Nhựa Polycarbonate (PC) là một trong những vật liệu nhựa kỹ thuật quan trọng nhất hiện nay. Loại nhựa này có khả năng truyền sáng cao gần mức kính, chịu va đập rất tốt và ổn định kích thước nên rất được ưa chuộng sử dụng. Trong bài viết dưới đây, Thái Dương Plastics sẽ cung cấp thông tin toàn diện về nhựa PC, giúp bạn có thể đánh giá, chọn vật liệu và thiết kế gia công hiệu quả.
Thông tin cần biết về nhựa Polycarbonate (PC)
Nhựa Polycarbonate viết tắt PC là nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật có cấu trúc vô định hình. Các đơn vị polymer nối với nhau bằng nhóm cacbonat nên vật liệu đạt độ trong suốt cao, dẻo dai và chịu va đập vượt trội. PC thuộc nhóm RIC số 7. Tấm PC có thể trong suốt hoặc mờ, có thể nhuộm màu và phủ chức năng như chống xước, chống tia cực tím.
So với các loại nhựa kỹ thuật phổ biến khác, Polycarbonate vượt trội về độ bền va đập và chịu nhiệt. PMMA trong và chống trầy tốt hơn nhưng giòn. PETG dễ in 3D hơn nhưng yếu hơn về cơ tính và nhiệt. PC ABS cân bằng giữa dẻo dai, chịu nhiệt và gia công, phù hợp cho sản xuất phổ thông.
Sản xuất và gia công nhựa Polycarbonate
Trong sản xuất công nghiệp, nhựa Polycarbonate được tạo ra bằng hai cách chính:
- Cách 1: Trùng hợp bisphenol A (BPA) với phosgene để tạo chuỗi polycarbonate có khối lượng phân tử kiểm soát tốt.
- Cách 2: Trao đổi este giữa BPA và diphenyl carbonate dưới xúc tác, hiện được ưa chuộng hơn do không dùng phosgene.
Nhiều nhà sản xuất bổ sung phụ gia để tăng ổn định tia UV, chống cháy, ổn định nhiệt, gia cường bằng sợi thủy tinh… Một số quy trình hiện đại tận dụng CO2 trong chuỗi nguyên liệu đầu vào.
Nhựa PC có thể được gia công linh hoạt bằng ép phun (nhiệt độ nhựa 260 – 300°C), ép đùn, gia công cơ và in 3D FDM (yêu cầu nhiệt độ cao, bàn nhiệt ≥ 90°C và buồng kín).
Các loại nhựa Polycarbonate
Polycarbonate trên thị trường được phát triển thành nhiều cấp khác nhau để đáp ứng yêu cầu đa dạng của ứng dụng. Ngoài dạng PC nguyên sinh trong suốt, vật liệu này còn có thể được gia cố bằng sợi thủy tinh để tăng độ cứng, bổ sung chất ổn định UV để dùng ngoài trời, thêm phụ gia chống cháy cho các thiết bị điện… Một số dòng đặc biệt được sản xuất không chứa BPA nhằm đáp ứng tiêu chuẩn an toàn cho thực phẩm và nước uống.
Thông số kỹ thuật và đặc tính của vật liệu PC
Những thông số kỹ thuật cùng đặc tính dưới đây quyết định phạm vi ứng dụng cũng như cách gia công và bảo quản vật liệu Polycarbonate:
| Bảng thông số kỹ thuật nhựa Polycarbonate | ||
| STT | Thuộc tính | Giá trị điển hình |
| 1 | Tỷ trọng | 1.20 – 1.22 g/cm3 |
| 2 | Truyền sáng | 86 – 90 % |
| 3 | Tg | 147 – 150 °C |
| 4 | HDT 1.8 MPa | 128 – 140 °C |
| 5 | Bền kéo | 55 – 75 MPa |
| 6 | Mô đun Young | 2.2 – 2.5 GPa |
| 7 | Izod có khía | Khoảng 600 – 850 J/m |
| 8 | Độ bền điện môi | 16 – 35 kV/mm |
| 9 | Co rút ép phun | 0.5 – 0.9% |
Cơ học
PC nổi bật với khả năng chịu va đập xuất sắc, nằm trong nhóm cao nhất so với các loại nhựa kỹ thuật khác. Với độ bền kéo (55 – 75 MPa) và mô đun đàn hồi (2.2 – 2.5 GPa), vật liệu cho thấy sự kết hợp hoàn hảo giữa độ cứng và độ dẻo dai. Ngoài ra, tỷ lệ co rút thấp (0.5 – 0.9%) trong quá trình ép phun giúp PC duy trì ổn định kích thước, rất lý tưởng cho các chi tiết cần độ chính xác cao.
Quang học và nhiệt độ
Về quang học, PC là loại nhựa trong suốt hiếm hoi, đạt độ truyền sáng cao (86 – 90%), gần tương đương với kính, cho phép nó thay thế thủy tinh trong nhiều ứng dụng. Về nhiệt, PC có khả năng chịu nhiệt vượt trội với nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg) ở mức cao (147 – 150 °C) và nhiệt độ biến dạng nhiệt (HDT) dao động từ 128 – 140 °C. Điều này cho phép vật liệu hoạt động liên tục trong dải nhiệt rộng và duy trì cơ tính ngay cả khi gia công ở nhiệt nóng chảy cao.
Điện và an toàn cháy nổ
Nhựa Polycarbonate là vật liệu cách điện tốt (hằng số điện môi khoảng 2.8 – 3.0). Đặc biệt, nhiều cấp PC có khả năng tự dập lửa và đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về cháy nổ (như UL 94 từ V2 đến V0), khiến PC trở thành lựa chọn hàng đầu cho các thiết bị điện và điện tử.
Kháng hóa chất và thời tiết
PC kháng tốt với axit loãng, rượu, hydrocarbon béo… Tuy nhiên, vật liệu này nhạy cảm với các hóa chất mạnh như kiềm, xeton, dung môi thơm… Đối với các ứng dụng ngoài trời, PC dễ bị ố vàng dưới tác động của tia UV, do đó cần có lớp phủ chống UV để đảm bảo độ bền và tính thẩm mỹ lâu dài.
Ưu điểm và nhược điểm
Ưu điểm
- Chịu va đập xuất sắc và bền dẻo ở dải nhiệt rộng.
- Trong suốt gần mức kính, truyền sáng cao.
- Ổn định kích thước tốt, co rút thấp khi ép phun.
- Cách điện tốt, có cấp chống cháy.
- Gia công đa dạng gồm ép phun, ép đùn, uốn nóng, gia công cơ và in 3D với thiết bị phù hợp.
Nhược điểm
- Dễ trầy xước nên bề mặt yêu cầu quang học thường cần phủ cứng.
- Nhạy kiềm và dung môi thơm nên phải chọn chất tẩy rửa và chất tháo khuôn phù hợp.
- Có nguy cơ thủy phân trong môi trường nhiệt ẩm cao, đặc biệt khi tiếp xúc nước nóng kéo dài.
- Độ bền mỏi không cao bằng một số nhựa gia cường.
Vậy nhựa Polycarbonate có an toàn và bền không?
Độ an toàn và độ bền của nhựa PC phụ thuộc rất lớn vào cấp vật liệu và điều kiện sử dụng:
- PC rất bền trong các ứng dụng kỹ thuật (xây dựng, công nghiệp) ở điều kiện thông thường. Tuy nhiên, PC dễ bị lão hóa và ố vàng do tia UV khi dùng ngoài trời. Các sản phẩm này cần có lớp chống UV để đảm bảo tuổi thọ và thẩm mỹ.
- Với thực phẩm và nước uống, mối quan tâm chính là PC chứa BPA. Ở điều kiện nhiệt ẩm cao (như khi tiệt trùng, đựng nước nóng…), PC chứa BPA có nguy cơ thôi nhiễm hóa chất này. Nhiều quốc gia đã hạn chế dùng PC chứa BPA cho các sản phẩm nhạy cảm như bình sữa trẻ em.
Ứng dụng của nhựa Polycarbonate và lưu ý lựa chọn
Nhờ những đặc tính kể trên, nhựa Polycarbonate được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau:
- Xây dựng: Tấm nhựa polycarbonate, tấm nhựa lấy sáng, giếng trời, mái hiên, nhà kính, vách ngăn.
- Điện điện tử: Vỏ ổ cắm, công tắc, nắp thiết bị, đầu nối và chi tiết cách điện.
- Ô tô: Kính đèn pha, đèn tín hiệu, cụm đèn sương mù, các chi tiết nội ngoại thất cần nhẹ và bền.
- Quang học và bảo hộ: Tròng kính, kính bảo hộ, mặt nạ che, kính chắn gió.
- Y tế: Khay, hộp đựng mẫu, ống nghiệm, các chi tiết có thể tiệt trùng theo cấp phù hợp.
- Dữ liệu quang: CD, DVD, Blu ray.
- Công nghiệp: Tấm chắn máy, vỏ máy, jig kẹp gá, chi tiết cơ khí nhẹ.
Lưu ý lựa chọn tấm nhựa polycarbonate và chi tiết ngoài trời:
- Chọn tấm có lớp chống UV đúng một hoặc hai mặt theo hướng lắp đặt.
- Xác định độ dày theo khẩu độ vì độ cứng tăng nhanh theo độ dày.
- Sử dụng phụ kiện và gioăng tương thích để tránh nứt ứng suất.
- Vệ sinh bằng dung dịch trung tính hoặc cồn và khăn mềm, tránh chất tẩy kiềm mạnh và dung môi thơm.
Nhựa Polycarbonate an toàn và bền khi sử dụng đúng mục đích và chọn đúng cấp vật liệu. Nếu cần được tư vấn thêm về PC hay các loại loại nhựa sử dụng trong ép phun khác, mời liên hệ Thái Dương Plastics để được hỗ trợ.
Mời xem tiếp: Công nghệ ép định hình áp suất và vật liệu phổ biến