Lexan

Lexan — это торговая марка поликарбонатных листов и плёнок, производимых компанией Sabic Innovative Plastics (ранее — подразделение General Electric). Материал представляет собой прозрачный, ударопрочный термопластичный полимер, относящийся к классу поликарбонатов. Благодаря сочетанию высокой прочности, лёгкости, оптической прозрачности и термостойкости, Lexan используется в строительстве, машиностроении, электронике, авиационной и космической промышленности, а также в производстве защитных средств.

История

Разработка поликарбоната началась в 1953 году независимо в двух лабораториях: в компании Bayer (Германия) и в General Electric (США). В 1953 году немецкий химик Герман Шнелль (Bayer) впервые синтезировал поликарбонат, а в 1955 году американский учёный Дэниел Фокс (General Electric) получил аналогичный материал. В 1958 году компания Bayer запустила промышленное производство под маркой Makrolon, а в 1960 году General Electric представила на рынке свой поликарбонат под названием Lexan.

Первоначально Lexan применялся в авиастроении и электротехнике. В 1960-х годах материал начали использовать для изготовления пуленепробиваемых стёкол и защитных шлемов. В 1970-х годах, с развитием технологии экструзии, появились листовые формы Lexan, что открыло дорогу к широкому применению в строительстве и остеклении. В 2007 году подразделение GE Plastics, включая бренд Lexan, было приобретено саудовской компанией Sabic (Saudi Basic Industries Corporation). С этого момента Lexan выпускается под маркой Sabic Innovative Plastics.

Химический состав и свойства

Lexan является продуктом поликонденсации бисфенола А (BPA) и фосгена. Химическая формула повторяющегося звена: [C₁₅H₁₆O₃]ₙ. Материал относится к аморфным термопластам, не имеет кристаллической структуры.

Основные физико-механические свойства

• Плотность: 1,20–1,22 г/см³.
• Предел прочности при растяжении: 60–70 МПа.
• Модуль упругости: 2,0–2,4 ГПа.
• Ударная вязкость по Изоду (с надрезом): 600–900 Дж/м — в 200–250 раз выше, чем у обычного силикатного стекла.
• Температура стеклования: около 147 °C.
• Температура размягчения по Вика: 145–150 °C.
• Коэффициент теплового расширения: 6,5×10⁻⁵ /°C.
• Светопропускание: до 89% (для прозрачных марок) — близко к оптическому стеклу.
• Показатель преломления: 1,586.

Химическая стойкость

Lexan устойчив к разбавленным кислотам, минеральным маслам, спиртам и большинству углеводородов. Разрушается под действием концентрированных кислот, щелочей, аммиака, кетонов (например, ацетона) и ароматических растворителей. Материал подвержен растрескиванию при контакте с некоторыми чистящими средствами и растворителями.

Горючесть

Поликарбонат Lexan является самозатухающим материалом. Класс горючести по стандарту UL 94 — V-2, V-1 или V-0 в зависимости от толщины и модификации. Температура воспламенения — около 480 °C. При горении выделяет углекислый газ и воду, но в условиях недостатка кислорода может образовывать угарный газ.

Разновидности и модификации

Sabic выпускает несколько серий Lexan, различающихся по свойствам и назначению:

• Lexan Standard — базовые прозрачные листы общего назначения.
• Lexan Thermoclear — многослойные сотовые листы (поликарбонатные панели) для светопрозрачных конструкций, обладающие повышенной теплоизоляцией.
• Lexan Margard — листы с твёрдым покрытием, устойчивым к царапинам и абразивному износу.
• Lexan Exell — листы с улучшенной стойкостью к ультрафиолетовому излучению, предназначенные для наружного применения.
• Lexan FR — огнестойкие марки с пониженной горючестью и дымообразованием.
• Lexan 9030 — ударопрочная марка, используемая в авиастроении для остекления кабин.
• Lexan 8B35 — марка с повышенной химической стойкостью для медицинского оборудования.
• Lexan 141R — литьевая марка для производства деталей методом литья под давлением.

Применение

Строительство и архитектура

Lexan широко применяется для остекления зданий, строительства навесов, козырьков, куполов, световых фонарей, теплиц и оранжерей. Благодаря высокой ударной вязкости, материал используется в местах с повышенными требованиями к безопасности: витрины магазинов, ограждения балконов, защитные экраны на стадионах. Сотовые панели Lexan Thermoclear обеспечивают теплозащиту, сравнимую с двухкамерными стеклопакетами, при значительно меньшей массе.

Транспорт

В авиастроении Lexan применяется для остекления кабин пилотов, иллюминаторов, обтекателей. Например, в самолётах Boeing 787 и Airbus A350 используются поликарбонатные иллюминаторы с электроподогревом. В автомобилестроении из Lexan изготавливают фары, задние фонари, панорамные крыши, элементы салона. В железнодорожном транспорте — окна, перегородки, защитные экраны.

Электроника и электротехника

Благодаря хорошим диэлектрическим свойствам и термостойкости, Lexan применяется для изготовления корпусов электронных приборов, изоляционных панелей, разъёмов, плат. В осветительной технике — рассеиватели, линзы, плафоны.

Медицина

Lexan используется для производства корпусов медицинского оборудования, деталей аппаратов ИВЛ, хирургических инструментов, контейнеров для стерилизации. Материал выдерживает автоклавирование (обработку паром при 121–134 °C) и облучение гамма-лучами.

Защитные средства

Из Lexan изготавливают пуленепробиваемые стёкла (бронестекла), защитные шлемы, щитки, очки, экраны для лиц. Материал способен останавливать пули калибра 9 мм и 7,62 мм в зависимости от толщины. В России поликарбонат Lexan используется в производстве бронежилетов и защитных экранов для спецтехники.

Космическая промышленность

Lexan применяется для изготовления иллюминаторов космических аппаратов, защитных кожухов, элементов конструкции спутников. Материал устойчив к радиации, вакууму и перепадам температур от -100 до +125 °C.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая ударная прочность — в 200–250 раз выше, чем у стекла.
• Малый вес — в 2 раза легче стекла и в 6 раз легче стали.
• Отличная светопропускаемость (до 89%).
• Широкий диапазон рабочих температур (от -40 до +125 °C).
• Устойчивость к ультрафиолету (в модификациях с UV-защитой).
• Хорошая обрабатываемость: режется, сверлится, гнётся, склеивается.
• Высокая термостойкость (до 135 °C длительно).
• Самозатухаемость.

Недостатки

• Низкая стойкость к царапинам (у базовых марок).
• Подверженность химическому разрушению от растворителей и щелочей.
• Высокий коэффициент теплового расширения — требует компенсационных зазоров при монтаже.
• Склонность к пожелтению при длительном воздействии УФ-излучения (без специальных добавок).
• Относительно высокая стоимость по сравнению с акриловым стеклом (оргстеклом).
• Выделение бисфенола А (BPA) при нагреве — потенциально опасное для здоровья, хотя в твёрдом состоянии материал считается безопасным.

Производство и обработка

Листы Lexan производятся методом экструзии (для листов) или литья под давлением (для деталей). Толщина листов варьируется от 0,5 до 25 мм. Для получения сотовых панелей используется коэкструзия с последующим формованием.

Обработка Lexan возможна стандартными методами:

• Резка: ручными или стационарными пилами с твёрдосплавными напайками, лазером (для тонких листов), гидроабразивной резкой.
• Сверление: свёрлами с углом заточки 60–80°.
• Гибка: в холодном состоянии (радиус изгиба не менее 150 толщин) или с нагревом до 150–160 °C.
• Склеивание: специальными клеями на основе метиленхлорида или цианакрилата; для толстых листов — сварка горячим воздухом или ультразвуком.
• Металлизация: нанесение тонких плёнок алюминия, хрома или серебра методом вакуумного напыления.

Экологические аспекты

Lexan подлежит вторичной переработке. Отходы производства и использованные изделия могут быть переработаны в гранулят, который используется для изготовления неответственных деталей (например, корпусов бытовой техники). Однако из-за содержания бисфенола А переработка требует соблюдения мер безопасности. В ряде стран (включая Россию) существуют нормативы, ограничивающие использование поликарбоната в контакте с пищевыми продуктами и детскими игрушками.

Интересные факты

• Lexan использовался в конструкции капсулы космического корабля «Аполлон» для иллюминаторов.
• Из Lexan сделаны прозрачные защитные экраны на хоккейных аренах НХЛ.
• В 2010 году компания Sabic разработала марку Lexan FST (Fire, Smoke, Toxicity), соответствующую самым строгим авиационным стандартам пожарной безопасности.
• В России Lexan применяется при строительстве стадионов к чемпионату мира по футболу 2018 года (в частности, для остекления «Лужников» и «Санкт-Петербург Арены»).

Источники

• Sabic Innovative Plastics. Product Literature: Lexan Sheet Technical Manual.
• Brydson J. A. Plastics Materials. 7th edition. Butterworth-Heinemann, 1999.
• ГОСТ Р 56712-2015 «Поликарбонат сотовый. Технические условия».
• Mark H. F. Encyclopedia of Polymer Science and Technology. John Wiley & Sons, 2004.
• Крыжановский В. К., Бурлов В. В. Полимерные материалы в строительстве. СПб.: Профессия, 2008.