Nhựa Polycarbonate là gì

Polycarbonate lần đầu tiên được điều chế vào năm 1953 bởi Dr.H.Schnell của Bayer AG, Đức và DW Fox của General Electric Company, Hoa Kỳ. Polycarbonate là một loại nhựa nhiệt dẻo, vô định hình và trong suốt hiệu suất cao có các nhóm chức hữu cơ được liên kết với nhau bằng các nhóm cacbonat (–O– (C = O) –O–), mang lại sự kết hợp độc đáo của các đặc tính. PC được sử dụng phổ biến như một loại nhựa kỹ thuật do các tính năng độc đáo của nó bao gồm :

  • Chịu lực va đập cao
  • Độ ổn định kích thước cao
  • Rất tốt cho các ứng dụng ngành điện

Mặc dù các đặc tính của Polycarbonate tương tự như Polymethyl methacrylate (PMMA, acrylic) , nhưng Polycarbonate mạnh hơn, có thể sử dụng trong phạm vi nhiệt độ rộng hơn (Điểm nóng chảy: 155 ° C) nhưng đắt hơn. Vì PC cho thấy khả năng tương thích tuyệt vời với một số polyme nhất định nên nó được sử dụng rộng rãi trong các hỗn hợp, chẳng hạn như PC / ABS, PC / PET, PC / PMMA. Một số ứng dụng phổ biến là đĩa compact, mũ bảo hộ, kính chống đạn, thấu kính đèn pha ô tô, bình bú cho trẻ em, tấm lợp lấy sáng thay thế cho kính, v.v.

Một số nhà cung cấp polycarbonate bao gồm:

  • SABIC (LEXAN ™, CYCOLOY ™)
  • RTP (PermaStat®)
  • LG Chem (Lupoy®, Lupox®)
  • Covestro (Makrolon®, Bayblend®, Makroblend®, Apec®)
  • PolyOne (Edgetek®, LubriOne®)
  • Trinseo (EMERGE®, CALIBER®)
  • Nam Viet Plastic (NICELIGHT®)

PC được sản xuất như thế nào?

Polycacbonat được sản xuất bằng cách trùng hợp ngưng tụ của Bisphenol A (C15H16O2 ) và phosgene (COCl2)

Phản ứng trùng hợp Polycarbonate

Phản ứng trùng hợp Polycarbonate

Đặc tính kỹ thuật

Đặc tính vật liệu

PC là một vật liệu lý tưởng nổi tiếng và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nhờ các đặc tính linh hoạt, khả năng xử lý và tái chế thân thiện với môi trường. Bao gồm các đặc tính hóa học và vật lý độc đáo làm cho nó tương tự với thủy tinh, PMMA và PE. Chi tiết về các thuộc tính của PC:

Độ bền và độ bền va đập cao: Polycarbonate có độ bền cao giúp nó có khả năng chống va đập và đứt gãy, đồng thời mang lại sự an toàn trong các ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy và hiệu suất cao. Polyme có mật độ 1,2 – 1,22 g / cm 3 ), duy trì độ dẻo dai đến 140 ° C và xuống -20 ° C. Ngoài ra, PC hầu như không thể phá vỡ.

Độ truyền sáng: PC là một loại nhựa cực kỳ trong suốt, có thể truyền hơn 90% ánh sáng tốt như thủy tinh. Tấm polycarbonate có nhiều màu sắc có thể được tùy chỉnh tùy thuộc vào ứng dụng của người sử dụng.

Trọng lượng nhẹ: Tính năng này cho phép các nhà sản xuất thiết bị hầu như không giới hạn khả năng thiết kế so với kính. Đặc tính này cũng cho phép tăng hiệu quả, làm cho quá trình lắp đặt dễ dàng hơn và giảm chi phí vận chuyển.

Bảo vệ khỏi bức xạ UV: Polycarbonate có thể được phủ lớp anti UV để ngăn bức xạ tia cực tím và bảo vệ 100% khỏi tia UV có hại.

Bản chất quang học: Vì có cấu trúc vô định hình, PC cung cấp các đặc tính quang học tuyệt vời. Chiết suất của polycarbonate màu trong suốt là 1,584. Hiện nay, những vật liệu được sử dụng làm mắt kính thường có chiết suất từ 1.50 đến 1.74.

Kháng hóa chất: Polycarbonate có khả năng chống hóa chất tốt với axit pha loãng, hydrocacbon béo và rượu; kháng hóa chất vừa phải đối với dầu và mỡ. PC rất dễ bị tấn công bởi các chất kiềm loãng, hydrocacbon thơm và halogen hóa. Các nhà sản xuất khuyên bạn nên làm sạch tấm PC bằng một số chất tẩy rửa không ảnh hưởng đến bản chất hóa học của nó. Nó nhạy cảm với chất tẩy rửa có tính kiềm ăn mòn.

Khả năng chịu nhiệt: Mang lại khả năng chịu nhiệt tốt, nhựa Polycarbonat ổn định nhiệt lên đến 135 ° C. Khả năng chịu nhiệt có thể được cải thiện bằng cách thêm chất chống cháy mà không ảnh hưởng đến các đặc tính của vật liệu.

Kết hợp với phụ gia: Khả năng chống rão của nhựa polycarbonate có thể được cải thiện với việc bổ sung các chất gia cố bằng thủy tinh hoặc sợi carbon. 5-40% chất gia cường GF có thể cải thiện khả năng chống rão tới 28 MPa ở nhiệt độ cao tới 210 ° F. Các lớp gia cường có mô đun kéo , độ bền uốn & kéo tốt hơn so với các lớp PC tiêu chuẩn.

Thêm các chất phụ gia có thể cải thiện khả năng chống cháy, ổn định nhiệt, ánh sáng UV và độ bền màu và một số đặc tính khác. Các tấm polycarbonat được tráng phủ cũng cho thấy khả năng chống chọi với thời tiết và khả năng kháng hóa chất tốt hơn.

Chất ổn định dựa trên benzotriazole rất hữu ích để ổn định PC chống lại tia UV và bảo vệ khỏi sự suy giảm của tia UV. Chất ổn định dựa trên este axit photpho được biết là có hiệu quả để cải thiện độ ổn định nhiệt của polycarbonate.

Một số chất chống cháy, chẳng hạn như halogen, phốt pho và silicone được sử dụng rộng rãi để đạt được hiệu suất UL cần thiết, tăng LOI và giảm nhiệt đốt cháy cho các sản phẩm PC.

Hỗn hợp của polycarbonate: Mang lại hiệu quả kinh tế cao vì cung cấp sự cân bằng phù hợp giữa hiệu suất và năng suất.

  • Hỗn hợp PC / Polyester: Những hợp kim này thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ bền hóa học cao. Hỗn hợp PC / PBT cung cấp khả năng chống hóa chất cao hơn hỗn hợp PC / PET do tính chất kết tinh cao hơn của PBT trong khi các loại hỗn hợp PET cung cấp khả năng chịu nhiệt vượt trội.
  • Hỗn hợp PC / ABS: Độ dẻo dai và khả năng chịu nhiệt cao của PC kết hợp với tính dẻo và khả năng xử lý của ABS mang đến sự kết hợp tuyệt vời của các đặc tính.

Các đặc tính của PC mang lại khả năng tự do thiết kế cho các nhà thiết kế sản phẩm, kỹ sư và OEM, khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng để sử dụng trong một số ứng dụng như chi tiết dưới đây:

Điều kiện sản xuất polycarbonate

Ép đùn: Trong quá trình này, polyme tan chảy được đi qua một khoang giúp tạo ra hình dạng cuối cùng. Sự tan chảy khi nguội sẽ đạt được và duy trì hình dạng có được. Quá trình này được sử dụng để sản xuất tấm polycarbonate, profile và đường ống dài. Khuyến nghị: Nhiệt độ đùn: 230-260°C , Tỷ lệ L / D là 20-25.

PC được nấu chảy và ép vào khuôn với áp suất cao để có hình dạng mong muốn. Nên làm khô trước khi chế biến: 2-4 giờ ở 120°C. Độ ẩm mục tiêu tối đa là 0,02%. Thời gian lưu chờ sản xuất tối đa lý tưởng là từ 6 đến 12 phút tùy thuộc vào nhiệt độ nóng chảy đã chọn. Hai kỹ thuật chính liên quan đến chế biến polycarbonate là ép phun và ép đùn.

Ép phun: Là phương pháp thường được sử dụng nhất để sản xuất các bộ phận làm từ nhựa polycarbonate và hỗn hợp của chúng. Vì polycarbonate có độ nhớt cao, nó thường được xử lý ở nhiệt độ cao để giảm độ nhớt của nó. Trong quá trình này, polyme nóng chảy được ép qua khuôn với áp suất cao. Khuôn khi nguội sẽ tạo cho polyme nóng chảy có hình dạng và đặc điểm mong muốn. Quá trình này thường được sử dụng để sản xuất chai, tấm polycarbonate, v.v… Vì polycarbonate là một loại nhựa chảy kém, độ dày của thành không được quá mỏng.

In 3D: Một phương pháp gia công các chi tiết mới xuất hiện gần đây là công nghệ in 3d, vì Polycarbonate là vật liệu nhựa nhiệt dẻo mạnh nhất và là lựa chọn thú vị làm dây In 3D . PC là một vật liệu bền và được biết đến với khả năng duy trì khả năng chịu nhiệt độ có độ trong suốt và Polycarbonate không vỡ như Acrylic. Polycarbonate có thể in ở nhiệt độ phòng, nhiệt gia công từ 260-300°C, nhệt độ in là 90°C hoặc cao hơn, tốc độ in lý tưởng: 30mm/s và có thể cao hơn 60-80mm/s.

Thông số kỹ thuật

Chỉ tiêu Giá trị
Tính chất vật lý
Tỉ trọng 1.15-1.2g/cm3
Nhiệt kế thủy tinh 160-200°C
Hệ số giãn nở tuyến tính 7-9 x 10-5 /°C
Co rút 0.7-1%
Hấp thụ nước trong 24g 0.1-0.2%
Đặc tính điện
Kháng hồ quang điện 110-120sec
Hằng số điện môi 2.8-3
Độ bền điện môi 16-35 kV/mm
Yếu tố phân tán 69-100 x 10-4
Điện trở suất khối 15-16 x 1015 Ohm.cm
Khả năng chống cháy
Chỉ số chống cháy LOI 24-35%
Tiêu chuẩn chống cháy UL94 HB
Đặc tính cơ khí
Độ giãn dài giới hạn 50-120%
Độ giãn dài tại điểm biến dạng 6-7%
Mo đun uốn dẻo 2.2-2.5GPa
Phương pháp đo độ cứng Rockwell 70-90
Phương pháp đo độ cứng Shore 90-95
Độ cứng (Mô-đun uốn dẻo) 2.2-2.5GPa
Sức mạnh khi nghỉ (Độ bền kéo) 55-77MPa
Sức mạnh ở năng suất (Độ bền kéo) 61-69MPa
Độ bền (Tác động Izod có khía ở nhiệt độ phòng) 80-650J/m
Young Modulus 2.2-2.5GPa
Đặc tính quang học
Sương mù 1%
Độ trong suốt (% truyền ánh sáng có thể nhìn thấy) 88-89%
Nhiệt độ phục vụ
HDT @ 0,46 Mpa (67 psi) 150-190°C
HDT @ 1,8 Mpa (264 psi) 140-180°C
Nhiệt độ phục vụ liên tục tối đa 100-140°C

Ưu điểm và nhược điểm của Polycarbonate

Ưu Điểm Nhược Điểm
Độ trong suốt cao. Cung cấp khả năng truyền sáng tốt như thủy tinh Dễ dàng bị tấn công bởi hydrocacbon và bazơ
Độ bền nhiệt độ cao thậm chí xuống đến -20 ° C Sau khi tiếp xúc lâu với nước ở trên 60 ° C, các tính chất cơ học của chúng bắt đầu suy giảm
Khả năng duy trì cơ học cao khi nhiệt độ lên đến 140 ° C Cần sấy khô thích hợp trước khi gia công.
Khả năng chống cháy Độ bền mệt mỏi thấp
Có đặc tính cách điện tốt, không bị ảnh hưởng bởi nước hoặc nhiệt độ Xu hướng ố vàng sau khi tiếp xúc với tia UV
Có khả năng chống mài mòn tốt
Có thể chịu được sự khử trùng bằng hơi nước nhiều lần

Ứng dụng của Polycarbonate

Thiết bị Gia dụng: Polycacbonat và hỗn hợp của chúng được sử dụng trong các thiết bị , chẳng hạn như tủ lạnh, máy điều hòa không khí, máy pha cà phê, máy trộn thực phẩm, máy giặt, máy sấy tóc, két nước bàn ủi hơi nước, v.v. Việc sử dụng PC cho phép hình dạng tự do thông qua nhiều đặc tính cơ học và nâng cao tính mạnh mẽ và sức hấp dẫn trực quan của sản phẩm.

Ứng dụng của Polycarbonate - 1

Ứng dụng của Polycarbonate – 1

Ô tô / Giao thông Vận tải: Có trọng lượng nhẹ và trong suốt, PC được sử dụng để tạo ra một thiết kế bắt mắt và nâng cao hiệu quả của xe bằng cách giảm trọng lượng mà không ảnh hưởng đến độ bền và cải thiện tính khí động học của xe. Khả năng chịu nhiệt cao của nó cho phép sử dụng nó trong vỏ đèn, viền đèn pha và thấu kính. Hỗn hợp PC phù hợp nhất cho các bộ phận bên trong và bên ngoài của ô tô để có độ cứng và khả năng chống rung tuyệt vời.

Ứng dụng của Polycarbonate - 2

Ứng dụng của Polycarbonate – 2

Xây dựng & Xây dựng: PC được biết đến như một giải pháp thay thế phù hợp cho kính trong các ứng dụng lắp kính khác nhau, chẳng hạn như nhà nông nghiệp, công nghiệp hoặc công trình công cộng, mặt tiền, cửa sổ an ninh, mái che và cửa sổ trần vì có các đặc tính chịu lực tác động cao, trong suốt, khả năng chống tia UV và khả năng chịu thời tiết.

Ứng dụng của Polycarbonate - 3

Ứng dụng của Polycarbonate – 3

Sản phẩm tiêu dùng: PC có độ lưỡng chiết thấp, ứng suất bên trong và độ chính xác kích thước cao nên phù hợp để sản xuất đĩa CD / DVD. Ngoài ra, độ trong suốt cao của nó cho phép thiết kế các sản phẩm sáng tạo để sử dụng hàng ngày, chẳng hạn như kính bảo hộ, thấu kính nhãn khoa, chai nước thể tích lớn, v.v. Ngoài ra, độ trong suốt về mặt quang học nên lý tưởng cho các đồ vật, bao gồm kính râm chống vỡ, tấm che mặt, kính bảo vệ hoặc thậm chí là một thành phần trong cửa sổ chống đạn.

Ứng dụng của Polycarbonate - 4

Ứng dụng của Polycarbonate – 4

Điện & Điện tử: Trong thiết bị điện , PC được sử dụng trong nhiều ứng dụng, chẳng hạn như cầu dao, vỏ điện, ứng dụng chiếu sáng, công tắc trong nhà, phích cắm & ổ cắm, công tắc, rơ le, đầu nối, EV và vật liệu đóng gói pin. Sức mạnh của polycarbonate giúp ngăn các bộ phận vỏ máy bị vỡ và phim PC giúp chống trầy xước cho màn hình.

Ứng dụng của Polycarbonate - 5

Ứng dụng của Polycarbonate – 5

Y tế: Nhựa Polycarbonat y tế được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng y tế vì sở hữu sự kết hợp tuyệt vời của các đặc tính, chẳng hạn như độ trong, khả năng chịu nhiệt, ổn định kích thước và độ dẻo dai. PC có thể được khử trùng bằng ethylene oxide, bức xạ năng lượng cao và chu kỳ hấp tiệt trùng tốt. Các ứng dụng y tế điển hình bao gồm dụng cụ phẫu thuật, hệ thống phân phối thuốc, màng lọc máu, bể chứa máu, bộ lọc máu, v.v., trong đó nhựa polycacbon có thể thay thế thủy tinh và kim loại.

Ứng dụng của Polycarbonate - 6

Ứng dụng của Polycarbonate – 6

Đóng gói thực phẩm: Do khả năng chịu nhiệt và chống vỡ, polycarbonate được sử dụng trong các ứng dụng tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm và đồ uống. Hộp đựng thực phẩm làm từ PC có thể tái sử dụng, giúp bảo quản độ tươi ngon, bảo vệ thực phẩm không bị nhiễm khuẩn và có thể sử dụng tiện lợi trong tủ lạnh hoặc lò vi sóng.

Ứng dụng của Polycarbonate - 7

Ứng dụng của Polycarbonate – 7

Polycarbonate có an toàn để sử dụng không? Làm thế nào để tái chế PC?

PC được công nhận là nhựa an toàn cho các ứng dụng tiếp xúc với thực phẩm. Nhựa polycarbonate là một vật liệu hoàn hảo cho bình sữa trẻ em, bình nước có thể đổ đầy nước, cốc sippy, và nhiều đồ đựng thực phẩm và đồ uống khác. Mặc dù sự an toàn của PC đã được giám sát kỹ lưỡng vì nó được làm bằng bisphenol A (BPA).

Các cơ quan nghiên cứu và chính phủ trên toàn thế giới tiếp tục nghiên cứu khả năng mức thấp của BPA di chuyển từ các sản phẩm polycarbonate (vật liệu phân hủy khi tiếp xúc với nước) vào thực phẩm và đồ uống. Những phân tích này đã chỉ ra rằng khả năng con người tiếp xúc với BPA từ các sản phẩm polycarbonate khi tiếp xúc với thực phẩm và đồ uống là thấp và không gây ra nguy cơ nào đối với sức khỏe con người.

Một số cơ quan quản lý trên toàn thế giới, chẳng hạn như FDA Hoa Kỳ, Ủy ban Khoa học về Thực phẩm của Ủy ban Châu Âu, Cơ quan Tiêu chuẩn Thực phẩm Vương quốc Anh, đã công nhận việc sử dụng PC an toàn cho các ứng dụng tiếp xúc với thực phẩm nhưng cũng có một số nghiên cứu cho thấy BPA là một nguy cơ nguy hại đối với sức khỏe và do đó, dẫn đến sự phát triển của các sản phẩm polycarbonate “không chứa BPA”.

Mã nhận dạng nhựa số 7 - Polycarbonate

Mã nhận dạng nhựa số 7 – Polycarbonate

Tất cả các ứng dụng làm cho nhựa Polycarbonate đều có thể tái chế 100% và được xác định bằng mã tái chế số7. Một trong những phương pháp là tái chế hóa học trong đó PC vụn được phản ứng với phenol để tạo ra các monome được tinh chế để tiếp tục trùng hợp.

Các nhà nghiên cứu cũng đang nghiên cứu để phát triển các quy trình mới để tái chế nhựa polycarbonate thành một loại nhựa khác – một loại nhựa không thải bisphenol A (BPA) vào môi trường khi nó được sử dụng hoặc đổ vào bãi rác.

Chia sẻ: