يُعد إنتاج البولي كربونات (PC) عمليةً معقدةً للغاية. في الماضي، لم تكن سوى قلةٍ من شركات الكيماويات العملاقة في العالم تمتلك أساليبَ وقدراتٍ إنتاجيةً تُضاهيها. جميع مُصنِّعي البولي كربونات المحليين إما شركاتٍ أجنبية أو مشاريعَ مشتركة. مع تزايد الطلب على البولي كربونات (PC) في قطاعي البناء والسيارات، تُوسِّع الصين نطاق استثماراتها في إنتاج البولي كربونات (PC). في عام ٢٠١٩، ستتجاوز الطاقة الإنتاجية العالمية للبولي كربونات (PC) ٥٫٦ مليون طن.

يستخدم البولي كربونات ثنائي الفينول أ (PC) على نطاق واسع في مجالات البناء والإلكترونيات والسيارات والطب وغيرها من المجالات الاقتصادية الوطنية بسبب مزاياه المتمثلة في الشفافية الجيدة وقوة التأثير القوية والاستقرار الحراري الجيد ومقاومة الزحف ومقاومة البرد الجيدة والعزل الكهربائي الجيد ومقاومة اللهب الجيدة.

البولي كربونات (PC) هو بلاستيك هندسي. وهو بوليمر حراري بلاستيكي شفاف، عديم اللون والرائحة، وغير متبلور. ينقسم البولي كربونات إلى مجموعات أليفاتية، وأليفاتية حلقية، وعطرية. ونظرًا لمحدودية أداء المعالجة، وتكلفة الإنتاج، وعوامل أخرى، يُمكن تصنيع البولي كربونات العطري ثنائي الفينول أ (PC) على نطاق واسع.

البولي كربونات (PC) | مجالات التطبيق الرئيسية
مواد البناء (لوح الشمس، لوح التحمل، بلاط الموجة، لوح موصل الحائط الساتر)

منذ العصور القديمة، يُعدّ الزجاج المادة الرئيسية للإضاءة في الحياة العصرية. تتطلب أسقف المباني واسعة المساحة خفة الوزن والمتانة العالية. تُعوّض قوة البولي كربونات (PC) العالية وكثافته المنخفضة هشاشة الزجاج. يتميز بمزايا السلامة العالية وسهولة التركيب والتصميم المتين، ويحتل مكانة مرموقة في مجال العمارة المعاصرة. لا تكفي مزايا المواد وحدها لإكمال مبنى فخم. فكما يحتاج الأسمنت إلى التسليح، يُضفي البولي كربونات (PC) كمواد بناء لمسة جمالية مميزة.

مع تطور تكنولوجيا إنتاج ألواح البولي كربونات (PC)، أصبحت ألواح البولي كربونات المجوفة، باعتبارها مادة جديدة، عنصرًا معماريًا جديدًا في أسقف وجدران المباني وواجهاتها. هذا النوع من الألواح، المعروف أيضًا باسم "ألواح أشعة الشمس"، قادر على نفاذ معظم الضوء المرئي وحجب معظم الأشعة تحت الحمراء وفوق البنفسجية. بعد مرور الضوء الطبيعي عبر اللوح المسطح، يُشكل انعكاسًا منتشرًا ناعمًا في الغرفة، دون أن يكون مبهرًا. تُستخدم على نطاق واسع في الورش الصناعية، والصالات الرياضية، وقاعات المعارض، والمطارات، وغيرها من المباني الكبيرة والعميقة.

يتميز لوح البولي كربونات (PC) بكفاءة توفير ممتازة للطاقة، ويُعتبر مادة بناء صديقة للبيئة. استُخدم برنامج EnergyPlus لمحاكاة استهلاك الطاقة في أحد المباني في شنغهاي وحساب تكلفة استهلاك الطاقة. أظهرت النتائج أن التكلفة السنوية لنافذة البولي كربونات متعددة الطبقات (PC) يمكن أن توفر ما بين 6.2 و36.6 يوان/متر مربع مقارنةً بنافذة الزجاج المزدوج.

الإلكترونيات وشاشات العرض الرقمية

يتميز البولي كربونات (PC) بعزل جيد ومتانة عالية في نطاق واسع من درجات الحرارة والرطوبة. ويُستخدم على نطاق واسع كغلاف وهيكل لمختلف الأجهزة الكهربائية التجارية للحاسوب. ويمكن استخدامه في تصنيع الأكمام العازلة، ورفوف الملفات، وأغطية الأدوات الكهربائية، وأدراج الثلاجات، وأجزاء المكنسة الكهربائية، وغيرها. كما يُستخدم في تصنيع قطع غيار عالية الدقة الأبعاد، مثل أجهزة الكمبيوتر، ومسجلات الفيديو، ومفاتيح التلفزيون، والمرحلات، وغيرها من القطع المهمة في معدات الاتصالات. وتُستخدم شفافية اللون والضوء، وتشتت الضوء، وثبات الأبعاد في شاشات LCD الكبيرة التي يزيد حجمها عن 42 بوصة. وتتميز سبيكة البولي كربونات (PC)/ABS بانخفاض التكلفة، وسهولة التصنيع ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية. ويمكن استخدامها لإنتاج قطع رقيقة الجدران لأجهزة الكمبيوتر المحمولة المصبوبة بالحقن.

صناعة السيارات

تُستبدل النوافذ والفتحات السقفية التقليدية بمواد البولي كربونات (PC)، ويُعد انخفاض كثافتها أحد أسباب هذا التغيير. يُمكّن الأداء الممتاز لمعالجة البلاستيك مطوري ومصممي السيارات من الابتكار. تُدمج صفيحة البولي كربونات (PC) شديدة الانحناء مع الهيكل لتحسين الكفاءة الديناميكية الهوائية. تُظهر نوافذ سيارة فيات 500L القدرة التنافسية القوية لمواد البولي كربونات (PC) في هذا المجال. إمكانات تطوير فتحات السقف المصنوعة من البولي كربونات (PC) هائلة. سيتم تجهيز كل ثلاث سيارات تُنتج في الصين بفتحات سقفية وفتحات سقف بانورامية. يمكن رش البولي كربونات (PC) عالي المقاومة للحرارة مباشرةً بالمعدن لإنتاج أجزاء المكثف والعاكس.

في أنظمة الإضاءة، يُمكن استخدام البولي كربونات (PC) لإنتاج مصابيح أمامية وخلفية وإشارات انعطاف مُعقدة، مما يُحسّن مقاومة الصدمات. يُستخدم البولي كربونات (PC)، وكتلة غطاء المصباح الأمامي أقل بمقدار 0.5 إلى 1.4 كجم من كتلة الزجاج غير العضوي. تتميز سبيكة البولي كربونات (PC) بخصائص ميكانيكية عالية ومظهر أنيق، وتُستخدم بشكل رئيسي في تجميع السيارات والأجزاء الداخلية. على سبيل المثال، تتميز سبيكة البولي كربونات (PC)/ABS بمقاومة ممتازة للحرارة والصدمات والصلابة، بالإضافة إلى سلاسة ودقة في المعالجة. إنها مادة مثالية لتصنيع لوحة عدادات السيارات. يمكن رش لوحة العدادات المُصنعة مباشرةً بطلاء ناعم، ثم طلائها بغشاء PVC دون معالجة سطحية مسبقة.

الأجهزة الطبية والأدوات

تشمل التطبيقات الطبية الشائعة محاقن الضغط العالي، وأدوات طب الأسنان، والأقنعة الجراحية، وأجهزة أكسجة الدم، وأجهزة أخذ عينات الدم، ومعدات فصل الدم، والمعدات الجراحية، وأجهزة غسيل الكلى، والمكونات الوريدية، وأجهزة الطرد المركزي الطبية. ويُعدُّ تحمُّل البولي كربونات (PC) للإشعاع عالي الطاقة والتطهير بدرجات حرارة عالية دون فقدان خصائصه الفيزيائية أو اصفراره، وتحسين مقاومته الكيميائية، ومنع تشققه، القضية الرئيسية لتوسيع نطاق استخداماته في هذا المجال.

أطلقت باير مجموعة متنوعة من المنتجات الطبية الجديدة، بما في ذلك ماركرولون 2258، وماركرولون rx2435، وماركرولون rx2440. ماكرولون rx2440 مادة بولي كربونات طبية جديدة شفافة وعالية الحركة، تتميز بتوافق حيوي جيد γ. زمن استعادة اللون للتعقيم بالبخار بأكسيد الإيثيلين بواسطة شعاع الإلكترون بالأشعة السينية أسرع من زمن استعادة اللون للبولي كربونات العادي، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في مختلف الأجهزة الطبية، مثل الحقن الوريدي، والجهاز التنفسي، والجراحة، وعلاج الكلى، وغيرها.

أطلقت شركة كوس مؤخرًا منتج ماكرولون rx3440، وهو مقاوم للمذيبات المستخدمة في علاج الأورام ومواد التنظيف. تساعد متانة هذا المنتج الطبي المصنوع من البولي كربونات (PC) ومقاومته الكيميائية على منع التشقق، وتمكين الأطباء من حقن الأدوية بأمان في مرضى الأورام. كما أطلقت شركة ستايرون منتجات "إميرج" المصنوعة من سبائك البولي كربونات (PC)/pet9100cr، والتي تتمتع بمقاومة كيميائية عالية في ظل ظروف قاسية دون تحلل سطح البلاستيك أو تشققه أو كسره أو أي ظواهر أخرى.

والخدمات الأخرى

يُستخدم البولي كربونات (PC) في تغليف الأغشية والعدسات البصرية. يصل سمك أرق غشاء إلى 0.03 مم. يتميز بأنه عديم الطعم، وغير سام، وشفاف للغاية، وعديم اللون، ولونه أصفر فاتح. يتميز بخصائص متعددة، مثل مقاومة اللهب، ومناسب للطباعة، ومضاد للخدش، ومضاد للكهرباء الساكنة، وغيرها. كما يُستخدم في عزل أنظمة الطاقة، والطباعة الخاصة، وزجاج نوافذ الهواتف المحمولة وغيرها من المنتجات الإلكترونية. يُستخدم البولي كربونات (PC) عالي الجودة في تصنيع العدسات البصرية والنظارات للكاميرات المتطورة، والكاميرات، والمجاهر، والتلسكوبات، حيث يتميز بمقاومة ممتازة للصدمات. أما في مجال التغليف، فيُستخدم بشكل رئيسي في زجاجات المياه الكبيرة القابلة لإعادة الاستخدام، وأدوات الطعام.

البولي كربونات (PC) | أحدث التطورات البحثية

وفقًا للأدبيات المتوفرة، تشمل مجالات البحث الرئيسية في مجال البولي كربونات (PC) تطوير مثبطات اللهب والمركبات. من ناحية، تتطلب المجالات الإلكترونية والكهربائية ثباتًا ومقاومةً للهب لمواد البولي كربونات (PC) عندما تكون رقيقة. في المجالات المتقدمة، مثل أجهزة الاستشعار والخلايا الشمسية وشاشات اللمس والشاشات والنوافذ الذكية، يُظهر البولي كربونات (PC) كمواد مصفوفة آفاقًا تطبيقيةً واسعة.

مثبطات اللهب المصنوعة من البولي كربونات

هناك أنواع عديدة من مثبطات اللهب المصنوعة من البولي كربونات (PC). في البداية، كانت هناك مثبطات اللهب السلفوناتية، ومثبطات اللهب الفوسفورية العضوية، ومثبطات اللهب البرومية، ومثبطات اللهب السيليكونية العضوية، ومثبطات اللهب غير العضوية، وغيرها، ولكل منها مزاياها وعيوبها. حاليًا، يتجه السوق نحو المنتجات الخالية من الهالوجين. تتميز مثبطات اللهب السلفوناتية بشكل رئيسي بدرجة حرارة تشوه حراري عالية ومؤشر درجة حرارة مرتفع. عادةً ما تكون درجة مقاومة اللهب لمادة البولي كربونات المعدلة (PC) UL94V-0 (1.0 ～ 1.5 مم).

مع تطور المجتمع، يحتاج الناس إلى معدات إلكترونية عملية وآمنة وجميلة. يُعدّ الجدار الرقيق والمظهر الجذاب اتجاهًا مستقبليًا للتطور، مما يتطلب استخدام البولي كربونات (PC) المقاوم للهب والخالي من الهالوجين لتحقيق مستوى عالٍ من مقاومة اللهب، مع خصائص ميكانيكية ولمعان وحرارة ومعالجة ممتازة. وتتجه مؤسسات البحث والتطوير في الشركات نحو تطوير مثبطات لهب جديدة ودمجها لتلبية متطلبات الأداء الشاملة لمختلف المواد.

يُستخدم بوليمر البولي فوسفات hm1100، الذي طورته شركة frxpolymers الأمريكية، كمثبط للهب في البولي كربونات (PC)، مما يرفع مستوى مقاومة اللهب إلى 1.0 مم V-0. بالمقارنة مع فوسفات ثنائي فينيل ثنائي الفينول (BDP)، ترتفع درجة حرارة التشوه الحراري لـ BDP بشكل كبير، حتى 1.82 درجة مئوية، تحت ضغط عالٍ (123 ميجا باسكال)، مما يدل على تمتعه بمقاومة عالية للتحلل المائي.

مادة البولي كربونات المركبة (PC)

يتميز البولي كربونات (PC) بخصائص ميكانيكية وبصرية ممتازة، وهو مادة مثالية كمصفوفة. يشمل البحث الحالي: تعديل البولي كربونات (PC) لتعزيز قدرة المواد الأخرى على التوليف؛ وإضافة الكربون الأسود، وألياف الكربون، وأنابيب الكربون النانوية، والجرافين لجعله موصلًا؛ ويمكن استخدامه كركيزة للفيلم، مع مادة الفيلم نفسها.
سابك شركة بتروكيماوية عالمية المستوى، تتمتع بقدرات بحثية وتطويرية قوية في مجال البلاستيك الحراري. وقد طورت الشركة نوعًا جديدًا من راتنج البولي كربونات (PC) بمجموعات خاصة على السلسلة الرئيسية، يمكن دمجه مباشرةً مع ألياف الكربون دون استخدام عوامل ربط السيلان التقليدية لتعديل ألياف الكربون، وهو ما يُعد ابتكارًا.

أظهرت أبحاث جامعة تشنغتشو أن الغشاء الموصل الشفاف من أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار/أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدار/البولي كربونات (PC) قد حُضِّر باستمرار باستخدام البولي كربونات (PC) كركيزة، وأنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران (MWNTs) وأنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار (SWNTs) كجسيمات موصلة، ومن خلال جهاز رشّ ذاتي التصميم بتقنية اللفة إلى اللفة (R2R). تُظهر النتائج أن النظام يتميز بمرونة جيدة وتحكم جيد في نفاذية اللون، ويُعَدّ مرجعًا هامًا لتطوير نوافذ ذكية مرنة.

تحليل مزايا وعيوب آفاق تطبيق البولي كربونات (PC)

جدارة

حاليًا، تعتمد عملية إنتاج البولي كربونات (PC) بشكل رئيسي على طريقة تبادل الإستر وطريقة الفوسجين. تتطلب الطريقة الأولى تخزين الفينول عند درجة غليان عالية، بينما يصعب الوصول إلى وزن جزيئي مرتفع للفينول. أما الطريقة الثانية، فتستخدم مادة الفوسجين الخام شديدة السمية في عملية التفاعل، مما يفرض متطلبات تقنية وسلامة عالية. إذا كان الفينول نفسه سامًا، فإن عتبة بدء إنتاج البولي كربونات (PC) تجعله احتكاريًا.

البولي كربونات (PC) نوع من البلاستيك الهندسي يتميز بخصائص شاملة ممتازة، فهو يتميز بقوة عالية، ومرونة عالية، وصلابة عالية، ومقاومة ممتازة للصدمات، وخصائص كهربائية ممتازة، ونفاذية جيدة للضوء، ونفاذية ضوئية تزيد عن 90%. وقد بلغت أبحاث مقاومة اللهب الخاصة به مرحلة متقدمة نسبيًا، واختارت العديد من مواد السبائك البولي كربونات (PC) كأحد المواد المعدلة.

يتميز البولي كربونات (PC) بعزل حراري أعلى بـ 125 مرة من الزجاج العادي، ومقاومته للصدمات أعلى بـ 250 مرة من الزجاج العادي، وكثافته نصف كثافة الزجاج. ويتمتع بإمكانيات تطبيقية واسعة في قطاع البناء.

يتميز البولي كربونات (PC) بسهولة تصنيعه في القوالب، ويمكن استخدامه كبديل لبعض قطع غيار السيارات الحالية، مما يُسهم في تقليل الوزن وتوفير الطاقة. يُمثل استخدام البولي كربونات (PC) في صناعة السيارات الصينية 5% من إجمالي الاستهلاك، مما يُتيح مجالًا واسعًا للتطوير، مُقارنةً بـ 20% في الدول الأجنبية.

في الصناعة الإلكترونية والكهربائية، حافظ البولي كربونات (PC) على نمو قوي في الاستهلاك لفترة طويلة بسبب مقاومته العالية للتأثير ودرجة حرارة التشوه الحراري العالية والعزل ومقاومة الحرائق والاستقرار الأبعادي.

ونظرا لأن الصين تستورد مليارات الدولارات من البولي كربونات (PC) والمواد الخام للبولي كربونات (PC) لتلبية الطلب كل عام، فإن آفاق السوق متفائلة.

عيب

تُستخدم آلات البولي كربونات (PC) على نطاق واسع، مع وجود العديد من المنافسين وارتفاع تكلفتها، وقد استُبدلت في العديد من مجالات التطبيق. على سبيل المثال، يُستخدم راتنج الأكريلونيتريل (SAN) منخفض التكلفة في طبقة الحماية لغرف الحفظ والثلاجات، مع انخفاض متطلباته من حيث درجة الحرارة ومقاومة الصدمات.

تُعدّ مواد البولي بروبيلين والبولي إيثيلين تيريفثالات (PET) والبولي فينيل كلوريد (PVC) الشفافة موادًا تنافسية في استخدام الحاويات. في مجال أدوات الطعام، تُعتبر منتجات البولي كربونات (PC) المستخدمة كزجاجات مياه وزجاجات أطفال محتوية على مادة بيسفينول أ، وهي مادة محظورة في بعض الدول (مثل الاتحاد الأوروبي وكندا والولايات المتحدة). تتجه منتجات البولي كربونات (PC) نحو مجالات متقدمة، مما يتطلب متطلبات أعلى وأوسع لقدراتها على تطوير منتجات جديدة واستكشاف مجالات تطبيقها.

تلخيص

يعيش البشر عصر المواد الجديدة. ويُعدّ تطوير المواد واستخدامها محل اهتمام واهتمام كل عالم مواد. وتُعدّ بلاستيكيات البولي كربونات (PC) مفضلة لخصائصها الميكانيكية والبصرية والحرارية الممتازة. وقد تطورت في مجالات التطبيقات المتطورة، مثل المنتجات الإلكترونية وقطع غيار السيارات والمعدات الطبية والهندسة المعمارية الحديثة، مما يوفر دعمًا قويًا لتطورها المستقبلي. وبفضل العولمة الاقتصادية، ساهم تحسين احتياجات الناس المادية في تعزيز التنمية المستدامة للبولي كربونات (PC)، وهو منتج تنافسي محليًا ودوليًا.