Инжењерске пластике: Поликарбонат (PC) – Својства, примене и развој(1)

Дефиниција и структура поликарбоната

Поликарбонат је општи назив за класу високомолекуларних полимера који садрже карбонатне групе у својим молекуларним ланцима. Према разликама у структури естарских група, могу се класификовати у различите типове као што су алифатични PC, алициклични PC и ароматични PC. Међу њима, алифатични и алифатично-ароматични поликарбонати имају ограничену примену у области инжењерске пластике због својих лоших механичких својстава.

Тренутно, главни тип који се индустријски производи је ароматични поликарбонат, посебно ароматични поликарбонат типа бисфенола А. Његова хемијска формула је производ поликондензације бисфенола А са фосгеном или дифенил карбонатом. Ова јединствена молекуларна структура даје поликарбонату низ одличних својстава, што га издваја од бројних материјала.

Својства поликарбоната

(I) Оптичка својства

Поликарбонат се може похвалити изузетном транспарентношћу, са пропустљивошћу светлости од преко 90%, што је близу оне код неорганског стакла, што му омогућава да сија у оптичком пољу. Без обзира да ли се користи у производњи прецизних оптичких компоненти као што су оптички дискови, сочива и оптичка сочива, или свакодневних оптичких производа попут великих абажура, заштитног стакла и прозорског стакла, поликарбонат може пружити јасно визуелно искуство корисницима захваљујући својој високој транспарентности. У међувремену, његова добра прилагодљивост бојењу омогућава производима да приказују богату палету боја, задовољавајући естетске потребе различитих сценарија.

(II) Механичка својства

Поликарбонат показује одличну отпорност на ударце, са зарезном Изодовом ударном чврстоћом од чак 600-900 J/m², што га сврстава међу најбоље у инжењерским пластикама. Његове жилаве, али круте карактеристике омогућавају му да издржи значајне спољашње ударце без лаког ломљења, а ове супериорне механичке перформансе постављају чврсту основу за његову примену у бројним областима са строгим захтевима за чврстоћу и отпорност на ударце.

Поред тога, затезна и савијајућа чврстоћа поликарбоната су упоредиве са чврстоћом најлона и полиоксиметилена, истичући се међу термопластичним пластикама и приближавајући се нивоу фенолних смола ојачаних стакленим влакнима или незасићених полиестера. Штавише, обликовани делови могу да испуне захтеве високе прецизности и одрже димензионалну стабилност у широком опсегу промена околине, са константном стопом скупљања при обликовању од 0,5-0,7%. Такође поседује изванредну отпорност на пузање.

(III) Термичка својства

Поликарбонат има температуру преласка у стакласто стање од приближно 147°C и температуру топлотне деформације од 135°C, што му омогућава стабилну употребу током дужег периода у температурном опсегу од -45°C до 120°C. Ова одлична термичка стабилност омогућава му да се прилагоди различитим сложеним радним окружењима; било да су у хладним поларним регионима или врућим тропским климатским условима, производи направљени од поликарбоната могу нормално да функционишу.

Поред тога, поликарбонат се топи на 220-230°C и има температуру термичког разлагања која прелази 310°C. То је самогасива смола, што донекле побољшава њену безбедност када се користи у окружењима са високим температурама.

(IV) Хемијска стабилност

Поликарбонат има добру отпорност на слабе киселине, слабе алкалије и неутрална уља и може одржати стабилне перформансе у срединама које садрже ове хемијске супстанце. Међутим, релативно је осетљив на јаке алкалије и склон корозији услед њиховог деловања, а његова УВ отпорност је релативно слаба.

Стога, у практичним применама, на поликарбонат треба применити одговарајућу заштиту или модификацију у складу са специфичним радним окружењем како би се продужио његов век трајања.

Производни процеси поликарбоната

(I) Фосгенска метода (Међуповршинска поликондензација)

Фосгенска метода је тренутно један од главних процеса за производњу поликарбоната. У овом процесу, бисфенол А реагује са фосгеном у алкалном раствору и формира поликарбонат високе молекулске тежине. Предност ове методе је што може произвести поликарбонатне производе високе чистоће и одличног квалитета.

Међутим, фосген је веома токсичан гас, што захтева строге мере безбедности током производње како би се осигурала безбедност оператера и животне средине. Поред тога, поставља изузетно високе захтеве за заптивање и отпорност производне опреме на корозију, што повећава трошкове производње и техничке изазове.

(II) Метода трансестерификације (поликондензација растопљеног стапа)

Метода трансестерификације је још један важан производни процес за поликарбонат. Користи дифенил карбонат и бисфенол А као сировине за спровођење реакција поликондензације под условима високе температуре и вакуума.

Ова метода има релативно једноставан процес и не захтева употребу високо токсичног фосгена, што донекле смањује безбедносне ризике у производном процесу. Међутим, метод трансестерификације такође има неке недостатке. На пример, молекулска тежина произведеног поликарбоната је релативно ниска, а перформансе производа могу бити инфериорније у односу на поликарбонат произведен фосгеном у неким аспектима. Стога је ова метода погоднија за производњу производа ниског вискозитета који немају високе захтеве за молекулску тежину.

Тренутно стање поликарбонатне индустрије

(I) Глобални производни капацитет и обим

Глобални производни капацитет поликарбоната (PC) наставља да се шири, иако се стопа раста постепено успорава. У 2024. години, глобални производни капацитет PC-а повећан је за 4,7% у односу на претходну годину, са производњом која је порасла за 4,0% у односу на претходну годину, а просечна стопа рада производних погона износила је 63,5%.

Регионална концентрација глобалне производње рачунара помера се ка североисточној Азији, при чему је производња првенствено концентрисана у регионима као што су североисточна Азија, западна Европа и северна Америка. У 2024. години, североисточна Азија је чинила 66,3% глобалног капацитета производње рачунара, заузимајући прво место; западна Европа је чинила 12,9%; а северна Америка 10,3%.

Конкуренција у индустрији је веома концентрисана. У 2024. години постојало је преко 30 главних светских произвођача рачунара, а производни капацитет 10 највећих произвођача чинио је 71,8% укупног светског производног капацитета. Међу њима, Covestro је највећи светски произвођач рачунара.

(II) Ситуација у међународној трговини

У 2023. години, укупна вредност међународне трговине поликарбонатом (PC) износила је 8,93 милијарде америчких долара, што је пад од 23,5% у односу на претходну годину, са укупним обимом трговине од 3,232 милиона тона, што је пад од 15,6% у односу на претходну годину. Што се тиче цена, просечна глобална извозна цена PC-а износила је 2.761,6 америчких долара по тони, што је пад од 9,4% у односу на претходну годину.

Кина, Индија и Мексико су главне земље увознице рачунара у свету, са укупним увозом од приближно 43,9% укупног светског увоза. Јужна Кореја, Тајланд и Кина су главне земље извознице, чији укупни извоз чини око 44,4% укупног светског извоза.

(III) Стање на кинеском тржишту

Стопа раста производних капацитета рачунара у Кини је успорена. У протеклих неколико година, производни капацитет рачунара у Кини се брзо ширио, а очигледан феномен недостатка понуде у индустрији је значајно побољшан. У протекле две године, индустрија је почела да се враћа рационалности, са темпом ширења капацитета који се значајно успорава, постепено прелазећи са претходног брзог ширења на оптимизацију постојећих залиха и побољшање ефикасности.

У 2024. години, производни капацитет рачунара у Кини повећан је за 13,1% у односу на претходну годину, а производња је порасла за 22,6% у односу на претходну годину. Увоз рачунара у Кину је наставио да опада, док је извоз наставио да расте. У 2024. години, увоз рачунара у Кину је опао за 14,8% у односу на претходну годину, а извоз је порастао за 34,6% у односу на претходну годину.

Увоз рачунара у Кину углавном се одвија кроз општу трговину и прераду увезених материјала, што чини 69,6% односно 18,9% укупног увоза. Увоз рачунара у Кину углавном долази из земаља и региона као што су Јужна Кореја, Тајланд и кинеска провинција Тајван, што чини приближно 60,3% укупног увоза.

Кинеска очигледна потрошња рачунара повећана је за 8,9% у односу на претходну годину, а стопа самодовољности порасла је за 9,9 процентних поена у односу на претходну годину. Завршетком и пуштањем у рад неколико нових и проширених погона, капацитет производње рачунара у Кини ће се додатно повећати, а обим понуде ће такође брзо расти. Иако производи из нових погона још увек нису довољни да брзо и ефикасно замене увезене материјале, стопа самодовољности је значајно порасла, а зависност од страних сировина је приметно смањена.