PC（聚碳酸酯）作為一種透明、堅(jiān)韌的工程塑料，在日常生活和工業(yè)應(yīng)用中幾乎無處不在。

汽車前大燈、電子產(chǎn)品面殼、安全帽、透明罩殼、飲水機(jī)水桶等大量零部件，凡是需要“既結(jié)實(shí)又透明”的場(chǎng)景，PC材料總是首選之一。它的通用性堪稱“無孔不入”。

然而，這種“幾乎完美”的材料，卻始終被兩個(gè)問題困擾：發(fā)黃和開裂。這兩個(gè)缺陷，給無數(shù)工程師帶來過反復(fù)驗(yàn)證、投訴和改模的痛苦經(jīng)驗(yàn)。

那么問題來了：PC為什么容易發(fā)黃？為什么容易開裂？這一切背后的本質(zhì)原因到底是什么？又該如何有效規(guī)避？
要回答這些問題，我們必須從PC的分子結(jié)構(gòu)和成型邏輯開始說起。
 
PC是怎么做出來的？

聚碳酸酯（Polycarbonate，簡(jiǎn)稱PC）最常見的合成路線是以雙酚A（BPA）和二苯碳酸酯為原料，經(jīng)縮聚反應(yīng)形成主鏈（圖1）。其中：

● 雙酚A（BPA） 提供剛性骨架 —— 具有兩個(gè)苯環(huán)，賦予材料高強(qiáng)度、高剛性；
● 碳酸酯結(jié)構(gòu)（–O–CO–O–）作為連接單元 —— 形成主鏈上的柔性節(jié)段。

圖1：PC常以BPA和二苯碳酸酯為原料，經(jīng)縮聚反應(yīng)形成主鏈

這套分子結(jié)構(gòu)帶來了典型的幾大優(yōu)勢(shì)：
● 光學(xué)性能優(yōu)異：可實(shí)現(xiàn)90%以上的透光率；
● 力學(xué)性能強(qiáng)大：兼具強(qiáng)度與韌性；
● 耐熱性優(yōu)良：短時(shí)可承受120°C以上的溫度環(huán)境。

這些優(yōu)點(diǎn)讓PC成為理想的光學(xué)和結(jié)構(gòu)兼用材料。但正是這種分子結(jié)構(gòu)，也為“發(fā)黃”與“開裂”埋下了隱患。

PC為什么是透明的？

要理解PC為什么容易發(fā)黃，我們首先得理解它為什么本身是透明的。

從物理角度來看，材料的“透明性”其實(shí)意味著：光線在通過材料時(shí)，幾乎沒有發(fā)生反射、吸收、散射或改變方向。也就是說，一個(gè)透明材料的本質(zhì)是對(duì)光“不造成干擾”（圖2）。

圖2

而聚碳酸酯之所以透明，根本原因在于它是一種非結(jié)晶型塑料。這和它的分子結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)：

● PC主鏈中的雙酚A單元包含兩個(gè)間位連接的苯環(huán)，結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，空間龐大；
● 與之連接的碳酸酯基團(tuán)（–O–CO–O–）柔軟而無規(guī)整性。

這種結(jié)構(gòu)組合導(dǎo)致分子鏈在冷卻成型時(shí)無法規(guī)整排列結(jié)晶，形成的是“無定形”狀態(tài)。非結(jié)晶材料的分子鏈排列雜亂、不形成有序晶區(qū)，因此對(duì)可見光幾乎沒有散射——材料就呈現(xiàn)出良好的光學(xué)透明性。

然而，不結(jié)晶也意味著材料缺乏內(nèi)部“防護(hù)結(jié)構(gòu)”。晶區(qū)通常能提高材料的抗熱性、抗紫外性、抗溶劑性。而PC作為一種全非晶態(tài)材料，在熱、氧、紫外光等外界因子作用下，極易產(chǎn)生分子鏈降解、氧化反應(yīng)或微小結(jié)構(gòu)變化，這正是它“發(fā)黃”的根本原因。

發(fā)黃的根源：光氧化+雜質(zhì)誘發(fā)

我們?？吹絇C燈罩、護(hù)目鏡、時(shí)間一久就泛黃，很多人以為是“老化變舊”，但本質(zhì)上，它是PC分子鏈在光、熱、氧環(huán)境下發(fā)生了降解，產(chǎn)生了帶色的副產(chǎn)物。尤其是PC的主鏈里的碳酸酯鍵，在紫外光、熱力、微量水、金屬離子（比如殘留催化劑）存在時(shí)，很容易被斷開（圖3）。

圖3

斷裂之后，部分結(jié)構(gòu)可能會(huì)氧化成醌類化合物（比如對(duì)苯醌），這些東西會(huì)吸收藍(lán)光、反射黃光，人眼看到的就是“黃變”（圖4）。

圖4

更要命的是，PC越是透明，對(duì)黃變?cè)矫舾小Ｒ驗(yàn)闆]有結(jié)晶散射能“掩蓋”色差，你一丁點(diǎn)降解，它就“顯形”了。
 

開裂的底層邏輯：非結(jié)晶+內(nèi)應(yīng)力+環(huán)境應(yīng)力

PC另一個(gè)煩人的問題是——開裂，特別是應(yīng)力開裂（ESC）。

聚碳酸酯屬于非結(jié)晶性高分子，也就是說它的分子鏈排列是雜亂無序的，不像結(jié)晶性塑料（如PP、PA）那樣有規(guī)則的晶區(qū)來承載和分散應(yīng)力。

在微觀層面，非結(jié)晶結(jié)構(gòu)導(dǎo)致兩個(gè)結(jié)果：分子鏈之間作用力弱，不像晶區(qū)那樣致密、強(qiáng)勁；力學(xué)應(yīng)力沒有“緩沖帶”，應(yīng)力只能堆積在某些局部鏈段。

圖5

環(huán)境應(yīng)力腐蝕需要三要素：非結(jié)晶、應(yīng)力、溶劑。PC全對(duì)上了！圖5為環(huán)境應(yīng)力腐蝕的原理解析。

注塑成型時(shí)，PC處于高溫高壓下，隨著模具冷卻、脫模，內(nèi)應(yīng)力最容易產(chǎn)生在以下現(xiàn)象：

● 分子鏈定向凍結(jié)：高剪切區(qū)域（如澆口、轉(zhuǎn)角）鏈段無法回到無規(guī)卷曲狀態(tài)，殘留取向；
● 溫度梯度殘余應(yīng)力：冷卻速率不均造成材料不同區(qū)域體積收縮不同；
● 接觸模具壁面形成剛性皮層：表面與內(nèi)部應(yīng)變速度不一致，進(jìn)一步引入張應(yīng)力或剪應(yīng)力。

這些操作都會(huì)在材料內(nèi)部留下“暗傷”。一旦在使用過程中受到外力或接觸某些化學(xué)品（比如酒精、清洗劑、油污），這些內(nèi)應(yīng)力點(diǎn)就會(huì)像放大的裂縫源一樣，“啪”一下直接裂開。

你以為今天裂的，其實(shí)昨天加工就種了因。
 
rPC（再生聚碳酸酯）為什么更容易發(fā)黃和開裂？

讓我們以科思創(chuàng)的“水桶回收PC”為例，聊聊rPC為什么在發(fā)黃和開裂上“先天更脆”。

1. 原材料的“前世經(jīng)歷”影響今生

以飲水機(jī)水桶為例，這種PC制品服役期間就已經(jīng)歷了：

● 紫外線照射（長(zhǎng)期暴露在明亮環(huán)境中）；
● 熱老化（反復(fù)高溫?zé)崴?br /> ● 水解侵蝕（熱水 + 空氣中的CO₂會(huì)導(dǎo)致微弱酸性，進(jìn)而攻擊碳酸酯鍵）。

它退役時(shí)，其實(shí)已經(jīng)有“創(chuàng)傷”了。我們回收這類材料再重新造粒時(shí)，這些“傷疤”不會(huì)自動(dòng)愈合，反而在高溫?cái)D出、混煉過程中進(jìn)一步加?。?/span>

● 分子鏈斷裂，分子量下降，韌性丟失；
● 發(fā)黃中心生成（例如多酚類氧化產(chǎn)物）；
● 內(nèi)應(yīng)力殘留更多，容易開裂。

2. rPC的“發(fā)黃”機(jī)制更復(fù)雜
原生PC發(fā)黃，大多是因?yàn)樽贤饩€照射引發(fā)的碳酸酯鍵斷裂 + 苯環(huán)氧化；rPC則是“疊加發(fā)黃”：它既有歷史遺留色團(tuán)，又在回收中二次氧化。

以科思創(chuàng)水桶級(jí)rPC為例，它往往需要經(jīng)過：

● 多級(jí)光譜色選+精密清洗，最大程度清除色差顆粒；
● 與原生PC共混，降低黃變值ΔYI；
● 添加抗氧劑/光穩(wěn)定劑等，構(gòu)筑新的防御體系。

但即便如此，發(fā)黃風(fēng)險(xiǎn)依舊比原生PC高一截，尤其在戶外或燈具類高溫+強(qiáng)光應(yīng)用中。

3. rPC的“開裂”更偏向“應(yīng)力開裂”范疇
二次加工時(shí)的分子量更低、內(nèi)應(yīng)力更大。哪怕你注塑、擠出參數(shù)設(shè)置得不當(dāng)，或者后期遇上酒精擦拭、汽油接觸這類應(yīng)力誘因，就可能形成“蜘蛛網(wǎng)裂紋”，而不是機(jī)械破裂那種“啪”的斷裂。

主流品牌PC及rPC的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與側(cè)重點(diǎn)分析見表1。

從分子結(jié)構(gòu)到工藝到使用，PC脆弱點(diǎn)全在這兒

1. 分子設(shè)計(jì)層面
● 盡量選用耐熱、抗氧化性更強(qiáng)的原料或共聚單體：可以選擇更穩(wěn)定的共聚單體（比如TMC、BPS），來“稀釋”BPA的不穩(wěn)定性；也可以使用改性后的雙酚結(jié)構(gòu)，提升整個(gè)分子骨架的耐氧化能力。

表1

● 控制殘留催化劑、低聚物含量，尤其是金屬雜質(zhì)：這些雜質(zhì)會(huì)在使用過程中加速PC的降解。尤其是金屬離子，容易引發(fā)氧化反應(yīng)，讓材料更快發(fā)黃、老化，甚至開裂。

● 加入抗黃變添加劑（比如UV吸收劑、抗氧劑）提升抗老化能力。

2. 注塑加工階段
● 控制熔體溫度：避免過熱剪切導(dǎo)致分子降解。在注塑或擠出時(shí)，如果溫度太高、剪切力太大，PC分子鏈會(huì)被“剪斷”或者熱裂解，產(chǎn)生小分子碎片（降解產(chǎn)物）。

● 提高模溫、優(yōu)化冷卻，降低內(nèi)應(yīng)力：PC是非結(jié)晶材料，冷卻太快或不均勻時(shí)，容易“定型定歪了”——分子鏈來不及自然排布就被強(qiáng)行凍結(jié)住，內(nèi)部就會(huì)“憋”出內(nèi)應(yīng)力。模溫高一點(diǎn)、冷卻均勻一些，分子鏈可以慢慢地、舒舒服服地“躺平”，就不容易留下應(yīng)力暗傷。

● 合理脫模、避免應(yīng)力集中區(qū)域設(shè)計(jì)（如銳角、厚薄變化等）。

● 必要時(shí)進(jìn)行退火處理，釋放殘余應(yīng)力。

3. 使用維護(hù)階段
● 盡量避免長(zhǎng)期UV照射；
● 避免接觸酒精、汽油、強(qiáng)酸堿等溶劑；
● 不要用熱水反復(fù)沖刷 + 高溫高壓消毒（比如洗碗機(jī)）；
● 不要暴力緊固、沖擊、敲打。
 
結(jié)語
總而言之，PC不是不好用，而是要“用得對(duì)”。

來源：榮格-《國(guó)際塑料商情》

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