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PC的自白!内含七大应用领域解析和PC发展史,帮你全面了解PC!
我叫PC,不要错误的以为我是电脑(Personal Computer),其实,不是这样的!我,Polycarbonate,聚碳酸酯,乃工程塑料门下,五大首席弟子之一。明明可以靠着高颜值(透光率超90%),偏偏要靠才能(刚度高、抗形变强、耐溶剂性/水好、阻燃性好),像我这样的“高富帅“,无可厚非的成为塑料圈耀眼的”明星“,被众人所喜欢。


可是,往往人们只看到我的颜值,直接忽视了我的内在。所以,今天,我就要向大家剖析我自己,让大家看看,真正的我,了解真实的我。


首先,我是一种无色透明的无定性热塑性材料,名称来源于内部的CO3基团。


分子结构式:


分子.png


化学名
2,2’-双(4-羟基苯基)丙烷聚碳酸酯
CAS编号
25037-45-0
物化性

耐酸,耐油,不耐紫外光,不耐强碱
密度
1.20-1.22 g/cm
线膨胀率
3.8×10 cm/cm°C
熔胶温度
270-320℃
模具温度
80-100℃(加玻纤为100-130℃)
背压
约10bar
热变形温度
135°C


我的诞生


最开始,我是被一个叫Alfred Einhorn的德国科学家在慕尼黑大学合成出来的。由于这个世界的人都太笨,长达半个世纪都看不清我的才能,让我“养在闺中”——无人识,这群蠢猪。不过,好在愚人千万,终有一智者,1955,Bayer公司的科学家Hermann Schnell重新将我(PC)合成出来,并给我起来一个名字“Makrolon”,还给我填写了一张出生证明(申请专利)。


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提到我的来历,就不能不说说塑料史,上世纪五六十年代,正是群雄割据,拔城夺寨的大发展时代。1953年,GE公司 (后来塑料部门出身的杰克·韦尔奇担任该公司CEO) 的科学家 Daniel Fox也曾经把我合成出来(合成聚碳酸酯),可惜的是,这个人没有给我入户(申请专利),等他恍然大悟过来,一切为时已晚(他们比Bayer晚提交申请书一个星期,美国专利局便裁定,该项技术专利归Bayer所有,就因这短短一星期,我妈就不是GE(可见,投胎也是个技术活))。


不过两年后,GE还是成为了我的干妈(GE向Bayer购买专利使用权),花了不少钱。可见,时间就是金钱,特别是对于我这”优良品种“。


1958年,Bayer公司开始量产并商业化“Makrolon”。两年后,在支付了一笔“保护费”后,GE公司也开始量产聚碳酸酯,GE家的聚碳酸酯商品名是“Lexan”。自此,聚碳酸酯作为工程塑料登上了历史舞台,由于它集良好的光学性能、力学性能以及阻燃性能于一体,很快就得到了人们的关注。


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生产方法


目前,能生产我的方法主要有两种:一是光气法;二是熔融法。


虽然大多数生产商都采用光气法,但是,因为光气剧毒,加之大众对环保问题日益重视,新建的PC生产基地基本都采用较为环保的熔融法。可是鱼与熊掌不可兼得,熔融法生产出的聚碳酸酯在某些性能上比光气法还是要差一些。不过除了一些高端的应用需求,熔融法制备的聚碳酸酯已基本可以满足大部分需求。


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虽然,实验室制备聚碳酸酯只有一步反应,非常简单,但在实际生产中却并非如此。实际生产中,所有的原料都需要从最基本的化学产品开始,一步步进行制备,并要将在此过程中产生的副产物——热、废水等加以回收并循环利用,这是一个相当复杂的系统性工程。


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性能


前面已经提及,作为随处可见的工程塑料,全球市场各个角落少不了我的身影,为什么我能这么受欢迎?从特性说起.......


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光学特性。我的透光率在90%左右,接近于玻璃但是又比玻璃轻,不易碎,易于加工。有人会以为这就是所谓的“有机玻璃”,其实不然!我们所说的有机玻璃的学名是“聚甲基丙烯酸甲酯”,简称PMMA。有机玻璃虽然也是透明材料,甚至光学特性比聚碳酸酯还要优越,但是,它的力学性能与耐热性能比聚碳酸酯相差太多,而且还不防火。所以就综合性能而言,聚碳酸酯更全面,应用也更为广泛。


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力学性能。聚碳酸酯是刚性与韧性的有机结合体。一般而言,一种材料刚性很好的话,它就会很脆,往地上一摔就会碎。但聚碳酸酯虽有很好的刚性,很难将其折弯,它的韧性却也相当好,由其制成的产品,即使有重物从高处落在其上,也不容易破碎。例如,4公斤的圆球从0.1米高处落在1.2cm厚的聚碳酸酯板上,聚碳酸酯板能够完好无损。请参照 iPhone 5c。


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阻燃性能。2010年11月上海市胶州路一场大火,让防火阻燃材料备受人们的关注。相较于其他塑料而言,聚碳酸酯有着优异的防火性能。在不添加任何阻燃剂的情况下,纯的聚碳酸酯就可以通过一定级别的防火测试。如果辅以少量的阻燃剂,聚碳酸酯就能达到最高级别的防火标准,同时,还不会损失其优良的光学以及力学性能,这是其他塑料产品根本做不到的。


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耐高温性。随着温度的升高,所有塑料都会在一定温度下变软,从而失去使用价值。这个温度值也就是该塑料的最高使用温度。可以想象,这个温度数值越高,塑料的使用范围也就越宽。聚碳酸酯的最高使用温度可以达到120度至130度。大约十几年前,流行过所谓的“太空杯”,透明、轻便,它就是以聚碳酸酯为原材料制作的。


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除了以上所说的四个主要特性,聚碳酸酯还有其他一些优良性能,比如电学性能尺寸稳定性等等,这里不再赘述。


市场和应用


随着塑料行业盈利水平的逐渐降低,欧美老牌公司渐渐退出了聚碳酸酯市场:2010年,陶氏化学将其聚碳酸酯业务部出售给贝恩资本,取名为Styron, 2015年该公司又改名为Trinseo。


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2015年9月,Bayer宣布将旗下材料业务集团(包括聚碳酸酯业务)独立出来,赋予其一个新名字——Covestro;


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最大的变数是GE塑料,2007年,沙特基础工业公司以116亿美元收购了GE的塑料部门并更名为Sabic 创新塑料部门,又于2015年10月解散创新塑料部门,将其并入新的“特殊产品部门”,其位于美国皮茨菲尔德的创新塑料总部也被关闭。当年工程塑料界的王者落得如此结局,让人唏嘘不止。白云苍狗,风云变幻,不知从这里起步的杰克·韦尔奇会作何感想。


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全球PC原料生产商及其PC品牌:


Manufacturer
Brand
Manufacturer
Brand






Sabic
Lexan
Covestro
Makrolon
Teijin
Panlite
LG
Lupoy
Mitsubishi
Iupilon
Idemitsu
Tarflon
Chi Mei
Wonderlite
Honam
Hopelex
Cheil/Samsung
Infino
Styron
Calibre
Samyang
Trirex
Kazanorgsintez
Mapka


尽管欧美市场聚氨酯风云变幻,但对于全球市场来说,聚氨酯应用领域还是很广滴。


1、建筑业板材


聚碳酸酯板材具有良好的透光性、抗冲击性、耐紫外线辐射、制品的尺寸稳定性以及良好的成型加工性能,使其比建筑业传统使用的无机玻璃具有明显的技术性能优势。经压制或挤出方法制得的聚碳酸酯板材,重量是无机玻璃的50%,隔热性能比无机玻璃提高25%,冲击强度是普通玻璃的250倍,在世界建筑业上占主导地位,约有1/3用于窗玻璃、商业橱窗等玻璃制品。



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2、汽车零部件


在追求节能高效的今天,轻型化、安全化是汽车制造业追求的重要目标。聚碳酸酯具有良好的抗冲击、抗热畸变性能,而且耐候性好、硬度高,因此,适用于生产轿车和轻型卡车的各种零部件,其主要应用领域集中在制造照明系统、仪表板、加热板、除霜器及聚碳酸酯合金制的保险杠等。


尤其在汽车照明系统中,充分利用聚碳酸酯易成型加工的特性,将车灯头部、连接片、灯体等全部模塑在透镜中,设计灵活性大,便于加工,解决了传统玻璃制造头灯在工艺技术上的困难。在西方国家,聚碳酸酯在电子电气、汽车制造业中使用比例为40%-50%。


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3、医疗器械


由于聚碳酸酯制品可经受蒸汽、清洗剂、加热和大剂量辐射消毒,且不发生变黄和物理性能下降,因而被广泛应用于人工肾血液透析设备,以及其他需要在透明、直观条件下操作,并需反复消毒的医疗设备中,如生产高压注射器、外科手术面罩、一次性牙科用具、血液充氧器、血液收集存储器、血液分离器等。


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4、航空航天


随着航空、航天技术的迅速发展,对飞机和航天器中各部件的要求不断提高,使得PC在该领域的应用也日趋增加。据统计,仅一架波音型飞机上所用聚碳酸酯部件就达2500个,单机耗用聚碳酸酯约2吨。而在宇宙飞船上,则采用了数百个不同构型并由玻璃纤维增强的聚碳酸酯部件,以及宇航员的防护用品等。


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5、包装领域


近年来,在包装领域出现的新增长点是,可重复消毒和使用的各种型号的储水瓶。由于聚碳酸酯制品具有质量轻、抗冲击、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的优点,目前在一些领域,聚碳酸酯瓶已完全取代玻璃瓶。必须一提的是聚碳酸酯奶瓶——因为轻质、透明,曾经在市场上风靡一时。


但是自1998年以来,陆续有研究表明,聚碳酸酯中游离的双酚A会在高温下析出,对婴幼儿的内分泌系统造成损害,引起性早熟,学习能力下降以及肥胖等疾病。也有业界人士对此持不同态度,认为目前所有数据都从小白鼠身上得出,并无人类试验的数据,而且聚碳酸酯奶瓶已经广泛使用了很多年,并未得到任何不良的反馈结果。


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不过万事小心为上,欧盟自2011年3月起禁止生产聚碳酸酯奶瓶;我国也要求自2011年6月1日,禁止生产聚碳酸酯婴幼儿奶瓶和其他含双酚A的婴幼儿奶瓶;自2011年9月1日起,禁止进口聚碳酸酯婴幼儿奶瓶和其他含双酚A的婴幼儿奶瓶。


6、电子电器
由于聚碳酸酯在较宽的温、湿度范围内具有良好而恒定的电绝缘性,是优良的绝缘材料,再加上其良好的难燃性和尺寸稳定性,使其在电子电器行业形成了广阔的应用领域。


聚碳酸酯树脂主要用于生产各种食品加工机械、电动工具外壳、机体、支架、冰箱冷冻室抽屉和真空吸尘器零件等。而且在零件精度要求较高的计算机、视频录像机、彩色电视机中的重要零部件等领域,聚碳酸酯材料也显示出了极高的使用价值。


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7、LED照明行业


近年来,面临全球能源危机,LED产业如雨后春笋一般发展起来,现已广泛应用于照明、显示、背光等行业。而LED照明的应用会逐步淘汰白炽灯、荧光灯,这对实现节能减排以及积极应对全球气候变化具有重要意义。2013年,全球LED照明市场规模有大约270亿美元,而中国2013年市场规模也在480亿元人民币左右。因为聚碳酸酯的轻质、易加工、韧性高,以及阻燃、耐热等性能,使其成为LED照明中替换玻璃材质的首要选择。


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伴随着全球聚碳酸酯应用向高功能化、专业化方向的发展,引进国外成套先进技术成为我国最根本要解决的问题,争取在较短时间内缩短与国外先进水平的差距;


更重要的是高起点地开展氧化羰基化法合成碳酸二苯酯和聚碳酸酯等创新技术的研究。生产技术和产能的解决,才能从根本上促进了我国自身聚碳酸酯行业的发展。


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