انواع پلی کربنات| ویژگی و کاربردها

پلی کربنات (Polycarbonate) از پر کاربرد ترین پلاستیک‌های مهندسی بازار است. شیشه عینک، انواع دیسک فشرده، لنز از مشهور ترین محصولات ساخته شده از پلی کربنات هستند. پلی کربنات در واقع یک پلی استر است که به علت خواص مکانیکی بالا از جمله مقاومت ضربه و استحکام کششی به عنوان یک پلاستیک مهندسی محسوب می‌شود. قطعات تولید شده با پلی کربنات توسط فرآیند قالبگیری تزریقی، اکستروژن و قالبگیری تحت خلاء و... تولید می‌شوند و عمدتا در صنایع خودروسازی و ساخت لوازم خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرند. پلی کربنان در کنار پلی استایرن و پلی متیل متا کریلات از جمله پلاستیک‌های آمورف هستند که از میزان شفافیت و سختی بالایی برخورد دارند.  پلی کربنات در ایران توسط پتروشیمی خوزستان تولید می‌شود. برندهایی نظیر SABIC، LG chem  و LOTTE Advanced Materials و Covestro  از تولیدکنندگان مطرح پلی کربنات در بازار جهانی هستند. پلینو از تامین کنندگان انواع پلی کربنات وارداتی و آلیاژ پلی کربنات برای کاربردهای مهندسی و تخصصی می‌باشد.

 

تاریخچه پلاستیک پلی کربنات

پلیمرهای دارای گروه عاملی کربنات در حدود سال 1900 میلادی در آلمان کشف شدند با این حال نوع پلی کربنات تجاری که امروزه میشناسیم با تلاش‌ محققین آزمایشگاه شرکت بایر(Bayer) تجاری شد.  در سال 1957 پلی کربنات تجاری به طور رسمی به بازار معرفی شد و از سال 1960 به شکل گسترده ای برای تولید قطعات مختف مورد استفاده قرار گرفت.

 

کاربردهای مهم پلی کربنات

پلی کربنات به شکل ورق شفاف کاربرد گسترده ای به عنوان سقف شفاف و رنگی در معماری و ساختمان سازی دارد. در صنعت الکترونیک پلی کربنات نقش پر رنگی داشته و برندهای تولید کننده تلفن همراه از این پلاستیک در مدل‌‌های مختلف استفاده کرده اند. پلی کربنات در صنعت خودروسازی نیز کاربرد داشته و به عنوان چراغ خودرو و موارد مشابه کاربرد دارد. دیگر کاربردهای مهم پلی کربنات استفاده به عنوان عینک محافظ چشم و همچنین تولید انواع دیسک ذخیره سازی اطلاعات می‌باشد.

ویژگی مهم پلی کربنات

پلی کربنات یک پلاستیک سفت و محکم با ضربه پذیری بالا است. این پلاستیک سختی خود را مابین دمای منفی 20 تا مثبت 140 درجه سانتی گراد حفظ کرده و از این نظر برای بسیاری از کاربردها ایده آل است. محدودیت پلی کربنات عمدتا مقاومت پایین دربرابر خراش و مقاومت شیمیایی پایین و همچنین تمایل به زرد شدن است که با استفاده از افزودنی‌های پلیمری قابل بهبود است. با وجود مقاومت حرارتی بالا اگر پلی کربنات به مدت زیادی در معرض آب با دمای بیش از 60 درجه سانتی گراد قرار گیرد شروع به از دست دادن خواص می‌کند. قبل از تولید پلی کربنات نیاز است تا عملیات خشک کردن مناسب انجام شود.  

شفافیت بالا

پایدار ابعادی بالا

مقاومت ضربه بالا (میزان مقاومت ضربه آن دو برابر پلاستیک‌هایی چون ای بی اس و پی وی سی سخت در نظر گرفته می‌شود.)

مقاومت شعله بالا

استاد کاری راحت به این معنی که اره کردن، حکاکی، سوراخ کاری و خم کردن آن راحت است.

وزن سبک در مقایسه با شیشه

دمای فرآیند برای تولید پلی کربنات مابین 250 تا 340 درجه سانتی گراد بوده و از جمله پلاستیک‌هایی محسوب شده که در دمای بالا فرآیند می‌شوند. عمده گریدهای تولید شده پلی یورتان برای تولید در فرآیند اکستروژن و تزریق مناسب هستند و فرآیندهای دیگر کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

چگالی پلی کربنات در محدوده 1.2 قرار داشته و میزان مقاومت ضربه آن در برخی گریدها تا 650j/m  نیز می‌رسد. دمای HDT   برای پلی کربنات تا 190 درجه نیز در برخی گریدها گزارش ده که بالاتر از بسیاری از پلاستیک‌های تجاری می‌باشد.

 

افزودنی‌های پلی کربنات

فیلرهایی نظیر الیاف شیشه قابلیت بهبود مقاومت خزش پلی کربنات را دارند. همچنین افزودنی‌هایی نظیر استابلایزر نوری، استابلایزر حرارتی و همچنین افزودنی ضد شلعه در تولید پلی یورتان مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

گریدهای متداول پلی کربنات

از جمله گریدهای متدول پلی کربنات، پلی کربنات 1100 و پلی کربنات 1100u  می‌باشد. که از برند lotte  می‌باشند. پلی کربنات 1012، 1215 ، 710 و همچنین پلی کربنات 407 تولید شده در پتروشیمی خوزستان از دیگر گریدهای پلی کربنات مطرح در بازار هستند.

 

پلی کربنات 1012

پلی کرینات PC1012  از جمله محصولات پتروشیمی خوزسان می‌باشد. پلی کربنات 1012 برای هر دو فرآیند تزریق و اکستروژن طراحی شده است. این گرید از پلی کربنات برای تولید قطعات مرتبط با بسته بندی، لوازم ورزشی، لوازم الکترونیک، سیم و کابل و قطعات خودرو مناسب است. شاخص جریان مذاب پلی کربنات 1012 در محدوده 7 تا 10 قرار گرفته و مقاومت ضربه آن 80Kj/m2  می‌باشد.

 

پلی کربنات 0710

پلی کربنات 0710 در پتروشیمی خوزستان تولید شده است. این گرید از پلی کربنات برای فرآیند تولید اکستروژن و تزریق پلاستیک می‌باشد. پلی کربنات PC070 برای تولید لوازم خانگی، قطعات الکترونیک، سیم و کابل، ورق، قطعات خودرو و... مناسب می‌باشد. پلی کربنات 0710 دارای شاخص جریان مذاب 7 تا 10 بوده و میزان مقاومت ضربه آن در محدوده 8Kj/m2  قرار دارد.

 

پلی کربنات 1215

پلی کربنات گرید PC1215UR  در پتروشیمی خوزستان تولید شده است. پلی کربنات 1215 برای تولید قطعات الکتریکی، سیم و کابل و ورق مناسب می‌باشد. تولید قطعات از پلی کربنات 1215 از با روش اکستروژن و تزریق پلاستیک ممکن می‌باشد. پلی کربنات 1215 دارای مقاومت ضربه در محدوده 75Kj/m2  بوده و شاخص جریان مذاب آن در محدوده 12.1 تا 15 می‌باشد.

 

پلی کربنات 1100

پلی کربنات 1100 یا pc1100  از جمله گریدهای پلی کربنات مطرح در بازار و از برند lotte  می‌باشد.پلی کربنات 1100 دارای ویکسوزیته متوسط بوده و خواص مکانیکی خوبی از جمله استحکام کششی بالا، استحکام ضربه بالا و مدول الاستیک بالا دارد. مقاومت حرارتی pc1100  و میزان شفافیت این پلاستیک بالا می‌باشد. از جمله کاربردهای مهم پلی کربنات 1100 استفاده در تولید انواع چراغ خودرو می‌باشد.

 

 

شکل‌های متداول پلی کربنات

پلی کربنات عموما به شکل تیوپ، پروفیل، میله، ورق کلندر شده در ضخامت 0.5 تا 20 میلی متر و فیلم‌های پلی کربنات با ضخامت زیر 1 میلی متر می‌باشد. ورق‌های پلی کربنات از مهم ترین متریال ساخته شده از این پلاستیک بوده که به شکل‌های مختلف از جمله ورق شفاف، ورق آینه ای، ورق آنتی استاتیک، ورق ضد سایش و ورق‌های رنگی موجود می‌باشند. برای کاربردهای خارجی ساختمان که پلی کربنات در معرض نور خورشید است حتما باید از گرید U  که مقاوم در برابر نور خورشید است استفاده نمود. پلی کربنات از جمله مواد اولیه پلاستیکی است که برای پرینترهای سه بعدی و تولید قطعات مهندسی و با خواص بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

انواع آلیاژ پلی کربنات

از مهم ترین آلیاژهای پلی کربنات، آلیاژ پلی کربنات با ABS  و آلیاژ پلی کربنات با پلی استرهایی چون PBT  می‌باشد. پلی کربنات به علت خواص منحصربه فرد خود سبب بهبود خواص بسیاری از پلاستیک‌ها شده و آلیاژ آن به عنوان یک گزینه ایده آل در کاربردهای مهندسی و تخصصی مطرح می‌باشد.

آلیاژ PC/PBT

این آلیاژ دارای خواص ویژه ای از جمله مقاومت ضربه، مقاومت شیمیایی و آب و هوایی است که سبب شده که برای ساخت قطعات خودرو از جمله دستگیره، پانال، نشانگرها و ... استفاده شود.

آلیاژ PC/ABS

آلیاژ پلی کربنات با ای بی اس مقاومت حرارتی، مقاومت ضربه و پایدار ابعادی بالایی دارد و برای تولید انواع لوازم خانگی، قطعات خودرو و... ایده آل می‌باشد.

استفاده از پلی کربنات در کاربردهای بهداشتی

در گذشته تمامی پلی کربنات به عنوان یک پلاستیک بهداشتی در نظر گرفته می‌شود اما تحقیقات انجام شده در سال‌های اخیر نشان داده است که بیش فنول A  یا BPA  آزاد شده از پلی کربنات می‌تواند بر سلامت پستانداران اثر گذار باشد. همچنین برخی حلال‌ها و مواد شوینده از جمله سفید کننده‌های هیپوکلریت سدیم می‌تواند سبب افزایش سرعت آزاد شدن بیس فنول A  شوند. امروزه تنها گریدهای بهداشتی و یا فاقد بیس فنول  A برای تولید محصولات بهداشتی از جمله بطری آب و شیشه شیر قابل استفاده هستند.

 

بازیافت پلی کربنات

پلی کربنات نیز مانند اغلب پلاستیک‌ها به صورت کامل قابل بازیافت است. پلی کربنات از جمله پلیمرهایی است که بازیافت آن هم به صورت مکانیکی با روش‌های متداول و هم به صورت شیمیایی قابل انجام می‌شود. در روش شیمیایی مونومر پلی کربنات باز تولید شده که با توجه به گران بودن این پلاستیک یک زمینه رو به رشد در این صنعت می‌باشد. پودر پلی کربنات بازیافت شده از مواد اولیه موجود در بازار بوده که برای تولید قطعات مختلف قابل استفاده است.

 

 

ویژگی و خواص مهم پلی کربنات

 

خواص مکانیکی پلی کربنات 

سختی شاخص D Hardness Shore D	90-95
سختی Hardness Rockwell M	70-90
استحکام کششی در نقطه پارگی Strength at Break (Tensile), MPa	55-77
استحکام کششی در نقطه تسلیم Strength at Yield (Tensile), MPa	61-69
چقرمگی Toughness, J/m	80-650
مدول یانگ Young's Modulus, GPa	2.2-2.5
الانگیشن در نقطه پارگی Elongation at Break, %	50-120
الانگیشن در نقطه تسلیم Elongation at Yield, %	6-7
مدول خمشی Flexural Modulus, Gpa	2.2-2.5

 

 

خواص فیزیکی پلی کربنات PC

تراکم Density, g/c	1.15-1.2
مقاومت در برابر اشعه گاما Gamma Radiation Resistance	خوب
Glass Transition Temperature, °C دمای انتقال شیشه ای، درجه سانتی گراد	160-200
جمع شدگی  Shrinkage, %	0.7-1
مقاومت در برابر ضدعفونی (تکرار شده) Sterilization Resistance (Repeated)	متعادل
مقاومت در برابر نور UV UV Light Resistance	متعادل
جذب آب 24 ساعته، % Water Absorption24% hours	0.1-0.2

 

 

خواص تحمل حرارتی پلی‌کربنات

دمای HDT  در 27PSI HDT @0.46 Mpa (67 psi), °C	150-190
دمای HDPE  در 264PSI HDT @1.8 Mpa (264 psi), °C	140-180
حداکثر دمای قابل تحمل Max Continuous Service Temperature, °C	100-140

 

مشخصات حرارتی پلی کربنات

ضریب انبساط حرارتی Coefficient of Linear Thermal Expansion x 10-5, /°C	7-9
عایق حرارتی Thermal Insulation, W/m.K	0.21
مقاومت در برابر آتش Fire Resistance (LOI)	24-35
اشتعال پذیری Flammability, UL94	HB

 

 

مشخصات نوری پلی‌کربنات

براقیت Gloss, %	88-89
مه Haze, %	1

 

مشخصات الکتریکی پلی‌کربنات

مقیاس قوس Arc Resistance, sec	110-120
ثابت دی الکتریک Dielectric Constant	2.8-3
مقاومت حجمی Volume Resistivity x 1015, Ohm.cm	15-16
قدرت دی الکتریک Dielectric Strength, kV/mm	16-35
ضریب اتلاف Dissipation Factor x 10-4	69-100

 

 

 

افزودنی مهم مورد استفاد در پلی کربنات

استابلایزرهای نوری: انواع استابلایزر نوری از جمله پایه بنزوتری آزول برای استفاده در پلی کربنات مورد استفاده قرار می‌گیرند

استابلایزر حرارتی: استابلایزر پایه فسفریک اسید برای پایداری حرارتی پلی کربنات مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مواد ضد شعله: انواع ضد شعله بر پایه هالوژن، فسفر و سیلیکون برای پلی کربنات مورد استفاده

نتیجه گیری

پی کربنات یکی از مهم ترین و پرکاربردترین ترموپلاستیک‌های مهندسی است. این پلاستیک در تولید قطعات الکترونیکی، قطعات خودرو، لوازم خانگی و ظروف غذایی با ماندگاری بالا کاربرد دارد. پلی کربنات یک نوع پلی استر آروماتیک است که از واکنش بیس فنول A و کربونیل کلرید حاصل می‌شود. مصرف جهانی پلی کربنات در حدود 1.5 میلیون تن در سال برآورد شده است.