تولید ورق پلی کربنات | تاریخچه و روش تولید

پلی کربنات ها (Polycarbonate) عضوی از خانواده پلیمرهای ترموپلاستیک هستند. مصرف این پلاستیک در صنایع مختلف مثل ساختمان سازی و صنایع شیمیایی نوین بسیار زیاد است. در ادامه این مقاله به بررسی بیشتر ورق پلی کربنات خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید.

تاریخچه ورق پلی کربنات

تاریخچه ورق پلی کربنات به سال ۱۸۹۸ برمی گردد. اینکه چه کسی فرمول ساخت این ورق را پیدا کرد، اختلافاتی وجود دارد. در سال ۱۸۹۸، در دانشگاه مونیخ، یکی از دانشمندان در این خصوص تحقیقاتی کرد. پس از گذشت ۳۰ سال، این تحقیقات بدون نتیجه ماند و متوقف شد.
در سال ۱۹۵۳، یک شیمیدان آلمانی ادامه این تحقیقات را پیش برد و موفق شد تا اولین ورق پلی کربنات را بسازد. همچنین کیلومترها آن طرف تر یعنی در شهر نیویورک آمریکا، دانشمند دیگری به نام دکتر دنیل فاکس (Daniel Fox) با اختلاف زمان یک هفته، موفق شد فرمول ساخت پلی کربنات را کشف کند و سرانجام در سال ۱۹۵۸ این محصول به تولید انبوه رسید.
تلاش های بی وقفه دکتر فاکس،  موجب گرفتن لقب (پدر پلی کربنات) شد. این ماده امروزه شبیه ترین ماده به شیشه، هم از لحاظ ظاهری و هم جنس است.

شرکت های تولید کننده ورق پلی کربنات

شرکت های بزرگی در زمینه تولید ورق پلی کربنات فعالیت دارند که در ادامه بهترین های آن ها بیان شده است:

• شرکت پلیمر طلایی یزد
• جی لیان جی
• طلق ایران
• نوآوران آیدا پلاستیک
• اکسون پلیمر

روش های تولید ورق پلی کربنات

برای تولید ورق پلی کربنات روش های مختلفی وجود دارد. پر کاربرد ترین روش برای تولید این ورق،  اکستروژن است. در ادامه انواع روش های تولید ورق پلی کربنات مطرح شده است.

فرآیند اکستروژن

فرآیند اکستروژن دارای چندین مرحله است که طی کردن هر کدام برای رسیدن به نتیجه خوب، لازم است. مراحل اصلی مربوط به اکستروژن در ادامه بیان شده است.

آماده سازی مواد

برای شروع فرآیند اکستروژن باید مواد مورد نیاز آماده شود. نوع ماده می تواند به شکل گرانول، گلوله، پودر یا یک بلوک جامد باشد. این ماده برای شروع فرآیند، به داخل یک قیف روی دستگاه می رود.

حرارت و ذوب

داخل دستگاه مواد در حرارت و فشار قرار می گیرند. دستگاه اکسترودر دارای یک بشکه با حالت پیچی شکل است. زمانی که این بشکه می چرخد، مواد با فشار به جلو حرکت می کنند و توسط سیستم گرمایشی گرم می شوند. این فرآیند باعث نرم و ذوب شدن مواد می شود و آن ها را به مذاب تبدیل می کند.

اندازه گیری

گاهی اوقات ممکن است از چند ماده برای رسیدن به خواص یا ویژگی های مورد نظر استفاده شود. در طی فرآیند اکستروژن، این مواد را می توان با تکنیک ها و روش های مختلف مثل فیدر های وزنی یا حجمی وارد مذاب کرد. امکان مخلوط کردن و همگن سازی مناسب مواد را طراحی پیچ اکسترودر فراهم کرده و یک ترکیب ثابت را تضمین می کند.

طراحی و انتخاب قالب

قالب مهمترین وسیله در اکستروژن است چون با آن شکل و اندازه محصول نهایی را می توان مشخص کرد. قالب می تواند برای تولید انواع پروفیل ها، اشکال جامد، لوله های توخالی و سطح مقطع پیچیده سفارشی سازی کرد. ملاحظاتی که باید در طراحی قالب کرد مواردی مثل جریان داینامیک، نیازهای خنک کننده و جزئیات محصول نهایی می باشد.

اکستروژن و خنک سازی

زمانی که مواد مذاب تولید شده به قالب رسید، از سوراخی که روی قالب قرار دارد عبور می کند و به داخل قالب می رود و شکل محصول مورد نظر بدست می آید. ماده اکسترود شده به شکل یک پروفیل بدست می آید و سپس سرد شده و به جامد تبدیل می شود. با توجه به ماده ای که طی فرآیند اکسترود بدست می آید، ماده را می توان با روش های مختلفی خنک کرد؛ برای مثال خنک کننده هوا، خنک سازی با آب یا حمام های خنک.

مزایای اکستروژن

نسبت به روش های دیگر شکل دهی مواد، با اکستروژن می توان شکل های خاص و پیچیده ای را تولید کرد. با استفاده از این روش می توان مواد سخت و شکننده را به راحتی تغییر شکل داد. از دیگر مزیت های این روش این است که می توان با آن قطعات صاف و یکدست که استحکام بالایی دارند را تولید کرد.

معایب اکستروژن

یکی از معایب روش اکستروژن، ایجاد ترک در حین تولید است. این ترک ها می توانند به دلیل تغییر دما، سرعت بیش از حد مواد یا اصطکاک ایجاد شوند. گاهی اوقات هم ممکن است ماده به دلیل دمای پایین به سطح پیستون بچسبد و ترک بخورد.

فرآیند تزریق

فرآیند تزریق یا قالب گیری تزریقی در دستگاه تزریق با توجه به مشخصاتی انجام می شود. در کل، این فرآیند در چهار مرحله انجام می شود:

1. گیره بسته می شود و نیروی دو نیمه قالب را به یکدیگر می فشارد.
2. ماردون به جلو حرکت می کند و پلاستیک ذوب شده را داخل قالب تزریق می کند، سپس مواد برای مدت کوتاهی در فشار می مانند (اتوکشی). بعد از آن، ماردون مجددا شروع به چرخش میکند و گرانول های ذوب نشده در طول مسیر سیلندر را به جلو می فرستد. در این اتفاق، پلاستیک ذوب شده و برای تزریق بعدی آماده می شود.
3. مواد تزریق شده در قالب، به دلیل سرد بودن قالب شروع به منجمد شدن می کنند. دلیل سرد بودن قالب، گردش آب سرد داخل کانال های خنک کننده ای است که در بدنه قالب تعبیه شده اند. همین امر هم موجه سرد بودن همواره قالب می شود.
4. زمانی که مواد مذاب داخل قالب به اندازه کافی سرد و منجمد شدند و به شکل قطعه مورد نظر در آمدند، گیره باز می شود و میله های پران، قطعه را از داخل قالب به بیرون می اندازند.

مزایای تزریق

تولید وسایل پلاستیکی به روش تزریق مزایایی دارند که در ادامه به آنها اشاره شده است:

• انعطاف و تطبیق پذیری
• تولید انبوه
• راندمان بالا و سرعت تولید
• کاهش ضایعات

معایب تزریق

• هزینه اولیه بالا
• زمان تولید قالب
• محدودیت مواد اولیه در کاربرد های خاص

فرآیند ریخته گری

ریخته گری یکی از روش های تولید قطعات فلزی است که شامل ذوب کردن فلز و ریختن آن در قالب برای ایجاد شکل مورد نظر است. در ادامه این مراحل فرآیند مطرح شده است.

طراحی و ساخت قالب

ابتدا قطعه مورد نظر طراحی می شود. این طراحی شامل جزئیات ابعادی و خصوصیات مکانیکی قطعه است. بر اساس طراحی انجام شده، قالب ساخته می شود. قالب ها می توانند دائمی (فلزی) یا موقتی (ماسه ای، گچی) باشند.

آماده سازی مواد

مواد مناسب برای ریخته گری انتخاب می شوند. این مواد می توانند شامل فلزات آهنی (مانند چدن و فولاد) و غیر آهنی (مانند آلومینیوم، برنج) باشند. فلز انتخاب شده در کوره های ذوب مخصوص ذوب می شود تا به حالت مایع درآید.

ریختن مواد مذاب

فلز مذاب به دقت در قالب ریخته می شود. این کار باید به گونه ای انجام شود که حباب های هوا در مواد مذاب تشکیل نشوند و مواد به صورت یکنواخت در قالب پخش شوند.

خنک کردن و انجماد

پس از ریختن فلز مذاب، قالب به آرامی خنک می شود تا فلز مذاب منجمد شده و شکل قالب را به خود بگیرد. جدا کردن قطعه از قالب: بعد از انجماد کامل فلز، قالب باز شده و قطعه تولید شده از آن جدا می شود.

تمیزکاری و پرداخت

قطعه جدا شده ممکن است دارای پسماندهای قالب باشد که باید تمیز شوند. این کار شامل حذف ماسه های چسبیده، بریدن قسمت های اضافی و جلا دادن سطح قطعه است. برای بهبود خواص مکانیکی و ظاهری قطعه، عملیات پرداخت نهایی انجام می شود. این عملیات می تواند شامل ماشین کاری، عملیات حرارتی و پوشش دهی باشد.

بازرسی و کنترل کیفیت

قطعه تولید شده از نظر ابعادی و کیفیت سطح بررسی می شود تا با مشخصات طراحی مطابقت داشته باشد.آزمایش های مکانیکی و شیمیایی برای اطمینان از کیفیت و خواص مواد انجام می شود.

بسته بندی و ارسال

قطعات تولید شده برای محافظت در برابر آسیب های فیزیکی بسته بندی می شوند. قطعات بسته بندی شده به مشتریان ارسال می شوند. این مراحل به طور کلی فرآیند ریخته گری را تشکیل می دهند، اما بسته به نوع فلز، نوع قالب و تکنولوژی های مورد استفاده ممکن است تغییراتی در این فرآیند ایجاد شود.

مزایای ریخته گری

ریخته گری یکی از پرکاربردترین و قدیمی ترین روش های تولید قطعات فلزی است. این روش مزایای متعددی دارد که باعث می شود در صنایع مختلف بسیار محبوب باشد. در زیر به برخی از این مزایا اشاره شده است:

• تولید قطعات پیچیده
• اقتصادی بودن
• تنوع مواد
• تکرارپذیری و دقت
• خواص مکانیکی خوب
• تولید قطعات بزرگ
• کاهش زمان تولید
• کاهش ضایعات
• امکان تولید قطعات توخالی
• انعطاف پذیری در طراحی

معایب ریخته گری

معایب ریخته گری به شرح زیر است:

• عیوب ساختاری
• محدودیت در دقت ابعادی
• هزینه بالای قالب سازی
• زمان بر بودن فرآیند آماده سازی
• محدودیت در انتخاب مواد
• مشکلات زیست محیطی
• فرسایش قالب
• نیاز به نیروی کار ماهر
• تغییرات خواص مکانیکی
• محدودیت های ضخامت دیواره

مواد اولیه مورد استفاده تولید ورق پلی کربنات

تولید ورق های پلی کربنات از مواد اولیه خاصی که عمدتاً شامل پلیمرهای پلی کربنات می شوند، انجام می شود. در زیر به جزئیات این مواد اولیه پرداخته شده است

بیسفنول A BPA

بیسفنول A یک ترکیب شیمیایی است که به عنوان مونومر اصلی در تولید پلی کربنات استفاده می شود. این ماده به ساختار پلیمر شفافیت و مقاومت به ضربه می بخشد.

فسژن (Phosgene)

فسژن یک گاز سمی است که در واکنش با بیسفنول A برای تولید پلی کربنات به کار می رود. این واکنش منجر به تشکیل زنجیره های پلی کربنات می شود.

حلال ها

حلال هایی مانند دی کلرواتان برای حل کردن بیسفنول A و فسژن استفاده می شوند و به تسهیل واکنش های شیمیایی کمک می کنند.

کاتالیزورها

کاتالیزورهایی مانند پاراتولوئن سولفونیک اسید برای تسریع واکنش پلیمریزاسیون استفاده می شوند و نقش حیاتی در کنترل ویژگی های نهایی پلی کربنات دارند.

مواد افزودنی

برای بهبود ویژگی های پلی کربنات، مواد افزودنی مختلفی به ترکیب اضافه می شوند:

• پایدارکننده های UV: برای افزایش مقاومت به نور خورشید و جلوگیری از زرد شدن.
• آنتی اکسیدان ها: برای جلوگیری از تخریب حرارتی و افزایش طول عمر محصول.
• رنگدانه ها: برای اضافه کردن رنگ به ورق های پلی کربنات.
• مقاوم کننده های شعله: برای افزایش مقاومت به آتش و کاهش خطرات آتش سوزی.

مواد بازیافتی (در صورت نیاز)

استفاده از مواد بازیافتی می تواند هزینه های تولید را کاهش داده و به حفظ محیط زیست کمک کند.

مزایای ورق پلی کربنات

ورق های پلی کربنات به دلیل ویژگی های خاص خود دارای مزایای متعددی هستند. در ادامه به برخی از این مزایا اشاره می شود.

شفافیت بالا

ورق های پلی کربنات دارای شفافیت بسیار خوبی هستند و می توانند تا 90٪ نور را عبور دهند، که آن ها را برای کاربردهایی مانند پنجره ها، سقف ها و گلخانه ها مناسب می سازد.

مقاومت به ضربه

پلی کربنات یکی از مقاوم ترین مواد در برابر ضربه است و تا 250 برابر مقاوم تر از شیشه و 30 برابر مقاوم تر از اکریلیک است. این ویژگی آن را برای استفاده در محل هایی که نیاز به ایمنی بالا دارند، مانند پناهگاه ها و شیشه های ضدگلوله، مناسب می سازد.

سبکی وزن

ورق های پلی کربنات وزن بسیار کمتری نسبت به شیشه دارند، که حمل و نصب آن ها را آسان تر می سازد و در سازه های سبک و قابل حمل کاربرد دارد.

عایق حرارتی و صوتی

پلی کربنات دارای خواص عایق حرارتی و صوتی خوبی است که باعث کاهش هزینه های گرمایش و سرمایش و کاهش صداهای مزاحم می شود.

مقاومت در برابر اشعه UV

برخی از ورق های پلی کربنات با پوشش ضد اشعه UV تولید می شوند که از تغییر رنگ و زرد شدن آن ها در معرض نور خورشید جلوگیری می کند و طول عمر آن ها را افزایش می دهد.

انعطاف پذیری

این ورق ها قابلیت خم شدن دارند و می توانند در شکل ها و طرح های مختلف به کار گرفته شوند، که در معماری و طراحی داخلی مورد استفاده قرار می گیرند.

مقاومت در برابر مواد شیمیایی و شرایط جوی

پلی کربنات در برابر بسیاری از مواد شیمیایی و شرایط آب و هوایی سخت مقاوم است و می تواند در محیط های مختلف بدون تغییر کیفیت به کار رود.

سازگاری با محیط زیست

پلی کربنات قابل بازیافت است و این ویژگی آن را به یک انتخاب پایدار برای بسیاری از کاربردها تبدیل می کند.

کاربرد های ورق پلی کربنات

ورق پلی کربنات به دلیل خصوصیات فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد خود، در انواع مختلفی از صنایع و کاربردها استفاده می شود. در زیر برخی از کاربردهای آن بیان شده است.

ورق پلی کربنات در صنعت ساختمان و معماری

ورق پلی کربنات به دلیل ویژگی های خاصی که دارد، در صنعت ساختمان و معماری به عنوان یک جایگزین مناسب برای شیشه و سایر مواد ساختمانی در برخی از کاربردها مورد استفاده قرار می گیرد. در ادامه برخی از کاربرد های این ورق در قسمت های مختلف ساختمان مطرح شده است.

پنجره ها و درها

ورق پلی کربنات به دلیل مقاومت بالا در برابر ضربه و خواص نوری مناسب، برای ساخت پنجره ها و درهایی که نیاز به مقاومت در برابر شکست و وزن کم دارند، استفاده می شود. این کاربرد به خصوص در مناطقی که دارای شرایط آب و هوایی سخت تری هستند مفید است.

سقف ها و سایبان ها

ورق پلی کربنات به دلیل خواص حرارتی و مقاومت در برابر عوامل جوی، برای ساخت سقف ها و سایبان های شفاف یا نیمه شفاف استفاده می شود. این به عنوان جایگزینی مناسب برای شیشه در برخی از معماری های مدرن و طراحی های خاص مورد استفاده قرار می گیرد.

نورپردازی و آبگریزی

ورق پلی کربنات به دلیل خواص نوری خوب و شفافیت، برای ساخت سازه های نورپردازی و آبگریزی های داخلی و خارجی استفاده می شود. این موارد در طراحی های مدرن و زیبای معماری اهمیت دارند.

گلخانه ها

ورق پلی کربنات به دلیل خواص حرارتی و تابشی مناسب، برای ساخت سازه های گلخانه ها استفاده می شود. این ورق ها می توانند باعث بهبود رشد گیاهان در داخل گلخانه شوند و همچنین می توانند از تلفات انرژی در سرمایه های شبانه مانع شوند.

پوشش های گرمایشی

ورق پلی کربنات برای پوشش های گرمایشی در ساختمان ها استفاده می شود، به خصوص در مناطقی که نیاز به ایجاد عایق حرارتی دارند.

سردخانه ها و انبارها

در برخی موارد، ورق پلی کربنات برای ساخت سردخانه ها و انبارهایی که نیاز به حفظ شرایط محیطی خاص دارند، استفاده می شود.

ورق پلی کربنات در صنایع خودروسازی

ورق پلی کربنات در صنعت خودروسازی به عنوان یک جایگزین مناسب برای شیشه در برخی از کاربردها مورد استفاده قرار می گیرد. این مواد به دلیل خواص منحصر به فرد که دارند، می توانند در برخی از بخش های خودروها جایگزین مناسبی برای شیشه باشند. به طور کلی، برخی از کاربردهای ورق پلی کربنات در صنعت خودروسازی در ادامه بیان شده است.

پنجره ها و سقف ها

ورق پلی کربنات به دلیل مقاومت بالا در برابر ضربه و وزن کمتر نسبت به شیشه، برای ساخت پنجره ها و سقف های خودروها استفاده می شود. این ویژگی ها باعث می شود که خودروها با استفاده از ورق پلی کربنات سبک تر شوند و در عین حال مقاومت بهتری نسبت به ضربه داشته باشند.

سایر قطعات داخلی

در برخی از خودروها، ورق پلی کربنات برای ساخت قطعات داخلی مانند پنل های درب، پنل های داخلی، پنجره های کوچک داخلی، و تزئینات داخلی استفاده می شود. این استفاده ها معمولاً به دلیل وزن کمتر و مقاومت بیشتر در برابر ضربه صورت می گیرد.

پوشش های خارجی و حفاظتی

در برخی از مدل های خودروها، ورق پلی کربنات برای پوشش های خارجی مانند برگه های نمایشی (نمایشگرهای لمسی)، سپرهای محافظ، و پوشش های حفاظتی از قطعات حساس از آسیب استفاده می شود.

نورپردازی و تابلوهای دیجیتال

به دلیل خواص نوری خوب و شفافیت ورق پلی کربنات، برای تابلوهای نمایشی دیجیتال و نورپردازی داخلی و خارجی خودروها استفاده می شود.

محافظت از سیستم های الکترونیکی

ورق پلی کربنات می تواند به عنوان یک پوشش محافظ برای سیستم های الکترونیکی درون خودرو، مانند دوربین های عقب، سنسورها و دستگاه های نمایشی، استفاده شود تا آنها را از شرایط محیطی محافظت کند.

ورق پلی کربنات در صنعت الکترونیک

ورق پلی کربنات در صنعت الکترونیک به عنوان یک ماده ای با خصوصیات منحصر به فرد، کاربردهای متعددی دارد. این ورق ها به دلیل ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاص، در برخی از بخش های صنعت الکترونیک به جای مواد دیگر مورد استفاده قرار می گیرند. به طور کلی، برخی از کاربردهای ورق پلی کربنات در صنعت الکترونیک شامل موارد زیر می باشند.

پوشش های حفاظتی

ورق پلی کربنات به دلیل مقاومت بالا در برابر شکست و ضربه، استفاده می شود تا قطعات الکترونیکی حساس مانند مدارهای چاپی، ترانزیستورها، و دیودها را در برابر آسیب های مکانیکی محافظت کند.

پوشش های نمایشی

به دلیل خواص نوری خوب و شفافیت، ورق پلی کربنات برای ساخت صفحات نمایشی در دستگاه های الکترونیکی مانند تلویزیون ها، مانیتورها، و نمایشگرهای دیجیتال استفاده می شود.

پوشش های لمسی

ورق پلی کربنات می تواند به عنوان پوشش لمسی برای صفحات نمایش تاچ اسکرین الکترونیکی، موبایل ها، تبلت ها، و دستگاه های لمسی دیگر استفاده شود.

پوشش های حرارتی

در برخی موارد، ورق پلی کربنات به عنوان پوشش حرارتی برای قطعات الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد تا آنها را در برابر دمای بالا یا تغییرات حرارتی نگهدارد.

پوشش های عایقی

به دلیل خواص عایقی خود، ورق پلی کربنات برای ساخت پوشش های عایقی در برابر برق و سایر محافظت های الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد.

سیستم های نورپردازی

ورق پلی کربنات برای ساخت سیستم های نورپردازی و نورپردازی داخلی در دستگاه های الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد، به خصوص در برخی از دستگاه های جدیدی که نیاز به نورپردازی خاص و شفافیت دارند.

جمع بندی

به طور کلی ورق پلی کربنات امروزه بسیار پرکاربرد است. این ورق طی فرآیند و با استفاده از مواد و دستگاهی تولید می شود. همچنین فرآیند تولید پلی کربنات روش های مختلفی دارد که هر کدام هم از مواد و دستگاه متفاوتی استفاده می شود. ورق پلی کربنات در صنایع مختلفی از جمله خودروسازی، الکترونیک، ساختمان سازی و… کاربرد دارد.
وکیوم آرتا پلاست با ارائه خدماتی مانند وکیوم فرمینگ، ظروف بسته بندی طلقی، ظروف طلقی استوانه ای​، دیامات و… می‌تواند شما را در تولید محصولات مورد نیازتان یاری کند.