Polikarbonat (pendek kata PC)

Polikarbonat (PC) ialah plastik kejuruteraan termoplastik linear yang mengandungi kumpulan karbonat. Sejak pengindustriannya pada tahun 1950-an, ia telah menjadi bahan utama yang sangat diperlukan dalam pembuatan mewah kerana ketelusan yang sangat baik, rintangan hentaman dan rintangan haba. Daripada komponen lutsinar dalam aeroangkasa kepada kanta kaca mata setiap hari, daripada botol bayi kepada kaca kalis peluru, PC telah menunjukkan kelebihan yang tidak boleh ditukar ganti dalam banyak bidang dengan prestasi komprehensifnya yang unik, sambil sentiasa mengembangkan sempadan aplikasinya dalam inovasi alam sekitar dan peningkatan teknologi.

1、 Struktur Molekul dan Ciri Teras

Kecemerlangan PC terletak pada struktur rantai molekulnya yang unik. Kumpulan cincin benzena dan karbonat yang terkandung dalam unit berulang membentuk rangka molekul yang tegar dan fleksibel: cincin benzena memberikan ketegaran bahan dan rintangan haba, manakala ikatan eter dalam kumpulan karbonat memberikan tahap fleksibiliti tertentu. Struktur ini membolehkan PC mengekalkan kekuatan tinggi sambil mempunyai rintangan hentaman yang sangat baik.

Prestasi cemerlang dalam sifat mekanikal

Rintangan hentaman PC adalah ciri yang paling ketara, dengan kekuatan hentaman takuk sehingga 60-80 kJ/m ², iaitu 250 kali ganda daripada kaca biasa dan 30 kali ganda daripada PMMA. Ia masih boleh mengekalkan lebih 70% keliatan impaknya pada -40 ℃, menjadikannya digunakan secara meluas dalam senario yang memerlukan rintangan hentaman. Kekuatan tegangannya ialah 60-70MPa, modulus lenturan ialah 2200-2400MPa, dan ketegarannya lebih baik daripada kebanyakan plastik biasa, yang boleh memenuhi keperluan mekanikal komponen struktur. Walau bagaimanapun, rintangan haus PC adalah lemah dan pekali geseran adalah tinggi (0.3-0.4), yang perlu diperbaiki dengan menambah pelincir atau mengadun dengan PTFE.

Kelebihan prestasi optik dan haba

PC mempunyai ketelusan yang sangat baik, dengan ketransmisian cahaya sehingga 89% -90%, jerebu kurang daripada 1%, dekat dengan PMMA dan kaca, dan ketransmisian rendah untuk sinaran ultraungu (hampir tiada ketransmisian di bawah 300nm), menjadikannya sesuai untuk membuat kanta pelindung matahari dan komponen lutsinar luar. Suhu herotan habanya (HDT, 1.82MPa) ialah 130-140 ℃, dan suhu penggunaan berterusannya ialah 120-130 ℃. Ia boleh digunakan untuk jangka masa yang singkat pada suhu air mendidih, yang lebih baik daripada bahan seperti ABS dan PS. PC mempunyai pekali pengembangan linear yang rendah (6-7 × 10 ⁻⁵/℃), kestabilan dimensi yang baik, dan sesuai untuk penghasilan komponen ketepatan.

Ciri-ciri Kimia dan Pemprosesan

PC mempunyai toleransi yang baik terhadap air, asid cair, dan larutan garam, tetapi boleh terhakis oleh pelarut organik seperti keton, ester, dan hidrokarbon aromatik. Prestasi pemprosesannya adalah istimewa, dengan kelikatan cair yang tinggi, memerlukan pengacuan pada suhu tinggi (260-300 ℃) dan tekanan, dan penyerapan lembapan yang kuat (kadar penyerapan air keseimbangan 0.3%). Sebelum pemprosesan, ia mesti dikeringkan dengan ketat (kandungan lembapan ≤ 0.005%), jika tidak kecacatan seperti buih dan wayar perak mungkin berlaku. PC boleh dibentuk melalui pengacuan suntikan, penyemperitan, pengacuan tamparan dan proses lain, sesuai untuk menghasilkan produk telus dengan bentuk yang kompleks. Walau bagaimanapun, kadar pengecutan acuan adalah rendah (0.5% -0.7%), dan kawalan suhu acuan yang tepat diperlukan untuk mengurangkan tekanan dalaman.

2、 Proses pengeluaran dan sumber bahan mentah

Proses pengeluaran PC adalah kompleks dan mempunyai halangan teknikal yang tinggi. Intinya adalah untuk membentuk rantai polimer melalui tindak balas pemeluwapan bisfenol A dan difenil karbonat. Ketulenan bahan mentah dan kawalan proses secara langsung mempengaruhi prestasi produk.

Sistem bahan mentah dan rantaian industri

Bahan mentah utama untuk PC ialah bisphenol A (BPA) dan diphenyl carbonate (DPC), dengan bisphenol A menyumbang lebih 70% daripada kos bahan mentah. Ia dihasilkan oleh pemeluwapan fenol dan aseton di bawah pemangkin berasid; Difenil karbonat dihasilkan melalui tindak balas fenol dengan fosgen atau tindak balas karbonilasi oksidatif. Penggunaan fosgen dalam proses tradisional menimbulkan bahaya keselamatan, dan pada masa ini kaedah bukan fosgen mesra alam (kaedah pertukaran ester) telah menjadi arus perdana. Bisphenol A dan difenil karbonat kedua-duanya berasal daripada rantaian industri petrokimia. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kemajuan telah dicapai dalam penyelidikan dan pembangunan bisphenol A berasaskan bio, yang menghasilkan fenol melalui penapaian biojisim dan menyediakan kemungkinan untuk penghijauan PC.

Perbandingan proses pengeluaran arus perdana

Terdapat dua proses utama untuk pengeluaran industri PC: kaedah pertukaran ester cair dan kaedah pemeluwapan antara muka. Kaedah pertukaran ester cair mengalami tindak balas pertukaran ester antara bisfenol A dan difenil karbonat di bawah suhu tinggi (200-300 ℃) dan keadaan vakum, mengeluarkan molekul kecil fenol untuk membentuk cair PC. Proses ini tidak memerlukan pelarut dan mempunyai perlindungan alam sekitar yang baik, tetapi memerlukan keperluan pengedap peralatan yang tinggi, menjadikannya sesuai untuk menghasilkan PC berat molekul rendah hingga sederhana (kelikatan intrinsik 0.3-0.6dL/g). Kaedah pemeluwapan antara muka bertindak balas pada antara muka antara fasa akueus dan organik. Bisphenol A garam natrium dan fosgen mengalami pemeluwapan dalam diklorometana, menghasilkan produk berat molekul yang tinggi (kelikatan intrinsik 0.6-1.0 dL/g). Walau bagaimanapun, ia memerlukan rawatan klorin yang mengandungi air sisa dan menghadapi tekanan persekitaran yang tinggi. Pada masa ini, ia secara beransur-ansur digantikan dengan kaedah lebur.

Selepas pempolimeran selesai, leburan PC diekstrusi dan digranulasi menjadi zarah lutsinar, dan bahan tambahan seperti antioksidan (untuk mengelakkan degradasi suhu tinggi), penyerap UV (untuk meningkatkan rintangan cuaca), dan agen pelepas (untuk meningkatkan kebolehprosesan) ditambah mengikut keperluan. PC gred makanan memerlukan kawalan ketat sisa bisphenol A (≤ 0.05mg/kg), manakala PC gred perubatan memerlukan pensijilan biokeserasian (seperti USP Kelas VI).

3、 Sistem pengelasan dan teknologi pengubahsuaian

PC telah membentuk sistem produk yang pelbagai melalui peraturan berat molekul dan teknologi pengubahsuaian, yang boleh memenuhi keperluan prestasi senario yang berbeza. Kaedah pengelasan utama termasuk berat molekul, ciri fungsi, dan kaedah pemprosesan.

Klasifikasi asas dan gred biasa

Mengikut kelikatan intrinsik (indeks berat molekul), ia boleh dibahagikan kepada kelikatan rendah (0.3-0.5 dL/g, kebolehliran tinggi, sesuai untuk pengacuan suntikan berdinding nipis), kelikatan sederhana (0.5-0.7 dL/g, senario sejagat), dan kelikatan tinggi (0.7-1.0 dL berkekuatan tinggi yang sesuai). Mengikut ciri fungsi, ia dibahagikan kepada gred umum (prestasi asas, digunakan untuk komponen telus), gred rintangan cuaca (ditambah dengan penyerap ultraviolet, digunakan untuk produk luar), gred kalis api (diperakui oleh tahap UL94 V0, digunakan untuk peranti elektronik), dan gred perubatan (keterlarutan rendah, digunakan untuk peranti perubatan).

Teknologi Pengubahsuaian dan Bahan Aloi

Teknologi pengubahsuaian PC digunakan terutamanya untuk mengimbangi rintangan haus yang lemah dan rintangan kimia yang tidak mencukupi: menambah gentian kaca (10% -40%) untuk pengubahsuaian tetulang, meningkatkan kekuatan tegangan kepada 100-150MPa, dan meningkatkan suhu ubah bentuk panas kepada 160-180 ℃, sesuai untuk membuat komponen struktur; Tahan haus yang diubah suai dengan pelincir seperti PTFE dan silikon, mengurangkan pekali geseran lebih daripada 50%, digunakan untuk bahagian bergerak seperti galas dan gear; Pengubahsuaian tahan kimia diadun dengan ABS, PBT, dan bahan lain untuk meningkatkan rintangan pelarut. Sebagai contoh, aloi PC/ABS menggabungkan rintangan haba PC dan rintangan kimia ABS, dan digunakan secara meluas dalam bahagian dalaman automotif.

Aloi PC adalah arah penting untuk mengembangkan aplikasinya. Aloi PC/ABS menyumbang lebih daripada 70% daripada jumlah aloi PC, dengan kekuatan hentaman 20-50kJ/m ², suhu ubah bentuk panas 100-120 ℃, dan kos yang lebih rendah daripada PC tulen. Aloi PC/PET meningkatkan rintangan minyak dan kebolehprosesan, dan digunakan untuk komponen persisian enjin automotif; Aloi PC/PMMA meningkatkan rintangan calar PC dan digunakan untuk sarung dan kanta telefon mudah alih.

4、 Kawasan aplikasi yang pelbagai

PC, dengan gabungan kelebihan ketelusan, kekuatan tinggi dan rintangan haba, menduduki kedudukan teras dalam bidang seperti elektronik, automotif, perubatan dan pembinaan, dan merupakan bahan penting untuk pembuatan mewah.

Industri elektronik dan 3C: penekanan yang sama terhadap ketelusan dan perlindungan

Sektor elektronik ialah pasaran terbesar untuk PC, dengan sarung telefon dan bingkai skrin komputer riba menggunakan rintangan hentaman dan kestabilan dimensi aloi PC/ABS; Bingkai hadapan monitor dan TV diperbuat daripada PC kalis api, yang memenuhi keperluan perlindungan kebakaran. Komponen lutsinar produk 3C, seperti kanta pelindung untuk kamera telefon mudah alih dan sarung tablet, diperbuat daripada PC kalis calar (rawatan pengerasan permukaan) dengan transmisi cahaya 90% dan rintangan hentaman. Di samping itu, tudung lampu LED dan kanta optik juga bergantung pada ketelusan dan rintangan haba PC (untuk menyesuaikan diri dengan pelesapan haba LED).

Industri Automotif: Menggabungkan Keselamatan dan Pemberat Ringan

Aplikasi PC dalam kereta memberi tumpuan kepada komponen keselamatan dan telus: penutup lampu hadapan diperbuat daripada PC tahan cuaca, yang mempunyai ketransmisian cahaya yang tinggi dan rintangan kepada hentaman kerikil, dan beratnya hanya separuh daripada kaca; Penutup papan pemuka dan tingkap (seperti bumbung matahari panoramik) meningkatkan keselamatan pemanduan dengan menggunakan ketelusan dan rintangan hentamannya. Sarung bateri kenderaan tenaga baharu diperbuat daripada aloi PC/ABS kalis api, yang mempunyai penebat dan rintangan api. Beratnya berkurangan lebih daripada 30% berbanding dengan sarung logam. Setiap kereta boleh menggunakan 5-15kg PC, yang merupakan bahan utama untuk penyepaduan ringan dan fungsian kereta.

Bidang Perubatan dan Kesihatan: Jaminan Keselamatan dan Kebersihan

PC gred perubatan digunakan secara meluas dalam peranti perubatan kerana ketelusannya, rintangan pensterilan dan biokompatibiliti, seperti set infusi dan sarung picagari di mana aliran cecair kelihatan jelas; Cangkang dialisis darah tahan terhadap pensterilan wap suhu tinggi (121 ℃); Topeng oksigen dan topeng anestesia diperbuat daripada campuran PC lembut, yang sesuai dengan muka dan tidak mempunyai bau. Dalam bidang sentuhan makanan, botol air PC dan botol bayi mesti mematuhi piawaian FDA dan GB 4806.6, dan mengawal ketat pembubaran bisphenol A.

Seni Bina dan Perlindungan: Mengimbangi Ketelusan dan Ketahanan

Dalam bidang seni bina, papan PC (lapisan tunggal, berongga dua lapisan) digunakan untuk lampu langit dan penghadang bunyi, dengan penghantaran cahaya melebihi 80% dan rintangan hentaman 200 kali ganda daripada kaca. Mereka juga ringan dan mudah dipasang. Dalam bidang perlindungan, kaca kalis peluru (komposit PC dan kaca), topi keledar keselamatan, dan gogal menggunakan rintangan hentaman PC untuk memberikan perlindungan yang boleh dipercayai. Di samping itu, paip PC digunakan untuk saluran paip air panas dan pengangkutan bendalir industri kerana rintangan suhu dan tekanannya.

5、 Perlindungan Alam Sekitar dan Trend Pembangunan

Kemesraan alam sekitar PC telah lama terjejas oleh kontroversi mengenai bisphenol A. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, ia telah diselesaikan secara beransur-ansur melalui inovasi teknologi, manakala industri sedang menuju ke arah pembangunan berprestasi tinggi dan hijau.

Pertikaian dan Penyelesaian Bisphenol A

Gangguan endokrin bisphenol A telah menimbulkan kebimbangan tentang keselamatan PC. Pada masa ini, terdapat dua cara untuk menangani isu ini: satu ialah membangunkan PC percuma bisphenol A, menggunakan monomer berasaskan bio seperti isosorbid untuk menggantikan bisphenol A, yang telah digunakan secara komersial, terutamanya dalam bidang produk bayi dan kanak-kanak; Yang kedua ialah mengoptimumkan proses pengeluaran dan mengurangkan jumlah sisa bisphenol A. Jumlah penghijrahan bisphenol A dalam PC gred makanan telah dikawal dalam had keselamatan (peraturan EU ≤ 0.05mg/kg).

Kitar semula dan ekonomi pekeliling

Teknologi kitar semula fizikal PC adalah matang. Selepas menyusun, membersihkan, menghancurkan dan mencairkan granulasi, produk PC yang dibuang boleh digunakan untuk menghasilkan produk bukan sentuhan makanan (seperti sarung elektrik dan tong sampah), dan nisbah campuran bahan kitar semula boleh mencapai 30% -50%. Kitar semula kimia menguraikan PC menjadi bisfenol A dan difenil karbonat melalui tindak balas penyahpolimeran, yang digunakan semula untuk pempolimeran untuk mencapai peredaran gelung tertutup. Pada masa ini, teknologi ini telah memasuki peringkat perindustrian di Eropah. Kadar kitar semula PC global adalah kira-kira 15% -20%, dan ia dijangka meningkat kepada lebih 30% menjelang 2030.

Arah inovasi teknologi

Pembangunan PC masa depan akan memberi tumpuan kepada tiga arah: peningkatan prestasi tinggi melalui reka bentuk molekul untuk meningkatkan rintangan haba (suhu ubah bentuk terma melebihi 160 ℃) dan rintangan kimia, berkembang ke bidang kejuruteraan suhu tinggi; Pembangunan fungsional PC antibakteria (dengan tambahan ion perak) dan PC konduktif terma (grafena komposit) untuk memenuhi keperluan pelesapan haba perubatan dan elektronik; Promosi hijau menggalakkan perindustrian PC berasaskan bio. Pada masa ini, PC dengan kandungan berasaskan bio sebanyak 30% -50% telah dikomersialkan, dan PC berasaskan bio sepenuhnya sedang dalam pembangunan. Di samping itu, aplikasi wayar PC khusus pencetakan 3D dalam bidang pembuatan diperibadikan sedang berkembang pesat disebabkan ketepatan pembentukannya yang tinggi.

Sebagai plastik kejuruteraan berprestasi tinggi, sejarah pembangunan PC mencerminkan mengejar keseimbangan komprehensif "ketelusan rintangan haba" dalam sains bahan. Daripada pembuatan mewah kepada keperluan harian, PC menyokong kemajuan teknologi masyarakat moden dengan prestasi uniknya. Dengan kejayaan teknologi perlindungan alam sekitar dan promosi ekonomi bulat, PC akan mencapai pembangunan yang lebih mampan sambil mengekalkan kelebihan prestasinya, dan terus memainkan peranan teras bahan mewah.