الهندسة البلاستيكية: البولي كربونات (جهاز كمبيوتر شخصي) - الخصائص والتطبيقات والتطوير(1)

تعريف وتركيب البولي كربونات

البولي كربونات مصطلح عام لفئة من البوليمرات عالية الوزن الجزيئي تحتوي على مجموعات كربونات في سلاسلها الجزيئية. ووفقًا لاختلاف بنية مجموعات الإستر، يمكن تصنيفها إلى أنواع مختلفة، مثل البولي كربونات الأليفاتية، والبولي كربونات الأليفاتية الحلقية، والبولي كربونات العطرية. من بين هذه البولي كربونات، تُعدّ تطبيقات البولي كربونات الأليفاتية والأليفاتية-العطرية محدودة في مجال البلاستيك الهندسي نظرًا لضعف خصائصها الميكانيكية.

حاليًا، يُعد البولي كربونات العطري النوع الرئيسي المُنتَج صناعيًا، وخاصةً البولي كربونات العطري من نوع بيسفينول أ. تركيبته الكيميائية هي ناتج تكثيف بيسفينول أ مع الفوسجين أو كربونات ثنائي الفينيل. يمنح هذا التركيب الجزيئي الفريد البولي كربونات مجموعة من الخصائص الممتازة، مما يجعله متميزًا عن العديد من المواد الأخرى.

خصائص البولي كربونات

(I) الخصائص البصرية

يتميز البولي كربونات بشفافية استثنائية، حيث تتجاوز نسبة نفاذيته للضوء 90%، وهي نسبة قريبة من نسبة نفاذية الزجاج غير العضوي، مما يُمكّنه من التألق في المجال البصري. سواءً استُخدم في تصنيع مكونات بصرية دقيقة مثل الأقراص البصرية والعدسات، أو في المنتجات البصرية اليومية مثل أغطية المصابيح الكبيرة والزجاج الواقي وزجاج النوافذ، يُمكن للبولي كربونات توفير تجربة بصرية واضحة للمستخدمين بفضل شفافيته العالية. وفي الوقت نفسه، تُتيح قابليته العالية للتكيف مع الصباغة للمنتجات عرض مجموعة غنية من الألوان، مُلبيةً الاحتياجات الجمالية لمختلف الاستخدامات.

(الثاني) الخصائص الميكانيكية

يتميز البولي كربونات بمقاومة ممتازة للصدمات، حيث تصل قوة تأثيره المسننة (إيزود) إلى 600-900 جول/متر، مما يجعله من بين الأفضل في مجال البلاستيك الهندسي. وخصائصه المتينة والصلبة في آن واحد تُمكّنه من تحمل الصدمات الخارجية الشديدة دون أن ينكسر بسهولة، وهذا الأداء الميكانيكي المتفوق يُرسي أساسًا متينًا لتطبيقاته في العديد من المجالات ذات المتطلبات الصارمة للقوة ومقاومة الصدمات.

علاوة على ذلك، تُضاهي قوة الشد والانثناء للبولي كربونات قوة النايلون والبولي أوكسي ميثيلين، مما يجعلها متميزة بين البلاستيك الحراري، وتقترب من مستوى راتنجات الفينول المُقوّاة بألياف الزجاج أو البوليستر غير المُشبّع. علاوة على ذلك، تُلبي الأجزاء المصبوبة متطلبات تحمّل الدقة العالية، وتُحافظ على ثبات أبعادها في ظلّ مجموعة واسعة من التغيرات البيئية، مع معدل انكماش ثابت يتراوح بين 0.5% و0.7%. كما أنها تتميز بمقاومة ممتازة للزحف.

(الثالث) الخصائص الحرارية

تبلغ درجة حرارة انتقال البولي كربونات الزجاجي حوالي 147 درجة مئوية، ودرجة حرارة تشوهه الحراري 135 درجة مئوية، مما يسمح باستخدامه بثبات لفترات طويلة ضمن نطاق درجات حرارة يتراوح بين -45 درجة مئوية و120 درجة مئوية. هذا الاستقرار الحراري الممتاز يُمكّنه من التكيف مع مختلف بيئات العمل المعقدة؛ سواءً في المناطق القطبية الباردة أو المناخات الاستوائية الحارة، تعمل المنتجات المصنوعة من البولي كربونات بكفاءة.

بالإضافة إلى ذلك، يذوب البولي كربونات عند درجة حرارة ٢٢٠-٢٣٠ درجة مئوية، وتتجاوز درجة تحلله الحراري ٣١٠ درجات مئوية. وهو راتنج ذاتي الإطفاء، مما يعزز سلامته إلى حد ما عند استخدامه في بيئات ذات درجات حرارة عالية.

(الرابع) الاستقرار الكيميائي

يتميز البولي كربونات بمقاومة جيدة للأحماض والقلويات الضعيفة والزيوت المتعادلة، ويمكنه الحفاظ على أداء مستقر في البيئات التي تحتوي على هذه المواد الكيميائية. ومع ذلك، فهو حساس نسبيًا للقلويات القوية وعرضة للتآكل بسببها، ومقاومته للأشعة فوق البنفسجية ضعيفة نسبيًا.

لذلك، في التطبيقات العملية، يجب تطبيق معالجات الحماية أو التعديل المناسبة على البولي كربونات وفقًا لبيئة الخدمة المحددة لتمديد عمر خدمتها.

عمليات إنتاج البولي كربونات

(I) طريقة الفوسجين (التكثيف المتعدد للواجهة)

تُعد طريقة الفوسجين حاليًا إحدى الطرق الرئيسية لإنتاج البولي كربونات. في هذه العملية، يتفاعل البيسفينول أ مع الفوسجين في محلول قلوي لتكوين بولي كربونات عالي الوزن الجزيئي. وتكمن ميزة هذه الطريقة في إمكانية إنتاج منتجات بولي كربونات عالية النقاء وذات جودة ممتازة.

ومع ذلك، يُعدّ الفوسجين غازًا شديد السمية، ويتطلب إجراءات حماية صارمة أثناء الإنتاج لضمان سلامة المُشغّلين والبيئة. كما أنه يفرض متطلبات عالية جدًا على جودة عزل معدات الإنتاج ومقاومتها للتآكل، مما يزيد من تكاليف الإنتاج ويزيد من التحديات التقنية.

(الثاني) طريقة الاسترة المتبادلة (التكثيف المنصهر)

تُعد طريقة الاسترة التبادلية عملية إنتاجية هامة أخرى للبولي كربونات. تستخدم هذه الطريقة كربونات ثنائي الفينيل وبيسفينول أ كمواد خام لإجراء تفاعلات التكثيف المتعدد في درجات حرارة عالية وظروف فراغ.

تتميز هذه الطريقة بسير عملية بسيط نسبيًا، ولا تتطلب استخدام غاز الفوسجين شديد السمية، مما يقلل إلى حد ما من مخاطر السلامة في عملية الإنتاج. ومع ذلك، فإن لطريقة الاسترة بعض العيوب. على سبيل المثال، الوزن الجزيئي للبولي كربونات المنتج منخفض نسبيًا، وقد يكون أداء المنتج أدنى من أداء البولي كربونات المنتج بطريقة الفوسجين في بعض الجوانب. لذلك، تُعد هذه الطريقة أكثر ملاءمة لإنتاج منتجات منخفضة اللزوجة لا تتطلب وزنًا جزيئيًا عاليًا.

الوضع الحالي لصناعة البولي كربونات

(أ) القدرة الإنتاجية العالمية والناتج

تستمر الطاقة الإنتاجية العالمية للبولي كربونات (جهاز كمبيوتر شخصي) في التوسع، على الرغم من تباطؤ معدل النمو تدريجيًا. في عام 2024، زادت الطاقة الإنتاجية العالمية للبولي كربونات بنسبة 4.7% على أساس سنوي، مع نمو الإنتاج بنسبة 4.0% على أساس سنوي، وبلغ متوسط معدل تشغيل مرافق الإنتاج 63.5%.

يتحول التركيز الإقليمي لإنتاج الحواسيب الشخصية العالمي نحو شمال شرق آسيا، حيث يتركز الإنتاج بشكل رئيسي في مناطق مثل شمال شرق آسيا وأوروبا الغربية وأمريكا الشمالية. في عام 2024، ستستحوذ شمال شرق آسيا على 66.3% من إجمالي الطاقة الإنتاجية العالمية للحواسيب الشخصية، محتلةً المرتبة الأولى؛ بينما ستستحوذ أوروبا الغربية على 12.9%؛ وأمريكا الشمالية على 10.3%.

يتميز نمط المنافسة في هذه الصناعة بتركيز شديد. في عام ٢٠٢٤، كان هناك أكثر من ٣٠ شركة عالمية كبرى لتصنيع أجهزة الكمبيوتر، وبلغت الطاقة الإنتاجية لأكبر ١٠ شركات مصنعة ٧١.٨٪ من إجمالي الطاقة الإنتاجية العالمية. ومن بينها، تُعدّ شركة كوفيسترو أكبر شركة مصنعة لأجهزة الكمبيوتر في العالم.

(الثاني) الوضع التجاري الدولي

في عام ٢٠٢٣، بلغ إجمالي قيمة التجارة الدولية للبولي كربونات ٨.٩٣ مليار دولار أمريكي، بانخفاض سنوي قدره ٢٣.٥٪، وبلغ إجمالي حجم التجارة ٣.٢٣٢ مليون طن، بانخفاض قدره ١٥.٦٪ عن العام السابق. أما من حيث الأسعار، فقد بلغ متوسط سعر تصدير البولي كربونات العالمي ٢٧٦١.٦ دولار أمريكي للطن، بانخفاض سنوي قدره ٩.٤٪.

تُعدّ الصين والهند والمكسيك الدول الرئيسية المستوردة للحواسيب الشخصية في العالم، حيث تُشكّل وارداتها الإجمالية حوالي 43.9% من إجمالي الواردات العالمية. وتُعدّ كوريا الجنوبية وتايلاند والصين الدول المُصدّرة الرئيسية، حيث تُشكّل صادراتها الإجمالية حوالي 44.4% من إجمالي الصادرات العالمية.

(ثالثا) وضع السوق الصينية

تباطأ معدل نمو الطاقة الإنتاجية لأجهزة الكمبيوتر الشخصية في الصين. في السنوات القليلة الماضية، شهدت هذه الطاقة نموًا سريعًا، مما أدى إلى تحسن ملحوظ في مشكلة نقص المعروض في هذه الصناعة. في العامين الماضيين، بدأت الصناعة تعود إلى مسارها الطبيعي، حيث تباطأت وتيرة توسيع الطاقة الإنتاجية بشكل ملحوظ، وانتقلت تدريجيًا من التوسع السريع السابق إلى تحسين المخزون الحالي ورفع الكفاءة.

في عام ٢٠٢٤، زادت الطاقة الإنتاجية للصين من أجهزة الكمبيوتر الشخصية بنسبة ١٣.١٪ على أساس سنوي، وارتفع إنتاجها بنسبة ٢٢.٦٪ على أساس سنوي. واستمرت واردات الصين من أجهزة الكمبيوتر الشخصية في الانخفاض، بينما استمرت صادراتها في الارتفاع. في عام ٢٠٢٤، انخفضت واردات الصين من أجهزة الكمبيوتر الشخصية بنسبة ١٤.٨٪ على أساس سنوي، بينما نمت صادراتها بنسبة ٣٤.٦٪ على أساس سنوي.

تُستورد الصين أجهزة الكمبيوتر الشخصية بشكل رئيسي من خلال التجارة العامة ومعالجة المواد المستوردة، بنسبة 69.6% و18.9% على التوالي. وتستورد الصين أجهزة الكمبيوتر الشخصية بشكل رئيسي من دول ومناطق مثل كوريا الجنوبية وتايلاند ومقاطعة تايوان الصينية، بنسبة 60.3% تقريبًا من إجمالي الواردات.

ارتفع الاستهلاك الظاهري للحواسيب الشخصية في الصين بنسبة 8.9% على أساس سنوي، وارتفع معدل الاكتفاء الذاتي بنسبة 9.9% على أساس سنوي. ومع اكتمال وتشغيل العديد من المرافق الجديدة والموسعة، ستزداد الطاقة الإنتاجية للحواسيب الشخصية في الصين، وسينمو حجم العرض بسرعة. ورغم أن منتجات المرافق الجديدة لا تزال غير كافية لاستبدال المواد المستوردة بسرعة وفعالية، فقد ارتفع معدل الاكتفاء الذاتي بشكل ملحوظ، وانخفض الاعتماد على المواد الخام الأجنبية بشكل ملحوظ.