فرق پلی کربنات با پلاستیک
مقدمه ای بر پلی کربنات و پلاستیک
در دنیای پرکاربرد مواد پلیمری پلاستیک ها جایگاه ویژه ای دارند. آن ها به دلیل تنوع بی نظیر در خواص سهولت فرآیندپذیری و هزینه مقرون به صرفه به بخش جدایی ناپذیری از زندگی روزمره ما تبدیل شده اند. از بسته بندی مواد غذایی و بطری های نوشیدنی گرفته تا قطعات خودرو و تجهیزات پزشکی ردپای انواع مختلف پلاستیک ها را می توان مشاهده کرد.
در این میان پلی کربنات (Polycarbonate – PC) یکی از اعضای خانواده بزرگ پلیمرها یا پلاستیک هاست که با خواص منحصربه فرد خود از بسیاری از پلاستیک های رایج متمایز می شود. در واقع پلی کربنات نوعی خاص از ترموپلاستیک ها به شمار می رود. اما تفاوت های کلیدی در ساختار شیمیایی خواص فیزیکی و مکانیکی باعث شده که کاربردهای آن در مواردی که پلاستیک های عمومی تر پاسخگو نیستند مطرح شود.
این مقاله به بررسی عمیق تفاوت های میان پلی کربنات و انواع رایج پلاستیک ها می پردازد تا به شما در انتخاب ماده مناسب برای نیازهای خاصتان کمک کند. ما با نگاهی تخصصی به مقاومت در برابر ضربه شفافیت پایداری حرارتی مقاومت شیمیایی وزن انعطاف پذیری قابلیت فرآیندپذیری بازیافت و هزینه تصویر روشنی از قابلیت ها و محدودیت های هر یک ارائه خواهیم داد.
تفاوت های اصلی پلی کربنات با پلاستیک
اگرچه پلی کربنات در دسته کلی پلاستیک ها قرار می گیرد اما تفاوت های ساختاری در سطح مولکولی خواص ماکروسکوپی آن را به طور قابل توجهی از پلاستیک های رایج مانند پلی اتیلن (PE) پلی پروپیلن (PP) پلی وینیل کلراید (PVC) یا پلی استایرن (PS) متمایز می کند. این تفاوت ها در جنبه های مختلفی بروز پیدا می کنند که در ادامه به تفصیل به آن ها می پردازیم.
مقاومت در برابر ضربه و شکستگی
یکی از برجسته ترین ویژگی های پلی کربنات مقاومت استثنایی آن در برابر ضربه است. این ماده به طرز شگفت آوری سخت و نشکن است و می تواند ضربات شدید را بدون ترک خوردن یا شکستن تحمل کند. این خاصیت پلی کربنات را به گزینه ای ایده آل برای کاربردهایی تبدیل می کند که ایمنی و دوام در برابر ضربه حیاتی است مانند شیشه های ایمنی کلاه های ایمنی سپر محافظ و لنز عینک.
در مقابل طلق های پلاستیکی رایج مقاومت ضربه متفاوتی دارند. برخی مانند پلی پروپیلن (PP) یا پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) مقاومت ضربه خوبی از خود نشان می دهند به خصوص در دماهای پایین. اما بسیاری دیگر مانند پلی استایرن (PS) یا پلی وینیل کلراید سخت (Rigid PVC) شکننده هستند و در اثر ضربه به راحتی می شکنند. مقاومت ضربه پلی کربنات به مراتب بالاتر از اکثر پلاستیک های استاندارد است.
شفافیت و عبور نور
پلی کربنات به طور طبیعی بسیار شفاف است و قابلیت عبور نور بسیار بالایی دارد که قابل مقایسه با شیشه است. این شفافیت عالی همراه با مقاومت ضربه بالا آن را برای کاربردهایی مانند پوشش گلخانه ها پنجره های نشکن سقف های شفاف و نمایشگرهای الکترونیکی مناسب می سازد. پلی کربنات را می توان با پوشش های ضد UV نیز تولید کرد تا مقاومت آن در برابر نور خورشید افزایش یابد و از زرد شدن آن جلوگیری شود.
شفافیت در پلاستیک های رایج بسیار متغیر است. برخی مانند پلی اتیلن ترفتالات (PET) که در بطری های نوشابه استفاده می شود شفاف هستند. برخی دیگر مانند پلی اتیلن (PE) در ضخامت های کم شفاف یا نیمه شفاف و در ضخامت های بیشتر کدر می شوند. پلی پروپیلن (PP) معمولاً نیمه شفاف است و پلی وینیل کلراید (PVC) می تواند هم شفاف (مانند فیلم های بسته بندی) و هم کدر باشد. با این حال شفافیت و کیفیت بصری پلی کربنات در کاربردهای اپتیکی و شفافیت بالا معمولاً برتر است.
مقاومت حرارتی
پلی کربنات دارای نقطه ذوب نسبتاً بالا و دمای انتقال شیشه ای (Tg) بالاتری نسبت به بسیاری از پلاستیک های رایج است. این ویژگی به آن امکان می دهد تا در دماهای بالاتری بدون تغییر شکل قابل توجه یا از دست دادن خواص مکانیکی عملکرد خوبی داشته باشد. دمای سرویس مداوم برای پلی کربنات معمولاً تا حدود 120 درجه سانتی گراد است که آن را برای قطعاتی که در معرض حرارت قرار دارند مانند قطعات الکترونیکی یا قطعات خودرو در نزدیکی موتور مناسب می سازد.
پلاستیک های رایج دامنه مقاومت حرارتی بسیار وسیعی دارند. پلی اتیلن (PE) و پلی پروپیلن (PP) دماهای ذوب و سرویس پایین تری دارند (PE تا حدود 80-100 درجه سانتی گراد PP تا حدود 100-140 درجه سانتی گراد بسته به نوع). PVC نیز مقاومت حرارتی محدودی دارد و در دماهای بالا نرم می شود. بنابراین در کاربردهایی که نیاز به پایداری در دماهای بالاتر است پلی کربنات اغلب گزینه بهتری نسبت به بسیاری از پلاستیک های عمومی است.
مقاومت شیمیایی
مقاومت شیمیایی پلی کربنات در برابر مواد مختلف متفاوت است. این ماده در برابر اسیدهای رقیق چربی ها و روغن ها مقاومت خوبی دارد. با این حال در برابر حلال های آلی قوی مانند استون بنزن و برخی الکل ها آسیب پذیر است و ممکن است دچار ترک خوردگی تنشی یا تخریب شود. تماس طولانی مدت با آب داغ یا بخار نیز می تواند باعث هیدرولیز و کاهش خواص آن شود.
مقاومت شیمیایی پلاستیک های رایج بسیار متنوع است و به نوع پلیمر بستگی دارد. پلی اتیلن (PE) و پلی پروپیلن (PP) به طور کلی مقاومت شیمیایی بسیار خوبی در برابر طیف وسیعی از اسیدها بازها و حلال ها دارند. PVC مقاومت خوبی در برابر آب اسیدها و بازها نشان می دهد اما در برابر برخی حلال های آلی آسیب پذیر است. PET مقاومت خوبی در برابر آب و بسیاری از مواد شیمیایی دارد. انتخاب ماده بر اساس مقاومت شیمیایی باید با توجه به محیط خاص کاربرد انجام شود.
وزن و چگالی
پلی کربنات ماده ای نسبتاً سبک است. چگالی آن در حدود 1.20 گرم بر سانتی متر مکعب است. این وزن کم در مقایسه با شیشه (حدود 2.5 گرم بر سانتی متر مکعب) یکی از مزایای اصلی آن در کاربردهایی مانند پنل های سقفی یا شیشه های ایمنی خودرو است که کاهش وزن اهمیت دارد.
چگالی پلاستیک های رایج متغیر است. برخی از آن ها مانند پلی اتیلن با چگالی پایین (LDPE) و پلی پروپیلن (PP) چگالی کمتری نسبت به پلی کربنات دارند (LDPE حدود 0.92 PP حدود 0.90-0.91). پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) چگالی مشابهی با پلی کربنات دارد (حدود 0.94-0.96). PVC چگالی بالاتری دارد (حدود 1.35-1.45). بنابراین در مقایسه با برخی پلاستیک ها پلی کربنات ممکن است سنگین تر یا سبک تر باشد اما به طور کلی جزو مواد پلیمری با چگالی متوسط محسوب می شود.
انعطاف پذیری
پلی کربنات ماده ای سخت و صلب است اما در ضخامت های کم انعطاف پذیری خوبی از خود نشان می دهد و می توان آن را در دمای محیط (سرد) خم کرد بدون اینکه بشکند. این قابلیت خم کاری سرد آن را برای کاربردهایی مانند ساخت سقف های قوسی یا فرم دهی ساده مناسب می سازد. با این حال انعطاف پذیری ذاتی آن نسبت به پلاستیک های نرم تر کمتر است.
انعطاف پذیری در پلاستیک های رایج بسیار متفاوت است. پلی اتیلن (PE) به خصوص LDPE بسیار انعطاف پذیر است و در ساخت فیلم های پلاستیکی و کیسه ها کاربرد دارد. پلی پروپیلن (PP) انعطاف پذیری متوسطی دارد و قابلیت لولاشدن خوبی از خود نشان می دهد. PVC نیز بسته به افزودنی ها می تواند سخت و صلب (مانند لوله ها) یا نرم و انعطاف پذیر (مانند کابل ها و کفپوش ها) باشد. بنابراین اگر انعطاف پذیری بالا نیاز است ممکن است پلاستیک های دیگری مناسب تر باشند.
قابلیت ماشین کاری و شکل پذیری
پلی کربنات به خوبی قابل ماشین کاری است؛ می توان آن را برش داد سوراخ کرد فرزکاری کرد و پولیش داد. با این حال در حین ماشین کاری باید دقت شود تا از گرم شدن بیش از حد و ایجاد ترک های مویی جلوگیری شود. همچنین پلی کربنات به خوبی قابلیت ترموفرمینگ (شکل دهی حرارتی) دارد اما به دلیل دمای انتقال شیشه ای بالاتر به دماهای بالاتری نسبت به بسیاری از پلاستیک های رایج نیاز دارد.
پلاستیک های رایج نیز به طور کلی قابلیت شکل دهی خوبی از طریق فرآیندهایی مانند قالب گیری تزریقی اکستروژن و ترموفرمینگ دارند. سهولت فرآیندپذیری و دمای مورد نیاز برای شکل دهی در انواع مختلف پلاستیک متفاوت است. برخی مانند PE و PP در دماهای پایین تری نسبت به PC ذوب و شکل دهی می شوند که می تواند در هزینه انرژی صرفه جویی کند. قابلیت ماشین کاری آن ها نیز متغیر است؛ برخی نرم تر و برخی سخت تر هستند.
قابلیت بازیافت
پلی کربنات قابل بازیافت است و معمولاً تحت کد بازیافت 7 (Other) دسته بندی می شود. فرآیند بازیافت آن پیچیده تر و گران تر از پلاستیک های رایج تر مانند PET یا HDPE است و زیرساخت های جمع آوری و پردازش آن کمتر توسعه یافته است. بازیافت پلی کربنات معمولاً شامل خرد کردن شستشو و ذوب مجدد برای تولید محصولات جدید است.
قابلیت و میزان بازیافت پلاستیک های رایج بسیار متفاوت است. PET (کد 1) و HDPE (کد 2) به طور گسترده ای بازیافت می شوند و زیرساخت های خوبی برای آن ها وجود دارد. PVC (کد 3) قابل بازیافت است اما به دلیل محتوای کلر و افزودنی های متنوع بازیافت آن پیچیده تر است. LDPE (کد 4) و PP (کد 5) نیز قابل بازیافت هستند اما میزان جمع آوری و بازیافت آن ها کمتر از PET و HDPE است. PS (کد 6) نیز قابل بازیافت است اما اغلب به دلیل آلودگی یا شکل فومی آن بازیافت نمی شود. بنابراین در حال حاضر پلاستیک های رایج تر مانند PET و HDPE از نظر سهولت و گستردگی بازیافت نسبت به پلی کربنات وضعیت بهتری دارند.
هزینه تولید و قیمت نهایی
یکی از مهم ترین تفاوت ها بین پلی کربنات و پلاستیک های رایج هزینه است. پلی کربنات یک ماده مهندسی محسوب می شود و فرآیند تولید پیچیده تر و مواد اولیه گران تری نسبت به پلاستیک های کالایی مانند PE PP یا PVC دارد. در نتیجه قیمت نهایی محصولات ساخته شده از پلی کربنات به طور قابل توجهی بالاتر از محصولات مشابه ساخته شده از پلاستیک های رایج است.
پلاستیک های رایج مانند PE PP و PVC جزو ارزان ترین پلیمرها هستند و تولید آن ها در مقیاس بسیار بزرگ انجام می شود که باعث کاهش هزینه نهایی می شود. این هزینه پایین آن ها را به گزینه های اقتصادی برای کاربردهای یکبار مصرف یا محصولاتی که نیاز به خواص مکانیکی یا حرارتی خیلی بالا ندارند تبدیل کرده است. بنابراین بودجه پروژه و نیاز به خواص ویژه نقش تعیین کننده ای در انتخاب بین پلی کربنات و پلاستیک های ارزان تر دارد.
کاربردها: پلی کربنات در مقابل پلاستیک
تفاوت در خواص منجر به تفاوت در کاربردهای اصلی این مواد می شود. پلی کربنات به دلیل ترکیب منحصربه فرد مقاومت ضربه بالا شفافیت عالی پایداری حرارتی خوب و وزن سبک در کاربردهای خاصی که پلاستیک های رایج قادر به برآوردن نیازها نیستند مورد استفاده قرار می گیرد:
- ساختمان و سازه: پنل های سقفی شفاف (مانند سقف استخرها گلخانه ها پاسیوها) شیشه های ایمنی (بانک ها وسایل نقلیه عمومی) محافظ های صوتی.
- خودرو: لنز چراغ های جلو پنل های داشبورد شیشه های جانبی (در برخی خودروهای مسابقه ای یا خاص) قطعات داخلی.
- الکترونیک: بدنه گوشی های موبایل لپ تاپ ها مانیتورها دیسک های CD و DVD قطعات داخلی تجهیزات الکتریکی.
- ایمنی و محافظت: عینک های ایمنی شیلدهای محافظ صورت کلاه های ایمنی شیشه های ضد گلوله (چند لایه).
- پزشکی: تجهیزات دیالیز فیلترهای خون سرنگ های نشکن محفظه های استریل سازی.
پلاستیک های رایج به دلیل هزینه پایین سهولت فرآیندپذیری و تنوع بالا در طیف بسیار وسیع تری از کاربردها استفاده می شوند:
- بسته بندی: بطری های نوشیدنی (PET, HDPE) فیلم های بسته بندی (PE, PP) ظروف غذا (PP, PS).
- مصرفی: اسباب بازی ها (PE, PP, PS) لوازم خانگی مبلمان پلاستیکی (PP, PE) ظروف آشپزخانه.
- ساختمان و سازه: لوله ها و اتصالات (PVC, PE) پروفیل در و پنجره (PVC) عایق کاری (PS فومی).
- خودرو: قطعات داخلی غیراساسی مخازن مایعات (HDPE) ضربه گیرها (PP).
- کشاورزی: فیلم های گلخانه ای (PE) لوله های آبیاری (PE, PVC).
همانطور که مشاهده می شود پلی کربنات در کاربردهایی که نیاز به عملکرد بالا در شرایط سخت (ضربه دما شفافیت) دارند برتری دارد در حالی که پلاستیک های رایج در کاربردهای عمومی تر که هزینه و حجم تولید بالا مطرح است غالب هستند.
مزایا و معایب هر کدام
برای جمع بندی بهتر نگاهی به مزایا و معایب هر یک از این مواد می اندازیم:
مزایای پلی کربنات
- مقاومت ضربه فوق العاده: عملاً نشکن است.
- شفافیت بالا: عبور نور عالی مشابه شیشه.
- پایداری ابعادی خوب: حفظ شکل در دماهای مختلف.
- مقاومت حرارتی نسبتاً بالا: عملکرد خوب در دماهای تا 120 درجه سانتی گراد.
- وزن سبک: سبک تر از شیشه.
- قابلیت خم کاری سرد: امکان فرم دهی ساده بدون حرارت.
- خواص الکتریکی خوب: عایق الکتریکی مناسب.
معایب پلی کربنات
- هزینه بالا: به طور قابل توجهی گران تر از پلاستیک های رایج.
- حساسیت به خراش: سطح آن نسبتاً آسان خراشیده می شود (مگر اینکه با پوشش محافظتی استفاده شود).
- مقاومت شیمیایی محدود: آسیب پذیر در برابر برخی حلال های آلی.
- حساسیت به UV: در صورت عدم پوشش محافظتی در برابر نور خورشید زرد می شود.
- نیاز به دمای بالا برای ترموفرمینگ: فرآیند شکل دهی حرارتی نیازمند دمای بالاتر است.
- بازیافت کمتر رایج: زیرساخت های بازیافت آن به گستردگی پلاستیک های دیگر نیست.
مزایای پلاستیک های رایج
- هزینه پایین: بسیار مقرون به صرفه برای تولید انبوه.
- تنوع بالا: طیف وسیعی از خواص را پوشش می دهند (از نرم و انعطاف پذیر تا سخت و صلب).
- سهولت فرآیندپذیری: بسیاری از آن ها در دماهای پایین تر شکل دهی می شوند.
- مقاومت شیمیایی خوب در برخی انواع: PE و PP مقاومت شیمیایی عالی دارند.
- وزن بسیار سبک در برخی انواع: PE و PP از پلی کربنات سبک تر هستند.
- بازیافت گسترده در برخی انواع: PET و HDPE به طور رایج بازیافت می شوند.
معایب پلاستیک های رایج
- مقاومت ضربه کمتر: بسیاری از انواع در مقایسه با پلی کربنات شکننده تر هستند.
- مقاومت حرارتی پایین تر: اکثر آن ها در دماهای پایین تری نرم شده یا ذوب می شوند.
- شفافیت متغیر: همه انواع شفاف نیستند و شفافیت آن ها ممکن است به اندازه پلی کربنات نباشد.
- پایداری ابعادی کمتر در دماهای بالا: ممکن است در اثر حرارت تغییر شکل دهند.
- تنوع در خواص: انتخاب پلاستیک مناسب نیازمند دانش کافی در مورد انواع مختلف است.
چه زمانی از پلی کربنات استفاده کنیم و چه زمانی از پلاستیک؟
انتخاب بین پلی کربنات و پلاستیک های رایج به نیازهای خاص کاربرد شما بستگی دارد. به طور کلی اگر:
- نیاز به ماده ای با مقاومت ضربه فوق العاده بالا دارید که عملاً نشکن باشد.
- شفافیت بصری عالی و عبور نور بالا برایتان حیاتی است (به خصوص در ترکیب با مقاومت).
- قطعه شما در معرض دماهای نسبتاً بالا (تا حدود 120 درجه سانتی گراد) قرار می گیرد.
- کاهش وزن نسبت به شیشه مهم است.
- حاضر به پرداخت هزینه بالاتری برای دستیابی به این خواص برتر هستید.
در این صورت پلی کربنات گزینه مناسبی است. کاربردهایی مانند شیشه های ایمنی محافظ ها لنزها پنل های سقفی شفاف با دوام بالا و قطعات الکترونیکی حساس از این دسته اند.
اما اگر:
- هزینه اولویت اصلی شماست و نیاز به تولید در حجم بالا دارید.
- مقاومت ضربه خیلی بالا نیاز نیست و مقاومت متوسط کافی است.
- شفافیت در حد پلی کربنات نیاز نیست و شفافیت کمتر یا کدری قابل قبول است.
- قطعه در معرض دماهای بالا قرار نمی گیرد.
- نیاز به انعطاف پذیری بالا دارید (مانند فیلم ها یا کیسه ها).
- مقاومت شیمیایی خاصی در برابر طیف وسیعی از مواد نیاز دارید (در برخی انواع پلاستیک).
در این شرایط یکی از پلاستیک های رایج مانند PE PP PVC یا PET احتمالاً گزینه بهتری خواهد بود. کاربردهایی مانند بسته بندی ظروف لوله ها قطعات عمومی خودرو و لوازم خانگی از این دسته اند.
در نهایت انتخاب باید با در نظر گرفتن دقیق تمام نیازمندی های فنی محیطی و اقتصادی پروژه صورت گیرد و در صورت لزوم مشورت با متخصصان مواد توصیه می شود.
آیا پلی کربنات همان طلق است؟
خیر پلی کربنات همان طلق نیست اما گاهی اوقات به اشتباه به عنوان طلق شناخته می شود. طلق در زبان عامیانه معمولاً به ورق های پلاستیکی شفاف اطلاق می شود که رایج ترین نوع آن اکریلیک یا پلکسی گلاس است. پلی کربنات از نظر شیمیایی و خواص مکانیکی با اکریلیک تفاوت دارد؛ اصلی ترین تفاوت در مقاومت ضربه بسیار بالاتر پلی کربنات نسبت به اکریلیک است.
حداکثر دمایی که پلی کربنات تحمل می کند چقدر است؟
پلی کربنات می تواند دماهای نسبتاً بالایی را تحمل کند. دمای سرویس مداوم توصیه شده برای پلی کربنات معمولاً در حدود 120 درجه سانتی گراد (248 درجه فارنهایت) است. این ماده می تواند برای مدت کوتاهی دماهای بالاتری را نیز تحمل کند اما برای عملکرد طولانی مدت در دماهای بالا 120 درجه سانتی گراد یک معیار مطمئن است. دمای ذوب آن نیز حدود 220-230 درجه سانتی گراد است.
برای ساخت گلخانه چه ماده ای بهتر است؟ پلی کربنات یا پلاستیک؟
برای ساخت گلخانه هر دو ماده کاربرد دارند اما انتخاب به اولویت ها بستگی دارد. ورق های پلی کربنات (معمولاً چند جداره) عایق حرارتی بهتری نسبت به فیلم های پلاستیکی (مانند پلی اتیلن) دارند بسیار مقاوم تر در برابر باد تگرگ و ضربه هستند و طول عمر بیشتری دارند. فیلم های پلاستیکی بسیار ارزان تر هستند و نصب آن ها ساده تر است اما عایق بندی کمتر مقاومت پایین در برابر عوامل محیطی و نیاز به تعویض سالانه یا چند ساله دارند. اگر دوام بالا عایق بندی بهتر و مقاومت در برابر شرایط سخت اولویت دارد پلی کربنات گزینه بهتری است؛ اگر هزینه اولیه و سهولت نصب مهم تر است فیلم پلاستیکی رایج تر است.
تفاوت وزن ورق پلی کربنات با ورق پلاستیکی هم ضخامت چقدر است؟
تفاوت وزن به نوع پلاستیک مورد مقایسه بستگی دارد. چگالی پلی کربنات حدود 1.20 گرم بر سانتی متر مکعب است. ورق های پلاستیکی رایج مانند پلی اتیلن (PE) و پلی پروپیلن (PP) چگالی کمتری دارند (حدود 0.90-0.96). PVC سخت چگالی بالاتری (حدود 1.35-1.45) دارد. بنابراین ورق پلی کربنات هم ضخامت معمولاً سنگین تر از ورق PE یا PP و سبک تر از ورق PVC سخت خواهد بود.
این مطلب به نقل از سایت انیستیتو وایت رید منتشر شده است:
آیا شما به دنبال کسب اطلاعات بیشتر در مورد "فرق پلی کربنات با پلاستیک" هستید؟ با کلیک بر روی اقتصادی, کسب و کار ایرانی، اگر به دنبال مطالب جالب و آموزنده هستید، ممکن است در این موضوع، مطالب مفید دیگری هم وجود داشته باشد. برای کشف آن ها، به دنبال دسته بندی های مرتبط بگردید. همچنین، ممکن است در این دسته بندی، سریال ها، فیلم ها، کتاب ها و مقالات مفیدی نیز برای شما قرار داشته باشند. بنابراین، همین حالا برای کشف دنیای جذاب و گسترده ی محتواهای مرتبط با "فرق پلی کربنات با پلاستیک"، کلیک کنید.