โพลีอะริเลต (PAR) หรือที่เรียกอีกอย่างว่าโพลีเอสเตอร์อะโรมาติก เป็นพลาสติกวิศวกรรมชนิดพิเศษเทอร์โมพลาสติกที่มีวงแหวนอะโรมาติกและพันธะเอสเทอร์บนสายโซ่หลักของโมเลกุล
สมบัติของโพลีอะริเลต PAR
พอลิอะริเลต (PAR) หรือที่รู้จักกันในชื่ออะโรมาติกโพลีเอสเตอร์ เป็นพลาสติกวิศวกรรมชนิดพิเศษเทอร์โมพลาสติกที่มีวงแหวนอะโรมาติกและพันธะเอสเทอร์บนสายโซ่หลักของโมเลกุล ผลิตโดยบริษัท Unitika ประเทศญี่ปุ่นในปี พ.ศ. 2516 และมีชื่อทางการค้าว่าพอลิเมอร์ U เป็นพลาสติกที่ทนความร้อนสูง มีประสิทธิภาพครอบคลุมดีเยี่ยม
โพลีอะริเลตผลิตขึ้นโดยการควบแน่นของไดไฮดริกฟีนอลและกรดไดคาร์บอกซิลิก โดยใช้ไดไฮดริกฟีนอลและกรดไดคาร์บอกซิลิกที่แตกต่างกันเป็นวัตถุดิบ โพลีอะริเลตที่มักเรียกกันทั่วไปคือโพลีคอนเดนเซชันจากส่วนผสมของบิสฟีนอลเอ กรดเทเรฟทาลิก และกรดไอโซฟทาลิกเป็นวัตถุดิบ
PAR มีโครงสร้างอะมอร์ฟัสเชิงเส้น และสายโซ่หลักของโมเลกุลประกอบด้วยฟีนิล อีเทอร์ คาร์บอนิล และไอโซโพรพิล หมู่ต่างๆ มีผลต่อคุณสมบัติของพอลิเมอร์แตกต่างกัน แต่ผลรวมของแต่ละหมู่ทำให้สายโซ่หลักของ PAR มีความแข็งแรงมากขึ้น มีขั้วที่แน่นอน ไม่เป็นผลึก และมีความยืดหยุ่นที่แน่นอน
1. ข้อมูลประสิทธิภาพของโพลีอะริเลตหลายชนิด
| ผลงาน |
ยู-100
(เกรดทนความร้อน) |
ยู-1060
(เกรดทั่วไป) |
ยู-4015
(เกรดไหลสูง) |
ยู-8000
(เกรดการขึ้นรูปด้วยการเป่า) |
| ความหนาแน่น/(g/cm³) |
1.21 |
1.21 |
1.24 |
1.26 |
| ความแข็งร็อคเวลล์ (R) |
125 |
125 |
124 |
125 |
การดูดซึมน้ำ
(20℃, 24 ชม.) |
0.26 |
0.25 |
0.20 |
0.15 |
| อัตราการดูดซับความชื้น (65%RH, 24 ชม.) |
0.07 |
0.07 |
0.05 |
0.03 |
| ความแข็งแรงแรงดึง/MPa |
71.5 |
75.0 |
83.0 |
72.5 |
| การยืดตัว(%) |
50 |
62 |
62 |
95 |
| ความแข็งแรงดัด/MPa |
97.0 |
95.0 |
115.0 |
113.0 |
| โมดูลัสการดัด/GPa |
1.9 |
1.9 |
2.0 |
1.9 |
| ความแข็งแรงของการบีบอัด/MPa |
96.0 |
96.0 |
98.0 |
98.0 |
| ความแข็งแรงของแรงกระแทกแบบรอยบาก Izod/(J/m) |
150~250 |
250~350 |
250~350 |
80~150 |
| ความต้านทานปริมาตร/Ω·cm |
2*10＾16 |
2*10＾16 |
2*10＾16 |
2*10＾16 |
| ความต้านทานอาร์ค/วินาที |
129 |
129 |
120 |
123 |
| ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (10⁶Hz) |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
3.0 |
| แทนเจนต์การสูญเสียไดอิเล็กทริก (10 ⁶ เฮิรตซ์) |
0.015 |
0.015 |
0.015 |
0.015 |
2. คุณสมบัติเชิงกล
โพลีอะริเลตมีคุณสมบัติต้านทานการคืบคลาน ทนต่อแรงกระแทก ทนต่อการคืนตัวของความเครียด ทนต่อการสึกหรอ และมีความแข็งแรงเชิงกลและความแข็งแกร่งสูง โพลีอะริเลตมีความต้านทานแรงดึงสูงในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง เมื่อเทียบกับโพลีคาร์บอเนต ค่าสัมบูรณ์ของความต้านทานแรงกระแทกของโพลีอะริเลตจะต่ำกว่าเล็กน้อย แต่ขึ้นอยู่กับความหนาของชิ้นงานน้อยกว่าโพลีคาร์บอเนต เมื่อความหนามากกว่า 6.4 มม. ความต้านทานแรงกระแทกจะสูงกว่าโพลีคาร์บอเนต ดังนั้น โพลีอะริเลตจึงมีประสิทธิภาพเหนือกว่าในการเตรียมผลิตภัณฑ์ที่มีความหนาขนาดใหญ่
โพลีอะริเลตมีคุณสมบัติการคืบคลานแรงดึงที่ดี และปริมาณการคืบคลานก็น้อยมาก แม้จะอยู่ภายใต้ภาระที่สูงถึง 21 MPa ก็ตาม
สำหรับวัสดุพอลิเมอร์ ยกเว้นวัสดุที่มีความยืดหยุ่นอย่างสมบูรณ์ จะเกิดความเครียดถาวรภายใต้แรงกระทำจากภายนอก อย่างไรก็ตาม โพลีอะริเลตแสดงการคืนตัวของความเครียดที่ดีเยี่ยมและการสูญเสียฮิสเทอรีซิสของโพลีอะริเลตเพียงเล็กน้อย แม้ภายใต้สภาวะที่มีอัตราความเครียดสูง การสูญเสียฮิสเทอรีซิสของโพลีอะริเลตก็ยังน้อยกว่าโพลีคาร์บอเนตและโพลีออกซีเมทิลีนมาก แม้ในอุณหภูมิสูง โพลีอะริเลตยังคงรักษาประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมนี้ได้โดยไม่ก่อให้เกิดความเครียดตกค้างมากเกินไป
3. คุณสมบัติทางความร้อน
โพลีอะริเลตมีวงแหวนเบนซีนที่หนาแน่นกว่าในสายโซ่โมเลกุลหลัก จึงทนความร้อนได้ดีเยี่ยม ภายใต้ภาระ 1.82 เมกะปาสคาล อุณหภูมิการเปลี่ยนรูปจากความร้อนของโพลีอะริเลต (U-100) จะสูงถึง 175 องศาเซลเซียส เมื่อใช้วิธีการทางความร้อนแบบดิฟเฟอเรนเชียล อุณหภูมิที่เริ่มสูญเสียน้ำหนักจะอยู่ที่ 400 องศาเซลเซียส อุณหภูมิการสลายตัวจะอยู่ที่ 443 องศาเซลเซียส และอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะแก้วของโพลีอะริเลต (วิธี DSC) จะอยู่ที่ 193 องศาเซลเซียส ซึ่งสูงกว่าโพลีคาร์บอเนตประมาณ 50 องศาเซลเซียส และสูงกว่าโพลีซัลโฟน 3-4 องศาเซลเซียส ดังนั้น คุณสมบัติต่างๆ ของโพลีอะริเลตจึงได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิน้อยกว่าโพลีคาร์บอเนตและโพลีซัลโฟน ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นมีค่าต่ำ และเสถียรภาพเชิงมิติดีกว่า
เมื่อเทียบกับพลาสติกวิศวกรรมชนิดอื่นๆ โพลีอะริเลตยังมีคุณสมบัติต้านทานการบัดกรีได้ดีเยี่ยมและหดตัวเนื่องจากความร้อนได้ต่ำมาก
4. การหน่วงไฟ
โพลีอะริเลตเป็นพลาสติกที่ดับไฟได้เองและไม่ติดไฟ หากไม่มีสารหน่วงไฟ ตัวอย่างที่มีความหนา 1.6 มม. สามารถผ่านมาตรฐาน UL94V-0 ได้ โพลีอะริเลตมีค่าดัชนีออกซิเจนอยู่ที่ 36.8 ซึ่งสูงกว่าค่าดัชนีออกซิเจนของพลาสติกชนิดอื่นๆ (รวมถึงพลาสติกที่มีสารหน่วงไฟ) ยกเว้นค่าดัชนีออกซิเจนที่ต่ำกว่าค่าดัชนีออกซิเจนของโพลีไวนิลคลอไรด์ โพลีไวนิลิดีนคลอไรด์ โพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน โพลีฟีนิลีนซัลไฟด์ ที่มีฮาโลเจนเป็นส่วนประกอบ
5. คุณสมบัติทางไฟฟ้า
โพลีอะริเลตมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าใกล้เคียงกับโพลีออกซีเมทิลีน โพลีคาร์บอเนต และโพลีอะไมด์ และมีความต้านทานแรงดันไฟฟ้าที่ดีเป็นพิเศษ เนื่องจากโพลีอะริเลตมีความสามารถในการดูดความชื้นต่ำ คุณสมบัติทางไฟฟ้าจึงมีความเสถียรสูงในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น นอกจากนี้ คุณสมบัติทางไฟฟ้าของโพลีอะริเลตยังได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิน้อยกว่า ความต้านทานเชิงปริมาตรของโพลีอะริเลตยังคงสามารถรักษาระดับไว้สูงกว่า 1014Ω·cm ได้ แม้ในอุณหภูมิสูงถึง 160°C
6. คุณสมบัติทางเคมี
โพลีอะริเลตมีความทนทานต่อกรดและน้ำมันได้ดี แต่ความต้านทานด่าง ความต้านทานการแตกร้าวจากแรงเค้น ความต้านทานไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติก และคีโตนยังไม่ดีพอ โพลีอะริเลตมีความทนทานต่อสารเคมีในระดับที่ไม่เหมาะสม โพลีอะริเลตซีรีส์ AX ที่ดัดแปลงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ช่วยเพิ่มความทนทานต่อสารเคมีและความต้านทานต่อตัวทำละลายอินทรีย์ได้อย่างมีนัยสำคัญ และประสิทธิภาพในการแปรรูปก็ดีขึ้นอย่างมาก ตารางที่ 1-2 แสดงคุณสมบัติของโพลีอะริเลตซีรีส์ AX
7. คุณสมบัติอื่น ๆ
โพลีอะริเลตมีความโปร่งใสดีเยี่ยม โดยมีดัชนีหักเหแสง 1.61 ซึ่งสูงกว่าโพลีคาร์บอเนตและโพลีเมทาคริเลต และมีค่าการส่งผ่านแสง 87% ที่ความหนา 2 มม. ซึ่งใกล้เคียงกับโพลีคาร์บอเนต โพลีอะริเลตมีความทนทานต่อรังสีอัลตราไวโอเลตได้ดีเยี่ยม โพลีอะริเลตที่มีความหนา 0.1 มม. สามารถป้องกันแสงที่มีความยาวคลื่นต่ำกว่า 350 นาโนเมตรได้อย่างสมบูรณ์ โพลีอะริเลตเป็นหนึ่งในพลาสติกวิศวกรรมที่มีความทนทานต่อสภาพอากาศดีเยี่ยม และมีความทนต่อสภาพอากาศได้ดีกว่าโพลีคาร์บอเนตอย่างมาก
การขึ้นรูปและการประมวลผลของโพลีอะริเลต PAR
จุดหลอมเหลวของโพลีอะริเลตค่อนข้างแตกต่างจากอุณหภูมิการสลายตัวทางความร้อน และสามารถขึ้นรูปและแปรรูปได้โดยวิธีการให้ความร้อนและการหลอม เช่น การฉีด การอัดรีด และการเป่าขึ้นรูป ความหนืดของโพลีอะริเลตที่หลอมเหลวค่อนข้างสูง ประมาณ 10 เท่าของโพลีคาร์บอเนตที่อุณหภูมิเดียวกัน ซึ่งต้องใช้อุณหภูมิการขึ้นรูปที่สูงกว่าเพื่อให้ได้ความลื่นไหลที่ดีขึ้น ความลื่นไหลของโพลีอะริเลตยังสัมพันธ์กับความหนาของผลิตภัณฑ์ด้วย โดยทั่วไป เมื่อความหนาน้อยกว่า 2 มม. ความลื่นไหลจะลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้น เมื่อใช้โพลีอะริเลตในการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ที่มีผนังบาง ควรใช้อุณหภูมิและความดันที่สูงขึ้น น้ำปริมาณเล็กน้อยจะทำให้โพลีอะริเลตสลายตัวในระหว่างการขึ้นรูป ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องทำให้โพลีอะริเลตแห้งก่อนการขึ้นรูป โดยปกติแล้วควรควบคุมปริมาณน้ำให้ต่ำกว่า 0.02% (เศษส่วนมวล) สภาวะการอบแห้งโดยทั่วไปอยู่ที่ 110-140 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 6 ชั่วโมง
1. การฉีดขึ้นรูป
โพลีอะริเลตสามารถฉีดขึ้นรูปได้ด้วยเครื่องฉีดพลาสติกทั่วไป แต่ความหนืดของของเหลวค่อนข้างสูงและอุณหภูมิในการขึ้นรูปค่อนข้างสูง เพื่อป้องกันวัสดุจากการเผาผนึกและการเกิดคาร์บอน ควรหลีกเลี่ยงการใช้เครื่องฉีดพลาสติกที่มีวาล์วเข็ม อัตราการหดตัวของโพลีอะริเลตขณะขึ้นรูปใกล้เคียงกับโพลีคาร์บอเนต ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 0.05% โดยทั่วไปแล้ว แม่พิมพ์สำหรับฉีดขึ้นรูปโพลีคาร์บอเนตยังสามารถใช้ฉีดขึ้นรูปโพลีอะริเลตได้เช่นกัน อย่างไรก็ตาม สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างซับซ้อนกว่า เพื่อชดเชยการไหลตัวที่ไม่ดีของโพลีอะริเลต ควรเพิ่มขนาดของประตูแม่พิมพ์ รางวิ่ง ฯลฯ ขึ้นเล็กน้อย
อุณหภูมิแม่พิมพ์ของโพลีอะริเลตในระหว่างการฉีดขึ้นรูปโดยทั่วไปจะสูง หากอุณหภูมิแม่พิมพ์ต่ำเกินไป ความเครียดตกค้างของผลิตภัณฑ์หลังการฉีดขึ้นรูปจะมีมาก และบางผลิตภัณฑ์อาจแตกได้แม้จะไม่มีแรงภายนอก สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีความหนาไม่สม่ำเสมอและมีการโค้งงอมาก ความเครียดตกค้างจะยิ่งมากขึ้นไปอีก
2. การขึ้นรูปโดยการอัดรีด
เมื่อเปรียบเทียบกับการฉีดขึ้นรูป อุณหภูมิในการอัดรีดโพลีอะริเลตโดยทั่วไปจะต่ำกว่า 10-20°C ความหนืดของโพลีอะริเลตที่หลอมละลายค่อนข้างสูง เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการขึ้นรูปพลาสติก ควรใช้เครื่องอัดรีดที่มีอัตราส่วนภาพ แรงบิด และกำลังที่มากขึ้น นอกจากนี้ เพื่อหลีกเลี่ยงการเผาผนึกและการเกิดคาร์บอนไนเซชันที่เกิดจากความร้อนเฉือน ความเร็วของสกรูไม่ควรสูงเกินไป และโครงสร้างสกรูและแม่พิมพ์ควรลดชิ้นส่วนที่มีแนวโน้มการยึดติดของวัสดุ
การดัดแปลงและการประยุกต์ใช้โพลีอะริเลต PAR
PAR สามารถเสริมแรงได้ด้วยใยแก้ว ใยคาร์บอน ใยโพลีอะริลาไมด์ ใยเซรามิก ฯลฯ และยังสามารถเสริมแรงด้วยใยผสมและใยโพลีเมอร์ซูเปอร์ไฟเบอร์ (เช่น ใยโพลีเอทิลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงมาก) ใยแก้วเป็นใยเสริมแรงที่นิยมใช้มากที่สุด เมื่อเสริมแรง PAR ด้วยใยแก้ว จำเป็นต้องใช้สารควบคู่ KH-550 เพื่อปรับสภาพและเติมสารคงตัวในปริมาณที่เหมาะสม กระบวนการผลิตโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับ PC เสริมแรงด้วยใยแก้ว
โพลีอะริเลตส่วนใหญ่สร้างโลหะผสมผสมกับ PET, PBT, PC, PA, ฟลูออโรพลาสติก ฯลฯ ซึ่งเป็นระบบที่เข้ากันได้กับ PET, PBT, PC ฯลฯ และระบบที่เข้ากันไม่ได้กับ PA, ฟลูออโรพลาสติก ฯลฯ
PAR ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ผ่านการผสมโลหะผสม โลหะผสมพลาสติกซีรีส์ PAR/PET มีคุณสมบัติเด่นคือมีความแข็งแรงสูง ความแม่นยำเชิงมิติสูง ค่าแอนไอโซทรอปิกต่ำ และพื้นผิวเรียบ โลหะผสมเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้ในชิ้นส่วนยานยนต์และชิ้นส่วนความแม่นยำบางประเภท PAR/PTFE สามารถนำมาใช้ผลิตวัสดุที่ทนทานต่อการสึกหรอและหล่อลื่นแบบปราศจากน้ำมัน เช่น ตลับลูกปืน โลหะผสม PAR/PA ใช้สำหรับผลิตชิ้นส่วนทนความร้อนและแรงกระแทกในรถยนต์ เช่น ชิ้นส่วนภายในและภายนอก เช่น ฝากระโปรงหน้าและแผงด้านนอกรถยนต์ รวมถึงชิ้นส่วนเลื่อน ชิ้นส่วนเบรกเกอร์ บูช และอื่นๆ
PAR ที่มีความโปร่งใสสูงได้รับการนำไปใช้ประโยชน์ใหม่ ๆ ในด้านเทคโนโลยีออปโตอิเล็กทรอนิกส์ ฟิล์ม PAR มีค่าการหักเหแสงแบบไบรีฟริงเจนซ์น้อยกว่า 10M และสามารถใช้ทำฟิล์มหน่วงเวลาเพื่อลดความเพี้ยนของสีของจอแสดงผลคริสตัลเหลว ฟิล์มชนิดนี้ใช้ในการผลิตจอแสดงผลคริสตัลเหลว (LCD) และสามารถใช้แทนกระจกที่จำเป็นสำหรับ LCD ได้ ด้วยคุณสมบัติที่ทนทานต่ออุณหภูมิสูงและมีความโปร่งใสสูง PAR จึงสามารถตอบสนองความต้องการของเทคโนโลยีการผลิต LCD ได้
