strukturleichtbau mit endlosfaserverstärkten Composites, in der 5G-Technologie und der Medizintechnik.

Polycarbonat (PC): Aufregende Designs durch hohe Oberflächenqualität und neue Verfahren

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Werkstoff für viele Trends

Displays harmonisch in die Linienführung eines Fahrzeugcockpits zu integrieren war bisher eine echte Herausforderung. Das Unternehmen Continental setzt nun eine Kombination aus Film Insert Molding, In-Mold Decoration und Spritzprägen ein, um große dreidimensional geformte Kunststoffblenden zu fertigen.

Großflächige gebogene Kunststoffblenden mit integrierten Displays

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2012 wurden weltweit etwa 3,6 Mio. t Polycarbonat (PC) verbraucht. Hier finden Sie Details zum Anteil der einzelnen Regionen und Anwendungsbranchen.

Polycarbonat (PC)

kunststoffe.de

Marktentwicklung Polycarbonat (PC)

Das Polycarbonat Makrolon der Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, eröffnet auch beim Design von Heckklappenmodulen neue Möglichkeiten. Das zeigt das BayVision-Prototypenkonzept einer kompletten, einteilig ausgelegten Heckklappe mit integrierter Scheibe, das der Materialhersteller entwickelt hat. Im Gegensatz zur gängigen Bauweise mit Metallträger und eingesetzter Glasscheibe hat das Bauteil eine vollständig fugenlose Außenhaut, die aus beschichtetem Polycarbonat besteht. Nicht transparente Bereiche sind entweder dunkel hinterdruckt oder per Zwei-Komponenten-Spritzgießen mit einem schwarzen Rahmenmaterial hinterspritzt. 

Fugenlose, hochintegrierte Heckklappe mit Scheibe 

Makrolon, BayVision-Prototypkonzept 

Verscheibungen aus Polycarbonat lassen sich in einem zusammengeführten Prozess aus Spritzgießen und Prägen herstellen – eine Herausforderung für Bauteilentwickler, da Simulationsprogramme diese nur getrennt betrachten können. Ein CAE-Verfahren verknüpft jetzt beide Prozesse. Um darüber hinaus die Abrieb- und Kratzfestigkeit des Materials zu erhöhen, wurde die Plasmabeschichtung mit der Vakuumtechnik kombiniert. 

Spritzprägen

Polycarbonat: Auf lange Sicht 

Mit der Erweiterung der Geloy-Produktpalette hat Sabic Innovative Plastics, Bergen op Zoom/Niederlande, nun ein umfassendes Portfolio an Polycarbonat/Acrylester-Styrol-Acrylnitril (PC/ASA) -Kunststoffen im Angebot. Die leistungsfähigen Materialien wurden ursprünglich für die Automobilindustrie entwickelt, um eine verbesserte mechanische Leistung und extreme Wetterbeständigkeit zu bieten. Jetzt stockte das Unternehmen sein Portfolio um ein neues Angebot an speziellen Typen auf, die in der Medizintechnik, der Unterhaltungselektronik und in elektrischen Anwendungen eingesetzt werden können. 

Sehr gute Wetter- und Farbbeständigkeit 

Polyacrylate

Compound

Geloy-PC/ASA-Kunststoffe 

Damit das freitragende Dach des Slaski-Stadions in Chorzów/Polen gegen starke Winde und großen Schneelasten standhält, werden mehrwandigen Polycarbonat-(PC)-Platten (Hersteller: Sabic Innovative Plastics, Bergen op Zoom/Niederlande) eingesetzt. Die als Ultra-Stiff Lexan-Thermoclear bezeichneten Platten sind 25 mm dick und dreiwandig. Zudem besitzen sie eine X-förmige Struktur. Ihr Aufbau ermöglicht es, einem Druck bis 2200 Nm -2 standzuhalten, was Windgeschwindigkeiten bis 200 km/h entspricht. Des Weiteren weisen die Platten nach Angaben von Sabic eine bis 250-mal höhere Schlagfestigkeit als Glas auf. Somit verringert sich das Risiko von Bruchschäden bei Wind, Hagel und anderen extremen Witterungsbedingungen, sowie bei Vandalismus.

Hochsteife und witterungsbeständige Verglasungen für Überdachungen 

Platten

Ultra-Stiff Lexan-Thermoclear-Platten  

Die einzelnen Komponenten eines Infusionsregimes bei der medizinischen Versorgung von Patienten laufen in konischen Luer-Verbindungen zusammen. Werkstoff für die Konusverbindungen ist in der Regel wegen der Produktkontrolle transparentes Polycarbonat. In der Anwendung kommt der Konus mit unterschiedlichen Substanzen bzw. Medikamenten in Berührung, was zur Spannungrissbildung führen kann. Die Rissentwicklung einer Konusverbindung wird mit der im Beitrag beschriebenen Methode untersucht. 

Qualitätsnachweise

Spannungsrissbildung: Patientenversorgung absichern 

Im mobilen Röntgengerättyp Optima XR220amx von GE Healthcare, München, kommen für das Gehäuse und die Lagerbehälter zwei Polyester-Polycarbonat-Mischungen zum Einsatz: Das Gehäuse besteht aus dem Materialtyp Valox V3900WX (Hersteller: Sabic Innovative Plastics, Bergen op Zoom/Niederlande). Für die Lagerbehälter wird eine transparente Mischung aus Polycarbonat und amorphem Polyester (Typ: Xylex X7519HP, gleicher Hersteller) verwendet. Die Polyester-Polycarbonat-Mischungen besitzen eine sehr gute Schlagfestigkeit und Maßstabilität sowie eine hohe chemische Widerstandsfähigkeit (um die starken Desinfektionsmittel zu tolerieren). Weiterhin sind sie flammwidrig und UV-stabilisiert und können im Spritzgießen verarbeitet werden. 

Polyester-Polycarbonat-Mischungen im Röntgengerät 

Polyester

Valox V3900WX, Xylex X7519HP 

Bei Anwendungen für das Fahrzeuginterieur stehen Polycarbonatfolien vor neuen Aufgaben. Denn aktuelle Designideen zielen darauf ab, im Autoinnenraum ein individualisiertes, hochwertiges Wohnambiente mit Wohlfühlklima und hohem Komfort zu schaffen. Gefragt sind zum Beispiel funktional hochintegrierte großflächige Bauteile mit fließender, geschlossener Tiefenglanzoberfläche. 

Folien

Polycarbonatfolien: Individuelles Innenraumdesign 

Mit den PC-PBT-Blendtypen Romiloy EXP1950 (unverstärkt), EXP2047 und EXP2088 (beide glasfaserverstärkt) hat die Romira GmbH, aus Pinneberg und Teil der Rowa Group Holding GmbH, ihr Produktspektrum halogenfrei flammgeschützter Werkstoffe erweitert. Die PC-PBT-Blends erreichen die Brandschutzklasse V0 nach UL 94 bis 1,5 mm. Dabei erhöht der Zusatz von teilkristallinem PBT wesentlich die Chemikalienbeständigkeit sowie die Wärmeformbeständigkeit. Bei glasfaserverstärkten Produkten verbessert der Zusatz insbesondere die Oberflächenqualität der Fertigteile. Der Polycarbonat-Anteil verringert den Verzug sowie die Verarbeitungsschwindung und erleichtert die Verarbeitung, die bei reinen PBT basierenden Compounds häufig Probleme bereitet. Daneben weisen die Typen eine sehr gute Kratzfestigkeit auf. 

Flammgeschützte PC-PBT-Blends 

Romiloy EXP1950, EXP2047 und EXP2088 

Die inkrementelle Bohrlochmethode ist ein weit verbreitetes und wirtschaftliches Verfahren zur Bestimmung von Eigenspannungstiefenverläufen. Durch Störung des vorhandenen mechanischen Gleichgewichtes in Form eines stufenweise erzeugten Loches können mittels der mit einer speziellen Dehnungsmessstreifenrosette registrierten relaxierten Dehnungen Eigenspannungstiefenverläufe berechnet werden. Hierfür kommen modifizierte elastizitätstheoretische Ansätze zur Anwendung, die üblicherweise auf Kalibrierfunktionen basieren. Die in dieser Arbeit beschriebenen Untersuchungen geben am Beispiel des Werkstoffs Polycarbonat den Rahmen für die wichtigsten Prozessparameter vor, die für die reproduzierbare Bestimmung von Eigenspannungen in Bauteilkomponenten aus Kunststoffen eingehalten werden sollten. 

Anwendung des Bohrlochverfahrens für Eigenspannungsanalysen in Proben aus Polycarbonat 

Die umgebungsbedingte Spannungsrissbildung stellt eine der häufigsten Versagensursachen von Kunststoffbauteilen unter Beanspruchung dar. Anhand verschiedener Prüfverfahren wurden in der Medizintechnik gebräuchliche Kunststoffe im Kontakt mit medizinalen Flüssigkeiten auf ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungsrissbildung getestet. 

Polyethersulfon

Styrol-Copolymerisate

Werkstoffprüfung

Werkstoffprüfung: Spannungsrissbildung durch medizinische Fluide 

Hagel verursacht oftmals erheblichen Schaden. Insbesondere bei Überdachungen gilt es, auf den Einsatz von hagelsicheren Baumaterialien zu achten. Um hier mehr Schutz zu bieten, hat die Wilkes GmbH, Schwelm, bruchfeste Stegplatten in ihrem Portfolio aufgenommen. Die als Marlon Premium Longlife bezeichneten Produkte gewähren eine langjährige Hagelsicherheit und zeichnen sich dabei durch eine hohe Transparenz aus. 

Hagelsichere und bruchfeste Stegplatten aus Polycarbonat 

Marlon Premium Longlife 

Mit dem Makroblend GR 235M, einem Polymerblend aus hochwertigen Polycarbonat- und Polyethylentherephthalat (PC+PET)-Rezyklaten bietet die Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, einen nachhaltigen Werkstoff für großflächige Pkw-Karosserieteile. Denkbare Anwendungen sind Spoiler, Kofferraumabdeckungen, Deckel von Antennen und Verdeckkästen. Die neuen (PC+ABS)-Blends Bayblend M850XF und M750 werden für Komponenten chirurgischer Instrumente und diagnostischer Geräte empfohlen. 

Variationen von Polycarbonat und Oberflächenbeschichtungen 

Makroblend, Bayblend, Desmopan sowie DirectSkinning- und DirectCoating-Verfahren 

Polycarbonat (PC) ist transparent, wärmeformbeständig und schlagzäh. Der Werkstoff kommt vor allem in optischen Speichermedien zum Einsatz.

Polycarbonate zählen chemisch ebenfalls zu den Polyestern. Die technisch bedeutenden aromatischen Polycarbonate werden durch Polykondensation aus Bisphenol A und Phosgen in flüssiger Phase oder aus Bisphenol A und Diphenylcarbonat in der Schmelze hergestellt.

Kennzeichen dieser amorphen und polaren Produkte ist die Eigenschaftskombination aus hoher Transparenz, hoher Wärmeformbeständigkeit und sehr guter Schlagzähigkeit, daneben weisen sie mittlere bis hohe Festigkeit und Steifigkeit sowie einen hohen Kriechmodul und gute Maßhaltigkeit auf. Die Dauereinsatztemperatur liegt zwischen –40 und +130 °C, kurzfristig sind bis etwa +150 °C möglich. Durch Schlagzähmodifikation kann die untere Einsatztemperatur bis auf etwa –60 °C gesenkt werden. Allerdings ist PC kerbempfindlich und weist nur eine geringe Abriebfestigkeit auf. Bei Anwendungen wie Scheinwerferstreuscheiben werden daher zusätzlich Kratzfestlacke (z. B. auf Basis organischer Siliziumverbindungen) aufgebracht, die auch als Schutzschicht die chemische Beständigkeit verbessern.

PC ist beständig gegen verdünnte Säuren, viele Öle und Fette sowie gegen Ethanol, jedoch unbeständig gegen Basen, aromatische und halogenierte Kohlenwasserstoffe sowie Ketone und Ester. Als Polyester ist es hydrolyseempfindlich, längere Einwirkung von heißem Wasser kann zu Spannungsrissen führen. PC hat gute elektrische Isoliereigenschaften, es muss durch entsprechende Stabilisatoren gegenüber UV-Licht geschützt werden.

Die wichtigste Anwendung von Polycarbonat sind optische Speichermedien wie Compact Discs (CD), Digital Versatility Discs (DVD) und Blu-ray Discs. Die mit höherer Datendichte immer kleineren Pits (Gruben) in der Lesespur erfordern eine hochpräzise Fertigung und Spezialtypen mit hoher Abbildegenauigkeit. PC zeigt hier aufgrund seiner geringeren Wasseraufnahme gegenüber PMMA eine geringere Verzugsneigung sowie höhere Wärmeformbeständigkeit und Schlagfestigkeit. Die Wärmeformbeständigkeit ist aufgrund der höheren Betriebstemperaturen besonders bei CD-Abspielgeräten in Autoradios wichtig.

Die gegenüber PMMA ungünstigere Doppelbrechung von PC liegt für CDs und DVDs immer noch in einem akzeptablen Bereich. Unter Doppelbrechung versteht man das Auftreten unterschiedlicher Brechzahlen aufgrund von Eigenspannungen und Ausrichtung der Makromoleküle. Hierdurch entstehen Phasendifferenzen, die ab einer bestimmten Größe Lesefehler verursachen.

Bei Blu-ray Discs liegen die Informationen dicht unter der Oberfläche und werden nicht durch die Substratschicht (1,2 mm bei CDs, 0,6 mm bei DVDs) ausgelesen; hier spielt die Doppelbrechung keine Rolle mehr. Weitere Anwendungen sind Gehäuse und andere Formteile für die Elektrotechnik und Elektronik, Medizintechnik und die Kfz-Industrie.

Mittlerweile werden in einigen Fahrzeugen bereits starre Seiten- und Heckscheiben sowie Dachmodule aus Polycarbonat eingesetzt. Die Kratzempfindlichkeit von Polycarbonat lässt derzeit den Einsatz beispielsweise für bewegliche Seitenscheiben noch nicht zu. Windschutzscheiben sind aufgrund der hohen Druckfestigkeit von Glas tragende Sicherheitselemente eines Fahrzeugs, Kunststoffscheiben würden sich unter entsprechender Belastung durchbiegen und sind daher nicht zugelassen.

Darüber hinaus wird Polycarbonat für optische Teile (Linsen und Brillengläser) sowie für Sportschutzbrillen und Visiere eingesetzt. Hier steht die Schlagfestigkeit im Vordergrund, daneben die Gewichtsersparnis gegenüber dem traditionell verwendeten Glas.

Bei optischen Brillen werden außerdem noch Gießharze auf Basis von vernetztem, aliphatischem Polycarbonat sowie speziellen Polythiourethanen verwendet, deren Schlagfestigkeit jedoch geringer als die von aromatischem Polycarbonat ist. Allerdings erfordert die bei allen polymeren Werkstoffen im Vergleich zu Glas höhere Kratzempfindlichkeit auch hier eine spezielle Schutzbeschichtung.

Eine große Bedeutung haben Extrusionstypen für die Herstellung von Platten für den Bausektor, die als Abdeckung von Sportstadien oder Bahnhöfen sowie als Verscheibungen für Wintergärten und Gewächshäuser verwendet werden. Gegenüber dem hier ebenfalls verwendeten PMMA bietet PC erhebliche Vorteile hinsichtlich Schlagfestigkeit und Brandverhalten. So erreichen Platten aus Polycarbonat im Gegensatz zu solchen aus PMMA die speziell im Innenbereich geforderte Brandschutznorm DIN 4102 B1. Allerdings erfordert die Verwendung von Polycarbonat im Außenbereich aufgrund der gegenüber PMMA verringerten UV-Beständigkeit entsprechend stabilisierte Typen. Darüber hinaus werden hochkonzentrierte UV-Absorberkonzentrate in dünnen Schichten mittels Coextrusion auf die Oberfläche aufgebracht.

Georg Abts - Kunststoff-Wissen für Einsteiger, 09/2016, 264 Seiten, ISBN: 978–3–446–45041–7, S. 127 – 129

Optische Speichermedien sind ein großer Anwendungsbereich für Polycarbonat

16:9

Auch im Fahrzeugbereich wird Polycarbonat im Bereich von transparenten Bauteilen oder Applikationen eingesetzt

Basicartikel Polycarbonat (PC)

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