Tất Cả Những Điều Bạn Cần Biết Về Polycarbonate (PC)

Polycarbonate (PC) là gì và nó được sử dụng để làm gì?

Polycarbonate (PC) là một loại nhựa trong suốt, vô định hình và có tính chất nhiệt dẻo. Mặc dù nhựa polycarbonate có thể được sản xuất với nhiều màu sắc khác nhau (có thể trong suốt hoặc không), nguyên liệu thô của nó cho phép ánh sáng truyền qua gần như giống như thủy tinh. Các polymer polycarbonate được sử dụng để sản xuất nhiều vật liệu và đặc biệt hữu ích khi yêu cầu khả năng chống va đập và/hoặc tính trong suốt (ví dụ như trong kính chống đạn). PC thường được sử dụng trong các vật liệu như thấu kính nhựa trong kính mắt, thiết bị y tế, các bộ phận ô tô, đồ bảo hộ, nhà kính, đĩa kỹ thuật số (CD, DVD và Blu-ray), và các thiết bị chiếu sáng ngoài trời. Polycarbonate cũng có khả năng chịu nhiệt tốt và có thể kết hợp với các vật liệu chống cháy mà không gây suy giảm vật liệu đáng kể. Nhựa polycarbonate được coi là nhựa kỹ thuật vì chúng thường được sử dụng để chế tạo các vật liệu có khả năng chịu đựng cao, chẳng hạn như các bề mặt “giống thủy tinh” chống va đập.

Biểu đồ dưới đây cho thấy sức chịu va đập của Polycarbonate so với sức chịu va đập của các loại nhựa thông dụng khác như ABS, Polystyrene (PS), hoặc Nylon.

Độ bền của Polycarbonate so với các loại nhựa khác

Một đặc điểm khác của polycarbonate là tính dẻo dai. Nó thường có thể được tạo hình ở nhiệt độ phòng mà không bị nứt hoặc vỡ, tương tự như kim loại tấm nhôm. Mặc dù việc biến dạng có thể dễ dàng hơn khi áp dụng nhiệt, nhưng ngay cả khi không có nhiệt, các uốn cong góc nhỏ vẫn có thể thực hiện được. Đặc tính này khiến tấm polycarbonate trở nên rất hữu ích trong các ứng dụng tạo mẫu, nơi mà kim loại tấm không khả thi (ví dụ, khi cần tính trong suốt hoặc khi yêu cầu một vật liệu không dẫn điện với tính năng cách điện tốt).

Những Đặc Tính Của Polycarbonate

Bây giờ chúng ta đã biết polycarbonate được sử dụng như thế nào, hãy cùng xem xét một số đặc tính chính của nó. Polycarbonate (PC) được phân loại là một loại “nhựa nhiệt dẻo” (khác với “nhựa nhiệt rắn”), và tên gọi này liên quan đến cách nhựa phản ứng với nhiệt. Các vật liệu nhiệt dẻo sẽ chuyển thành dạng lỏng khi đạt đến điểm nóng chảy của chúng (155 độ C đối với Polycarbonate). Một đặc điểm hữu ích của nhựa nhiệt dẻo là chúng có thể được làm nóng đến điểm nóng chảy, làm nguội, và sau đó làm nóng lại mà không bị suy giảm đáng kể. Thay vì bị cháy, các nhựa nhiệt dẻo như Polycarbonate sẽ hóa lỏng, điều này cho phép chúng dễ dàng được ép khuôn tiêm và sau đó tái chế.

Ngược lại, nhựa nhiệt rắn chỉ có thể được làm nóng một lần duy nhất (thường trong quá trình ép khuôn tiêm). Việc làm nóng đầu tiên khiến các vật liệu nhiệt rắn kết lại (giống như keo epoxy 2 thành phần), gây ra một sự thay đổi hóa học không thể đảo ngược. Nếu bạn thử làm nóng nhựa nhiệt rắn ở nhiệt độ cao lần thứ hai, nó sẽ chỉ bị cháy. Đặc tính này làm cho nhựa nhiệt rắn trở thành ứng cử viên kém cho việc tái chế.

Tìm Kiếm Loại Nhựa Phù Hợp Cho Các Bộ Phận Tạo Mẫu

Polycarbonate cũng là một vật liệu vô định hình, có nghĩa là nó không thể hiện các đặc tính có trật tự của các chất rắn tinh thể. Thông thường, nhựa vô định hình có xu hướng dần dần mềm ra (tức là chúng có phạm vi rộng giữa nhiệt độ chuyển pha thủy tinh và điểm nóng chảy) thay vì thể hiện sự chuyển tiếp rõ rệt từ trạng thái rắn sang lỏng như trong các polymer tinh thể. Cuối cùng, Polycarbonate là một copolymer, có nghĩa là nó được tạo thành từ nhiều loại monomer khác nhau kết hợp với nhau.

Tại Sao Polycarbonate Lại Thường Được Sử Dụng?

Polycarbonate là một loại nhựa vô cùng hữu ích cho các ứng dụng yêu cầu tính trong suốt và khả năng chịu va đập cao. Nó là một lựa chọn nhẹ hơn thủy tinh và là một bộ lọc tia UV tự nhiên, vì vậy thường được sử dụng trong kính mắt. Polycarbonate được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực và sản phẩm khác nhau, bao gồm:

• Cửa sổ trong suốt trên các mô hình tạo mẫu

• Các mô hình tạo mẫu trong suốt có màu tẩy

• Ống trong suốt cho các mô hình thiết bị thể thao

• Các bộ khuếch tán và ống dẫn sáng cho đèn LED

• Tấm nhựa kỹ thuật cao (lấy sáng)

• Khuôn trong suốt cho đúc urethane và silicone

• Mô hình in 3D cho các ứng dụng nhiệt độ cao khi ABS không thể sử dụng

• Vỏ bảo vệ máy móc

Polycarbonate nhuộm màu cũng được sử dụng để giảm độ chói, ví dụ như để che chắn các biển báo có đèn sáng trên đường cao tốc. Các công ty sản xuất loại sản phẩm này thường sử dụng Polycarbonate nhuộm màu ở mặt trước các biển hiệu của họ để bảo vệ các đèn LED và giảm độ chói.

Các Loại Polycarbonate Khác Nhau

Polycarbonate được phát triển đồng thời vào giữa thế kỷ 20 bởi GE tại Mỹ và Bayer tại Đức. Hiện nay, Polycarbonate được sản xuất bởi nhiều công ty lớn, mỗi công ty thường có quy trình sản xuất và công thức riêng biệt. Các tên thương mại bao gồm các biến thể nổi tiếng như Lexan^® của SABIC, Makrolon^® của Bayer MaterialScience hay Nicelight^® của Nhựa Nam Việt. Có nhiều cấp độ Polycarbonate khác nhau trong ngành, và phần lớn chúng được gọi bằng tên chung (Polycarbonate). Chúng thường được phân biệt bởi lượng sợi thủy tinh gia cố có trong đó và sự thay đổi trong dòng chảy nóng chảy giữa chúng. Một số Polycarbonate còn có các phụ gia như “chất ổn định tia cực tím” giúp bảo vệ vật liệu khỏi tác động của ánh nắng mặt trời lâu dài.

Polycarbonate Được Sản Xuất Như Thế Nào?

Polycarbonate, giống như các loại nhựa khác, bắt đầu từ việc chưng cất nhiên liệu hydrocarbon thành các nhóm nhẹ gọi là “fractions”, một số trong đó được kết hợp với các chất xúc tác khác để tạo ra nhựa (thường là qua quá trình polymer hóa hoặc polycondensation).

Polycarbonate Cho Phát Triển Mẫu Tạo Mẫu Trên Máy CNC và Máy In 3D

Polycarbonate có sẵn dưới dạng tấm và thanh tròn, làm cho nó trở thành lựa chọn tốt cho các quá trình gia công cắt bỏ trên máy tiện hoặc máy phay. Màu sắc thường chỉ giới hạn ở trong suốt, trắng và đen. Các bộ phận gia công từ tấm trong suốt thường cần một số xử lý hậu kỳ để loại bỏ dấu vết công cụ và khôi phục lại tính trong suốt của vật liệu.

Vì Polycarbonate là vật liệu nhiệt dẻo, một số máy in 3D có thể in với PC sử dụng quy trình FDM (Fused Deposition Modeling). Vật liệu được mua dưới dạng dây và máy in 3D sẽ làm nóng và ép sợi nhựa thành hình dạng 3D mong muốn. Polycarbonate cho in 3D thường chỉ có màu trắng. Ngoài ra, các hỗn hợp PC/ABS cũng có sẵn cho in 3D trên máy FDM.

Polycarbonate Có Độc Hại Không?

Có khả năng một số loại Polycarbonate có thể gây hại trong các tình huống tiếp xúc với thực phẩm do sự phát thải Bisphenol A (BPA) trong quá trình thủy phân (sự phân hủy do vật liệu tiếp xúc với nước). Những loại Polycarbonate phổ biến nhất được tạo ra bằng sự kết hợp của BPA và COCl2, tuy nhiên hiện nay có các loại Polycarbonate không chứa BPA, đặc biệt là những sản phẩm được sản xuất cho các ứng dụng liên quan đến thực phẩm hoặc nước dễ hư hỏng.

Đã có khoảng 100 nghiên cứu về BPA, và kết quả của chúng có phần gây tranh cãi, khi có sự liên quan giữa nguồn tài trợ và đánh giá rủi ro. Hầu hết các nghiên cứu với nguồn tài trợ từ chính phủ cho thấy BPA là một mối nguy hại đối với sức khỏe, trong khi nhiều nghiên cứu từ ngành công nghiệp cho thấy ít hoặc không có nguy cơ sức khỏe. Mặc dù các nghiên cứu trái ngược về tác động tiêu cực của BPA, một số loại Polycarbonate đã được liên kết với sự phát thải BPA. Điều này đã dẫn đến sự ra đời của các sản phẩm Polycarbonate “không BPA” (thường được ghi rõ trên các sản phẩm tiêu dùng như lọ đựng thực phẩm).

Bình sữa trẻ em làm từ Polycarbonate

Những Nhược Điểm Của Polycarbonate

Mặc dù Polycarbonate nổi tiếng với khả năng chịu va đập cao, nhưng nó lại rất dễ bị xước. Vì lý do này, các bề mặt trong suốt như kính Polycarbonate trong một chiếc kính mắt thường sẽ được phủ một lớp chống xước để bảo vệ.

Các Tính Chất Của Polycarbonate

Lưu ý: Các giá trị trên được xác định tại trạng thái tiêu chuẩn (25 °C (77 °F), 100 kPa).