البولي كربونات (PC) هو مادة لدائن حرارية غير متبلورة، وهو بوليمر عالي يحتوي على مجموعات كربونات (-O-C(=O)-O-) في سلسلته الجزيئية. يتم تصنيعه من خلال تفاعل بلمرة يشمل ثنائي الفينول أ (BPA) والفوسجين (COCl2). يُعرف البولي كربونات بأنه لدائن حرارية عالية الأداء، ويُستخدم على نطاق واسع لشفافيته المتميزة، ومقاومته للحرارة، ومقاومته للصدمات.
المعايير الأساسية للكمبيوتر الشخصي
- الكثافة: تتراوح عادة من 1.20 إلى 1.22 جم/سم³.
- نقطة الانصهار: حوالي 260°C إلى 270°C.
- درجة حرارة القولبة بالحقن: 270-320°C.
- درجة حرارة التحول الزجاجي (Tg): حوالي 135-150°C.
- مقاومة الصدمة لحزمة الكابولي ذات الشق: حوالي 60 كيلوجول/م².
- قوة الشد: حوالي 60 إلى 70 ميجا باسكال (ميغاباسكال).
- قوة الانحناء: يمكن أن تصل إلى حوالي 90 إلى 120 ميجا باسكال.
- الشفافية: تصل إلى 90% في نطاق الضوء المرئي.
- مقاومة المواد الكيميائية: مقاومة جيدة للأحماض والقواعد الضعيفة، ولكنه حساس لبعض المذيبات والمواد الكيميائية القوية.
- امتصاص الماء: جيدة، مع معدل امتصاص منخفض يبلغ حوالي 0.3%. يميل إلى التحلل المائي في درجات الحرارة العالية.
مزايا البولي كربونات (PC)
- شفافية عالية ولمعان: يتمتع مادة البولي كربونات بخصائص بصرية ممتازة مع معدل نقل ضوئي يبلغ 90%، وهو قابل للمقارنة بالزجاج ولكنه أخف وزناً وأقل عرضة للكسر. إلى جانب البولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA) والبولي ستايرين (PS)، يشكل البولي كربونات أكثر المواد البلاستيكية الشفافة استخدامًا.
- مقاومة استثنائية للحرارة والبرودة: يظل البولي كربونات مستقرًا في درجات حرارة أعلى (عادةً بين 140°C و150°C) ويمكن استخدامه في درجات حرارة منخفضة تصل إلى -60°C إلى -40°C دون أن يصبح هشًا.
- مقاومة عالية للصدمات: تبلغ مقاومة الصدمات للبولي كربونات 250-300 مرة من الزجاج العادي و30 مرة من ألواح الأكريليك بنفس السماكة، مما يجعله مادة عالية المتانة.
- مثبط للهب: يتمتع البولي كربونات بشكل طبيعي بخصائص مقاومة للهب، حيث يحقق تصنيف UL94 V2 حتى بدون إضافات.
- عزل كهربائي ممتاز: هذا يجعله قابلاً للتطبيق على نطاق واسع في مجالات الإلكترونيات والكهرباء.
- مقاومة جيدة للزحف واستقرار أبعاد جيد أثناء المعالجة.
عيوب البولي كربونات:
- القابلية للخدش: مادة البولي كربونات ناعمة نسبيًا وعرضة للخدش. يمكن أن يكون هذا مشكلة في التطبيقات التي تتطلب الشفافية ومقاومة التآكل. لذلك، من الشائع تطبيق طلاء مقاوم للخدش على السطح.
- عرضة للتشقق تحت الإجهاد: يمكن أن تتطور تشققات الإجهاد في مادة البولي كربونات عند تعرضها لإجهاد ميكانيكي أو مواد كيميائية معينة، خاصة عند الحواف أو النقاط الضعيفة. يحدث هذا بسبب الإجهادات الداخلية، ربما بسبب المعالجة غير السليمة أو القوة المفرطة أثناء التجميع. لا تؤثر تشققات الإجهاد على المظهر فحسب، بل تقلل أيضًا من المتانة الميكانيكية بشكل كبير. للتخفيف من هذه المخاطر، فإن إدارة الإجهاد أثناء التصميم والمعالجة، وكذلك تجنب ملامسة مواد كيميائية معينة، أمر مهم.
- صعوبات المعالجة: تنعكس صعوبة معالجة البولي كربونات أيضًا في سيولته المنخفضة نسبيًا وارتفاع نقطة الانصهار, ، عادةً بين 220 درجة مئوية و260 درجة مئوية. وهذا يتطلب درجات حرارة تسخين أعلى في القولبة بالحقن أو معالجة اللدائن الحرارية الأخرى، مما يزيد من استهلاك الطاقة ويطالب بمزيد من المعدات المعالجة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي السيولة المنخفضة للبولي كربونات مقارنة ببعض اللدائن الأخرى إلى ملء غير كافٍ أو غير متساوٍ في تصميمات القوالب المعقدة أو النحيفة.
- الحساسية للأشعة فوق البنفسجية: يمكن أن يصبح البولي كربونات أصفر اللون وهشًا عند تعرضه للأشعة فوق البنفسجية لفترات طويلة. لمنع ذلك، غالبًا ما تتم إضافة مثبتات للأشعة فوق البنفسجية أو تطبيق طلاء واقٍ على السطح.
- الحساسية الكيميائية: البولي كربونات حساس لبعض المواد الكيميائية، وخاصة بعض المذيبات والمنظفات والشحوم مثل الكحول والكيتونات والأحماض والقواعد، والتي يمكن أن تسبب تشققًا أو تدهورًا.
- التكلفة العالية: مقارنة بأنواع أخرى من اللدائن، عادةً ما يأتي البولي كربونات بتكلفة أعلى.
- المخاوف البيئية والصحية: أحد المكونات الرئيسية للبولي كربونات هو بيسفينول أ (BPA), ، وهو معطل للغدد الصماء وقد جذب الانتباه. أصبحت التأثيرات الصحية المحتملة للبيسفينول أ، خاصة في منتجات الرضع والأطفال، محور اهتمام عام وتنظيمي.
تطبيقات البولي كربونات في التشكيل بالحقن
يلعب البولي كربونات (PC) دورًا حاسمًا في مختلف منتجات التشكيل بالحقن نظرًا لخصائصه الفريدة، ويُستخدم على نطاق واسع في المجالات التالية:
الغلافات الشفافة ونظارات الحماية: تجعل الشفافية العالية والمتانة للبولي كربونات منه مادة مثالية لتصنيع مختلف الغلافات الشفافة ونظارات الحماية.
- العدسات البصرية: يُستخدم البولي كربونات على نطاق واسع في المجال البصري. على سبيل المثال، يُستخدم لإنتاج عدسات مصابيح LED، وعدسات أضواء السيارات، وأغطية مصابيح السيارات الأمامية. تستفيد هذه التطبيقات بشكل كامل من نفاذية الضوء ومقاومة الحرارة للبولي كربونات.
غلافات المنتجات الكهربائية: يُستخدم البولي كربونات أيضًا على نطاق واسع في تصنيع غلافات المنتجات الكهربائية، مثل علب عدادات الكهرباء. يعود اختيار البولي كربونات بشكل رئيسي إلى خصائصه المقاومة للاشتعال، ومقاومته للعوامل الجوية، ومتانته وقوته العالية، مما يضمن سلامة ومتانة المنتجات الكهربائية.
الأقراص الضوئية: تُصنع الأقراص الضوئية، مثل الأقراص المضغوطة (CD) وأقراص الفيديو الرقمية (DVD)، عادةً من مادة البولي كربونات، مستفيدةً من خصائصه البصرية الممتازة وقابليته للتشكيل.
خوذات السلامة: تجعل المقاومة العالية للصدمات للبولي كربونات منه مادة مثالية لتصنيع خوذات السلامة، والتي تُستخدم على نطاق واسع في البناء والرياضة وغيرها من المجالات التي تتطلب حماية للرأس.
غلافات الأجهزة الإلكترونية: بما في ذلك غلافات أجهزة الكمبيوتر والسماعات، يوفر استخدام مادة البولي كربونات حلاً خفيف الوزن ومتينًا وجذابًا من الناحية الجمالية.
تُظهر هذه التطبيقات الاستخدام الواسع للبولي كربونات في الصناعة الحديثة والحياة اليومية. وتلعب خصائصه مثل الشفافية العالية والمتانة ومقاومة اللهب دورًا مهمًا في العديد من المجالات.
أنواع البولي كربونات والبولي كربونات المعدلة
دعونا نتعرف بسرعة على الأنواع المختلفة من البولي كربونات (PC) وطبيعة البولي كربونات المعدل. يشير البولي كربونات المعدل إلى المواد التي يتم الحصول عليها بإضافة مواد تعزيزية أو إضافات مختلفة إلى راتنج البولي كربونات الأساسي لتحسين أو تعزيز خصائصه الأصلية. تشمل الأنواع الشائعة من البولي كربونات المعدل:
البولي كربونات عالي ومنخفض الوزن الجزيئي: يتميز البولي كربونات عالي الوزن الجزيئي بأطوال سلاسل أطول، ويظهر عادةً قوة أعلى، ومقاومة أفضل للحرارة، وخصائص ميكانيكية فائقة. وهو مناسب للتطبيقات عالية الأداء مثل المواد المضادة للرصدمات والأجزاء الميكانيكية الفاخرة. على العكس من ذلك، فإن البولي كربونات منخفض الوزن الجزيئي، بأطوال سلاسل أقصر، يكون أسهل في المعالجة والتشكيل ولكنه يعني عادةً قوة ميكانيكية ومقاومة حرارة أقل. هذا النوع من البولي كربونات أكثر ملاءمة للمنتجات الاستهلاكية العامة والتطبيقات غير الثقيلة.
البولي كربونات المقوى بألياف الزجاج: يعزز تقوية البولي كربونات بألياف الزجاج قوته الميكانيكية واستقراره الأبعادي، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب قوة وصلابة عالية.
البولي كربونات المقاوم للاشتعال: تحسن إضافة مواد مقاومة للاشتعال خصائص مقاومة الاشتعال للبولي كربونات. بدون تعديل، يحصل البولي كربونات على تصنيف مقاومة اشتعال V2، وهو غير كافٍ للعديد من المنتجات. مع إضافة مواد مقاومة للاشتعال، يمكنه الوصول إلى تصنيف V0. يمكن أن تكون مواد مقاومة الاشتعال مهلجنة أو غير مهلجنة.
البولي كربونات المقاوم للأشعة فوق البنفسجية: من خلال إضافة مثبتات للأشعة فوق البنفسجية، يتم تعزيز مقاومة البولي كربونات للعوامل الجوية للاستخدام الخارجي، مما يقلل من تغير اللون وتدهور الأداء بسبب التعرض الطويل للأشعة فوق البنفسجية.
سبيكة PC/ABS: يجمع خلط البولي كربونات مع ABS (أكريلونيتريل بوتادين ستايرين) بين القوة العالية ومقاومة الحرارة للبولي كربونات وسهولة معالجة وسلاسة سطح ABS، بالإضافة إلى مقاومة التشقق الناتج عن الإجهاد. يُستخدم هذا على نطاق واسع في أجزاء السيارات وغلافات الأجهزة الإلكترونية وغيرها.
البولي كربونات المقوى بألياف الكربون: يحسن دمج ألياف الكربون قوة المادة واستقرارها الحراري، وهو مناسب للتطبيقات خفيفة الوزن وعالية الأداء في صناعات الطيران والفضاء والمركبات.
سبيكة PC/PBT أو PC/PET: من خلال الخلط مع PBT (بولي بوتيلين تيريفثاليت) أو PET (بولي إيثيلين تيريفثاليت)، يتم تعزيز مقاومة المواد الكيميائية ومقاومة الصدمات، وغالبًا ما يُستخدم للمنتجات التي تتطلب مقاومة للتآكل الكيميائي وقوة صدم عالية.
البولي كربونات الشفاف: على الرغم من أن البولي كربونات شفاف بطبيعته، إلا أن تعديلات محددة يمكن أن تعزز شفافيته وخصائصه البصرية بشكل أكبر، مما يجعله مناسبًا للمنتجات البصرية والعناصر الزخرفية التي تتطلب شفافية عالية.
سبيكة PC/ASA: تحسين مقاومة الطقس والأشعة فوق البنفسجية عن طريق السبك مع ASA (أكريلات-ستايرين-أكريلونيتريل)، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات المعرضة للهواء الطلق لفترات طويلة.
تجد مواد البولي كربونات المعدلة هذه، بمزيجها الفريد من الخصائص، تطبيقات واسعة النطاق في مختلف المجالات الصناعية. من خلال التعديل، تم توسيع نطاق تطبيق البولي كربونات بشكل كبير، مما يلبي متطلبات أداء أكثر صرامة أو محددة.
معلمات التشكيل بالحقن للبولي كربونات (PC)
يعد فهم المعلمات الصحيحة للتشكيل بالحقن للبولي كربونات أمرًا بالغ الأهمية للحصول على جودة منتج مثالية. إليك نظرة عامة:
تصميم القنوات والبوابات
- القنوات: صمم قنوات التغذية لتكون سميكة وقصيرة قدر الإمكان، مع أقل قدر من الانحناءات. تساعد المقاطع العرضية الدائرية والقنوات المصقولة على تقليل مقاومة تدفق المصهور.
- البوابات: أي شكل من البوابة يمكن استخدامها، ولكن يجب ألا يقل القطر عن 1.5 مم. بالنسبة للأجزاء الشفافة، تُستخدم بوابات كبيرة بشكل عام لتجنب عيوب مثل الفقاعات وعلامات الإجهاد.
درجة حرارة التجفيف والوقت
- تتطلب مواد البولي كربونات تجفيفًا شاملًا قبل المعالجة، عادةً عند 100 درجة مئوية إلى 120 درجة مئوية لمدة 3 إلى 4 ساعات لتجنب عيوب السطح وتشقق المنتج.
معايير القولبة بالحقن الرئيسية
- درجة حرارة الحقن: عادةً بين 270 درجة مئوية و320 درجة مئوية، هذا النطاق حاسم لصهر مادة البولي كربونات للحقن.
- درجة حرارة القالب: اضبط حوالي 80 درجة مئوية إلى 120 درجة مئوية. قد تكون هناك حاجة لدرجات حرارة أعلى للأشكال المعقدة أو الجدران الرقيقة ولكن يجب ألا تتجاوز درجة حرارة التشوه الحراري للقالب. تساعد درجة حرارة القالب المناسبة في تقليل إجهاد التشكيل وتحسين شفافية المنتج.
- ضغط الحقن: بشكل عام بين 50 إلى 150 ميجا باسكال. يساعد الضغط الأعلى مادة البولي كربونات على ملء القالب بالكامل.
- ضغط التثبيت: يؤثر حجم ومدة ضغط التثبيت بشكل كبير على الإجهاد الداخلي لمنتجات البولي كربونات. يمكن أن يؤدي الضغط القليل جدًا إلى فقاعات الفراغ أو سطح غائر, ، بينما يمكن أن يسبب الضغط الزائد إجهادًا داخليًا مرتفعًا بالقرب من البوابة. النهج الشائع هو درجة حرارة مادة عالية مع ضغط تثبيت منخفض.
- سرعة الحقن: اضبط وفقًا للشكل والحجم المحددين للمنتج. قد تتطلب المنتجات ذات الجدران الرقيقة أو التدفق الطويل سرعات حقن أسرع. وإلا، يُفضل السرعات المتوسطة أو البطيئة، ويفضل أن تكون مع حقن متعدد المراحل، عادةً بطيء-سريع-بطيء.
- سرعة المسمار: بسبب اللزوجة العالية للبولي كربونات، يجب ألا تكون سرعة المسمار اللولبي عالية جدًا لتسهيل البلاستنة والتهوية وصيانة آلة الحقن. عادةً، يجب التحكم بها بين 30-60 دورة في الدقيقة، مع الضغط الخلفي عند 10-15% من ضغط الحقن. تضمن سرعة المسمار اللولبي المناسبة التسخين والخلط الموحدين.
- حجم الآلة: الوزن الأمثل للمنتج حوالي 40 إلى 60% من سعة آلة الحقن. إذا كانت سعة الآلة مقاسة بأوقية البولي ستايرين، قلل بنسبة 10%.
- المسمار: نظرًا للاستقرار الحراري الجيد واللزوجة العالية للبولي كربونات، فإن المسمار اللولبي بنسبة الطول إلى القطر (L/D) أكثر من 20:1، على الأقل 15:1، هو الأمثل، مما يعني مسمارًا أطول وأرق. يجب أن تكون نسبة الانضغاط 1.5:1 إلى 3:1. يجب استخدام النوع الحلقي المنزلق لصمام الفحص في الطرف الأمامي للمسمار اللولبي، مع فجوة تدفق الراتنج على الأقل 3.2 مم.
- ضغط الإغلاق: احسب بناءً على المساحة المسقطة للمنتج، مع 0.47 إلى 0.78 طن لكل سنتيمتر مربع (أو 3 إلى 5 أطنان لكل بوصة مربعة).
- الضغط الخلفي: يساعد الضغط الخلفي المنخفض في تقليل تدهور المادة، عادةً بين 5 إلى 20 ميجا باسكال.
- زمن التبريد: اضبط بناءً على سمك المنتج ودرجة حرارة القالب لضمان التبريد والتصلب الكاملين.
يجب ضبط وتحسين هذه المعلمات وفقًا لظروف الماكينة الفعلية وخصائص المواد ومتطلبات تصميم المنتج. تعتبر معلمات التشكيل بالحقن الصحيحة ضرورية لضمان جودة المنتج وكفاءة الإنتاج.
الخاتمة
في الختام، يفتح إتقان البولي كربونات في التشكيل بالحقن عالماً من التطبيقات عالية الأداء نظراً لخصائصه الفريدة. من خلال فهم التقنيات والمعلمات والتعديلات الصحيحة، يمكن للمصنعين والمصممين استغلال الإمكانات الكاملة للبولي كربونات، مما يضمن منتجات متينة وعالية الجودة ومتعددة الاستخدامات في مجموعة واسعة من الصناعات.
التعليقات مغلقة.