شرحی کامل از پلی کربنات PC

شرحی کامل از پلی کربنات و یا PC

پلی کربنات نوعی ماده ی ترموپلاستیک است که امکانات زیاد ی را برای تولید کننده و طراح فراهم میکند و در حالی که به طراح ازادی بیشتری در ارائه شکل اولیه میدهد، زیبایی بیشتر و کاهش قیمتها را نیز تضمین میکند. این ماده شهرت زیادی در حفظ رنگ و دوام در طی مدتی طولانی دارد و این مورد حتی برای شرایط ویژه هم صدق میکند.

شما میتوانید با یادگیری اطلاعات پایه و اساسی در خصوص پلی کربنات ها، ویژگی های اصلی انها و کاربردهای اصلی انها به تخصصی در این حوزه دست یابید. اطلاعات مرتبط با روش های فراوری برای قالب گیری تزریقی، پرینت سه بعدی و روزن رانی یا رانش هم  در سایر  مقاله ها  وجود دارد .

پلی کربنات چیست؟

پلی کربنات و یا PC نوعی پلیمر ترموپلاستیک است که با ویژگی هایی همانند مستحکم، کارا، شفاف و بی شکل شناخته میشود و دارای یک گروه وظیفه ای ارگانیک کربوناتی است (–O–(C=O)–O–) و ترکیبی ویژه از خصوصیات متفاوت را ارائه میکند. این ماده به دلایل زیر در صنعت مهندسی پلاستیک مورد استفاده قرار میگیرد:

• مقاومت بالا در برابر ضربه
• ثبات بالای ابعادی
• ویژگی های مناسب الکتریکی در مقایسه با سایر موارد

تعدادی از محصولاتی که از پلی کربناتها ساخته میشوند عبارتند از: دیسک فشرده، کلاه های ایمنی، شیشه های ضد گلوله، لنز چراغهای  خودرو، شیشه های شیر کودکان، سقف سازی، براق سازی و سایر موارد.

این نوع از پلیمر دارای ویژگی های مکانیکی فوق العاده ای است ( چگالی 1.2 تا 1.22 گرم بر سانتی متر مکعب،  استحکام خوب تا دمای 140 درجه سانتی گراد و منفی 20 درجه سانتی گراد). ویژگی های پلی کربنات شباهت زیادی با ویژگی های پلی متیل متاکریلات یا اکریلیک یا  PMMA دارد ولی پلی کربنات قوی تر بوده و این قابلیت را دارد که از ان در حوزه دمایی گسترده تری استفاده کنیم- دمای ذوب برابر با 155 درجه سانتی گراد است- ولی گران تر است. پلی کربنات سازگاری زیادی با انواع خاصی از پلیمر ها دارد به همین دلیل در ترکیب با سایر انواع پلیمرها مانند اکریلیک به کار برده میشود.

پلی کربنات ابتدا در سال 1953 توسط دکتر H.Schnell در کمپانی بایر المان و توسط D.W. Fox در شرکت جنرال الکتریک امریکا تولید شد.

تعدادی از شرکتهای تولیدی پلی کربنات عبارتند از : SABIC (LEXAN™, CYCOLOY™) , RTP  شرکت (PermaStat®), LG Chem (Lupoy®, Lupox®), Covestro (Makrolon®, Bayblend®, Makroblend®, Apec®), PolyOne (Edgetek™, LubriOne™), Trinseo (EMERGE™, CALIBRE™)  و سایر موارد.

ویژگی ها و خواص اصلی پلی کربنات کدامند؟

پلی کربنات ها از واکنش ترکیب  دی هیدروکسید معطر  و کلرور کربنیل بوجود می ایند 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. انها 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 انها 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 اسیب 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، انها را  با سایر پلیمرها مانند  PET, PBTوهم بسپار  استیرین مالئیک ان هیدراید ((SMA و سایر موارد ترکیب میکنند. PET, PBT به منظور بهبود خواص شیمیایی و قابلیت فراوری به پلی کربناتها اضافه میشوند   و مورد اخر نیز ثبات دمایی پلی کربناتها 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 ایند. 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 ان در برابر گاز ها 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 اسیبی وارد نمی کند و قابلیت بازیافت ان 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.

ویژگی های این ماده را میتوان به طور خلاصه چنین تعرف کرد:

• استحکام و قدرت بالا در برابر ضربه: پلی کربناتها دارای استحکام بالایی هستند و به همین دلیل 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.
• انتقال: 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.
• سبک وزن: مزایای این نوع از پلیمرها، امکانات نامحدودی را در مقایسه با شیشه برای طراحی فراهم میکند. این خصیصه بازدهی بیشتری را ایجاد کرده و هزینه های انتقال را به طور کلی کاهش میدهد.
• محافظت در برابر اشعه فرابنفش: 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: 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 خوب در برابر ساییدگی
• مقاومت مطلوب در برابر سترون سازی با بخار
• بازدهی بالاتر در مقایسه با سایر ترموپلاستیکهای مهندسی

محدودیت های پلی کربناتها کدامند؟

پلاستیکهای پلی کربنات محدودیت هایی نیز دارند مانند :

• مقاومت پایین در برابر خستگی (حداکثر سیکلهای تنشی که مواد میتواند قبل از خرابی از طرف قطعه تحمل نماید)
• ویژگی های مکانیکی پس از قرار گیری طولانی مدت  در معرض دمای گرم تر از 60 درجه سانتی گراد تنزل پیدا میکنند.
• هیدروکربنها و بازها میتوانند به این مواد اسیب وارد نمایند
• قبل از فراوری ماده به خشک سازی مناسب نیاز است
• همانطور که اشاره شد، این ماده ممکن است با قرار گیری طولانی مدت در برابر اشعه فرابنفش رنگی زرد مانند پیدا کند.

استفاده از مواد افزودنی یا ترکیبات ترموپلاستیکی  به منظور دست یابی به ویژگی های بهینه

مقاومت خزشی مواد پلی کربناتی میتواند با افزودن شیشه یا کربن–فیبر بهبود یابد. افزایش 5 تا 40 درصدی از این ترکیبات قادر است تا مقاومت خزشی را تا 28 مگا پاسکال در دمای بالای 210 درجه فارنهایت بیشتر نماید. انواع مستحکم شده از پلی کربناتها دارای مدول کششی، استحکام کششی و خمشی بیشتری در مقایسه با انواع استاندارد این ماده هستند.

افزودنی ها به منظور بهبود خاصیت ضد اشتعال، ثبات گرمایی و ثبات رنگی و نوری و سایر ویژگی ها به کار برده میشوند. پلی کربناتهای پوشش دار دارای مقاومت بهتری در برابر تغییرات اب و هوایی، مواد شیمیایی و اسیب دیدگی میباشند.

• پایدار کننده های بنزوتریازول محور برای ثابت سازی پلی کربناتها در برابر اشعه فرابنفش به کار برده میشوند و از انها در برابر چنین اسیبی حفاظت میکنند.
• پایدار کننده های فسفر و استر محور به منظور بهبود ثبات گرمایی پلی کربناتها استفاده میشوند
• تعدادی از ضد حریق ها نیز مانند انواع هالوژنی، فسفر محور و سیلیکون محور به طور گسترده ای برای کاهش حرارت انفجاری محصولات پلی کربناتی و سایر موارد استفاد میشوند.
• ترکیبات پلی کربناتی به خوبی میتوانند از نظر تجاری تعادلی بین عملکرد و بهره وری را ایجاد نمایند.

ترکیب پلی استر با پلی کربناتها: این آلیاژها برای مواردی مناسب هستند که در انها به مقامت بالای شیمیایی نیاز است. ترکیب پلی بوتادین ترفتالات با پلی کربناتها در مقایسه با ترکیب این مواد با پلی اتیلن ترفتالات مقاومت بهتری در برابر مواد شیمیایی بوجود می اورد که ناشی از شفافیت بالاتر پلی بوتادین ترفتالات است. این در حالی است که انواع ترکیبی با پلی اتیلن ترفتالات مقاومت گرمایی خیلی بیشتری دارند.

ترکیب پلی کربناتها با آکریلو نیتریل بوتادین استایرن ABS: استحکام و سختی پلی کربنات  و مقاومت بالای ان در برابر گرما به همراه خاصیت شکل پذیری ABS و قابلیت فراوری ساده ی ان، ترکیبی فوق العاده از ویژگی های مطلوب  را فراهم می سازد.