Zwei verschiedene Kunststoffe
Polycarbonat ist ein thermoplastisches Material mit sehr hoher Schlagzähigkeit und ist in undurchsichtigen, durchsichtigen und transparenten Sorten erhältlich. GFK-Gehäuse sind ein Verbundmaterial: Polyesterharz, verstärkt mit Glasfasern, typischerweise aus Blatt oder Masseformkunststoff (SMC oder BMC) geformt. Das Glas macht das FRP steif; Polycarbonat ist zäh und leicht zu bearbeiten. Beide Materialien werden geformt, weshalb ein individuelles nichtmetallisches Gehäuse von einer Standardformgröße ausgeht, mit den Ausschnitten entsprechend Ihrer Layoutvorgabe gefertigt. Für eine Vergleichstabelle dieser beiden Materialien mit Edelstahl, Stahl und Aluminium siehe enclosure materials compared.
Eigenschaften im Vergleich
| Eigenschaft | Polycarbonat | GFK (Polyester SMC) |
|---|---|---|
| Dichte | 1.20 g/cm³ | 1.65–1.90 g/cm³ |
| Zugmodul | 2.4 GPa | 11–12.7 GPa |
| Wärmeleitfähigkeit | 0.2 W/m·K | 0.30–0.36 W/m·K |
| Thermische Ausdehnung | 65 × 10⁻⁶ /K | nicht verglichen (Quellen inkonsistent) |
| Relativer thermischer Index (UL 746B) | 115–125 °C | 130 °C (eine Sorte) |
| Betriebsbereich, Gehäusehersteller | −50 bis +120 °C (ein Hersteller); −40 bis +80 °C langfristig (ein anderer) | typischerweise −50 bis +150 °C (ein Hersteller) |
| UL-94-Flammschutzklasse | HB bis V-0, abhängig von der Werkstoffart und Dicke | V-0 bei 1.5–3.0 mm; 5VA bei 3.0 mm für eine Sorte |
| Lichtdurchlässigkeit | etwa 88% bei 3 mm (klare Sorten) | undurchsichtig |
Die Werte stammen aus Harz- und Verbundstoff-Datenblättern sowie aus technischen Datenblättern von Gehäuseherstellern, die unten aufgelistet sind; sie variieren je nach Werkstoff, verwenden Sie daher die Angaben für das Gehäuse, das Sie kaufen. Der relative thermische Index ist eine Langzeit-Ausfallsbewertung und kein maximales Betriebstemperatur.
Schlagfestigkeit, Steifigkeit und Kälte
Die Stärke von Polycarbonat ist seine Zähigkeit. Ein Datenblatt für eine UV-stabilisierte Sorte gibt eine Durchschlagsenergie von 60 J bei 23 °C und 65 J bei −30 °C an, also absorbiert es Schläge auch bei Kälte. Seine Kerbschlagzähigkeit fällt jedoch von 70 kJ/m² bei 23 °C auf 15 kJ/m² bei −30 °C, also spielen Kerben, Kratzer und scharfe Ecken bei Kälte eine größere Rolle. Die veröffentlichten Schlagzähigkeits-Einstufungen von Gehäuseherstellern zeigen dasselbe Muster; eine Polycarbonat-Linie ist bei +IK10 °C unter IEC 35 mit IK09 und bei −25 °C mit 62262 eingestuft.
GFK gibt etwas von dieser Härte für Steifigkeit. Bei 11–12.7 GPa ist sie etwa fünfmal steifer als Polycarbonat, sodass große Türen und Wände unter Last weniger verbiegen. Aufprallwiderstand für GFK-Gehäuse sind produktabhängig; eine Polyesterlinie, die wir fanden, ist mit IK08 eingestuft. Fragen Sie nach dem IK-Code des tatsächlichen Gehäuses.
Für den Außenbereich enthält UL 746C (1995 Ausgabe) einen Kälteausfallschlag-Test, bei dem Proben auf −35 °C gekühlt werden und 3 Stunden lang in dieser Kälte bleiben, bevor sie geschlagen werden. Prüfen Sie die Ausgabe, die Ihr Zertifizierer verwendet.
Sonnenlicht, UV und die f1-Bewertung
UL 746C bewertet polymerische Materialien für den Außenbereich. Ein Material mit einer f1-Bewertung ist für den Außenbereich geeignet hinsichtlich UV-Licht, Wasserexposition und Tauchfähigkeit; f2 bedeutet, dass es nur teilweise getestet wurde oder nur eingeschränkt bestanden hat. In der 1995-Auflage von UL 746C beträgt die UV-Beständigkeit im Außenbereich 720 Stunden Carbon-Arc oder 1,000 Stunden Xenon-Arc-Bestrahlung, nach der die Flamme-Klasse nicht sinken darf und die Schlüsselmerkmale mindestens 70% ihres ursprünglichen Werts behalten müssen.
- Polycarbonat benötigt UV-Stabilisierung im Freien. Ein Gehäusehersteller bemerkt, dass klares Polycarbonat, dem UV-Strahlung ausgesetzt, nach einigen Jahren gelblich wird und die Schlagzähigkeit verliert; gefärbte und UV-stabilisierte Sorten sind besser beständig.
- GFK-Oberflächen verwittern unter UV-Strahlung langsam, bis Glasfasern an der Oberfläche sichtbar werden („Faserblüte“). Hersteller sind sich uneinig, wie groß die Bedeutung ist: Ein Hersteller sagt, dass die Blüte die strukturelle Integrität oder die NEMA-Bewertung nicht beeinflusst, ein Kompositfertiger sagt, dass sie mechanischen Schaden verursachen kann. UV-hemmende Harzformulierungen verlangsamen dies.
Für beide Materialien im Außenbereich, fragen Sie nach einem Material f1-rated und berücksichtigen Sie die Sonnenwärmebelastung, wie in außenmontierten Schaltschränken beschrieben. Wetterdaten beziehen sich auf eine Werkstoffart und Farbe, und ein Gehäuse, das seinen IP-Test besteht, hat noch nicht gezeigt, dass es Jahre im Sonnenlicht überdauert; die Qualifizierung eines Kunststoffgehäuses für UV-Belastung im Freien erfolgt über Werkstoffdaten, Pigmente, Beschichtungen und Tests am fertigen Teil.
Chemikalienbeständigkeit
Hier unterscheiden sich die beiden am meisten. Der chemikalienbeständigkeitsguide des Polycarbonat-Herstellers (sechs Tage bei 23 °C) berichtet:
- Nicht beständig: Alkalien selbst bei 1% (Natrium- und Kaliumhydroxid), Ammoniak bei 0.1%, Aminen und Methanol. Alkalien katalysieren Hydrolyse, und Ammoniak und Aminen sind „besonders aggressiv in Anwesenheit von Spuren von Wasser".
- Schwillt oder löst sich auf: Aceton, MEK, Benzol, Xylol, Acetatethyl und chlorierte Lösungsmittel.
- Beständig: 10% Essigsäure, Salzsäure, Schwefelsäure und Salpetersäure, 10% Zitronensäure, Hexan, Silikon- und Paraffinöle sowie die meisten Industrieöle und Schmierstoffe (aber nicht Benzin oder Diesel).
Polycarbonat kann auch Rissbildung unter Zugspannung und chemischer Belastung aufweisen, beispielsweise wenn PVC-Kabelisolierung mit Schutzschicht an eine geformte Teile stößt. Der Hersteller weist darauf hin, dass Teile mit geringer Belastung in geeigneten Sorten häufige Reinigung mit 2% Laugen bei 80 °C bei kurzer Kontaktzeit standhalten können, weshalb Washdown nicht ausgeschlossen ist, jedoch Laugen- und ammonia-haltige Reiniger die Hauptgefahr darstellen.
GFK-verstärkter Polyester wird in petrochemischen, Wasserbehandlungs- und marinen Anlagen sowie in Gegenwart organischer Lösungsmittel, Alkohole und mittelstarker Säuren und Laugen eingesetzt. Bei starken Laugen wie konzentrierter Natronlauge stimmen die Widerstandstabellen der Gehäusehersteller nicht überein, und ein Herstellerdokument widerspricht sich selbst. Wenn Ihre Anlage einen bestimmten Reiniger in einer bestimmten Konzentration verwendet, nennen Sie ihn in Ihrer Angebotsanfrage und prüfen Sie ihn gegen die Materialdaten oder erwägen Sie 316L Edelstahl.
Flammenbeständigkeit: UL 94 ist eine Materialeigenschaft
UL-94 klassifiziert, wie sich eine Kunststoffprobe in einem Kleinfackeltest verhält. Bei dem vertikalen Test wird die Flamme zweimal für 10 Sekunden angezündet:
| Klasse | Nachbrennen, jedes Probekörper | Gesamt, 10 Anwendungen | Flammende Tropfen entzünden Baumwolle |
|---|---|---|---|
| V-0 | ≤ 10 s | ≤ 50 s | Nein |
| V-1 | ≤ 30 s | ≤ 250 s | Nein |
| V-2 | ≤ 30 s | ≤ 250 s | Ja |
HB ist der horizontale Test: das Material brennt langsamer als ein festgelegter Rate (40 mm/min für 3–13 mm Proben, 75 mm/min unter 3 mm). Die 5V-Klassen verwenden einen Flammenstich, der etwa fünfmal schlimmer ist als die V- und HB-Tests, mit keinem flammenden Tropfen erlaubt; 5VA-Plaketten dürfen nicht durchbrennen, während 5VB-Plaketten eine Öffnung bilden können.
Drei Punkte für Käufer. Erstens hängt die Klasse von der Dicke ab: eine flammenhemmende Polycarbonat-Grade ist V-2 bei 1.0 mm und V-0 bei 3.0 mm, also bedeutet eine Bewertung ohne ihre Dicke wenig. Zweitens weist UL darauf hin, dass die meisten UL 94-Ergebnisse nicht für Materialien dicker als 13.0 mm oder größer als 1 m² gelten. Drittens macht ein V-0-Material kein V-0- oder zugelassenes Gehäuse: UL 94 bewertet das Kunststoff, und ULs eigene Materialkarten sagen, dass die Akzeptabilität der Kombination in einem Endprodukt separat entschieden wird. Siehe UL 50E, NEMA 250 und Zulassung.
Wireless-Signale, EMI und Erdung
Beide Materialien lassen Funksignale durch. Polycarbonat und Polymer-GFK-Verbunde ermöglichen es einem drahtlosen Gerät, innerhalb des Gehäuses zu funktionieren, "ohne merklichen Einfluss" auf das Signal, was ein häufiger Grund ist, sie für Radios, Gateways und RFID-Reader zu wählen. Die andere Seite dieser Eigenschaft: Kunststoffe bieten vernachlässigbare EMI-Schirmung, es sei denn, sie sind galvanisiert oder mit einer leitenden Schicht beschichtet, weshalb EMI-anfällige Geräte in Metallgehäusen untergebracht werden sollten. Ein nichtmetallisches Gehäuse bietet zudem keinen Erdungsweg: NEC 314.3 erlaubt nichtmetallische Kästen nur mit metallischen Leitungen oder metallisch verkleideten Kabeln, wenn die metallischen Teile innerhalb des Kastens miteinander verbunden sind (prüfen Sie die Ausgabe, die von Ihrer zuständigen Behörde verpflichtend ist), wie in Erden und Verbinden von Gehäusen beschrieben.
Schneiden und Bohren
Polycarbonat lässt sich leicht mit scharfen Werkzeugen bearbeiten. Kühlen Sie mit Druckluft oder einer leichten Wassernebel, und vermeiden Sie Kohlenwasserstoffschneidöle oder aggressive Kühlmittel, die zu Spannungsrissen führen können. Ein Gehäusehersteller empfiehlt keine Bohrmaschinen für Polycarbonat.
GFK ist abrasiv. Ein stumpfes Schneidwerkzeug ist die häufigste Ursache für fehlerhafte Bohrungen; Carbide- oder Diamantkernbohrer bei hoher Geschwindigkeit und geringer Vorschubrate reduzieren das Rissbildung, und Schnellarbeitsstahl verschleißt schnell. Das Schneiden erzeugt Glasstaub, daher ist Schutz für die Augen und die Atemwege erforderlich.
Egal, welcher Weg gewählt wird, jede Öffnung muss durch eine Kabelverschraubung oder ein Komponentenmaterial abgedichtet werden, das mindestens so hoch bewertet ist wie das Gehäuse, sonst verliert das Gehäuse seine Bewertung: siehe Ausschnitte, Kabelverschraubungen und HMI-Fenster.
Welches wählen
| Anwendung | Wählen Sie |
|---|---|
| Schlagfestigkeit, Vandalismus, herabfallende Werkzeuge | Polycarbonat |
| Klarer Deckel oder durchsichtige Tür | Polycarbonat (UV-stabilisiert für den Außenbereich) |
| Großes Gehäuse, schweres Montageblatt | GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff) |
| Hohe Umgebungstemperatur | GFK, nach Überprüfung des veröffentlichten Bereichs |
| Kontakt mit caustischen Substanzen, Ammoniak oder Lösungsmitteln | GFK, gegen den spezifischen Chemikalie geprüft; oder 316L Edelstahl |
| Außenbereich, langer Sonneneinstrahlung | Entweder mit Material f1-rated |
| Wireless-Gerät im Inneren | Entweder |
| EMI-Schirmung erforderlich | Keines von beiden: verwenden Sie ein metallisches Gehäuse |
Individuelle Konfigurationen. NEMA4 Enclosure fertigt individuelle Polycarbonat- und GFK-Gehäuse in Standard-Formgrößen, nach Ihrer Layoutvorgabe, neben 304 und 316L Edelstahl, pulverbeschichtetem Kohlenstoffstahl und Aluminium. NEMA-Typen sind Herstelleinstufungen für das spezifizierte Design; die Gehäuse sind nicht UL-gelistet. Aus einer einzigen Stück, per E-Mail angefragt, geliefert innerhalb von 10 Werktagen nach Ihrer Freigabe der Zeichnung.
Häufig gestellte Fragen
Ist Polycarbonat oder GFK besser im Freien?
Beide eignen sich für den Außenbereich, wenn das Material eine Bewertung von f1 unter UL 746C hat. Polycarbonat benötigt eine UV-beständige Sorte und kann im Laufe der Jahre gelb werden; GFK kann auf der Oberfläche Faserblüten zeigen. GFK hat den höheren Temperaturbereich.
Welches ist stärker, Polycarbonat oder GFK?
Sie sind auf unterschiedliche Weise stark. Polycarbonat nimmt Schläge besser auf; Glasfaser ist etwa fünfmal stiffer, sodass sie sich unter Last und bei großen Panels weniger verbiegt.
Können Polycarbonat-Gehäuse in Washdown-Bereichen verwendet werden?
Ja, mit Vorsicht gegenüber Chemikalien. Polycarbonat wird von Alkalien, Ammoniak und vielen Lösungsmitteln angegriffen, prüfen Sie daher die Reiniger und Desinfektionsmittel, die verwendet werden. Für aggressive Waschvorgänge ist GFK oder Edelstahl in der Regel die sicherere Wahl.
Bedeutet eine UL 94 V-0-Bewertung, dass das Gehäuse feuerschutzfähig ist?
Die UL-Klassifizierung 94 bezieht sich auf das Kunststoffmaterial bei einer bestimmten Wandstärke. Sie bewertet oder listet nicht das fertige Gehäuse, das gemäß eigenen Standards als Produkt bewertet wird.
Blockieren GFK-Gehäuse Wi-Fi?
Nein. GFK und Polycarbonat lassen Radiosignale durch, weshalb sie für drahtlose Geräte verwendet werden. Beide bieten keinen EMI-Schutz, es sei denn, sie sind beschichtet.
Quellen
- UL Solutions, Brandungsversuche (Brandschutz) für Kunststoffe (UL 94 V, HB und 5V Kriterien)
- UL-Code-Verantwortliche, Verständnis von UL-94-Zertifizierungen und Grenzen (Grenzen von 13.0 mm und 1 m²)
- UL-Gelb-Karte für ein Polyester-SMC (Mindestdicke pro Klasse; Akzeptabilität der Kombination wird von UL bestimmt)
- UL Solutions, Verständnis der UL-746-Reihe (UL-746B Alterung, UL-746C f1 / f2)
- Bopla, Außenbereichsfähigkeit (f2 Definition)
- UL 746C (1995), Polymermaterialien: Verwendung in elektrischen Geräten (UV-Behandlung, Tabelle 26.1, Kälteauswirkung 57.4)
- Covestro, Makrolon 2807 UV-beständiges Polycarbonat Datenblatt
- Covestro, Makrolon 6555 feuerschutzbehandeltes Polycarbonat Datenblatt (V-2 bei 1.0 mm, V-0 bei 3.0 mm)
- Covestro, "Makrolon: die Chemikalienbeständigkeit" (Beständigkeits-Tabelle, Spannungsrissbildung, 2% caustische Reinigung)
- Altraset AS8125 elektrische SMC-Datenblatt (spezifisches Gewicht, Modul, UL 94 V-0 bei 3.0 mm)
- Altraset AS8115 elektrische SMC-Datenblatt (V-0 bei 1.5 mm, 5VA bei 3.0 mm)
- LyondellBasell, Premi-Glas 1200H-30 SMC Datenblatt (Dichte, Wärmeleitfähigkeit, RTI)
- LyondellBasell, Premi-Glas 2207-25 CR-SX SMC Datenblatt
- nVent HOFFMAN, Technische Informationen (Temperaturbereiche und Anwendungen von Polycarbonat und GFK)
- Fibox, Gehäusematerialien (UV-Gelbverfärbung von transparentem Polycarbonat; keine EMC-Abgeschirmung)
- Fibox ARCA Polycarbonat Erklärung (IK10 bei +35 °C, IK09 bei −25 °C; −40 bis +80 °C)
- Fibox Euronord P Polyester-Gehäuse (IK08)
- CompositesWorld, UV-Oberflächenverwitterung von GFK
- Allied Moulded, Ultraguard Bulletin (Faserblüte und strukturelle Integrität)
- Strongwell, UV-Wetterbeständigkeit von GFK-Produkten (Faserblühung)
- Stahlin, Tabellen zur chemischen Beständigkeit (GFK und Polycarbonat)
- Hammond, Vergleich von GFK und Polycarbonat (chemische Beständigkeitseinstufungen)
- Control Global, "Gehäuse sind mehr als nur eine Box" (nichtmetallische Gehäuse übertragen drahtlose Signale)
- Interference Technology, EMI-Schutz (Kunststoffe sind vernachlässigbar, es sei denn, sie sind beschichtet)
- Interstate Plastics, Polycarbonat-Verarbeitungsleitfaden (Kühlmittel und Spannungsrissbildung)
- Stahlin, Schneiden und Bohren (Werkzeuge, Schnittgeschwindigkeiten und Vorschub; Stanzwerkzeuge und Polycarbonat)
- Polycase, GFK vs. Polycarbonat (Augen- und Atemschutz beim Schneiden von FRP)
- BSI, IEC 62262 (IK-Code)
