
Polikarbonatas – tai inžinerinis termoplastas, plačiai naudojamas dėl savo tvirtumo, skaidrumo ir atsparumo smūgiams. Tačiau vienas iš pagrindinių veiksnių, kuris lemia šios medžiagos ilgalaikį naudojimą lauko sąlygomis, yra jos atsparumas ultravioletiniams (UV) spinduliams.
UV poveikis gali ženkliai sumažinti bet kurios polimerinės medžiagos eksploatacinį laiką, todėl būtina suprasti, kaip polikarbonatas reaguoja į šį aplinkos veiksnį ir kaip tai įtakoja jo ilgaamžiškumą.
Polikarbonato cheminė struktūra ir UV spinduliuotė
Polikarbonatas pasižymi aukšta molekuline mase ir dideliu stiprumu dėl savo bisfenolio A (BPA) pagrindu suformuotos struktūros. Tačiau ši pati struktūra yra jautri fotodegradacijai – procesui, kai UV spinduliai ardo polimerines grandines.
Veikiant UV-B (280–315 nm) ir UV-A (315–400 nm) bangų ilgio spinduliuotei – polikarbonato paviršiuje gali prasidėti oksidacijos procesai, kurie sukelia geltonavimą, mikroskopinius įtrūkimus ir sumažina mechaninį stiprumą.
Fotodegradacijos padariniai
Laboratoriniai tyrimai rodo, kad neapsaugotas polikarbonatas po 6–12 mėnesių intensyvaus UV poveikio pradeda rodyti vizualius ir struktūrinius pokyčius. 2017 m. atliktame tyrime, publikuotame žurnale Polymer Degradation and Stability, nustatyta, kad UV poveikis neapsaugotam polikarbonatui gali sumažinti jo smūginį stiprumą iki 40 % ir sukelti paviršiaus įtrūkimus net po 1000 valandų UV ekspozicijos.
Be to, spalvos pasikeitimas, būtent geltonavimas – vienas iš dažniausiai pasitaikančių UV pažeidimų požymių. Šis reiškinys matuojamas ΔYI (Yellowing Index), kuris nurodo, kiek padidėjo gelsvumas nuo pradinės būklės. Eksperimentai rodo, kad neapsaugoto polikarbonato ΔYI gali padidėti daugiau nei 15 vienetų per vienerius metus atvirose lauko sąlygose.
UV apsaugos sprendimai
Norint apsaugoti polikarbonatą nuo fotodegradacijos – gamintojai naudoja kelias strategijas.
- UV stabilizatorių integravimas – medžiagos sudėtyje esantys UV absorbentai (dažniausiai benzotriazolio ar triazino junginiai) sugeria UV spindulius ir neleidžia jiems prasiskverbti į polimerinę matricą.
- Koekstruzijos metodas – viena ar abi plokštės pusės padengiamos plonu UV apsauginiu sluoksniu gamybos metu. Šis sluoksnis apsaugo nuo paviršiaus fotocheminių reakcijų.
- Išorinis apsauginis lakas – kai kuriais atvejais UV apsauga gali būti suteikiama naudojant papildomą padengimą po gamybos.
Svarbu atminti, kad koekstruzija yra patikimiausias ir dažniausiai taikomas metodas šiuolaikiniuose polikarbonato gaminiuose, ypač skirtuose lauko sąlygoms – šiltnamių dangoms, stoginėms, pertvaroms.
Ilgaamžiškumo duomenys
Gamintojų pateikiama garantinė eksploatacijos trukmė UV stabilizuotam polikarbonatui dažnai siekia 10–15 metų priklausomai nuo produkto kokybės, apsaugos technologijos ir geografinės vietovės (UV indeksas skiriasi įvairiuose pasaulio regionuose).
Pagal „ASTM D1925“ standartą – po 10 metų lauko eksploatacijos UV stabilizuoto polikarbonato šviesos pralaidumas paprastai sumažėja mažiau nei 10 %, o spalvos pokytis (ΔYI) išlieka žemiau 5 vienetų ribos (tai vizualiai sunkiai pastebima).
Polikarbonato palyginimas su kitomis medžiagomis
Lyginant su kitomis skaidriomis plastikinėmis medžiagomis, tokiomis kaip PVC ar akrilas (PMMA), UV stabilizuotas polikarbonatas pasižymi geresniu smūgių atsparumu ir panašiu UV ilgaamžiškumu. Akrilas iš prigimties geriau atlaiko UV poveikį, tačiau yra trapesnis, o PVC greičiau praranda skaidrumą ir mechaniškai silpsta.
Polikarbonatas yra puiki medžiaga lauko sąlygoms, tačiau jo atsparumas UV spinduliams yra lemiamas veiksnys ilgaamžiškumui užtikrinti. Neapsaugotas polikarbonatas greitai degraduoja saulės šviesoje, tačiau UV stabilizuotos plokštės, ypač su koekstruziniais apsauginiais sluoksniais, išlaiko tiek optines, tiek mechanines savybes dešimtmečius. Tinkamai pasirinkus produktą ir atsižvelgus į jo UV apsaugos lygį – polikarbonatas gali būti patikimas ir ilgaamžis sprendimas įvairioms konstrukcijoms po atviru dangumi.