پلی کربنات (PC)

ویژگی ها و خواص اصلی پلی کربنات کدامند؟

پلی کربنات ها از واکنش ترکیب دی هیدروکسید معطر و کلرور کربنیل بوجود می آیند و در این واکنش یک هیدروژن کلراید حذف میشود.

پلی کربنات ها یکی از ترموپلاستیکهای مهندسی هستند که بیشترین میزان فروش را داشته اند. میزان تولید سالانه این مواد بیش از 3.75 میلیون تن در سال 2012 بوده است. آنها نوعی پلیمر بی شکل هستند که به راحتی میتوانند قالب گیری شوند و با حرارت شکل می گیرند و همچنین ویژگی های جذاب زیادی دارند. به عنوان مثال این مواد به مقدار خیلی زیادی نور را از خود عبور میدهند و مقاومت زیادی هم در برابر ضربه دارند اما پلی کربناتها عاری از عیب هم نیستند مثلا به راحتی بروی آنها جای خراش باقی می ماند و یا مقاومت کمی در برابر حلالها دارند و اگر مدتی طولانی در معرض اشعه فرابنفش قرار گیرند، رنگی زرد مانند پیدا میکنند.

به منظور بهبود ویژگی هایی مانند تغییر شکل و یا خراش پذیری، این مواد را با لایه ای از سیلیکون می پوشانند. همچنین خاصیت آسیب پذیری در برابر اشعه فرابنفش نیز با استفاده از جذب کننده های اشعه ی فرابنفش مانند بنزوتریازول و هیدروکسی فنیل تریازین به صورت محسوسی بهبود پیدا میکند.
به منظور کاهش هزینه ها و بهبود تعدادی از ویژگی های خاص این مواد، آنها را با سایر پلیمرها مانند PET, PBT و هم بسپار استیرین مالئیک ان هیدراید (SMA) و سایر موارد ترکیب میکنند PET, PBT به منظور بهبود خواص شیمیایی و قابلیت فراوری به پلی کربنات ها اضافه میشوند و مورد اخر نیز ثبات دمایی پلی کربنات ها را افزایش میدهد.

اخیرا پلی کربناتهای الیفاتیک در دسترس قرار گرفته اند. این نوع از پلیمرها با بسپارش حلقه گشای کربوناتهای سایکلیک و یا با استفاده از هم بسپارش دی اکسید کربن با یک یا دو اپوکسید بوجود می آیند. پلی پروپیلن کربنات ، پلی اتیلن کربنات و پلی سیکلوهگزین کربونات دارای اهمیت زیادی از لحاظ تجاری هستند. در بین تمام موارد یاد شده، پلی پروپیلین کربنات دارای بیشترین حجم فروش بوده و نفوذ پذیری آن در برابر گازها بالا بوده، ویژگی های چسبندگی خوبی دارد و به خوبی نیز چرب میشود.
پلی کربنات گزینه ی خوبی برای کاربرهای صنعتی است و این موضوع نیز ناشی از ان است که دارای ویژگی های متنوعی میباشد، فراوری ان به محیط زیست آسیبی وارد نمی کند و قابلیت بازیافت آن نیز بالاست. این مواد مجموعه ای منحصر بفرد از ویژگی های شیمیایی و فیزیکی دارند و به همین دلیل انتخاب بهتری در مقایسه با شیشه ها، اکریلیک و سایر موارد هستند.

• استحکام و قدرت بالا در برابر ضربه یا خراش:

پلی کربنات ها مقاومت خوبی در برابر ضربه و شکستگی دارند و می‌توانند در مواردی که به کارایی و عملکرد خوبی نیاز است، ایمنی و سهولت کافی را فراهم سازند. این مواد شکستنی نیستند.  این پلیمر دارای چگالی 1/22-1/20 گرم بر سانتیمتر مکعب است و خواص خود را تا دمای 140 و 20- درجه سلسیوس حفظ می کند و تقریبا نشکن می باشد.

• مقاومت در برابر کشش و خمش (انعطاف پذیری) :

انعطاف صفحات polycarbonate بسیار بالا است و در صورت کشیده شدن یا خم شدن به راحتی نمی شکند. مقاومت کششی این ورق ها بیش از 70 نیوتن بر میلی متر مربع (N/mm2) و مقاومت خمشی آن در حدود 2500 نیوتن بر میلی متر مربع است.

• عایق حرارتی و صرفه جویی در مصرف انرژی:

ورق های پلی کربنات، عایق های بسیار خوبی برای گرما، صوت و الکتریسیته می باشد و در صرفه جویی مصرف انرژی نیز بسیار کمک می کند. برای همین در ساخت پنجره های دوجداره از این محصول پلیمری استفاده می شود.

• خاصیت انتقال نور :

پلی کربناتها پلاستیکهایی بسیار شفافی هستند و میتوانند 90 درصد نور را به خوبی شیشه از خود عبور دهند. ورقه های پلی کربناتها با رنگهای متفاوتی در دسترس هستند و این امکان وجود دارد که با توجه به مصرف کننده نهایی شخصی سازی شوند.

•  مقاومت در برابر کشش و خمش (انعطاف پذیری)

انعطاف صفحات polycarbonate بسیار بالا است و در صورت کشیده شدن یا خم شدن به راحتی نمی شکند. مقاومت کششی این ورق ها بیش از 70 نیوتن بر میلی متر مربع (N/mm2) و مقاومت خمشی آن در حدود 2500 نیوتن بر میلی متر مربع است.

• مقاومت در برابر اشعه های ماوراء بنفش UV یا سایر شرایط جوی:

این مکان وجود دارد که پلی کربناتها را به گونه ای طراحی کرد که پرتوهای فرابنفش را مسدود سازند و به طور کاملی از ماده در برابر این پرتوهای مضر حفاظت نماید.

•  طبیعت بصری:

پلی کربناتها به دلیل خاصیت بی شکلی و بی نظمی دارای ویژگی های بصری فوق العاده ای میباشند. شاخص بازتابی پلی کربناتهای شفاف 1.584 است.

• مقاومت شیمیایی:

این مواد دارای مقاومت شیمیایی خوبی در برابر اسید های رقیق شده، هیدروکربنهای الیفاتیک و الکلها هستند. مقاومت انها در برابر روغن و چربی ها نیز متوسط میباشد. اما مواد قلیایی رقیق شده و هیدروکربنهای هالوژنه شده به راحتی میتوانند به پلی کربناتها حمله کنند. تولید کنندگان پیشنهاد میکنند که ورقه های پلی کربنات را با عاملهای پاک کننده ی ویژه ای تمیز کنیم که به طبیعت شیمیایی ان اسیبی نمیزنند. پلی کربناتها به مواد تمیز کننده ی قلیایی ساینده حساس هستند.

•  مقاومت در برابر گرما (خود خاموشی و اشتعال ناپذیری) :

پلی کربناتها مقاومت خوبی در برابر گرما دارند و تا دمای 135 درجه سانتی گراد وضعیتی ثابت دارند. با افزودن مواد ضد حریق و عدم اثر گذاری بر ویژگی های ماده، میتوان مقاومت این مواد در برابر گرما را بیش از دمای یاد شده اضافه کرد.

• سایر خواص

-خاصیت عایق پذیری خوبی در برابر الکتریسیته و عدم اثر پذیری از از آب و یا دما
-مقاومت مطلوب در برابر سترون سازی با بخار
-بازدهی بالاتر در مقایسه با سایر ترموپلاستیکهای مهندسی

افزودنی ها و آلیاژهای پلی کربنات

مقاومت به خزش یا creep پلی کربنات را می توان با افزودن الیاف شیشه glass fiber یا الیاف کربن carbon fiber به آن افزایش داد. مقدار 5 الی 40 درصد الیاف شیشه در پلی کربنات استفاده شده است که توانسته مقاومت خزش پلی کربنات را تا حدود 28 مگاپاسکال در دمای 210 درجه فارنهایت (98 درجه سانتیگراد) افزایش دهد. همچنین این پلی کربنات های تقویت شده دارای مدول بالاتر و استحکام کششی بهتری نیز می باشند.

همچنین افزودنی های بهبود دهنده مقاومت به شعله، پایدارکننده در مقابل UV، پایدار کننده حرارتی و رنگی نیز می تواند به پلی کربنات اضافه شود تا این خواص را بهبود دهد. همچنین پلی کربنات های پوشش دهی شده (coated PC) نیز خواص بهتری در مقابل شرایط جوی و مواد شیمیایی از خود نشان می دهند.

پایدار کننده های UV مانند افزودنی های بر پایه بنزوتریازول، پایدار کننده های حرارتی مانند اسید های استری فسفر دار و افزودنی های مقاوم به شعله مانند پایه سلیکون ها، پایه فسفریت ها و .. در فرمولاسیون پلی کربنات استفاده می شوند.

آلیاژ پلی کربنات / پلی استر برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت به مواد شیمایی می باشد مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال آلیاژ پلی کربنات/ پلی بوتیلن ترفتالات (PC/PBT) نیز حتی از آلیاژ PET/PC نیز مقاومت شیمیایی بالاتری از خود نشان می دهد. زیرا PBT رفتار کریستالی بالاتری دارد، ولی در مقابل PET مقاومت شیمیایی بالاتری به PC خواهد بخشید.

آلیاژ PC/ABS برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت حرارتی بالا هستند مورد استفاده قرار می گیرد.

پلی کربنات وابسته به کاربرد و روش فرآورش انتخاب شده در تعدادی از گریدهای مختلف از جمله فیلم ، بازدارنده شعله ، مقاوم در برابر ترک خوردگی ، مقاوم در برابر فشار ، شاخه ای (برای کاربردهایی که به مقاومت ذوب زیاد نیاز دارند) و سایر گرید های خاص موجود است.

ترکیب مواد افزودنی با پلی کربنات می تواند تأخیر در شعله، پایداری حرارتی، تابش نور ماورأ بنفش و ثبات رنگ و چندین ویژگی دیگر را بهبود بخشد.

گریدهای تقویت شده در مقایسه با گریدهای استاندارد PC دارای مدول کششی، مقاومت خمشی و کششی بهتری هستند.

در سال های اخیر آلیاژهای پلی کربنات از اهمیت تجاری بیشتری برخوردار شده اند. PC به دلیل سازگاری عالی با طیف وسیعی از پلیمرها به طور گسترده ای در آلیاژها مانند PC / ABS ، PC / PET ، PC / PMMA استفاده می شود.

فرآیند تزریق پلی کربنات:

همانطور که گفته شد، قالب گیری تزریقی یا اصطلاحا فرآیند تزریق یکی از رایج ترین روش های شکل دهی پلی کربنات است. از آنجایی که پلی کربنات دارای ویسکوزیته بالایی می باشد، باید دمای فرآیند تزریق بالا باشد تا این ویسکوزیته کاهش یابد. در فرآیند تزریق، پلیمر مذاب با دمای بالا توسط فشار بالایی به قالب تزریق می شود تا شکل محصول نهایی را به خود بگیرد.
معمولا دمای مذاب پلی کربنات برای تزریق 280-320 درجه سلسیوس، دمای قالب 80-100 درجه و جمع شدگی آن 0/5-0/8 درصد می باشد. این اعداد برای پلی کربنات خالص می باشد. بدیهی است برای تزریق پلی کربنات تقویت شده با فیلر، دماها اعداد بالاتری خواهند بود. دمای تزریق پلی کربنات از مهمترین پارامترهای شرایط فرآیندی تزریق است.

فرآیند اکستروژن پلی کربنات:

از فرآیند اکستروژن برای ساخت لوله و پروفیل هایی از جنس پلی کربنات استفاده می شود. معمولا دمای اکسترودر باید در بازه 230 الی 260 درجه سلسیوس تنظیم شده و اکسترودری با L/D 20-25 مورد نظر می باشد.

کاربردهای پلی کربنات

کاربرد پلی کربنات در لوازم خانگی:

پلی کربنات و آلیاژ های آن در لوازم خانگی مانند یخچال، تهویه مطبوع، دستگاه های قهوه ساز، مخلوط کن غذا، ماشین لباسشویی، سشوار و... استفاده می شود.

کاربرد پلی کربنات در خودرو و حمل و نقل:

به دلیل شفافیت و وزن سبک، پلی کربنات برای ایجاد طراحی زیبا و با عملکرد بالا، در کاهش وزن خودرو و در نتیجه بهبود عملکرد آئرودینامیکی آن کاربرد دارد. همچنین به علت مقاومت حرارتی بالا قابلیت استفاده در محفظه چراغ جلو و سایر قسمت های خودرو نیز وجود دارد.

کاربرد پلی کربنات در صنایع ساختمان:

پلی کربنات می تواند جایگزین مناسبی برای شیشه در کاربردهای مختلف مربوطه در صنایع ساختمان باشد.

کاربرد پلی کربنات در محصولات مصرفی:

پلی کربنات دارای پایداری ابعادی بالایی است که می توان  در ساخت CD/DVD و همچنین عینک، لنزهای چشمی و حتی پنجره های ضد گلوله آن را به کار برد.

کاربرد پلی کربنات در صنایع الکترونیک و برق:

پلی کربنات PC در این صنعت کاربردهای فراوانی مانند قطع کننده های مدار،کلیدهای خانگی، دوشاخه، رله، اتصالات و ...دارد. استحکام بالاب پلی کربنات به جلوگیری از شکسته شدن و خراشیده شدن کمک و آن را در ساخته صفحه های نمایشگر LED نیزپرمصرف ساخته است.

کاربرد پلی کربنات در دارویی و بهداشتی:

پلی کربناتها بیشتر در کاربردهای پزشکی به دلیل داشتن ترکیبی عالی از خواصی مانند وضوح ، مقاومت در برابر حرارت ، پایداری ابعاد و مقاومت مورد استفاده قرار می گیرند. PC می تواند توسط اکسید اتیلن ، تابش انرژی بالا و چرخه های اتوکلاو محدود استریل شود. کاربردهای پزشکی معمول شامل ابزارهای جراحی، سیستم های انتقال دارو ، غشای همودیالیز ، مخازن خون ، فیلترهای خون و غیره از جمله آن هاست، جایی که پلی کربنات ها قادر به جایگزینی شیشه و فلز هستند.

پلی کربنات تماس با مواد غذایی:

از پلی کربنات به دلیل مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر خرد شدن و قابلیت تطابق با قوانین بهداشتی در کاربردهای تماس مستقیم با غذاها و نوشیدنی ها استفاده می شود. ظروف نگهداری مواد غذایی ساخته شده از پلی کربنات قابل استفاده مجدد هستند ، به حفظ طراوت ، محافظت از مواد غذایی در برابر آلودگی کمک می کنند و می توانند به راحتی در یخچال یا مایکروویو استفاده شوند.
به طور کلی می توان گفت که از این ورق در این موارد استفاده می گردد:
1- جایگزین شیشه در صنایع ساختمانی
2- استفاده در برج ها، گلخانه ها و معماری ساختمان
3- -استفاده در داشبورد و سپر ماشین
4- استفاده در کلاه ایمنی
5- استفاده در سقف نورگیر ها