什么是聚碳酸酯（PC）？

聚碳酸酯（PC）是一类无定形通用工程塑料，也是各种通用工程塑料中唯一的透明材料。PC 树脂泛指单体通过碳酸酯键由碳酸酯基连接在一起的聚合物。聚碳酸酯具有出色的抗冲击性、透明度、耐热性（玻璃化转变温度较高，约为 Tg ~ 150°C）和尺寸稳定性，是各种应用领域的理想材料选择。另一方面，聚碳酸酯中的酯键使其耐化学性低于其他材料（特别容易受到碱和芳香烃基溶剂（如油）的影响），而且聚碳酸酯在温暖潮湿的环境中也容易水解。.

2.聚碳酸酯的生产

聚碳酸酯的基本化学结构如图 1 所示。.

图 1：聚碳酸酯的化学结构

如图 2 所示，图 1 所示的单元由 4 个分子成分组成：两个苯酚（红色虚线）、一个丙酮（绿色虚线）和一个碳酸盐（蓝色虚线）。.

图 2：聚碳酸酯的分子组成

聚碳酸酯一词源自图 2 中碳酸盐的存在。更具体地说，如图 3 所示，聚碳酸酯是一种由二羟基化合物与碳酸分子反复反应形成的聚合物链组成的材料。.

图 3：聚碳酸酯生产反应。.

改变图 3 中标有 R 的单元可以生产出各种不同的聚碳酸酯，工业生产中使用的 R 单元是双酚 A（BPA）。如图 4 所示，双酚 A 由丙酮分子连接的两个苯酚分子组成，是油漆和粘合剂等产品的常见成分。.

图 4：双酚 A

聚碳酸酯的制造技术有多种，根据与双酚 A 发生反应的物质而有所不同。下表介绍了这些方法。.

3.聚碳酸酯的特点

透明度：
在所有通用工程塑料中，聚碳酸酯是唯一的透明树脂。典型的透明材料等级可提供 85-90% 的可见光透射率（厚度为 2 毫米的材料）。.
- 抗冲击性
在所有塑料中，聚碳酸酯的抗冲击性最高。.
-耐热性：
聚碳酸酯的玻璃化转变温度接近 150°C，因此可在很宽的温度范围内提供稳定的机械性能。对于一般的非强度增强牌号，在 120.130 兆帕的重负荷下，典型的热变形温度约为 1-80°C。.
- 尺寸稳定性：
由于聚碳酸酯是无定形树脂，因此在成型过程中的收缩率很小，吸水后的尺寸变化也很小。.
- 自熄特性：
典型的聚碳酸酯产品具有 UL 94 V-2 的高阻燃等级。对于需要更高水平阻燃性的应用，还可以添加阻燃添加剂。.
- 聚碳酸酯易受碱和芳香烃溶剂（如油）的影响。.
- 聚碳酸酯中的酯键使其在温暖潮湿的环境中容易水解。.

聚碳酸酯最吸引人的地方在于其透明度和良好的机械性能，尤其是出色的抗冲击性。聚碳酸酯的尺寸精度也很高，因为它的无定形结构可确保在成型过程中收缩最小。.

4.聚碳酸酯的应用

就材料用量而言，聚碳酸酯的主要应用领域是电气和电子设备、办公设备、薄膜和板材以及汽车零件。

近年来，电气/电子设备和办公设备对 LED 照明材料的需求大幅增长。聚碳酸酯具有出色的光学清晰度和耐热性，是镜片的理想材料。在家用电器和办公设备中，与聚碳酸酯和 ABS 混合的合金材料被广泛用作仪器底盘和外壳材料。使用聚碳酸酯的原因包括其良好的成型性、易着色性、阻燃性和抗冲击性。.

在建筑和土木工程领域，聚碳酸酯的高透明度和出色的抗冲击性使其成为薄膜和板材材料的广泛选择。液晶显示面板是聚碳酸酯的另一个大批量应用领域。.

聚碳酸酯在汽车领域最突出的应用可能是汽车前大灯（图 5）。现代光源、热设计的进步、外壳硬化技术的发展以及其他因素促使聚碳酸酯在大多数新车中得到应用，这也有助于减轻整体重量。聚碳酸酯还可用于其他透明部件，如仪表板和各种透镜，以及格栅等外部部件和按钮、开关等内部和结构部件。.

除了上述应用外，DVD 和其他光盘（图 5）也是由聚碳酸酯制成的；PC 树脂具有极佳的透明度和耐热性，因此是这种应用的理想材料，但由于基于互联网的内容分发日益普及，导致需求下降。.

图 5：聚碳酸酯的常见应用包括汽车前大灯（左）和圆盘（右）

5.聚碳酸酯和改性 PPE 树脂：主要特点和主要用途比较

除聚碳酸酯外，无定形工程塑料还包括：改性 PPE 树脂。 在本节中，我们将简要比较这两种材料系列的主要特点，并介绍其不同的使用方法。.

表：聚碳酸酯和改性 PPE 树脂的特性

聚碳酸酯的应用

由于聚碳酸酯具有透明性和可着色性，因此被广泛用于影响产品外观的光学元件和部件。聚碳酸酯尤其适用于要求透明性和高抗冲击性的应用，也常用于要求高耐热性的汽车部件和光学部件。.

改性 PPE 树脂的应用

改性 PPE 树脂的优势特性包括低比重（有助于减轻重量）、耐水解性、耐化学性、良好的电气性能和高尺寸精度，因此被广泛应用于各种领域。此类应用的例子包括锂离子电池系统的外围元件、太阳能发电机的连接器、5G 通信系统所需的产品以及其他在现代社会中无处不在的应用，尽管这些应用在日常生活中可能并不明显。.

6.加工方法

由于聚碳酸酯通常用于要求高尺寸精度和低形状变形的领域，因此它有助于材料在注塑成型过程中流动。其中一个例子是为光盘开发的注塑压缩成型技术，该技术在材料填充过程中加宽模腔，使熔融树脂更容易流动，然后恢复到原来的厚度，以确保高精度的表面转移。另一个例子是为需要高耐磨损性的汽车部件开发的表面硬化处理技术。.

7.与使用聚碳酸酯有关的实际考虑因素

聚碳酸酯的熔体粘度较高，因此需要对模具和成型工艺进行某些特殊规定，否则成型产品可能会出现缺陷、形状变形或裂缝。.

聚碳酸酯的耐化学性虽然在透明材料中相对较高，但最终会受到其无定形结构和碳酸盐键的限制，因此需要仔细调整成型条件，以尽量减少形状变形。在加工阶段，还必须注意避免机器润滑剂的附着，并选择一种能确保残留影响最小的脱模剂。同样，在使用模塑聚碳酸酯产品时，必须注意选择喷雾剂和清洁产品，以避免不良副作用。.

8.聚碳酸酯和环境可持续性

如第 2 节 ”聚碳酸酯的生产 "所述，旭化成已开发出一种实用的无光气工艺，该工艺使用 CO ₂和环氧乙烷作为生产聚碳酸酯的成分。该工艺不使用剧毒气体光气和疑似致癌物质二氯甲烷，设计时充分考虑了安全性，其技术已授权给世界各地的个人电脑制造商。.

旭化成还提供基于生物质兼容性质量平衡方法的聚碳酸酯牌号。虽然用于制造聚碳酸酯的成分双酚 A 是由苯酚生产的，但这些方法使用从生物质成分中提取的物质来生产苯酚。.

回收聚碳酸酯的主要方法是材料回收，即把用过的树脂材料磨成粉末状、熔化并重新成型。这种方法尤其适用于二手光盘等物品，因为这些物品往往质量较高，而且相对容易大量聚集。.

立柱：晶体和非晶体塑料的熔化

当无定形塑料材料加热到一定温度后熔化，塑料中的相邻分子可以在整个材料中自由移动。发生这种情况的温度称为玻璃化转变温度，用符号 Tg 表示，当温度高于 Tg 时，材料开始表现出流动性。聚碳酸酯的玻璃化温度为 Tg~150°C。.

结晶塑料的熔化过程稍显复杂。从结晶塑料的微观结构可以看出，无定形区与结晶区共存，在较高温度下，无定形区的分子首先开始移动，而结晶区的分子则被强大的分子间作用力束缚，无法移动，因此继续以固态存在。随着温度的进一步升高，结晶区的分子也开始自由移动，材料开始呈现出流动性。无定形区域的分子开始自由移动的温度称为玻璃化转变温度（Tg），这也是无定形塑料的术语。相反，结晶区分子开始自由移动的温度称为熔点，用 Tm 表示。.

结晶塑料在温度低于 Tg 时呈玻璃态，而在 Tg 和 Tm 之间则呈橡胶态。虽然玻璃态塑料和橡胶态塑料都是固体，但它们的性质却有很大不同：前者的分子行为让人联想到日常生活中我们熟悉的玻璃特性，而后者的分子行为则让人联想到橡胶的其中一种行为，这就是为什么要使用 "玻璃态塑料 "这一术语的原因。毋庸置疑，对于无定形塑料而言，橡胶状态并不类似。温度与塑料状态之间的关系如图 7 所示。.

图 6：熔点和玻璃化转变温度