追溯聚合物材料的历史:第12部分

当聚碳酸酯首次被创造出来的时候，它似乎是一种完全向上的材料。透明，耐冲击，能够承受暴露在沸水温度下的短期影响，PC扩展了传统上与透明材料相关的性能范围。

但在20世纪90年代末，我在塑料工程师协会(Society of Plastics Engineers)的ANTEC上参加了一场关于失效分析的演讲，演讲者发表了一个令人惊讶的声明:基于他的公司参与的近5000个案例研究的荟萃分析，他们观察到，虽然按重量计算，PC占每年消耗塑料总量的1%，但他们的失败研究中约15%涉及PC制造的零件。

由于塑料零件的尺寸和质量范围很广，失败产品的重量可能不是使用的最佳度量标准。然而，这样的比例值得关注。作为一个已经进行了6000次失败分析研究的人，我可以证明PC是失败的主要原因。这些失败大多表现为脆弱;对于一种延展性如此惊人的材料来说，这是不可能的。

虽然主持人的意图是批评PC，我翻译的使用频率和频率之间的差距失败与其说是反映了聚合物本身是一个例子的区别的令人印象深刻的短期性质的材料和一些漏洞才变得明显的时间和环境采取行动。

在现实世界的小型家电应用中，通过经验发现的一个最初的弱点是长期易水解降解。在短期内，聚碳酸酯的玻璃化转变温度高(154 C/309 F)意味着当暴露在沸水中时，材料将保持其物理性能。PC对熔融状态中过量水分的影响的敏感性，以及在加工前需要干燥树脂的需求，在早期就被很好地理解了。

然而，当材料处于固体形态时，暴露于水的长期影响并没有被很好地描述。这种材料的韧性、外观和尺寸稳定性使其吸引了小家电行业，早期的应用之一是咖啡壶。这些在商店货架上看起来很棒，甚至在厨房里也有一段时间。但没过多久，由于反复暴露在热水中发生的降解，这些物品开始开裂。

电子工业也在这种材料中发现了同样的局限性。虽然PC在电子领域的广泛应用中是完美的，但它在行业对各种组件进行标准测试时表现不佳。该测试需要在85摄氏度(185华氏度)和85%的相对湿度下暴露1000小时。单独地，暴露在这种温度或这种R.H.的持续时间对PC没有问题。

但它们结合在一起产生的水解降解，可以通过监测测试中聚合物的熔体流动速度来跟踪。研究表明，在高温和高湿条件下1000小时，从模压成型的零件到锻件的MFR大约增加了70%，通常在零件中出现裂纹。使用pc -硅氧烷共聚物可大大改善这一反应。

虽然PC在电子领域的广泛应用中是可行的，但当行业对各种组件进行标准测试时，它的表现并不好。

第二个引起对PC延展性担忧的早期发现是一种被称为临界厚度的现象。这不是PC独有的属性。但由于其出色的抗冲击性，其性能比其他材料更为显著。

临界厚度是指当材料被压成厚壁试样时，其韧性的显著下降。当不同的层以明显不同的速度从熔融冷却到固体时，内部产生的内应力产生了内应力。该临界厚度测量值为0.250英寸。(6.25 mm)在大多数通用级别的PC，但可以更低的低分子量化合物。在韧性非常重要且壁厚大于0.250英寸的应用场合。通常情况下，通过将较薄的薄板层压在一起形成较厚的结构，就可以获得所需的功能。

然而，已有研究表明，引起临界厚度现象的脆性行为可以通过以下方法得到改善缓慢冷却聚合物当实用。在注射成型中，高模具温度将大大提高厚结构的韧性。此外，研究表明临界厚度是一种与切口试样有很大关系的特性。经过缓慢冷却的设计良好的部件可以在不丧失延展性的情况下大幅增厚。

在实际应用中，可以通过缓慢冷却来改善引起临界厚度现象的脆性行为。

PC广泛应用的第三个障碍变得很明显，因为这种材料遇到了现实世界中的化学物质。通常，耐化学性是这些问题的重点。但更大的问题是应力开裂的易感性，这种开裂现象是由于应力和应用的化学剂的综合影响而发生的。在PC中可以产生这种反应的化合物是广泛的，包括酮类、酯类、醛类、醚类、卤代烃和芳香烃。许多家庭清洁化合物会使PC受压破裂，许多食品中的油脂也会使其固有的延展性丧失。高温加剧了这个问题。重复的洗碗机循环是一个有充分记录的失败原因。

BPA问题

但也许PC的商业形象面临的最大挑战也是最具争议性的，即消费者接触双酚A的问题，双酚A是一种用于制造PC的单体。内分泌学家在使用PC试管保存他们的样本时获得了异常数据，这些研究表明双酚A (BPA)可能是内分泌干扰物。虽然这一发现是在20世纪90年代发现的，但BPA与雌激素的相似性早在20世纪30年代就已经为人所知。但是，对BPA的担忧花了一段时间才形成势头。

从那时起，关于BPA对健康的潜在影响产生了大量的信息。关于BPA的维基百科页面引用了超过260个来源，这可能是该网站上引用最完整的主题。PC聚合物中残留的BPA是不可避免的。在聚合物降解的条件下，如上述水解，额外的双酚a产生。

最初的问题涉及含有婴儿配方奶粉的奶瓶。在配方灭菌过程中，高温和湿气存在，这可能会产生BPA，可以渗透到配方中。在成人中，双酚a通过肝脏的解毒过程被清除，而在婴儿和幼儿中，这一途径尚未完全发育，双酚a会积聚。由于这种化学物质的结构，它可以模仿雌激素的作用，扰乱激素平衡，并可能导致不孕和青春期提前。就像健康和环境科学经常发生的情况一样，对一小部分人群接触BPA的担忧迅速扩展为对所有人接触BPA的歇斯底里反应。

全球都在研究BPA暴露的风险，许多政府和科学组织也参与其中。许多长期的研究已经得出结论，在目前的环境水平下暴露于BPA仍然是可以接受的。但与此同时，也出现了一些重大举措，限制或消除其在各种产品中的存在，其中一些是由宣称其安全性的化学公司发起的。其他并非由双酚a制成的聚合物，如无定形PET和其他共聚酯，也从这种狂热中受益，这些材料的供应商宣称用它们制成的产品是“不含双酚a”的。188金宝搏网页登录

BPA的安全性问题目前还没有定论。化学工业在很大程度上坚持这种化合物是安全的，因为它在20世纪50年代就存在了。在讨论的另一方面，几乎每一种你能想到的疾病都归因于它在我们的环境中的存在。

许多长期的研究已经得出结论，在目前的环境水平下暴露于BPA仍然是可以接受的。

但PC甚至不是BPA最主要的来源。早在PC发明之前，双酚a就存在于环氧树脂中。这些树脂经常被用于包装食品和饮料的罐头。但即使在这里，BPA也被绑定在聚合物中，需要时间才能迁移到容器中的内容物中。一种更容易吸收的来源是热和无碳纸，用于制作收据和票据。研究表明，这种形式的BPA非常容易转移，与这些物品接触的纸币很容易吸收BPA，成为主要的二次来源。所以，不管无双酚a论点的优点如何，将PC从我们的世界中消除并不能阻止它的暴露。

通过所有这些挑战，PC的使用继续增长。在它60多年的历史中，我们已经了解了很多关于这种材料的优缺点，很难想象一个没有这种材料的世界会是什么样。提供无双酚a替代品的共聚酯缺乏聚碳酸酯的耐热性。高热的砜很难以水一样透明的形式产生，暴露在紫外线辐射下会迅速变暗，而且通常更敏感。

他是麻省理工学院的聚合物科学家沙特基础工业公司开发了一种与聚碳酸酯具有相同玻璃化转变温度的非晶态PET和聚醚酰亚胺混溶合金，但尚未商业化。也许有一天会回到一个没有聚碳酸酯的世界。但这在未来可能还有很长的路要走，需要在材料研究方面取得重大突破。

作者简介:Michael Sepe是一家位于Ariz塞多纳的独立材料和加工顾问，拥有整个北美，欧洲和亚洲的客户。他在塑料行业拥有45多年的经验，并帮助客户进行材料选择，设计可制造性，流程优化，故障排除和故障分析。联系方式：（928）203-0408•mike@thematerialanalyst.com