【色母粒产业网】10 月 9 日消息，过去五年全球聚碳酸酯(PC)产能的扩张进程中，我国成为核心驱动力量。数据显示，2024 年中国大陆 PC 产能约达 380 万吨，在全球总产能中占比 48%，不过行业供给结构呈现明显分化态势 —— 通用级 PC 产品已实现自给有余，但高端领域如医疗级、光学级 PC 的国产化率仍低于 30%，每年需进口 50 万吨以上以满足市场需求。就在今年 8 月底，万华化学与吉利汽车携手推出车规级光导 PC 车灯新品，据介绍，万华化学此次推出的车规级光导 PC 产品 Clarnate® LED1355，重点针对 PC 材料易黄变的行业痛点，通过升级聚合工艺显著提升材料纯净度与抗老化性能，最终在光学表现、加工稳定性及长期耐候性上达到行业领先水平。值得关注的是，万华化学也凭借此次合作，成为首家进入吉利汽车车灯导光级材料核心供应链的中国企业。
行业人士指出，“基于 PC 材料本身的特性基础，高端 PC 产品往往需要在分子设计、纯度控制、加工工艺及后处理技术上实现全方位优化。” 从结构层面来看，PC 的无定形、非晶结构是其具备优异透明性的关键。材料是否透明，核心取决于内部是否存在折射突变界面。通俗来讲，光在材料中是否 “拐弯” 决定了其透明程度：若将材料结构比作地基，地面平整时光线能直线穿透(折射率均匀)，材料便呈现透明状态;若地面高低不平(折射率突变)，光线会发生折射、散射或反射，材料则会变得不透明。而 “地基” 的平整程度(即折射率)与材料密度相关，由于分子晶区和非晶区密度不同，对应的折射率也存在差异。市面上常见的 PC 通常由双酚 A(BPA)与碳酸酯基团(–O–CO–O–)交替共聚而成，分子链中的芳香环增加了结构不规则性，使得分子链无法紧密排列形成长程有序的结晶态，这种无定形、非晶结构最终赋予 PC 优异的透明性。
据色母粒产业网了解，PC 的光学性质具有显著的结构敏感性，尤其是各向异性 —— 材料内部折射率随方向变化，进而产生双折射、偏振等光学效应 —— 这一特性更容易受到分子链长度及微观结构的影响，与同为光学材料的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成鲜明对比。在实际应用中，PC 的透光率通常低于 PMMA，这一特点限制了其在高精度光学仪器中的应用，但也正因 PC 对结构变化的响应更明显，通过分子链取向等操作进行调控后，它在偏振检测等特种光电功能材料领域可展现出独特优势。用于高端产品的光学级 PC，还能通过分子结构调控、选用高纯度单体及精密加工工艺，将双折射降至最低，其透光率相比普通 PC(约 88–90%)可提升至 90% 以上，部分产品甚至能达到 95%;雾度则较普通 PC(约 < 1–3%)进一步降低至 0.5% 以下，部分型号可实现更低雾度。回到万华化学与吉利汽车合作的新品上，导光级 PC 材料之所以能成为汽车 LED 车灯的关键原材料，核心原因在于其独特的光学特性，能够精准匹配车灯在各方向光强分布及外观设计上的双重需求。此外，我国相关法规对车灯色度特性有明确规定，因此导光级 PC 在具备高透光率的同时，对光色特性也有着极高要求。目前全球导光级 PC 主要供应商包括住友、出光、三菱、科思创及万华化学，其中万华化学已构建起从酚酮、双酚 A 到 PC 的完整产业链配套体系。
不过，PC 的非晶结构也带来了易开裂、易变黄的问题。从开裂原因来看，非结晶性导致 PC 分子间堆砌密度较低，芳香烃、氯代烃等有机溶剂容易渗透到分子内部，造成材料溶胀或溶解，进而引发溶剂开裂;同时，尽管 PC 吸水性较小，长期处于高温高湿环境中不会明显影响制品形态，但分子链中大量酯键会发生水解反应，导致分子链断裂，最终出现制品开裂;此外，PC 分子主链含大量苯环，分子刚性强、不易松弛，且熔融温度高、熔体黏度大、流动性差、冷却速度快，这些因素使得制品成型后易残留较大内应力，且难以自行消除，最终引发开裂。而 PC 的发黄现象则以化学降解为主要机制，无定形态为这一过程提供了更易发生的物理环境。PC 发黄是分子链断裂、端基活化、氧化结构演变及多共轭发色团累积共同作用的结果，受温度、光照、湿度及分子结构(如取代基类型)等因素影响显著。例如在氧化条件下，PC 主链中的碳酸酯键(–O–CO–O–)易断裂，导致分子量下降，这不仅会削弱材料力学性能，还会生成酚羟基等活性端基，且活性端基含量越高，氧化速率越快。这些氧化过程中形成的羰基、醌类、醌 - 亚胺等结构，会进一步扩展为多共轭体系，在可见光区产生吸收，宏观上表现为材料变黄，且可见光吸收强度与自由基数量呈正相关。另外，无定形结构缺乏结晶区的 “屏障效应”，降解过程常从表面向内部均匀推进，使得 PC 更易出现整体性降解发黄。
基于 PC 易发黄、易开裂的特性基础，高端光学级 PC 的生产需要在多维度进行优化，同时也面临不少技术难点。例如，普通 PC 与光学级 PC 在基础化学结构上虽多为双酚 A 型聚碳酸酯，但目前光学级 PC 仅能通过界面缩聚光气法工艺实现规模化生产。这是因为光学级 PC 对端基控制及杂质含量要求极为严苛，需避免 Fries 重排反应产生支链结构和芳基酮结构(这类物质会导致材料黄化、老化)—— 而这些副产物在熔融酯交换法生产的 PC 中较为常见，会降低材料在重复加工中的稳定性。此外，光学级 PC 对分子链规整性、分子量及分子量分布的要求更严格，还需选用特殊复配助剂体系，以平衡抗冲击性与热稳定性，同时保障优异的熔体流动性、注塑成型精度及长期使用稳定性。普通 PC 更关注宏观力学性能，对微观表面质量容忍度较高，但光学级 PC 对表面粗糙度和轮廓精度要求极高，常需通过超精密加工实现纳米级表面光洁度，且对反应产线及相关设备的洁净度要求也远高于普通 PC 生产。不仅如此，高端光学 PC 还常需搭配功能性涂层以弥补本体性能局限，这些涂层技术在普通 PC 制品中较少应用。
除光学特性外，PC 优异的抗冲击性与耐热性，也为其在新能源领域的应用奠定了基础。以 LED 车灯系统为例，光源附近温度较高，且部件需承受振动与潜在冲击，PC 凭借出色的抗冲击性能，早在 20 世纪末就替代玻璃用于前灯外罩 —— 其抗冲击强度是无机玻璃的 250 倍，是 PMMA 板材的 30 倍。同时，PC 在耐热性上优于 PMMA，这一优势使其在 LED 车灯的厚壁导光板、导光条、透镜等关键光学部件中获得更广泛应用。从抗冲击性的原理来看，PC 分子链具有较高的分子量和链缠结密度，这是其抗冲击性能优异的核心原因：当受到冲击时，PC 分子链可通过塑性变形、剪切屈服及银纹化等方式吸收大量能量，延缓裂纹扩展。而 PMMA 分子链虽能通过提高分子量改善韧性，但其主链上庞大的侧甲酯基(-COOCH3)限制了链段活动性与缠结能力，导致其本质上更脆，抗冲击性远不及 PC。在耐热性方面，PC 分子结构中刚性苯环与柔性碳酸酯基团形成 “刚柔并济” 的构型 —— 苯环的存在显著提升分子链刚性与内聚能，进而提高玻璃化转变温度(Tg);碳酸酯键的极性则增强分子间作用力，有助于维持材料在高温下的结构完整性。相比之下，PMMA 分子主链为线性脂肪族结构(-CH2-C (CH3)(COOCH3)-)，缺乏芳香环等刚性基团，导致其 Tg 较低(约 105°C)，在较高温度下更易发生链段运动与软化。
值得注意的是，高端 PC 与普通 PC 在抗冲击性、耐热性上存在系统性差异，这主要源于分子链结构调控、端基设计、共聚改性及杂质控制等关键技术环节。例如，高端 PC 常选用特定酚类作为封端剂，这类封端剂如同 “安全帽”，既能与活性末端基团反应将其 “封闭”，提升 PC 各项性能，又能通过改变端基结构影响自由体积分布与链段松弛行为，实现韧性与刚性的平衡。综合来看，在大多数车灯应用场景中，PC 凭借优异的物理性能、可注塑成型复杂几何结构的加工优势、轻量化特点及成本合理性，占据着主导地位。
