Инженерни пластмаси: Поликарбонат (компютър) – свойства, приложения и развитие (1)

Определение и структура на поликарбоната

Поликарбонатът е общ термин за клас високомолекулни полимери, съдържащи карбонатни групи в молекулните си вериги. Според разликите в структурата на естерните групи, те могат да бъдат класифицирани в различни видове, като алифатни компютър, алициклични компютър и ароматни компютър. Сред тях алифатните и алифатно-ароматните поликарбонати имат ограничено приложение в областта на инженерните пластмаси поради лошите си механични свойства.

В момента основният вид, произвеждан в промишлеността, е ароматният поликарбонат, особено ароматният поликарбонат тип бисфенол А. Химичната му формула е продукт на поликондензация на бисфенол А с фосген или дифенилкарбонат. Тази уникална молекулярна структура придава на поликарбоната редица отлични свойства, което го отличава сред многобройните материали.

Свойства на поликарбоната

(I) Оптични свойства

Поликарбонатът се отличава с изключителна прозрачност, с пропускливост на светлината над 90%, близка до тази на неорганичното стъкло, което му позволява да блести в оптичното поле. Независимо дали се използва в производството на прецизни оптични компоненти като оптични дискове, лещи и оптични лещи, или за ежедневни оптични продукти като големи абажури, защитно стъкло и стъкло за прозорци, поликарбонатът може да осигури ясно визуално изживяване на потребителите благодарение на високата си прозрачност. В същото време, добрата му адаптивност към боядисване позволява на продуктите да показват богато разнообразие от цветове, отговаряйки на естетическите нужди на различни сценарии.

(II) Механични свойства

Поликарбонатът показва отлична устойчивост на удар, с якост на удар по Изод, определена по скалата на Изод, достигаща 600-900 J/m², което го нарежда сред най-добрите в инженерните пластмаси. Неговите здрави, но твърди характеристики му позволяват да издържа на значителни външни удари, без лесно да се счупи, а това превъзходно механично представяне полага солидна основа за приложението му в множество области със строги изисквания за якост и удароустойчивост.

Освен това, якостта на опън и огъване на поликарбоната е сравнима с тази на найлона и полиоксиметилена, откроявайки се сред термопластичните пластмаси и доближавайки се до нивото на фенолните смоли, подсилени със стъклени влакна, или ненаситените полиестери. Освен това, формованите части могат да отговарят на изискванията за висока точност и да поддържат размерна стабилност при широк диапазон от промени в околната среда, с постоянна скорост на свиване при формоване от 0,5-0,7%. Те също така притежават изключителна устойчивост на пълзене.

(III) Термични свойства

Поликарбонатът има температура на стъклен преход от приблизително 147°C и температура на топлинна деформация от 135°C, което му позволява да се използва стабилно за дълги периоди в температурния диапазон от -45°C до 120°C. Тази отлична термична стабилност му позволява да се адаптира към различни сложни работни среди; независимо дали в студени полярни региони или горещ тропически климат, продуктите, изработени от поликарбонат, могат да функционират нормално.

Освен това, поликарбонатът се топи при 220-230°C и има температура на термично разлагане над 310°C. Той е самозагасваща се смола, което до известна степен повишава безопасността му при използване във високотемпературна среда.

(IV) Химична стабилност

Поликарбонатът има добра устойчивост на слаби киселини, слаби основи и неутрални масла и може да поддържа стабилна производителност в среди, съдържащи тези химични вещества. Той обаче е сравнително чувствителен към силни основи и е склонен към корозия от тях, а Ултравиолетово устойчивостта му е сравнително ниска.

Следователно, в практически приложения, върху поликарбоната трябва да се прилагат подходящи защитни или модифициращи обработки в зависимост от конкретната експлоатационна среда, за да се удължи експлоатационният му живот.

Производствени процеси на поликарбонат

(I) Фосгенен метод (междуфазова поликондензация)

Фосгенният метод в момента е един от основните процеси за производство на поликарбонат. При този процес бисфенол А реагира с фосген в алкален разтвор, за да образува поликарбонат с високо молекулно тегло. Предимството на този метод е, че може да произвежда поликарбонатни продукти с висока чистота и отлично качество.

Фосгенът обаче е силно токсичен газ, изискващ строги мерки за безопасност по време на производството, за да се гарантира безопасността на операторите и околната среда. Освен това, той поставя изключително високи изисквания към уплътненията и устойчивостта на корозия на производственото оборудване, което увеличава производствените разходи и създава технически предизвикателства.

(II) Метод на трансестерификация (поликондензация в стопилка)

Методът на трансестерификация е друг важен производствен процес за поликарбонат. Той използва дифенилкарбонат и бисфенол А като суровини за провеждане на реакции на поликондензация при условия на висока температура и вакуум.

Този метод се характеризира с относително прост технологичен процес и не изисква използването на силно токсичен фосген, което до известна степен намалява рисковете за безопасността в производствения процес. Методът на трансестерификация обаче има и някои недостатъци. Например, молекулното тегло на получения поликарбонат е относително ниско и характеристиките на продукта може да са по-ниски от тези на поликарбоната, произведен по фосгенния метод, в някои аспекти. Следователно, този метод е по-подходящ за производство на продукти с нисък вискозитет, които нямат високи изисквания за молекулно тегло.

Текущо състояние на поликарбонатната индустрия

(I) Глобален производствен капацитет и продукция

Глобалният производствен капацитет на поликарбонат (компютър) продължава да се разширява, въпреки че темпът на растеж постепенно се забавя. През 2024 г. глобалният производствен капацитет на компютър се е увеличил с 4,7% на годишна база, като производството е нараснало с 4,0% на годишна база, а средният коефициент на експлоатация на производствените мощности е бил 63,5%.

Регионалната концентрация на световното производство на персонални компютри се измества към Североизточна Азия, като производството е концентрирано предимно в региони като Североизточна Азия, Западна Европа и Северна Америка. През 2024 г. Североизточна Азия е представлявала 66,3% от световния производствен капацитет за персонални компютри, заемайки първо място; Западна Европа е представлявала 12,9%; а Северна Америка е представлявала 10,3%.

Моделът на конкуренция в индустрията е силно концентриран. През 2024 г. имаше над 30 големи световни производители на персонални компютри, а производственият капацитет на топ 10 производителя представляваше 71,8% от общия производствен капацитет в света. Сред тях Ковестро е най-големият производител на персонални компютри в света.

(II) Международна търговска ситуация

През 2023 г. общата стойност на международната търговия с поликарбонат (компютър) е била 8,93 милиарда щатски долара, което е спад от 23,5% на годишна база, с общ обем на търговията от 3,232 милиона тона, което е спад с 15,6% спрямо предходната година. По отношение на цените, средната световна експортна цена на компютър е била 2761,6 щатски долара на тон, което е спад от 9,4% на годишна база.

Китай, Индия и Мексико са основните страни вносителки на персонални компютри в света, като общият им внос представлява приблизително 43,9% от общия световен внос. Южна Корея, Тайланд и Китай са основните страни износителки, чийто общ износ представлява около 44,4% от общия световен износ.

(III) Състоянието на китайския пазар

Темпът на растеж на производствения капацитет на Китай за персонални компютри се забави. През последните няколко години производственият капацитет на Китай за персонални компютри се разшири бързо и очевидното явление на недостиг на доставки в индустрията се подобри значително. През последните две години индустрията започна да се връща към рационалност, като темпът на разширяване на капацитета се забави значително, като постепенно се измести от предишното високоскоростно разширяване към оптимизиране на съществуващите запаси и подобряване на ефективността.

През 2024 г. производственият капацитет на Китай за персонални компютри се е увеличил с 13,1% на годишна база, а производството му е нараснало с 22,6% на годишна база. Вносът на персонални компютри в Китай продължава да намалява, докато износът продължава да се увеличава. През 2024 г. вносът на персонални компютри в Китай е намалял с 14,8% на годишна база, а износът е нараснал с 34,6% на годишна база.

Вносът на персонални компютри в Китай се осъществява главно чрез обща търговия и преработка с вносни материали, което представлява съответно 69,6% и 18,9% от общия внос. Вносът на персонални компютри в Китай идва главно от страни и региони като Южна Корея, Тайланд и китайската провинция Тайван, което представлява приблизително 60,3% от общия внос.

Видимото потребление на персонални компютри в Китай се е увеличило с 8,9% на годишна база, а степента на самодостатъчност се е повишила с 9,9 процентни пункта на годишна база. С завършването и въвеждането в експлоатация на няколко нови и разширени съоръжения, производственият капацитет на Китай за персонални компютри ще се увеличи допълнително, а обемът на доставките също ще нарасне бързо. Въпреки че продуктите от новите съоръжения все още не са достатъчни, за да заменят бързо и ефективно вносните материали, степента на самодостатъчност се е увеличила значително, а зависимостта от чуждестранни суровини е намаляла осезаемо.