一、简介
聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物,是透明的无色或微黄色强韧固体,透明性仅次于PMMA和PS,透光率可达89%,无味、无毒,着色性好,可制成各种色彩鲜艳的制品。
表1 聚碳酸酯的基本属性
中文名 |
化学式 |
聚碳酸酯 |
2,2'-双(4-羟基苯基)丙烷聚碳酸酯 |
英文名 |
CSA |
Polycarbonate |
25037-45-0 |
没有特别说明,通常所说的聚碳酸酯都是指双酚A型聚碳酸酯及其改性品种,以下便是双酚A型聚碳酸酯的结构式。
图:2,2'-双(4-羟基苯基)丙烷聚碳酸酯
主链上基团对PC的影响
1.苯撑基:庞大的刚硬基团,限定了分子链段的内旋;
2.酯基:强极性基团,提供了较大的分子间力使分子链互相束缚,削弱分子链柔性;
苯撑基和酯基决定了PC是属性刚性较强的大分子。因此,聚合物的玻璃化温度和熔融温度较高、熔体粘度高,分子链在外力作用下不易滑移,抗形变能力强,力学强度高,耐溶剂性和耐水性好。
二、发展历史
1953年:拜耳公司首次获得聚碳酸酯(PC)。
1958年:拜耳公司以熔融酯交换法进行PC的中规模工业化生产。
1960年:美国通用公司半工业化投产
我国在1958年着手研发,1965年工业化建厂
80年代后,PC的应用需求迅速地增长,80年代的增长速度接近13%,90年代保持在8~9%
三、分类
根据-R-基团的不同,聚碳酸酯可分为脂肪族、脂环族、芳香族以及脂肪-芳香族等几类型。无特别说明的情况下,通常所说的聚碳酸酯都是指双酚A型聚碳酸酯及其改性品种。
根据用途,聚碳酸酯可分为防静电PC,导电PC,加纤防火PC,抗紫外线耐候PC,食品级PC,抗化学性PC。
图2:食品级PC粒子
四、合成工艺
图3:PC的合成方法
1. 酯交换法
在碱性催化剂、高温、高真空的条件下,使双酚A与碳酸二苯酯进行酯交换,脱出苯酚,缩聚成聚碳酸酯。更具体详情,可以点击蓝色链接进行查看:→全面解析-聚碳酸酯Polycarbonate(PC)
2. 光气法
将双酚A先转变成钠盐,以双酚A钠盐的NaOH水溶液为一相,以通入光气的二氯甲烷为另一相,在常温常压下进行界面缩聚。关于国内PC原料的合成工艺,可以点击蓝色链接:→ 中国PC原料合成工艺获新进展打破国外垄断
五、成型工艺及注塑常见缺陷分析
1.成型工艺
PC可注塑、挤出、模压、吹塑、热成型、印刷、粘接、涂覆和机加工,最重要的加工方法是注塑。成型之前必须预干燥,水分含量应低于0.02%,微量水份在高温下加工会使制品产生白浊色泽,银丝和气泡,PC在室温下具有相当大的强迫高弹形变能力。
表2 聚碳酸酯成型工艺
成型工艺 |
应用 |
注塑成型 |
用于制造较精密的、冲击性能优良的中、小型制品 |
挤出成型 |
PC的板、管和棒等型材以及薄膜 |
中空吹塑 |
生产热水杯、包装容器等中空制品 |
2. 常见注塑缺陷分析
PC是一种较难加工的塑料。因此,在制品成型过程中往往会出现变色、黄纹、黑点、气泡、冷料斑、乱流痕等缺陷。
1)应力问题
(a)→PC消除内应力开裂解决方案
(b)→PC产品应力开裂的解决办法
2)射影、黑点等
图4:PC注塑时制品有射影案例
3)表面有起皮
图5:PC料不加纤起皮
4)其他问题
(a)→老师傅整理出的PC料注塑难题汇总(干货,超级实用!)
六、PC的改性方向及主要生产商家
1. PC为什么要改性?
改善应力开裂、流动性不佳
2. PC的改性方向有哪些?
增韧、增强、阻燃和合金化等,更多关于PC改性的详情,可以点击蓝色链接进行查看:
(2)→从PC/ABS、ABS领域专利统计说起:改性塑料行业没有人独统江湖
3. 改性品种有哪些?
表3 PC常见的改性品种
类型 |
目的 |
PC/ABS |
可提高弯曲模量、耐热性、电镀性能等 |
PC/PET、PBT |
可改善耐药品性,耐溶剂料性等 |
PC/PMMA |
加入有机玻璃可提高外观珠光色彩 |
PC/PA、 HIPS |
提高冲击韧性、表面光洁度 |
PC/HDPE |
改善耐沸水性、耐老化性、耐气候性,而LDPE效果较差 |
PC+GF |
增强改性,提高机械强度 |
4. 主要生产商家
PC的主要生产商家主要有:沙特基础工业公司、拜耳、日本三菱、LG化学、台化出光、台湾奇美、韩国三星、嘉兴帝人、新加坡帝人、陶氏、三星第一毛织、俄罗斯喀山、泰国三菱、宁波浙铁大风化工等。更多详情,可以点击蓝色链接,进行查询:
1)宁波浙铁大风化工
2)SABIC
3) 拜耳
(b)→拜耳Apec是一种特殊的聚碳酸酯
六、应用
1. 汽车(优良抗冲击、抗热畸变性能,且耐候性好、硬度高)
适用于生产轿车和轻型卡车的各种零部件。用途主要集中在照明系统、仪表板、加热板、除霜器以及PC合金制的保险杠等。
a)门把手:→奥迪、大众等车内门把手为何选用电镀级PC/ABS?
图6:PC/ABS电镀门把手(图来源于锦湖日丽)
2. 电子电器(良好的电绝缘性、阻燃性、尺寸稳定性)
主要应用于重载插头座和墙壁插板、连接器、电子产品外壳、终端接线柱等。
a)3C行业
b)手机外壳
图7:聚碳酸酯手机外壳(魅族)
3. 光学(高透光率、高折射率、高抗冲击性、尺寸稳定性及易加工成型)
主要应用领域:光盘、镜片、照明等
图8:PC应用于照相机镜片
4. 建筑(高透、抗冲、耐温、耐紫外线、尺寸稳定)
应用于:PC板材。
图9:PC板材用于建筑材料
5. 包装
PC在包装领域主要是制造20L左右的大水瓶。由于质量轻、抗冲击和透明性好,用热水和腐蚀性溶液洗涤处理时不变形且保持透明,除个别高消费市场外,PC瓶已取代玻璃瓶。
图10:PC瓶
6. 医疗器械
PC或其改性品种具有良好的韧性和刚性,同时兼有耐热、耐辐射性能,满足医疗领域的高温、高压消毒处理和经受高能辐射处理要求,主要用于制造人工血液透析设备、血液采集器、高压注射器、外科手术面罩及其它需在透明、直观条件下操作并需反复消毒的医疗设备中。
图11:PC应用于注射器
文章由艾邦高分子整理编辑
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