ما هو البولي كربونات؟

 

البولي(PC) ينتمي إلى عائلة من البوليمرات البلاستيكية الحرارية التي تتميز بروابط الكربونات (−O−(C=O)−O−) داخل العمود الفقري الجزيئي. تم تصنيع هذا البلاستيك الهندسي لأول مرة بشكل مستقل بواسطة هيرمان شنيل في باير ودانيال فوكس في جنرال إلكتريك خلال عام 1953-1955، ويظهر هذا البلاستيك الهندسي مزيجًا غير عادي من الوضوح البصري الذي يقترب من 90% من انتقال الضوء، ومقاومة الصدمات التي تتجاوز 250 مرة من الزجاج، والثبات الحراري عبر نطاق عمل -40 درجة إلى 120 درجة . البنية غير المتبلورة للمادة-مما يعني أن جزيئاتها تفتقر إلى حسابات ترتيب بلورية طويلة المدى لكل من شفافيتها وقدرتها على الخضوع لتشوه بلاستيكي كبير دون أن تتكسر.

الاشياء في كل مكان

هذا هو الأمر: ربما تكون قد لمست مادة البولي كربونات ثلاث مرات على الأقل اليوم دون أن تدرك ذلك. حالة الهاتف الخاص بك؟ من المحتمل أن يكون البولي كربونات أو مزيج من أجهزة الكمبيوتر الشخصية. تلك نظارات السلامة في العمل؟ البولي. يغطي المصباح على سيارتك؟ نعم. حتى إبريق موزع المياه الموجود في مطبخ مكتبك.

وذلك قبل أن نتناول الأمور الغريبة-مثل دروع مكافحة الشغب ومظلات الطائرات و"الزجاج" المضاد للرصاص في البنك الذي تتعامل معه. القرص المدمج الذي وجدته في قبو والديك نهاية الأسبوع الماضي. الدفيئات الزراعية. زجاجات الأطفال (على الرغم من أن الأمر أصبح معقدًا-سنتحدث عن ذلك لاحقًا).

لماذا يستمر المهندسون في العودة إليها

يستحق موضوع مقاومة الصدمات اهتمامًا أكبر مما تعطيه معظم المقالات. نحن لا نتحدث عن "قوي جدًا بالنسبة للبلاستيك". نحن نتحدث عن مادة يمكنها إيقاف الرصاصة عند وضعها بشكل صحيح. يمكن أن تتعرض ألواح البولي كربونات القياسية لضربة مطرقة مباشرة دون أن تتشقق-جرب ذلك باستخدام الأكريليك أو الزجاج وستتمكن من إزالة الشظايا.

ما يجعل هذا العمل هو التركيب الجزيئي. تلك المجموعات الكربونية التي ذكرتها سابقًا؟ إنها تسمح لسلاسل البوليمر بامتصاص الطاقة من خلال التشوه بدلاً من انتشار الشقوق. يمكن أن تمتد السلاسل وتنزلق فوق بعضها البعض قبل أن تنكسر. ولهذا السبب يمكن ثني البولي كربونات باردًا-ويمكنك في الواقع تشكيله على صفائح معدنية بدون تسخين في كثير من الحالات.

تبلغ درجة حرارة التزجج حوالي 147 درجة. وتحت ذلك فهو جامد. أعلاه، فإنه يلين تدريجيا ويصبح قابلا للتطبيق. وهذا يمنح الشركات المصنعة نافذة معالجة واسعة لا توفرها المواد البلاستيكية الهندسية الصعبة.

انتقال الضوء

 

ينقل البولي كربونات غير المطلي حوالي 88% من الضوء المرئي، مما يجعله على مسافة قريبة من الزجاج البصري. وصلت بعض الدرجات إلى 92٪. يبلغ مؤشر الانكسار حوالي 1.58-أعلى من الزجاج القياسي-مما يجعله مفيدًا في الواقع لعدسات النظارات الرفيعة.

ولكن إليك ما لا تخبرك به أوراق المواصفات دائمًا: اصفرار المادة بمرور الوقت تحت التعرض للأشعة فوق البنفسجية ما لم يتم تثبيتها. سوف يتحول البولي كربونات الخام المتروك في ضوء الشمس إلى اللون الكهرماني خلال عام أو عامين. تأتي معظم الألواح التجارية بأسطح مثبتة للأشعة فوق البنفسجية-لهذا السبب تحديدًا.

سؤال BPA

نحن بحاجة للحديث عن ثنائي الفينول أ.

يتم تصنيع البولي كربونات القياسي عن طريق تفاعل مادة BPA مع غاز الفوسجين. تعتبر مادة BPA من المواد المسببة لاختلال الغدد الصماء-فهي تحاكي هرمون الاستروجين في الجسم. ونعم، يمكن أن تتسرب كميات ضئيلة من حاويات البولي كربونات، خاصة عند تسخينها أو تعرضها لمحتويات حمضية.

أصبح هذا مصدر قلق كبير في عام 2008-2012 تقريبًا، مما أدى إلى اتخاذ إجراء تنظيمي بشأن زجاجات الأطفال في العديد من البلدان ودفع تطوير البدائل الخالية من مادة BPA- مثل Tritan (الذي يستخدم مونومرات مختلفة). لا تزال إدارة الغذاء والدواء الأمريكية تعتبر البولي كربونات الملامسة للأغذية آمنة عند مستويات التعرض الحالية، لكن الجدل مستمر.

بالنسبة للتطبيقات الصناعية-واقيات الآلات، والزجاج، والأغطية الواقية-لا يعد ترشيح مادة BPA مشكلة في الأساس-. لكن تظل طلبات الاتصال بالطعام-منطقة متنازع عليها. فقط يستحق المعرفة.

العمل مع المادة

ماكينات البولي كربونات بشكل جميل. أدوات كربيد القياسية تعمل بشكل جيد. يمكنك حفرها ورؤيتها وتوجيهها-والاحتياط الرئيسي هو تجنب ارتفاع درجة الحرارة، مما يتسبب في ذوبان موضعي وتراكم المادة الصمغية على حواف الأداة. الأدوات الحادة والسرعات المعتدلة هي الحل.

يتطلب التشكيل الحراري تجفيف الورقة أولاً. البولي كربونات مادة استرطابية (تمتص رطوبة الغلاف الجوي)، والماء المحبوس يخلق فقاعات أثناء التسخين. يقوم معظم المصنعين بتجفيف الألواح عند درجة حرارة 120 درجة لمدة 2-4 ساعات قبل التشكيل.

لربط القطع:

يعمل اللحام بالمذيبات ولكنه يتطلب عناية-المذيبات التي تعمل قوية ويمكن أن تسبب تشققات إجهادية إذا تم تطبيقها بشكل مفرط

يحتاج التثبيت الميكانيكي إلى فتحات كبيرة الحجم لاستيعاب التمدد الحراري

إن الربط اللاصق باستخدام مواد لاصقة من مادة البولي يوريثين أو السيليكون يعطي النتائج الأكثر تسامحًا

يعتبر القولبة بالحقن أسلوبًا-عالي الحجم. درجات حرارة البرميل حوالي 280-320 درجة، ودرجات حرارة العفن 80-120 درجة. المادة لا تتسامح مع تلوث الرطوبة، حيث تسبب المياه المتبقية تحللًا مائيًا أثناء معالجة الذوبان، مما يؤدي إلى تدمير الوزن الجزيئي والخصائص الميكانيكية.

كيف تتكدس

ضد الأكريليك (PMMA)

يتميز الأكريليك بأنه أكثر وضوحًا-من الناحية البصرية، وأقل عرضة للتلف، كما أنه يتمتع بمقاومة أفضل للخدش خارج الصندوق. كما أنها أرخص. لكن الأكريليك يتحطم تحت التأثير بينما ينثني البولي كربونات. إذا كان هناك شيء قد يصطدم بمادة الزجاج الخاصة بك، فإن البولي كربونات هو الذي يفوز.

ضد الزجاج

 

خدوش الزجاج أقل. الزجاج لا أصفر. الزجاج أرخص بالنسبة للألواح المسطحة. يمنحك الزجاج وضوحًا بصريًا أفضل.

لكن الزجاج يزن تقريبًا ضعف الوزن لكل قدم مربع بسمك مكافئ. ينكسر الزجاج إلى شظايا خطيرة. لا يمكن ثني الزجاج باردًا. يتطلب الزجاج أدوات خاصة وبيئات قطع يتم التحكم في مناخها-للحصول على نتائج موثوقة.

بالنسبة لأي شيء يكون فيه الوزن مهمًا أو يكون للكسر عواقب-والتي تبين أنها عبارة عن الكثير من التطبيقات-يبدو البولي كربونات أكثر منطقية مما قد توحي به مقارنة ورقة المواصفات-.

الدرجات لا أحد يتحدث عنها

مشكلة الصفر

هذا هو كعب أخيل المادة: مادة البولي كربونات قابلة للخدش بسهولة. بسهولة محرجة، بالنظر إلى كل شيء آخر فإنه يعمل بشكل جيد.

هذا غير قابل للإصلاح على المستوى الجزيئي. نفس حركة السلسلة التي توفر مقاومة الصدمات تجعل السطح ناعمًا بما يكفي لوضع علامة عليه بالأظافر.

يتمثل الحل الصناعي في الطلاءات الصلبة-التي تعتمد عادةً على السيليكون-أو الطبقات القائمة على الأكريليك- والتي يتم تطبيقها من خلال الغمس، أو الطلاء بالتدفق، أو ترسيب البلازما. تحصل أنظمة الطلاء الصلبة الجيدة- على صلابة من البولي كربونات إلى قلم رصاص تبلغ 2H-4H، وتقترب من الزجاج. لكن الطلاء يضيف تكلفة وخطوات معالجة.

بالنسبة للنظارات، يتم تجهيز جميع عدسات البولي كربونات بشكل أساسي بطبقات صلبة. بالنسبة للزجاج الصناعي، فإن الإصدارات المطلية وغير المطلية لها أسواق تعتمد على مدى تحمل التطبيق لوضع العلامات على السطح.

واقع إعادة التدوير

البولي كربونات قابل لإعادة التدوير من الناحية الفنية. إنه لدن بالحرارة،-يقوم بإذابته وإعادة تشكيله. يغطيها رمز الراتنج 7 ("أخرى").

الواقع أكثر فوضوية. المادة حساسة للتحلل الحراري، وتفقد الوزن الجزيئي مع كل دورة معالجة. يمثل التلوث مشكلة-البلاستيك المختلط يجعل الدفعات غير قابلة للاستخدام. والأحجام ليست موجودة مقارنة بالـ PET أو HDPE. معظم برامج الرصيف لا تقبل ذلك.

توجد برامج إعادة التدوير الصناعية لأشياء مثل زجاجات المياه والأقراص الضوئية، ولكن النسبة المئوية التي تصل فعليًا إلى القائمين بإعادة التدوير تظل صغيرة. تعد إعادة التدوير الكيميائي (إزالة البلمرة مرة أخرى إلى مادة BPA والكربونات) أمرًا ممكنًا من الناحية الفنية ولكنها ليست اقتصادية على نطاق واسع حتى الآن.

إلى أين يتجه

تستمر الطاقة الإنتاجية في النمو-في حدود 6 ملايين طن متري سنويًا الآن. وتهيمن آسيا على الإنتاج والاستهلاك.

تشمل اتجاهات البحث ما يلي:

البدائل الحيوية-التي تستخدم إيزوسوربيد بدلاً من مادة BPA

مركبات نانوية لتحسين مقاومة الخدش دون التضحية بالشفافية

أنظمة طلاء ذاتية الإصلاح-.

وضوح بصري أفضل لتطبيقات الإضاءة LED

يؤدي التحول إلى السيارات الكهربائية إلى زيادة الطلب الجديد الكبير على إضاءة السيارات وأغطية البطاريات. تفضل متطلبات خفض الوزن المواد البلاستيكية على الزجاج والمعدن حيثما تسمح الخصائص بذلك.

الخط السفلي

يحتل البولي كربونات مكانة غير عادية: قوية بما يكفي للتطبيقات الهيكلية الصعبة، وواضحة بدرجة كافية للاستخدامات البصرية، وقابلة للمعالجة من خلال كل طرق تشكيل البلاستيك تقريبًا. الجمع غير موجود في مكان آخر.

انها ليست مثالية. حدود حساسية الخدش حيث يمكنك استخدامه بدون طلاء. تعمل مادة BPA على تعقيد تطبيقات الاتصال بالطعام-. يتطلب استقرار الأشعة فوق البنفسجية إضافات أو طلاءات.

ولكن عندما تحتاج إلى درع شفاف، أو زجاج خفيف الوزن، أو-عدسات مقاومة للصدمات، أو مئات التطبيقات الأخرى حيث يتصدر "الشفاف والقوي" قائمة المتطلبات-فعادة ما ينتهي بك الأمر إلى البولي كربونات. بعد خمسين عامًا من التسويق، لا يوجد شيء آخر يضاهي ما تفعله.