پلی کربنات (PC)

توضیحات

پلی کربنات­‌ها (PC) گروهی از پلیمرهای ترموپلاستیک هستند که در ساختارهای شیمیایی خود گروه‌های عاملی کربنات دارند و ترکیبی منحصر به فرد از خواص را ارائه می‌دهند.

استحکام بالای پلی کربنات (PC) باعث می­‌شود که این ماده در برابر ضربه و شکستگی مقاوم باشد. برخی از گریدهای این ماده از نظر نوری شفاف هستند. از طرفی این پلیمر سبک وزن است؛ که آن را به جایگزینی عالی برای شیشه تبدیل کرده است. این موادبرای شکل‌دهی و  قالب‌گیری تحت گرما ذوب شده و با فشار زیاد در قالب قرار می­‌گیرد و از فرم گرمایی خوبی برخوردار هستند. به دلیل این ویژگی‌ها و همچنین قابلیت پردازش سازگار با محیط زیست و قابلیت بازیافت آن، این ماده به طور گسترده مورد استفاده قرار می­‌گیرد.

 

پلی کربنات از طریق پلیمریزاسیون تراکمی بیس فنول A و فسژن (کربنیل دی کلرید) تولید می‌­شود. اگرچه خصوصیات پلی کربنات شبیه پلی متیل متاکریلات (PMMA) است، اما پلی کربنات از نظر مکانیکی قوی‌تر است. نقطه ذوب این ماده 155 درجه سانتی‌گراد  است و در دامنه دمایی وسیع‌تری قابل استفاده است. پلی کربنات (PC) ماده‌ای نسبتا گران است. PC سازگاری بسیار خوبی با پلیمرهای خاص نشان می­‌دهد، به همین دلیل به طور گسترده­‌ای در ترکیباتی مانند PC / ABS ، PC / PET ، PC / PMMA استفاده می­‌شود. برخی از کاربردهای رایج این ماده عبارت است از ساخت CD، DVD، کلاه ایمنی، شیشه ضد گلوله، چراغ جلو اتومبیل، بطری­‌های تغذیه کودک، سقف و شیشه و غیره.

پلی کربنات ماده‌ای بادوام است. اگرچه این ماده مقاومت بالایی در برابر ضربه دارد، اما دارای مقاومت کمی در برابر خراش است. بنابراین، یک پوشش سخت به لنزهای عینک پلی کربنات و اجزای خارجی خودرو پلی کربنات اعمال می‌شود.

علاوه بر این، می‌­توان با افزودن ۵ تا ۴۰ درصد از پرکننده­‌هایی مانند الیاف شیشه یا الیاف کربن در دمای ۲۱۰ درجه فارنهایت، مقاومت آن را در برابر خزش پلی کربنات­‌ها را تا ۲۸ مگاپاسکال بهبود داد.

افزودن مواد افزودنی می­‌تواند بازدارندگی شعله، پایداری در برابر حرارت و نور UV و ثبات رنگ این ماده را بهبود بخشد. تثبیت کننده‌­های مبتنی بر بنزوتریازول برای تثبیت PC در برابر نور UV مفید هستند. آن­ها از تخریب در برابر UV نیز محافظت می‌­کنند. همچنین، تثبیت کننده­‌های مبتنی بر استرهای اسید فسفر، پایداری حرارتی پلی کربنات را بهبود می‌­بخشد. بازدارنده­‌های شعله مانند هالوژنه، بر پایه فسفر و بر پایه سیلیکون به طور گسترده‌­ای به عنوان افزودنی استفاده می­‌شوند.

در مقایسه خصوصیات پلی کربنات با خصوصیات پلی متیل متاکریلات (PMMA) می­‌توان گفت که پلی کربنات قوی‌تر است و به مدت طولانی­‌تری در دمای بالا خواص خود را حفظ می‌کند. پلی کربنات در برابر نور مرئی بسیار شفاف است و انتقال نور بهتری نسبت به انواع مختلف شیشه دارد.

دمای انتقال شیشه پلی کربنات حدود ۱۴۷ درجه سانتی­گراد (۲۹۷ درجه فارنهایت) است، بنابراین به تدریج بالاتر از این نقطه نرم می‌شود و از حدود ۱۵۵ درجه سانتی­گراد (۳۱۱ درجه فارنهایت) جریان می‌یابد. این ماده باید در دمای بالا، به طور کلی بالاتر از ۸۰ درجه سانتی­گراد (۱۷۶ درجه فارنهایت) نگه داشته شود تا محصولات بدون فشار و بدون تنش تولید شوند. شکل‌دهی گریدهای با جرم مولکولی پایین آسان­تر از گریدهای بالاتر است، اما در نتیجه مقاومت آن­ها پایین­‌تر است.

برخلاف اکثر ترموپلاستیک­‌ها، پلی کربنات می‌تواند بدون ترک خوردگی و شکستگی دچار تغییر شکل‌های بزرگ پلاستیکی شود. PMMA که از نظر ظاهری مشابه پلی کربنات است، شکننده است و نمی‌تواند در دمای اتاق خم شود.

خصوصیات پلی‌کربنات

بیایید جزئیات خصوصیات پلی‌کربنات را مورد بحث قرار دهیم:

• سختی و مقاومت در برابر ضربه بالا: پلی کربنات به دلیل آمورف (amorphous) بودن از مقاومت مکانیکی بالایی برخوردار است که آن را در برابر ضربه و شکستگی مقاوم می‌کند و همچنین باعث ایجاد ایمنی و راحتی در کاربردهایی می‌­شود که قابلیت اطمینان و عملکرد بالا را می‌طلبند. به طوری‌که 250 برابر، مقاومت در برابر ضربه بیشتری نسبت به شیشه‌ها را دارا می‌­باشد. این پلیمر دارای چگالی 22/1 – 2/1 گرم بر سانتی متر مکعب است.
• شفافیت: PC پلاستیکی کاملاً شفاف است که می‌تواند بیش از 90٪ نور را انتقال دهد. همچنین پلی‌کربنات سبک است، این ویژگی امکان افزایش کارایی، سهولت روند نصب و کاهش هزینه‌های حمل و نقل را فراهم می‌کند.
• محافظت در برابر اشعه ماورا بنفش: پلی کربنات‌ها می‌توانند برای جلوگیری از اشعه ماوا بنفش و محافظت 100٪ در برابر اشعه‌های مضر UV طراحی شوند.
• مقاومت شیمیایی:ءپلی کربنات مقاومت شیمیایی خوبی در برابر اسیدهای رقیق، هیدروکربن­های آلیفاتیک و الکل‌ها از خود نشان می‌دهد. اما مقاومت شیمیایی متوسطی در برابر روغن‌ها و گریس‌ها دارد. پلی‌کربنات به راحتی توسط قلیاهای رقیق، هیدروکربن‌های معطر و هالوژنه مورد حمله قرار می‌گیرد. تولیدکنندگان توصیه می‌کنند ورق‌های پلی کربنات با مواد پاک کننده خاصی تمیز کنند که بر ماهیت شیمیایی آن تأثیری ندارد. زیرا به پاک‌کننده‌های قلیایی، حساس است.
• مقاومت در برابر حرارت: پلی کربنات‌ها از نظر حرارتی تا ۱۳۵ درجه سانتی گراد پایدار هستند. مقاومت در برابر حرارت بیشتر را می‌توان با افزودن مواد بازدارنده شعله بدون تأثیر بر خصوصیات مواد بهبود بخشید.
• قیمت پایین­تر نسبت به شیشه و پلی کربنات: پلی کربنات قیمت پایینری نسبت به شیشه دارد.
• غیر قابل زرد شدن یا تغییر رنگ در اثر آفتاب: PC در برابر اشعه آفتاب مقاوم است و تغییر رنگ نمی‌دهد
• قابل بازیافت: پلی کربنات‌ها  قابل بازیافت هستند و به راحتی دوباره به چرخه تولید و مصرف بر می‌گردند.

 

تمام کاربردهای ساخته شده برای پلاستیک پلی کربنات، 100٪ قابل بازیافت هستند و با کد بازیافت “7” شناسایی می‌­شوند. یکی از روش‌­های بازیافت، بازیافت شیمیایی است که در آن PC ضایع شده با فنل واکنش داده و مونومرهایی تولید می­‌شود که برای پلیمریزاسیون خلوص بیشتری دارند.

تحقیقات بر روی ایجاد فرآیندهای جدیدی برای بازیافت پلی کربنات­ها به نوع دیگری از پلاستیک که هنگام استفاده یا ریختن آن به محل دفن زباله، بیسفنول A (BPA) را در محیط آزاد نمی­‌کند، همچنان ادامه دارد.

• خواص عایق الکتریکی خوبی را ارائه می­‌دهد که تحت تأثیر آب یا دما نیست.
• مقاومت سایش بالا
• مقاومت بالا در برابر بخار آب
• پایداری ابعادی بالا

محدودیت‌های پلی‌کربنات‌ها

• تحمل خستگی کم
• مقاومت کم در برابر هیدروکربن‌­ها و بازها
• کاهش خواص مکانیکی پس از قرار گرفتن طولانی مدت در معرض آب در دمای بیش از 60 درجه سانتی­گراد.
• کاهش خواص مکانیکی پس از قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در آب بیش از ۶۰ درجه سانتیگراد
• حمله توسط هیدروکربن‌ها و بازها
• خشک کردن مناسب قبل از پردازش
• تغییر رنگ دادن و زرد رنگ شدن پس از مدت‌ها قرار گرفتن در معرض اشعه ماورا بنفش

کاربردهای پلی کربنات

• پلی‌کربنات در لوازم خانگی

پلی کربنات‌ها و ترکیبات آن‌ها در وسایل خانگی مانند یخچال، تهویه، دستگاه‌های قهوه، مخلوط کن غذا، ماشین لباسشویی، سشوار مو، مخازن آب بخار و غیره استفاده می‌‎شود.

• پلی‌کربنات در خودروسازی و حمل و نقل 

PC به دلیل ویژگی­‌هایی مانند سبک وزن بودن و شفاف بودن، برای ایجاد طراحی چشم نواز و افزایش کارایی خودرو با برهم‌­نهی کاهش وزن و بهبود و پایداری آیرودینامیک خودرو استفاده می‌شود. مقاومت در برابر حرارت بالای آن امکان استفاده از آن در محفظه نور، لامپ چراغ جلو و لنزها را فراهم می‌کند. مخلوط­‌های PC برای داشتن سفتی و مقاومت در برابر خزش مناسب برای قطعات داخلی و خارجی بدن یک خودرو مناسب هستند.

• پلی‌کربنات در ساخت و ساز و صنعت ساختمان 

پلی‌کربنات به دلیل داشتن خواص مقاومت در برابر ضربه بالا، شفافیت، مقاومت در برابر اشعه ماورا بنفش و قابلیت بادوام بودن به عنوان جایگزین مناسبی برای شیشه در کاربردهای مختلف مانند خانه­‌های کشاورزی، ساختمان یا مکان‌های عمومی، نما، پنجره‌های امنیتی، پناهگاه و نورگیر شناخته شده است.

• پلی‌کربنات در محصولات مصرفی

PC دارای دو تجزیه دوگانه، استرس داخلی و دقت ابعادی بالا است و آن را برای تولید CD و DVD مناسب می‌کند. همچنین، شفافیت بالای آن امکان طراحی محصولات نوآورانه برای استفاده روزمره را فراهم می‌کند، مانند عینک ایمنی، لنزهای چشم، بطری‌های آب با حجم زیاد و غیره. علاوه ‌بر این‌، از نظر نوری کاملاً واضح است و آن را برای اشیا، از جمله عینک آفتابی ضد شکست، محافظ صورت و عینک محافظ مناسب می‌سازد.

• پلی‌کربنات در برق و الکترونیک

در بازار صنایع الکترونیک، PC در بسیاری از کاربردها مانند قطع‌کننده‌های مدار، دو شاخه، سوئیچ‌­ها، رله‌­ها، اتصالات و مواد بسته‌بندی باتری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• پلی‌کربنات در صنایع غذایی

از PC به دلیل مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر خرد شدن، در کاربردهای تماس مستقیم با غذاها و نوشیدنی‌ها استفاده می‌شود. ظروف نگهداری مواد غذایی ساخته شده از پلی کربنات، قابل استفاده مجدد هستند و به حفظ طراوت، محافظت از مواد غذایی در برابر آلودگی کمک می‌کنند و می‌توانند به راحتی در یخچال یا مایکروویو استفاده شوند.

نکات فرآیندی پلی‌کربنات‌ها

روش‌های متداول برای تولید قطعات پلی کربنات:

• قالب گیری تزریقی
• اکستروژن
• ترموفرمینگ
• قالب گیری دمشی
• شکل دهی خلاء

خشک کردن گرانول پلی کربنات به مدت ۴-۲ ساعت قبل از فرآیند شکل‌دهی در دمای ۱۲۰ درجه سانتی گراد بسیار توصیه می‌شود. میزان رطوبت مورد نظر باید حداکثر 02/0درصد باشد. به منظور جلوگیری از تخریب مواد، بسته به دمای ذوب انتخاب شده حداکثر زمان ماند ایده‌آل بین ۶ تا ۱۲ دقیقه است. دو روش عمده در پردازش پلی کربنات، قالب‌گیری تزریقی و اکستروژن است.

قالب گیری تزریقی

برای تولید قطعات ساخته شده از پلی کربنات‌ها و مخلوط‌های آن‌ها اغلب از قالب‌گیری تزریقی استفاده می‌شود. از آنجا که پلی کربنات بسیار چسبناک است، معمولا در دمای بالا پردازش می‌شود تا ویسکوزیته آن کاهش یابد. در این فرآیند، مذاب پلیمر داغ به داخل قالب با فشار بالا، تزریق می‌گردد. زمانی که قالب خنک می‌شود، به پلیمر مذاب شکل و ویژگی‌های دلخواه را می‌دهد. از این فرآیند به طور کلی برای تولید بطری‌های پلی کربنات، صفحات و غیره استفاده می‌شود. از آنجا که پلی‌کربنات پلاستیکی دارای جریان پذیری ضعیفی است، ضخامت دیواره‌ها نباید خیلی نازک باشد.

اکستروژن

در فرآیند اکستروژن، مذاب پلیمری از یک حفره عبور می­‌کند که به شکل نهایی آن کمک می­‌کند. مذاب هنگامی که سرد می­‌شود، شکل نهایی را به دست آورده و حفظ می­‌کند. از این فرآیند برای تولید ورق­‌های پلی کربنات، پروفایل­‌ها و لوله­‌های بلند استفاده می­‌شود. جزئیات فرایند به صورت زیر است:

دمای اکستروژن: ۲۶۰-۲۳۰ درجه سانتی گراد

مقدار 26-20 برای نسبت L / D توصیه می‌شود.

لازم به ذکر است که پلی‌کربنات قوی­ترین ماده ترموپلاستیک است. این پلیمر، یک انتخاب مناسب به عنوان یک فیلامنت چاپ سه بعدی است. زیرا PC مقاومت خوبی در برابر حرارت دارد و مانند پلکسی گلاس خرد نمی‌­شود. جزئیات فرایند به صورت زیر است:

• قابلیت انعطاف پذیری و خم شدن ماشین در دمای اتاق
• دمای چاپ از 260 تا 300 درجه سانتی گراد
• دمای بستر چاپ توصیه شده: 90 درجه سانتی گراد یا بالاتر
• سرعت چاپ: 30 میلی متر بر ثانیه ایده آل است. همچنین، می­‌تواند تا 60 یا 80 میلی‌متر بر ثانیه نیز برسد.