โพลีคาร์บอเนต (PC) คืออะไร?
โพลีคาร์บอเนต (Polycarbonate หรือ PC) คือพลาสติกเทอร์โมพลาสติกชนิดอะมอร์ฟัส ไม่มีสีและใสเหมือนกระจก วัสดุชนิดนี้โดดเด่นตรงที่ผสานความโปร่งใสทางแสงเข้ากับความทนทานต่อแรงกระแทกได้อย่างยอดเยี่ยม ในชีวิตประจำวันเราพบ PC ได้ทุกที่ ตั้งแต่กระบังหน้าหมวกกันน็อค เลนส์แว่นตา ขวดน้ำแบบใช้ซ้ำ ขวดนมเด็ก แผ่น CD และ DVD ฝาครอบไฟหน้ารถยนต์ เคสโทรศัพท์แบบใส ไปจนถึงกระเป๋าเดินทางเปลือกแข็ง ในภาคอุตสาหกรรม PC ถูกนำมาใช้เป็นชิ้นส่วนสัมผัสของเหลวในเครื่องวัดการไหล เกจวัดระดับ และกระจกตรวจสอบ เพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานสังเกตสถานะของเหลวได้โดยตรงด้วยตาเปล่า แม้แต่กระบังหน้าบนหมวกของนักบินอวกาศ NASA ในภารกิจลงจอดบนดวงจันทร์ก็ทำจากโพลีคาร์บอเนต
คุณสมบัติของวัสดุ PC
คุณสมบัติทางกล
โพลีคาร์บอเนตเป็นวัสดุที่ทนทานมาก มีความต้านทานแรงกระแทกสูงถึง 250 เท่าของกระจกธรรมดา1 คุณสมบัติโดยรวมใกล้เคียงกับโพลีเมทิลเมทาคริเลต (PMMA หรืออะคริลิก) แต่ PC มีความเหนียวสูงกว่าและทนสภาพแวดล้อมรุนแรงได้ดีกว่า แม้ PC จะเหนือกว่าในด้านความเหนียว แต่ PMMA มีความแข็งผิวสูงกว่า ทำให้ PC เกิดรอยขีดข่วนได้ง่ายกว่า เลนส์แว่นตาและชิ้นส่วนภายนอกรถยนต์ที่ทำจาก PC จึงมักเคลือบฮาร์ดโค้ต นอกจากนี้ PC ยังสามารถดัดโค้งได้มากโดยไม่แตกหักที่อุณหภูมิห้อง (ประมาณ 20–25°C) ด้วยกรรมวิธีดัดแผ่นโลหะ แม้กระทั่งรัศมีโค้งขนาดเล็กก็ไม่ต้องผ่านความร้อน ในทางตรงข้าม PMMA เปราะและแตกหักได้ง่ายเมื่อดัดที่อุณหภูมิห้อง
คุณสมบัติทางความร้อน
โพลีคาร์บอเนตมีอุณหภูมิทรานซิชันแก้ว (Tg) ประมาณ 147°C (297°F) เมื่ออุณหภูมิสูงเกินกว่านี้วัสดุจะเริ่มอ่อนตัวลงเรื่อยๆ และจะไหลได้ที่ประมาณ 155°C (311°F)1 ในกระบวนการฉีดขึ้นรูป อุณหภูมิแม่พิมพ์ต้องรักษาไว้ที่สูงกว่า 80°C (176°F) เพื่อให้ได้ชิ้นงานที่ปราศจากความเค้นตกค้าง การเลือกเกรดตามน้ำหนักโมเลกุลมีการแลกเปลี่ยน คือเกรดน้ำหนักโมเลกุลต่ำขึ้นรูปง่ายกว่าแต่ความแข็งแรงต่ำกว่า ส่วนเกรดน้ำหนักโมเลกุลสูงให้ความเหนียวสูงสุดแต่ขึ้นรูปยากกว่า
ในสภาพการใช้งานจริง อุณหภูมิใช้งานต่อเนื่องระยะยาวของ PC มักอยู่ที่ 115–130°C ซึ่งต่ำกว่าค่า Tg เนื่องจากภาระทางกลที่ยาวนานทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปค่อยๆ (creep) ก่อนที่จะมองเห็นการเสียรูปได้ชัดเจน หากมีการสัมผัสสารเคมีร่วมด้วยจะยิ่งเร่งกระบวนการเสื่อมสภาพ สำหรับการใช้งานที่มีของเหลวอุณหภูมิสูง แนะนำให้ใช้ชิ้นส่วนจาก PVDF หรือที่มีซับใน PTFE
คุณสมบัติทางแสง
โพลีคาร์บอเนตที่ผ่านกระบวนการทางความร้อนมักมีโครงสร้างอะมอร์ฟัสอย่างสมบูรณ์ ทำให้มีอัตราการส่งผ่านแสงที่มองเห็นได้สูงมาก เหนือกว่าแก้วหลายประเภท1 PC ยังสามารถกรองรังสี UV ได้ตามธรรมชาติโดยไม่ต้องเติมสารดูดซับ UV เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการทั้งความโปร่งใสและการป้องกัน UV เช่น แผ่นหลังคาโพลีคาร์บอเนตและฝาครอบป้องกันกลางแจ้ง
ตารางทนสารเคมีของ PC
ตารางนี้ใช้เป็นเครื่องมือคัดกรองเบื้องต้นในการประเมิน PC สำหรับการใช้งานที่สัมผัสของเหลว ก่อนนำไปใช้จริง ควรทดสอบกับวัสดุจริงภายใต้สภาวะการใช้งานจริง (อุณหภูมิ ความเข้มข้น และความเค้นทางกล) เสมอ
OK แนะนำ
△ ทดสอบก่อนใช้
✕ ไม่แนะนำ
N/A ไม่มีข้อมูล
ผลการประเมินในตารางนี้อ้างอิงจากการสัมผัสสารเคมีชนิดเดียว หากสภาพการใช้งานมีสารเคมีหลายชนิดพร้อมกัน ควรพิจารณาจากประสบการณ์จริงและผลการทดสอบ
| หมวดหมู่ |
ชื่อภาษาอังกฤษ |
ชื่อภาษาไทย |
ความทนทาน PC |
| กรดอินทรีย์ |
Acetic acid |
กรดอะซีติก |
OK (20%) |
| Acetic acid, glacial |
กรดอะซีติกบริสุทธิ์ |
OK |
| Acetic anhydride |
อะซีติกแอนไฮไดรด์ |
✕ |
| Citric acid |
กรดซิตริก |
OK |
| สารประกอบอินทรีย์ |
Acetaldehyde |
อะซีตัลดีไฮด์ |
✕ |
| Acetone |
อะซีโตน |
✕ |
| Methyl alcohol |
เมทานอล |
OK (20%) |
| Aniline |
อะนิลีน |
✕ |
| Benzaldehyde |
เบนซัลดีไฮด์ |
✕ |
| Benzene |
เบนซีน |
✕ |
| Benzyl alcohol |
เบนซิลแอลกอฮอล์ |
✕ |
| Benzyl chloride |
เบนซิลคลอไรด์ |
N/A |
| Corn oil |
น้ำมันข้าวโพด |
N/A |
| Ethanol |
เอทานอล |
OK |
| Ethylene glycol |
เอทิลีนไกลคอล |
OK |
| Fatty acid |
กรดไขมัน |
OK |
| Formaldehyde |
ฟอร์มัลดีไฮด์ |
OK (40%) |
| Formic acid |
กรดฟอร์มิก |
OK |
| Hexane |
เฮกเซน |
✕ |
| Lactic acid |
กรดแลกติก |
OK |
| Methanol |
เมทานอล |
OK |
| Paraffin oil |
น้ำมันพาราฟิน |
OK |
| Petroleum |
ปิโตรเลียม |
N/A |
| Phenol |
ฟีนอล |
OK |
| Propane, liq |
โพรเพนเหลว |
✕ |
| Propanol |
โพรพานอล |
OK |
| Stearic acid |
กรดสเตียริก |
OK |
| Tannic acid |
กรดแทนนิก |
N/A |
| Tartaric acid |
กรดทาร์ทาริก |
OK |
| Toluene |
โทลูอีน |
✕ |
| Urea |
ยูเรีย |
OK |
| สารประกอบอนินทรีย์ |
Ammonia |
แอมโมเนีย |
✕ |
| Ammonium chloride |
แอมโมเนียมคลอไรด์ |
OK |
| Ammonium hydroxide |
แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ |
✕ |
| Ammonium nitrate |
แอมโมเนียมไนเตรต |
N/A |
| Ammonium sulfate |
แอมโมเนียมซัลเฟต |
OK |
| Aqua regia |
กรดกัดทอง |
✕ |
| Barium chloride |
แบเรียมคลอไรด์ |
OK |
| Barium hydroxide |
แบเรียมไฮดรอกไซด์ |
✕ |
| Brine |
น้ำเกลือ |
N/A |
| Calcium chloride |
แคลเซียมคลอไรด์ |
N/A |
| Calcium hydroxide |
แคลเซียมไฮดรอกไซด์ |
✕ |
| Carbonic acid |
กรดคาร์บอนิก |
OK |
| Chloric acid |
กรดคลอริก |
N/A |
| Chlorine |
คลอรีน |
N/A |
| Detergent |
ผงซักฟอก/น้ำยาทำความสะอาด |
✕ |
| Hydrobromic acid |
กรดไฮโดรโบรมิก |
N/A |
| Hydrochloric acid |
กรดเกลือ (HCl) |
✕ |
| Hydrofluoric acid |
กรดไฮโดรฟลูออริก |
✕ |
| Hydrogen peroxide |
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ |
OK (30%) |
| Nitric acid |
กรดไนตริก |
OK (5%) OK (40%) |
| Phosphoric acid |
กรดฟอสฟอริก |
OK (<40%) |
| Potassium hydroxide |
โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ |
✕ |
| Potassium nitrate |
โพแทสเซียมไนเตรต |
OK |
| Potassium sulfate |
โพแทสเซียมซัลเฟต |
OK |
| Sodium carbonate |
โซเดียมคาร์บอเนต |
OK |
| Sodium hydroxide |
โซเดียมไฮดรอกไซด์ |
✕ |
| Sodium nitrate |
โซเดียมไนเตรต |
N/A |
| Sulfuric acid |
กรดกำมะถัน (H₂SO₄) |
✕ |
| Sulfur dioxide |
ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ |
N/A |
คำถามที่พบบ่อย (FAQ)
โพลีคาร์บอเนตทนสารเคมีได้ดีแค่ไหน?
PC มีความทนทานต่อสารเคมีในระดับปานกลาง ทนกรดเจือจาง แอลกอฮอล์ ไฮโดรคาร์บอนอะลิฟาติก และสารละลายเกลือในน้ำส่วนใหญ่ได้ดี แต่จะเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับด่างแก่ (เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ แอมโมเนีย) ตัวทำละลายคีโตน (เช่น อะซีโตน) ไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติก (เช่น เบนซีน โทลูอีน) และกรดแก่เข้มข้น สิ่งที่ต้องระวังเป็นพิเศษคือ ความเสียหายบางส่วนจะเริ่มจากภายใน ได้แก่ รอยแตกร้าวจากความเค้นหรือการพองตัว โดยที่ภายนอกยังดูปกติ ก่อนใช้งาน ควรตรวจสอบตารางทนสารเคมีในหน้านี้ตามชนิดและความเข้มข้นของของเหลวที่ใช้จริงเสมอ
โพลีคาร์บอเนตทนความร้อนได้ถึงกี่องศา?
อุณหภูมิทรานซิชันแก้ว (Tg) ของ PC อยู่ที่ประมาณ 147°C (297°F) แต่ในสภาพการใช้งานจริง อุณหภูมิใช้งานต่อเนื่องระยะยาวมักอยู่ที่ 115–130°C ซึ่งต่ำกว่าค่า Tg ความแตกต่างนี้เกิดจากการเสียรูปค่อยๆ (creep) และการคลายความเค้นเมื่อรับภาระทางกลเป็นเวลานาน ซึ่งเกิดขึ้นก่อนที่จะมองเห็นการเสียรูปได้ชัดเจน หากมีการสัมผัสสารเคมีร่วมด้วยจะยิ่งเร่งการเสื่อมสภาพ สำหรับการใช้งานที่ต้องสัมผัสของเหลวอุณหภูมิสูง แนะนำให้เลือกใช้ PVDF หรือชิ้นส่วนที่มีซับใน PTFE
โพลีคาร์บอเนตต่างจากอะคริลิก (PMMA) อย่างไร?
PC และอะคริลิก (PMMA) มีลักษณะภายนอกคล้ายกันมากและมักใช้ในงานประเภทเดียวกัน แต่มีคุณสมบัติที่แตกต่างกันชัดเจน PC มีความเหนียวสูงกว่ามาก ทนแรงกระแทกได้ดีกว่า (250 เท่าของกระจกเทียบกับ ~17 เท่าของ PMMA) และดัดโค้งได้โดยไม่แตก ส่วน PMMA เปราะกว่าแต่มีความแข็งผิวสูงกว่า ทนรอยขีดข่วนได้ดีกว่าโดยไม่ต้องเคลือบ และมีอัตราการส่งผ่านแสงสูงกว่าเล็กน้อย (~92% เทียบกับ PC ที่ประมาณ 88–90%) ทั้งสองชนิดทนตัวทำละลายคีโตนและอะโรมาติกได้ไม่ดีเหมือนกัน หลักการเลือกใช้งาน: เลือก PC เมื่อต้องการความเหนียวและทนแรงกระแทก เลือก PMMA เมื่อความโปร่งใสและความทนรอยขีดข่วนสำคัญกว่า และความเสี่ยงจากแรงกระแทกต่ำ
โพลีคาร์บอเนตมีพิษหรือไม่?
ภายใต้สภาวะการใช้งานปกติ โพลีคาร์บอเนตไม่ถือว่าเป็นสารพิษ ความกังวลที่พบบ่อยที่สุดเกี่ยวกับ PC มาจากบิสฟีนอล A (BPA) ซึ่งเป็นสารเคมีอุตสาหกรรมที่ใช้เป็นองค์ประกอบโครงสร้างของโพลีคาร์บอเนตและมีการใช้ในบรรจุภัณฑ์สัมผัสอาหารตั้งแต่ทศวรรษ 19602 BPA อาจถ่ายโอนไปยังอาหารได้ในปริมาณเล็กน้อย แต่จากการประเมินความปลอดภัยอย่างต่อเนื่องของ FDA สหรัฐฯ จากการศึกษากว่า 300 รายการ สรุปว่า BPA มีความปลอดภัยในระดับที่เกิดขึ้นจากการใช้บรรจุภัณฑ์อาหารที่ได้รับการอนุมัติในปัจจุบัน2
ที่น่าสังเกตคือ ขวดนมและแก้วหัดดื่มที่ทำจาก PC ถูกถอดออกจากระเบียบ FDA เนื่องจากผู้ผลิตหยุดผลิตสินค้าเหล่านี้เองโดยสมัครใจ ไม่ใช่เพราะคำสั่งเรียกคืนสินค้าจากปัญหาความปลอดภัย2 ในการใช้งานอุตสาหกรรม คำถามที่สำคัญกว่าคือความเข้ากันได้ทางเคมี — ของเหลวในกระบวนการจะกัดกร่อนชิ้นส่วน PC หรือไม่ — ไม่ใช่ว่า PC มีพิษหรือไม่
ทำไมโรตามิเตอร์และ sight glass ถึงใช้โพลีคาร์บอเนต?
PC เป็นตัวเลือกที่ใช้งานได้จริงสำหรับโรตามิเตอร์ (เครื่องวัดการไหลแบบลูกลอย) ไซต์กลาส และเกจวัดระดับ เนื่องจากมีความโปร่งใสสูงและทนแรงกระแทกได้ดี ทำให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถมองเห็นสถานะการไหลของของเหลวได้โดยตรง ข้อจำกัดหลักคือความเข้ากันได้ทางเคมี: ก่อนใช้งานควรตรวจสอบตารางทนสารเคมีตามชนิดของของเหลว และยืนยันว่าอุณหภูมิใช้งานอยู่ภายในขีดจำกัดการใช้งานต่อเนื่องของ PC สำหรับของเหลวกัดกร่อนหรืออุณหภูมิสูง กระจกโบโรซิลิเกตหรือ PVDF เป็นวัสดุทางเลือกที่เหมาะสมกว่า
โรตามิเตอร์ LORRIC มีตัวเลือกท่อ PC สำหรับการติดตามการไหลด้วยสายตาในงานน้ำสะอาด น้ำหล่อเย็น และของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อนต่ำดูโรตามิเตอร์ LORRIC →
สารเคมีใดบ้างที่ห้ามสัมผัสกับโพลีคาร์บอเนตโดยเด็ดขาด?
ควรหลีกเลี่ยงการสัมผัสระหว่าง PC กับ: ด่างแก่ (โซเดียมไฮดรอกไซด์ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ แอมโมเนีย แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ แบเรียมไฮดรอกไซด์ แคลเซียมไฮดรอกไซด์) ตัวทำละลายคีโตน (อะซีโตน) ไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติก (เบนซีน โทลูอีน) ตัวทำละลายคลอริเนต และกรดแก่เข้มข้น ได้แก่ กรดเกลือ กรดกำมะถัน และกรดไฮโดรฟลูออริก สารเหล่านี้ทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากความเค้น การพองตัว หรือการละลาย และมักเริ่มเสื่อมสภาพจากภายในก่อนที่จะมีสัญญาณภายนอกที่ชัดเจน สารเคมีทั้งหมดข้างต้นถูกทำเครื่องหมาย ✕ ในตารางทนสารเคมีด้านบน