Policarbonato PC
Composición química
Sección titulada «Composición química»La unidad repetitiva del policarbonato estándar (PC) tiene una fórmula molecular de (C₁₆H₁₄O₃)ₙ y se deriva de la policondensación del bisfenol A (BPA) con fosgeno o con carbonato de difenilo. La cadena principal contiene grupos carbonato (-O-CO-O-) unidos a anillos aromáticos que le confieren rigidez y transparencia. Los grados conductivos pueden incorporar cargas de carbono, como negro de humo, que modifican la resistividad eléctrica sin alterar la estructura base del polímero.
Propiedades mecánicas
Sección titulada «Propiedades mecánicas»La resistencia a la tracción en probetas moldeadas por inyección se sitúa entre 55 MPa y 75 MPa (8.0–10.9 ksi) según la velocidad de ensayo y el grado. Las propiedades típicas a temperatura ambiente (23 °C, estado de suministro) se resumen a continuación.
| Propiedad | Valor SI (mín–máx) | Valor Imperial (mín–máx) | Unidad SI | Unidad Imperial |
|---|---|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (σₜ) | 55–75 | 8.0–10.9 | MPa | ksi |
| Alargamiento a la rotura (ε) | 80–150 | 80–150 | % | % |
| Módulo de Young (E) | 2.0–2.4 | 290–348 | GPa | 10³ ksi |
| Resistencia a la compresión (σc) | >80 | >11.6 | MPa | ksi |
| Dureza Rockwell | M70 | M70 | – | – |
| Resistencia al impacto Izod (ental lado) | 600–850 | 35.7–50.6 | J/m | ft·lb/in |
| Resistencia al impacto Charpy (ental lado) | 20–35 | 11.9–20.8 | kJ/m² | ft·lb/in² |
| Coeficiente de fricción (μ) | 0.31 | 0.31 | – | – |
Propiedades físicas
Sección titulada «Propiedades físicas»La densidad del policarbonato no reforzado es de 1.20 g/cm³ (74.9 lb/ft³), mientras que los grados conductivos con carga de carbono pueden alcanzar 1.38 g/cm³ (86.2 lb/ft³). Es un termoplástico amorfo, transparente en el espectro visible, con una transmisión de luz de aproximadamente 89 %.
| Propiedad | Valor SI | Valor Imperial |
|---|---|---|
| Densidad (ρ) | 1.20–1.22 g/cm³ | 74.9–76.2 lb/ft³ |
| Absorción de agua (24 h, 23 °C) | 0.1 % | 0.1 % |
| Absorción de agua (equilibrio) | 0.16–0.35 % | 0.16–0.35 % |
| Índice de refracción (nD) | 1.584–1.586 | – |
| Velocidad del sonido | 2270 m/s | 7450 ft/s |
| Resistencia a la abrasión (Taber, CS‑17, 1000 ciclos) | 10–15 mg | 0.00035–0.00053 oz |
Propiedades térmicas
Sección titulada «Propiedades térmicas»La temperatura de transición vítrea (Tg) del PC es de 147 °C (297 °F), lo que define su límite superior de uso estructural. A continuación se presentan los valores termofísicos principales.
| Propiedad | Valor SI | Valor Imperial |
|---|---|---|
| Temperatura de transición vítrea (Tg) | 147 °C | 297 °F |
| Temperatura de deflexión térmica (HDT) a 0.45 MPa | 140 °C | 284 °F |
| HDT a 1.8 MPa | 128–138 °C | 262–280 °F |
| Temperatura de trabajo superior continua | 115–130 °C | 239–266 °F |
| Temperatura de trabajo inferior continua | −40 °C | −40 °F |
| Coeficiente de dilatación térmica lineal (α) | 65–70 × 10⁻⁶ /K | 36–39 × 10⁻⁶ /°F |
| Conductividad térmica (k) a 23 °C | 0.19–0.22 W/(m·K) | 1.32–1.53 BTU·in/(h·ft²·°F) |
| Calor específico (cp) | 1.2–1.3 kJ/(kg·K) | 0.29–0.31 BTU/(lb·°F) |
Propiedades eléctricas
Sección titulada «Propiedades eléctricas»El policarbonato es un excelente aislante eléctrico, con una resistividad volumétrica de entre 10¹² Ω·m y 10¹⁴ Ω·m en condiciones secas. Sus propiedades dieléctricas se mantienen estables en un amplio rango de frecuencia y temperatura.
| Propiedad | Valor | Condiciones |
|---|---|---|
| Constante dieléctrica (εr) | 2.9 | 1 MHz, 23 °C |
| Factor de disipación (tan δ) | 0.01 | 1 MHz, 23 °C |
| Resistividad superficial | 10¹⁵ Ω/sq | 23 °C, 50 % HR |
| Resistividad volumétrica (ρ) | 10¹²–10¹⁴ Ω·m | 23 °C, seca |
| Rigidez dieléctrica | 15–30 kV/mm | espesor 3.2 mm |
Resistencia química
Sección titulada «Resistencia química»El PC presenta una resistencia química moderada, siendo atacado por disolventes orgánicos polares y álcalis concentrados. La exposición prolongada a ciertos productos químicos puede provocar agrietamiento por tensión ambiental (ESC). La siguiente tabla resume su comportamiento frente a agentes comunes.
| Agente químico | Resistencia |
|---|---|
| Ácidos concentrados | Mala |
| Ácidos diluidos | Buena |
| Álcalis | Buena – Mala (según concentración) |
| Alcoholes | Buena |
| Hidrocarburos aromáticos | Mala |
| Cetonas | Mala |
| Hidrocarburos halogenados | Buena – Mala |
| Grasas y aceites | Buena – Regular |
| Agua dulce | Excelente |
| Agua de mar | Excelente |
| Radiación UV (sin protección) | Regular (amarillea) |
Aplicaciones por industria
Sección titulada «Aplicaciones por industria»Gracias a su combinación única de transparencia, alta resistencia al impacto y estabilidad dimensional, el policarbonato se emplea en sectores donde la seguridad y la durabilidad son críticas.
- Construcción y arquitectura: láminas de acristalamiento de seguridad, cubiertas translúcidas, marquesinas, barreras acústicas.
- Automoción y transporte: faros, ópticas interiores y exteriores, ventanas de vehículos blindados, componentes interiores de alta resistencia.
- Electrónica y electricidad: carcasas de dispositivos móviles, soportes de CDs/DVDs/Blu‑ray, conectores, cajas de distribución.
- Seguridad y defensa: viseras de cascos, escudos antidisturbios, gafas de protección balística, ventanas de aeronaves.
- Medicina y laboratorio: equipos esterilizables (autoclave a 121 °C), carcasas de dispositivos médicos, conectores libres de BPA para aplicaciones específicas (grados especiales).
- Consumo y hogar: botellas reutilizables, utensilios de cocina, lentes oftálmicas, carcasas de electrodomésticos.
Comparativa con materiales similares
Sección titulada «Comparativa con materiales similares»Frente a otros termoplásticos transparentes, el PC ofrece la mejor resistencia al impacto (hasta 30 veces superior al vidrio y 10 veces al PMMA). Comparado con el poli(metacrilato de metilo) (PMMA), el PC es más tenaz y soporta mayores temperaturas, aunque el PMMA presenta mejor resistencia al rayado superficial y a la intemperie sin protección UV. Respecto al ABS, el PC es transparente, más rígido y más resistente al calor, mientras que el ABS ofrece menor coste y mejor procesabilidad. Frente al vidrio templado, el PC pesa menos de la mitad, es virtualmente irrompible y puede ser termoformado, aunque su resistencia al rayado y a los agentes químicos es inferior.
| Material | Densidad (g/cm³) | Resistencia a tracción (MPa) | Resistencia al impacto Izod (J/m) | Transparencia | Temperatura de uso máx. (°C) |
|---|---|---|---|---|---|
| Policarbonato (PC) | 1.20 | 55–75 | 600–850 | Sí, excelente | 115–130 |
| PMMA (acrílico) | 1.19 | 65–75 | 15–25 | Sí, excelente | 70–90 |
| ABS | 1.04–1.06 | 35–50 | 200–400 | Opaco (transparente en grados especiales) | 80–100 |
| Vidrio templado | ~2.5 | 40–120 (flexión) | Frágil | Sí | >200 |
Mecanizado y transformación
Sección titulada «Mecanizado y transformación»El policarbonato puede procesarse por inyección, extrusión, termoformado y soplado, siendo el moldeo por inyección el método más extendido. Para el mecanizado por arranque de viruta (torneado, fresado, taladrado), se recomienda usar herramientas de filo vivo, refrigeración abundante y bajas velocidades de corte a fin de evitar el sobrecalentamiento y la formación de grietas por tensión. El material exige un secado previo riguroso (4 h a 120 °C) para eliminar la humedad y prevenir la degradación hidrolítica durante el procesado. Las piezas mecanizadas pueden requerir un recocido posterior a 120–130 °C para aliviar tensiones internas.
Nomenclatura y designaciones
Sección titulada «Nomenclatura y designaciones»En el ámbito industrial, el policarbonato se reconoce por las siglas PC según ISO 1043‑1 y ASTM D7611. Algunos nombres comerciales ampliamente difundidos son Lexan™ (SABIC), Makrolon® (Covestro), Panlite® (Teijin) y Calibre™ (Trinseo). Los grados específicos incluyen calidades de uso general, ignífugas (V‑0, V‑2), estabilizadas a UV, reforzadas con fibra de vidrio (PC‑GF) y mezclas como PC/ABS o PC/PBT para aplicaciones de ingeniería.
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Cuál es la densidad típica del policarbonato?
Sección titulada «¿Cuál es la densidad típica del policarbonato?»La densidad del policarbonato estándar no reforzado es de 1.20 g/cm³ (74.9 lb/ft³), pudiendo llegar a 1.22 g/cm³ en algunos grados y hasta 1.38 g/cm³ en versiones conductivas con carga de carbono.
¿Qué resistencia al impacto ofrece el PC comparado con otros plásticos?
Sección titulada «¿Qué resistencia al impacto ofrece el PC comparado con otros plásticos?»El policarbonato exhibe una resistencia al impacto Izod de entre 600 J/m y 850 J/m (11‑16 ft·lb/in), lo que lo sitúa como uno de los termoplásticos más tenaces, superando en más de 30 veces al vidrio y en torno a 10 veces al polimetilmetacrilato (PMMA).
¿Hasta qué temperatura puede trabajar el policarbonato de forma continua?
Sección titulada «¿Hasta qué temperatura puede trabajar el policarbonato de forma continua?»La temperatura de uso continuo en aire oscila entre 115 °C y 130 °C (239–266 °F), mientras que la temperatura de transición vítrea (Tg) se encuentra en 147 °C (297 °F), marcando el límite de rigidez estructural.
¿Es el policarbonato resistente a la radiación ultravioleta?
Sección titulada «¿Es el policarbonato resistente a la radiación ultravioleta?»Sin protección, el policarbonato presenta una resistencia UV regular y tiende a amarillear con la exposición prolongada a la intemperie. Los grados estabilizados mediante coextrusión o aditivos absorbedores de UV mejoran significativamente el comportamiento a largo plazo, siendo clasificados como “UV‑resistentes”.
¿Qué productos químicos dañan al policarbonato?
Sección titulada «¿Qué productos químicos dañan al policarbonato?»El PC es atacado por ácidos concentrados, cetonas, hidrocarburos aromáticos y algunos álcalis concentrados. Por el contrario, muestra buena resistencia frente a ácidos diluidos, alcoholes, grasas y aceites, así como al agua dulce y salada.
¿Cuál es la conductividad térmica del policarbonato?
Sección titulada «¿Cuál es la conductividad térmica del policarbonato?»La conductividad térmica del PC a 23 °C es baja, con un valor de 0.19–0.22 W/(m·K) (1.32–1.53 BTU·in/(h·ft²·°F)), lo que lo convierte en un aislante térmico eficaz y adecuado para aplicaciones de acristalamiento que requieren control energético.
Fuentes consultadas
Sección titulada «Fuentes consultadas»- azom.com: https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=2008
- engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/polymer-properties-d_1222.html
- steelnumber.com: https://www.steelnumber.com/en/steel_composition_eu.php?name_id=591