ความทนสภาพอากาศของ PC เสริมแรงและกลไก
พอลิคาร์บอเนต (PC) มีชื่อเสียงด้านความโปร่งใสที่ยอดเยี่ยม ความทนต่อแรงกระแทกสูง และเสถียรภาพเชิงมิติ และถูกใช้อย่างกว้างขวางในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเครื่องใช้ไฟฟ้า ไฟส่องสว่างยานยนต์ ตัวเรือนโคมไฟกลางแจ้ง หมวกนิรภัย และสาขาอื่น ๆ อย่างไรก็ตาม PC บริสุทธิ์มีปัญหาเด่นชัดในการใช้งานกลางแจ้งระยะยาว นั่นคือ การได้รับรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) ทำให้เกิดการเหลือง การแตกร้าวที่ผิว และการลดลงอย่างมากของสมบัติเชิงกล กล่าวคือ ความทนสภาพอากาศไม่เพียงพอ ด้วยการปรับปรุงด้วยการเสริมใยแก้วร่วมกับสารเสถียร UV และสารเสถียรความร้อน สามารถยืดอายุการใช้งานของ PC ในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งได้อย่างมาก บทความนี้ประเมินความทนสภาพอากาศของ PC เสริมแรงอย่างเป็นระบบและให้แนวทางการเลือกวัสดุสำหรับงานกลางแจ้ง
กลไกการเสื่อมสภาพของ PC: เหตุใด PC เสริมแรงจึงต้องใส่ใจความทนสภาพอากาศ
สาเหตุพื้นฐานของการเสื่อมสภาพของ PC กลางแจ้งคือ หน่วยโครงสร้างบิสฟีนอลเอ (BPA) ที่มีอยู่ในสายโซ่โมเลกุลไวเป็นพิเศษต่อรังสีอัลตราไวโอเลตในช่วง 290-315 นาโนเมตร การฉายรังสี UV ทำให้เกิดการสลายตัวด้วยปฏิกิริยาโฟโตออกซิเดชันของสายโซ่โมเลกุล PC เกิดอนุมูลฟีน็อกซีและโครงสร้างควิโนอิด ซึ่งในระดับมหภาคแสดงออกเป็นการเหลืองทีละน้อย รอยแตกขนาดเล็กที่ผิว (crazing) และความเงาลดลง เมื่อการเสื่อมสภาพรุนแรงขึ้น น้ำหนักโมเลกุลลดลง และความทนต่อแรงกระแทกลดลงอย่างรวดเร็วจากระดับ PC บริสุทธิ์เริ่มต้น (ประมาณ 600-900 J/m แบบ Izod บาก) เหลือน้อยกว่า 100 J/m
PC เสริมใยแก้ว (เช่น PC+GF10 หรือ PC+GF20) เพิ่มใยแก้วลงในเมทริกซ์ ใยแก้วเองค่อนข้างเสถียรต่อ UV แต่รอยต่อระหว่างใยแก้วกับเมทริกซ์ PC เป็นบริเวณอ่อนแอ การได้รับ UV ทำให้เกิดการหลุดลอกที่รอยต่อและการขยายตัวของรอยแตกขนาดเล็กได้ง่าย ดังนั้น ความทนสภาพอากาศของ PC เสริมแรงจึงไม่จำเป็นต้องดีกว่า PC บริสุทธิ์ ในทางกลับกัน กลับต้องการสูตรป้องกัน UV ที่เข้มงวดกว่า
แนวทางปรับปรุงความทนสภาพอากาศของ PC เสริมแรง
แนวทางที่ปัจจุบันได้รับการยอมรับว่ามีประสิทธิภาพในการปรับปรุงความทนสภาพอากาศของ PC เสริมแรง ได้แก่ การเติมสารดูดซับ UV (UVA) เป็นแนวป้องกันแรก ดูดซับพลังงาน UV ที่เป็นอันตรายและเปลี่ยนเป็นความร้อนเพื่อระบายออก การเติมสารเสถียรแสงชนิดเอมีนขัดขวาง (HALS) เพื่อกำจัดอนุมูลอิสระที่เกิดขึ้นแล้วและตัดปฏิกิริยาลูกโซ่โฟโตออกซิเดชัน การเคลือบผิว (เช่น การเคลือบแข็งที่บ่มด้วย UV หรือฟิล์มเคลือบอะลูมิเนียม) เพื่อสร้างเกราะกำบังทางกายภาพ และการใช้กระบวนการฉีดขึ้นรูปสองชั้นเพื่อรวมชั้นผิว PC ที่เสถียรต่อ UV เข้ากับแกน PC เสริมแรง
วัสดุ PC เสริมแรงที่ปรับปรุงอย่างเต็มที่ด้วยแนวทางข้างต้นสามารถควบคุมค่าความต่างสี DeltaE ให้อยู่ภายใน 3.0 ในการทดสอบการเสื่อมสภาพเร่งแบบเทียม (มาตรฐาน ISO 4892 ตู้เสื่อมสภาพหลอดซีนอน 1,000-2,000 ชั่วโมง) และอัตราการคงความทนต่อแรงกระแทกสามารถรักษาไว้ได้สูงกว่า 70% ตามการทดลองสัมผัสกลางแจ้งจริง ในภาคใต้ของจีน (ปริมาณการรับ UV สูง) อายุการใช้งานของ PC เสริมแรงที่เสถียรต่อ UV สามารถยาวนานกว่า PC เสริมแรงทั่วไป 3-5 เท่า ถึงระยะการใช้งานกลางแจ้ง 5-8 ปี
เปรียบเทียบประสิทธิภาพกลางแจ้งของ PC เสริมแรงกับ ASA และ PMMA
ในการใช้งานกลางแจ้ง วัสดุคู่แข่งหลักของ PC เสริมแรง ได้แก่ ASA, PMMA และโลหะผสม ASA/PC ตัว ASA เองมีความทนสภาพอากาศยอดเยี่ยมและสามารถบรรลุอายุการใช้งานกลางแจ้งมากกว่า 5 ปีโดยไม่ต้องเสถียร UV เพิ่มเติม PMMA (อะคริลิก) มีความทนสภาพอากาศดีที่สุด แต่ความทนต่อแรงกระแทกต่ำกว่า PC เสริมแรงมาก ข้อได้เปรียบเด่นของ PC เสริมแรงคือ ยังคงข้อได้เปรียบด้านความทนต่อแรงกระแทกสูงในขณะที่ให้ความทนสภาพอากาศที่ดี ทำให้สามารถผลิตชิ้นงานเดียวที่มีผนังบางกว่าหรือโครงสร้างเชิงฟังก์ชันแบบบูรณาการที่ซับซ้อนกว่า ASA
คู่มือการเลือกวัสดุสำหรับงานกลางแจ้งของ PC เสริมแรง
เมื่อเลือก PC เสริมแรงสำหรับสถานการณ์กลางแจ้ง แนะนำให้ปฏิบัติตามแนวทางต่อไปนี้ ยืนยันอายุการใช้งานที่คาดหวังของผลิตภัณฑ์และข้อกำหนดการคงสี การเปลี่ยนแปลงความต่างสีในผลิตภัณฑ์สีเข้ม (ดำ เทาเข้ม) สังเกตได้ยากกว่า จึงกำหนดข้อกำหนดด้านเสถียรภาพ UV ต่ำกว่าผลิตภัณฑ์สีอ่อนและโปร่งใสได้เล็กน้อย ยืนยันว่าจำเป็นต้องมีระดับหน่วงไฟหรือไม่ ตัวเรือนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กลางแจ้งมักต้องการระดับหน่วงไฟ UL94 V-0 และสูตรหน่วงไฟกับสูตรเสถียร UV ต้องปรับให้เหมาะสมร่วมกัน ยืนยันปริมาณใยแก้ว สำหรับชิ้นส่วนตัวเรือนกลางแจ้งแนะนำ PC+GF10 หรือ PC+GF20 เพราะปริมาณใยแก้วที่สูงกว่า (สูงกว่า GF30) อาจทำให้เกิดใยลอยที่ผิวและการกระจุกตัวของความเค้นที่ทำให้การเสื่อมสภาพจาก UV รุนแรงขึ้น
สุดท้าย ให้เลือกแบรนด์และเกรดที่เชื่อถือได้ซึ่งผ่านการทดสอบการเสื่อมสภาพแบบเทียมมากกว่า 1,000 ชั่วโมงตามมาตรฐาน ASTM D4329 หรือ ISO 4892-2 และประเมินข้อมูลการทดสอบการเสื่อมสภาพของซัพพลายเออร์อย่างรอบคอบ
