Nhựa Polycarbonate là gì?

Nhựa 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. 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.

Thông tin chung

Khối lượng riêng: 1,20–1.22 g/cm3
Nhiệt độ nóng chảy: 155 °C (311 °F)
Độ bền kéo: 55–75 MPa
Độ va đập của Izod: 600–850 J/m
Nhiệt độ hoạt động cao nhất: 115–130 °C (239–266 °F)

Nhựa Polycarbonate 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). 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 lớn trên thế giới 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®) – Một công ty của Việt Nam

Polycarbonate 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 (PC)

Phản ứng trùng hợp Polycarbonate (PC)

Đặc tính kỹ thuật

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.

Thuộc tính vật lý & cơ khí

Chi tiêu Giá trị
Tỉ trọng 1.15-1.2g/cm3
Nhiệt kế thủy tinh 160-200°C
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

Thuộc tính điện

Chi tiêu Giá trị
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

Độ ổn định kích thước

Chi tiêu Giá trị
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%

Các thuộc tính khác

Chi tiêu Giá trị
Khả năng kháng cháy
Chỉ số chống cháy LOI 24-35%
Tiêu chuẩn chống cháy UL94 HB
Thuộc tính quang học
Sương mù 1%
Độ trong suốt (% truyền ánh sáng có thể nhìn thấy) 88-89%
Khả năng kháng bức xạ
Kháng bức xạ gamma Good
Khả năng chống tia UV Fair
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

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, 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.

Tối ưu hóa thuộc tính của nhựa Polycarbonate bằng hỗn hợp

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 Glass fiber 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 polycarbonate mag 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 quyền 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

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.

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.

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 260-300oC, nhệt độ in là 90oC hoặc cao hơn, tốc độ in lý tưởng : 30mm/s và có thể cao hơn 60-80mm/s.

Ưu nhược điểm của nhựa Polycarbonate

Ưu điểm

  • Độ trong suốt cao. Cung cấp khả năng truyền sáng tốt như thủy tinh.
  • Độ bền nhiệt độ cao thậm chí xuống đến -20°C. Khả năng duy trì cơ học cao khi nhiệt độ lên đến 140°C.
  • Khả năng chống cháy.
  • Có đặc tính cách điện tốt, không bị ảnh hưởng bởi nước hoặc nhiệt độ.
  • Có khả năng chống mài mòn tốt.
  • Có thể chịu được sự khử trùng bằng hơi nước nhiều lần.

Nhược điểm

  • Dễ dàng bị tấn công bởi hydrocacbon và bazơ.
  • Sau khi tiếp xúc lâu với nước ở trên 60 ° C, các tính chất cơ học của chúng bắt đầu suy giảm.
  • Cần sấy khô thích hợp trước khi gia công.
  • Độ bền mệt mỏi thấp.
  • Xu hướng ố vàng sau khi tiếp xúc với UV do đó tấm Polycabonate luôn cần hoạt chống chống tia UV để tăng tuổi thọ sản phẩm.