پلیمرها دسته‌ای از مواد آلی هستند که در دو نوع طبیعی و سنتزی تقسیم بندی می‌شوند. پلیمرها در صنایع مختلفی از جمله صنایع رنگ، پلیمر، چسب، آرایشی و تولید قطعات پلاستیکی کاربرد دارند. یکی از مهم ترین کاربرد پلیمرها در تولید قطعات پلاستیک است. در تولید قطعات پلاستیکی عمدتاً از ترموپلاستیک‌ها و در برخی موارد ترموست‌ها استفاده می‌شوند. پلاستیک‌ها دسته مهمی از خانواده بزرگ پلیمر هستند که در تولید انواع ظروف غذایی، بسته بندی، محصولات یکبار مصرف، قطعات خودرو، لوازم ورزشی، قطعات پزشکی، لوازم ساختمانی و... مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد از نظر حجمی بزرگترین دسته مواد اولیه پلیمری هستند و از مهم ترین آنها می‌توان به پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی استایرن، پی وی سی، پلی کربنات، ای بی اس، پلی آمید، پلی متیل متاکریلات، پلی استر اشاره کرد. مواد اولیه پلیمری مورد استفاده در قطعات پلاستیکی خود به سه دسته عمده پلاستیک مصرفی، پلاستیک مهندسی و پلاستیک‌های تخصصی تقسیم بندی می‌شوند. در این مقاله به بررسی انواع پلاستیک‌ها، مصرف، خواص و کاربردهای آنها پرداخته می‌شود.

در شکل زیر میزان تولید مهم ترین پلیمرها در سال 2019 نشان داده شده است. در این مقاله مهم ترین این پلاستیک‌ها بررسی شده همچنین در مقالات جداگانه ای خواص و جزئیات هرکدام از این مواد بررسی شده اند.

 

پس از انقلاب صنعتی (1760 تا 1840)، نیاز به تولید مواد اولیه برای صنایع مختلف افزایش یافت، صنعت خودروسازی، فضا نوردی، هواپیمایی، حمل و نقل، کشاورزی، آموزش و به طور کلی تمام صنایع نیاز به قطعات مختلفی برای کاربردهای متنوع داشتند. این نیاز سبب شد تا دانشمندان آن زمان به سراغ توسعه مواد سنتز شده پلیمری بروند. این مواد با تلاش‌های گروهی از دانشمندان و شاخص ترین آنها لئو باکلند (Leo Baekeland) منجر به اختراع مواد جدید به نام پلاستیک شد. پلاستیک در سال 1907 به طور رسمی وارد بازار شد و به علت ارزان بودن، خواص مکانیکی خوب، تنوع بالا، فرآیند پذیری راحت به سرعت محبوب شد. ودر طول جنگ جهانی دوم (1939 تا 1945)  به علت نیاز به جایگزین شدن سریع قطعات تخریب شده انواع مختلفی از این ماده تولید و صنعت پلیمر به شدت گسترش یافت و این موضوع سبب شدت تا محصولاتی که تا آن زمان از چوب، فلز و شیشه ساخته می‌شد، با این ماده جایگزین شد. امرزه بسیاری از محصولاتی که به طور روزمره با آن سرو کار داریم از جمله لوازم ورزشی، لوازم تحریر، ظروف آشپزخانه، لوازم باغبانی، لوازم برقی خانگی، قطعات خودرو، لوازم دکوری ساختمان، لوله و اتصالات در آبیاری کشاوری و انتقال مواد، بسته بندی انواع غذا و دارو، پوشاک و بسیاری از دیگر از محصولات با کمک پلاستیک‌های مختلف که شاخص ترین آنها پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پی وی سی، پلی کربنات، پلی آمید، ای بی اس، پلی متیل متاکریلات، پلی استارین، پلی یورتان و... هستند، ساخته می‌شوند.

 

انواع پلاستیک

از سال 1950 تا 2017 در حدود 5 میلیارد تن پلاستیک تولید شده است. تخمین زده شده مصرف انواع پلیمر به زودی به مرز یک میلیارد تن در سال برسد که نشان دهنده روند رشد سریع این ماده نسبتا جدید می‌باشد. بیشتر پلاستیک‌های مصرفی (درحدود30 درصد) برای تولید انواع کیسه، بسته بندی، لوله و اتصالات مصرف می‌شود. مشکلاتی که زباله‌های مربوط به کیسه و بسته بندی پلاستیکی ایجاد کرده است، سبب شده تا در ده سال اخیر تلاش‌هایی برای جایگزین کردن این مواد با پلاستیک‌های زیست تخریب پذیر شود. انواع پلاستیک را می‌توان به سه گروه پلاستیک عمومی، پلاستیک مهندسی و پلاستیک‌های تخصصی تقسیم بندی کرد.

 

پلاستیک‌های عمومی یا مصرفی (Commodity plastics)

پلاستیک‌های عمومی در حدود 70 درصد از کل محصولات پلیمر تولید شده در جهان را شامل می‌شوند. این پلاستیک‌ها به شش گروه اصلی پلی اتیلن سنگین، پلی اتیلن سبک، پلی پروپیلن، پی وی سی، پلی استایرن، پلی اتیلن ترفتالات و پلی استایرن تقسیم بندی می‌شوند. عمده محصولات تولید شده از این پلاستیک‌ها انواع ظروف، فیلم بسته بندی، لوله و اتصالات، پروفیل، سیم و کابل، لوازم ورزشی و پزشکی می‌باشد. اغلب پلاستیک‌های مصرفی در ایران تولید می‌شوند. از جمله تولید کنندگان مواد اولیه پلاستیک پتروشیمی آبادان، پتروشیمی اروند، پتروشیمی بندر امام، پتروشیمی غدیر، پتروشیمی جم، پتروشیمی مارون، پتروشیمی آریا ساسول، پتروشیمی امیر کبیر،پتروشیمی تبریز، پتروشیمی کرمانشاه و... می‌باشند.

 

پلاستیک مهندسی (Engineering plastics)

این پلاستیک‌ها خواص مکانیکی و مهندسی بهتری دارند و گران تر هستند. از پلیمرهای مهندسی اغلب محصولات با دوام و عمر طولانی مدت ساخته می‌شوند. از جمله قطعات خودرو، لوازم خانگی، قطعات الکترونیک محصولاتی هستند. که از پلیمرهای مهندسی همچون پلی کربنات، ای بی اس، پلی استایرن مقاوم ضربه، پلی متیل متاکریلات، سیلیکون و ... جهت تولید آنها استفاده می‌شود. پلیمرهای مهندسی به عنوان افزودنی برای بهبود خواص پلاستیک عمومی نیز استفاده می‌شوند. اغلب مواد اولیه پلاستیک‌های مهندسی در ایران وارداتی هستند.

 

پلیمرهای تخصصی (High-performance plastics)

پلیمرهای تخصصی همانطور که از نام آنها مشخص است برای یک محصول خاص توسعه داده شده اند. این پلیمرها اغلب برای تحمل شرایط بسیار سخت از جمله دما، فشار بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. رویکرد توسعه پلیمرهای تخصصی بیشتر به منظور جایگزین شدنی با فلزات بوده است. از جمله می‌توان به کولار (Kevlar) برای تولید جلیقه ضد گلوله، پلیمر PEEK برای ایمپلنت‌های پزشکی، پلیمر تفلون (PTFE) برای تولید ظروف نچسب و ... اشاره کرد.

پلی اتیلن و انواع آن

پلی اتیلن به عنوان پر مصرف‌ترین پلاستیک دنیا شاخته می‌شود. حجم تولید این پلاستیک حدود 100 میلیون تن در سال 2019 بوده است. این پلیمر از پلیمریزاسیون اتیلن حاصل شده و کاربردهای آن در صنایع مختلف از کیسه خرید گرفته تا بطری شوینده و باک خودرو گسترده شده است. این پلیمر به صورت صنعتی در حدود سال 1930 به بازار معرفی شد و امروزه در سه گرید اصلی پلی اتیلن سنگین، پلی اتیلن سبک و پلی اتیلن سبک خطی در بازار موجود می‌باشد.

پلی اتیلن سنگین یا HDPE

پلی اتیلن سنگین به تنهایی سالانه در حدود 50 میلیون تن از کل ظرفیت تولید پلیمرها را به خود اختصاص داده است. این پلاستیک نسبت به پلی اتیلن سبک، زنجیره جانبی کمتری داشته و همین امر امکان تولید این پلیمر با درصد بلورینگی بالا را فراهم می‌کند. این پلیمر از دانسیته بالایی نسبت به دو نوع دیگر برخوردار است.  دمای ذوب پلی اتیلن سنگین در محدوده 120 تا 140 درجه سانتی گراد و دانسیته آن در محدوده 0.93 تا 0.97 گرم بر سانتی متر مکعب قرار می‌گیرد. مهم ترین کاربردهای پلی اتیلن HDPE، تولید لوله، اتصالات، سیم و کابل، بطری، مخزن و ... می‌باشد.

 

پلی اتیلن سبک یا LDPE

پلی اتیلن سبک را می‌توان یک پلاستیک نیمه سخت محسوب کرد. این پلاستیک دارای 50 تا 60 درصد بلورینگی است و در دما و فشار بالا تولید می‌شود. دمای ذوب پلی اتیلن سبک در محدود 105 تا 115 درجه سانتی گراد و دانسیته آن 0.91 تا 094 g/cm3 می‌باشد. این پلاستیک برای تولید انواع کیسه پلاستیکی، سیم و کابل، لوله و اتصالات، بطری، فیلم بسته بندی و موارد مشابه دیگر استفاده می‌شود.

 

پلی اتیلن سبک خطی یا LLDPE

این نوع پلاستیک از کوپلیمر شدن پلی اتیلن با 1-بوتن، 1-هگزن و 1-اکتن حاصل می‌شود. زنجیره جانبی پلی اتیلن سبک خطی نسبت به پلی اتیلن سبک کوتاه تر و یک دست تر است. این پلاستیک خواص مشابهی با پلی اتیلن سبک داشته و عمده کاربرد آن در تولید فیلم‌های کشاورزی، فیلم استرچ پلی اتیلن و ... می‌باشد.

 

پلی پروپیلن و انواع آن

پلی پروپیلن (PP)همانند پلی اتیلن از دسته پلی الفین‌ها می‌باشد. این پلاستیک در سال 1951 و با استفاده از پلیمریزاسیون پروپیلن به دست آمد. پلی پرپیلن از پر مصرف ترین پلاستیک‌ها در جهان است و در رتبه دوم قرار دارد. پلی پروپیلن یکی از سبک ترین پلاستیک‌های تجاری ساخته شده توسط بشر می‌باشد و در سه گرید عمده هموپلیمر، کوپلیمر و پلی پروپیلن اصلاح ضربه شده تولید می‌شود. دمای ذوب پلی پروپیلن در محدوده 160تا 165 درجه سانتی گراد قرار دارد  و برای تولید انواع قطعات خودرو، بسته بندی، قطعات پزشکی و ... مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

هموپلیمر PP

پلی پروپیلن، هموپلیمر همانطور که از نام آن مشخص است تنها از یک نوع مونومر( پروپیلن) ساخته شده است. این نوع PP  کاربردهای عمومی تری داشته و برای صنعت بسته بندی، تولید لوله، قطعات الکتریکی و... مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

کوپلیمر PP

کوپلیمر پلی پروپیلن از دو نوع مونومر اتیلن و پروپیلن تولید شده و خود به دو دسته کوپلیمر رندوم و بلاک کوپلیمر تقسیم بندی می‌شود. نوع کوپلیمر رندوم یا PP Random Copolymer شامل 6 درصد مونومر پروپیلن بوده که به صورت تصادفی قرار در ساختار پلیمر قرار گرفته اند. این نوع پلاستیک پلی پروپیلن از شفافیت و انعطاف پذیری بالایی برخوردار می‌باشد.

در مقابل پلی پروپیلن بلاک یا  PP Block Copolymer درای مقادیر 5  تا 15 درصد از واحد اتیلن بوده که به صورت منظم تری در ساختار پلیمر قرار گرفته اند. این ساختار منظم سبب افزایش ضربه پذیری و کاهش شکنندگی پلی پروپیلن شده و آنرا برای کاربردهایی که نیاز به استحکام بالا دارد، مقاوم می‌سازد.

 

پلی استایرن و انواع آن

پلی استایرن از دسته پلاستیک‌های آمورف بوده و از پلیمریزاسیون مونومر استایرن حاصل می‌شود. بعد از پلی اتیلن و پلی پروپیلن، این پلاستیک بیشتر مصرف را به خود اختصاص داده است. پلی استایرن در گریدهای عمومی شفاف و شکننده است این پلاستیک به طور گسترده ای در تولید انواع ظروف بسته بندی، ظروف یکبار مصرف و... مورد استفاده قرار می‌گیرد. پلی استایران برای اولین بار در سال 1931 به صورت تجاری تولید شده است. دمای انتقال شیشه ای (glass transition temperature) پلی استایرن در محدوده 100 درجه سانتی گراد قرار دارد. پلی استایرن به سه گروه عمده پلی استایرن عمومی، پلی استایرن انبساطی و کوپلیمرهای پلی استایرن تقسیم بندی می‌شود.

 

پلی استایرن عمومی

پلی استایرن عمومی یا (general purpose polystyrene (GPPS) پلاستیکی شفاف بوده که برای تولید قطعات مختلف اکسترودر و تزریقی مورد استفاده قرار می‌گیرد. انواع باکس بسته بندی، سینی پلاستیکی، باکس گل یا جواهرات و ... از این نوع پلی استایرن قابل تولید هستند.

 

پلی استایرن انبساطی

پلی استایرن انبساطی یا (Expanded PolyStyrene (EPS)) در واقع یک پلاستیک فوم شده است که از دو جز یعنی استایرن به عنوان ساختار اصلی فوم و پنتان به عنوان عامل فوم زا تولید می‌شود. به سبب قابلیت پایین انتقال گرما در این پلاستیک، پلی استایرن EPS  محبوبیت بالایی در کاربردهایی چون عایق‌های حرارتی پیدا کرده است. پلی استایرن انبساطی به طور گسترده ای در ساختمان سازی، خودروسازی و تولید ظروف غذایی و بسته بندی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پلی وینیل کلراید و انواع آن

پلی وینیل کلرید یا PVC یک ترموپلاستیک با استحکام بالا است و خواص مکانیکی و مهندسی خوب است که عنوان سومین پلیمر پر مصرف در دنیا شناخته می‌شود. پی وی سی در دو گرید اصلی امولسیون و سوسپانسیون تولید شده و در تولید محصولات مختلفی از جمله لوله و اتصالات، در و پنجره، دیوارپوش، کاغذ دیواری، چرم مصنوعی، فیلم بسته بندی، انواع ورق، سیم و کابل و...کاربرد دارد. در صنعت ساختمان سازی پی وی سی به علت سبک وزن بودن، پایدار ابعادی خوب، طول عمر بالا، قیمت ارزان و... در حال جایگزین شدن با انواع متریال ساختمانی از جمله فلز، چوب، سرامیک و لاستیک می‌باشد.

 

پی وی سی سوپانسیون

پی وی سی نوع S  Suspension PVC (S-PVC)  این نوع پی وی سی در سه نوع پی وی سی سخت، نیمه سخت و نرم تولید می‌شود. پی وی سی نوع S  عمدتا در تولید سیم و کابل، لوله و اتصالات، ورق، فیلم، پروفیل، پانل و دیوارپوش استفاده می‌شود. اندازه ذرات پی وی سی نوع S  دارای اندازه ذراتی در محدوده 50 تا 250 میکرون بوده و به شکل پودر سفید می‌باشد.

 

پی وی سی امولسیون

پی وی سی E  (Emulsion (E-PVC)) اندازه ذره ای در محدوده 0.1 تا 100 میکرون داشته و عمدتا در تولید محصولات پی وی سی در غوطه وری(dipping)، پوشش دهی (coating) جهت تولید انواع روکش فلز، اسباب بازی، وسایل ورزشی، کاغذ دیواری، چرم مصنوعی و... استفاده می‌شود.

 

پی وی سی کلرینه شده

پی وی سی کلرینه شده یا CPVC  دارای میزان کلر بیشتری از پی وی سی ( حدود 66 درصد) است که سبب شده این ترموپلاستیک درای خواص بهتری از نظر مقاومت حرارتی و شکنندگی نسبت به پی وی سی باشد. CPVC  جهت تولید انواع لوله، پروفیل و ورق در صنایع مختلف مورد استفاده است.

 

 

پلی اتیلن ترفتالات و انواع آن

پلی اتیلن ترفتالات ( (PETکه با نام پلاستیک پت نیز شناخته می‌شود از جمله ترموپلاستیک‌های نیمه کریستالی و از دسته پلی استرها می‌باشد که در تولید انواع محصولات مصرفی، ورق، قطعات خودرو و ساختمان کاربرد دارد. پلی اتیلن ترفتالات از پلیمریزاسیون تراکمی مونومر دی متیل ترفتالات و اتیلن گلایکول تولید می‌شود.

 

ماده	دمای تحمل حرارتی	استحکام کششی	مدول کششی	استحکام ضربه	دانسیته	Dielectric Strength MV/m	Dielectric Constant 60HZ
HDPE	74	38.2	-	373	0.95	18.9	2.3
LDPE	43	11.6	0.17	NB	0.92	18.9	2.3
PP	102	35.8	1.6	43	0.90	25.6	2.2
PS	93	45.1	3.1	59	1.05	19.7	2.5
PVC RIGID	68	44.4	2.75	181	1.4	34.0	3.4
PVC FLEXIBLE	-	9.6	-	293	1.4	25.6	5.5
PET	224	159	8.96	101	1.56	21.3	3.6
PBT	54	52	2.3	53	1.31	15.7	3.3
ABS	99	41	2.3	347	1.18	15.7	3.0
PC	129	69	2.3	694	1.20	15	3.2
PUR	68	59.4	1.24	346	1.18	18.1	6.5
PMMA	92	72.4	3	21	1.19	19.7	3.7
NYLON6	65	81.4	2.76	59	1.13	16.5	3.8
NYLON6/6	90	82.7	2.83	53	1.14	23. 6	4.0

 

خواص انواع ترموپلاستیک:

ترموپلاستیک‌ها دارای طیف گسترده ای از خواص هستند که نیاز حضور آن‌ها را در صنایع مختلف ضروری می‌کند. درک درست این خواص برای استفاده موثر از آنها بسیار مهم است. در این بخش به بررسی خواص کلیدی انواع پلاستیک‌ها پرداخته می‌شود.

خواص مکانیکی ترموپلاستیک‌ها

ترموپلاستیک‌ها طیف وسیعی از خواص مکانیکی از جمله استحکام کششی، مقاومت در برابر ضربه و چقرمگی را از خود نشان می‌دهند. ترموپلاستیک‌های مهندسی مانند نایلون (پلی‌آمید)، پلی‌کربنات‌ها (PC) و پلی اتیلن ترفتالات (PET) نسبت استحکام به وزن بالایی دارند که آنها را برای کاربردهای ساختاری در صنایع هوافضا، خودروسازی و کالاهای مصرفی مناسب می‌کند. افزودنی‌هایی مانند الیاف شیشه، الیاف کربن و پرکننده‌های معدنی جهت بهبود خواص مکانیکی ترموپلاستیک‌ها به ساختار آن‌ها اضافه می‌شوند. ترموپلاستیک‌های تقویت شده، که به عنوان مواد کامپوزیتی نیز شناخته می‌شوند، در مقایسه با ترموپلاستیک‌های خالص، استحکام، سفتی و پایداری مکانیکی بالاتری دارند. در مقایسه با سایر مواد مورد استفاده در صنعت نیز استحکام و دوام ترموپلاستیک‌ها مثال زدنی است. در حالی که فلزات دارای خواص مکانیکی عالی هستند، اغلب مشکلاتی نظیر خوردگی و وزن سنگین دارند. ترموپلاستیک‌ها با وزن کمتر و مقاومت در برابر خوردگی، استحکام قابل مقایسه‌ای را نسبت به فلزات ارائه داده و در بسیاری از صنایع تبدیل جایگزین بسیار مطلوبی برای فلزات شده‌اند. در مقایسه با پلاستیک‌های ترموست که پس از پخت نمی‌توان آن‌ها را تغییر شکل داد هم، ترموپلاستیک‌ها را می‌توان به طور مکرر ذوب کرد و بدون تخریب شیمیایی دوباره قالب‌گیری کرد، که نشان‌دهنده قابلیت بازیافت و پایداری بسیار زیاد آن‌ها است. تعدادی از شاخصه‌های اصلی (آزمون‌های اصلی) ارزیابی خواص مکانیکی ترموپلاستیک‌ها در جدول زیر ذکر شده است.

 

آزمون‌ها و شاخصه‌های مکانیکی ترموپلاستیک‌ها

سختی Shore Durometer (Hardness Shore D)

سختی راکول (Hardness Rockwell M)

استحکام کششی در زمان شکست (Strength at Break (Tensile), MPa)

تنش تسلیم (Strength at Yield (Tensile), MPa)

چقرمگی در دمای پایین (Toughness at Low Temperature, J/m)

چقرمگی (Toughness, J/m)

مدول یانگ (Young's Modulus, GPa)

ازدیاد طول در نقطه شکست (Elongation at Break, %)

ازدیاد طول تسلیم (Elongation at Yield, %)

مدول خمشی (Flexural Modulus, Gpa)

 

 

 

خواص فیزیکی ترموپلاستیک‌ها

ترموپلاستیک‌ها مجموعه‌ای از خواص فیزیکی متنوعی را از خود نشان می‌دهند که به شدت بر عملکرد و کاربرد آنها تأثیر می‌گذارد. خواصی مانند دانسیته (چگالی) ترموپلاستیک‌ها بر وزن و قدرت آن‌ها تأثیر می‌گذارد، در حالی که خواصی همچون مقاومت مقاومت در برابر اشعه گاما و ماوراء بنفش دوام آنها را در محیط های چالش برانگیز مانند تجهیزات پزشکی یا محیط‌های بیرونی تعیین می‌کند. دمای انتقال شیشه‌ای دیگر خاصیتی است که انعطاف پذیری و پایداری ترموپلاستیک‌ها را در طیف وسیعی از دماها مشخص کرده که برای کاربردهایی که  دارای چرخه حرارتی هستند بسیار مهم است. چروکیدگی و جذب آب در طول زمان خواصی هستند که بر پایداری ابعاد و مناسب بودن ترموپلاستیک‌ها برای فرآیندها و محیط‌های مختلف تولید تأثیر می‌گذارند. مقاومت در برابر استریلیزاسیون نیز برای کاربردهای پزشکی و غذایی ضروری است و ایمنی و بهداشت ترموپلاستیک را تضمین می کند. درک این خواص فیزیکی برای انتخاب ترموپلاستیک مناسب برای کاربردهای خاص صنعتی، تجاری و مصرف کننده، اساسی است. تعدادی از شاخصه‌های اصلی (آزمون‌های اصلی) ارزیابی خواص فیزیکی ترموپلاستیک‌ها در جدول زیر ذکر شده است.

آزمون‌ها و شاخصه‌های فیزیکی ترموپلاستیک‌ها

چگالی یا دانسیته (Density, g/cm3)

مقاومت در برابر تابش گاما (Gamma Radiation Resistance)

دمای انتقال شیشه (Glass Transition Temperature, °C)

شیرینکیج یا جمع شدگی (Shrinkage, %)

مقاومت در برابر استریلیزاسیون (Sterilization Resistance)

مقاومت در برابر نور UV (UV Light Resistance)

جذب آب در طول زمان (Water Absorption 24 hours, %)

 

دمای تحمل حرارتی ترموپلاستیک 

محدوده دمایی سرویس به محدوده دماهایی اطلاق می شود که در آن یک ماده می تواند به طور موثر عملکرد مورد نظر خود را در طول زمان بدون تخریب یا افت عملکرد قابل توجه انجام دهد. محدوده دمایی سرویس ترموپلاستیک‌ها فاکتورهای مهمی در تعیین کاربرد آن‌ها است، به‌ویژه کاربرد‌هایی که شامل قرار گرفتن در معرض دماهای بالا است. دمای انحراف گرما (HDT) تحت شرایط فشاری مختلف، مانند 0.46 مگاپاسکال (67 psi) و 1.8 مگاپاسکال (264 psi) ، بینش ارزشمندی را در مورد توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر تغییر شکل تحت فشار و دماهای بالا ارائه می‌کند. این دماها نشان دهنده نقاطی هستند که در آن یک ترموپلاستیک شروع به نرم شدن می کند و یکپارچگی ساختاری خود را تحت سطوح تنش مشخص از دست می‌دهد. علاوه بر این، حداکثر دمای سرویس مداوم فاکتور دیگری است که نشان‌دهنده بالاترین دمایی است که در آن یک ترموپلاستیک می‌تواند به طور قابل اعتماد در طول دوره‌های طولانی بدون تخریب یا از دست دادن خواص مکانیکی قابل‌توجه پایدار بماند. درک این ویژگی‌های دمایی برای انتخاب ترموپلاستیک‌های مناسب کاربرد در محیط‌های که با دمای بالا، مانند قطعات خودرو، محفظه‌های الکتریکی و تجهیزات صنعتی بسیار ضروری است. تعدادی از شاخصه‌های اصلی ارزیابی محدوده دمایی سرویس ترموپلاستیک‌ها در جدول زیر ذکر شده است.

 

 

آزمون‌ها و شاخصه‌های محدوده دمایی سرویس ترموپلاستیک‌ها

HDT @0.46 Mpa (67 psi), °C

HDT @1.8 Mpa (264 psi), °C

حداکثر دمای سرویس مداوم (Max Continuous Service Temperature, °C)

حداقل دمای سرویس مداوم (Min Continuous Service Temperature, °C)

دمای انتقال شکل پذیری/شکنندگی (Ductile / Brittle Transition Temperature, °C)

 

مقاومت شیمیایی ترموپلاستیک‌ها

مقاومت شیمیایی ترموپلاستیک‌ها از ماهیت غیر واکنشی و ساختار مولکولی بی‌اثرشان نئشت می‌گیرد. بر خلاف پلاستیک‌های ترموست که در طول پخت دچار تغییرات شیمیایی برگشت ناپذیری می‌شوند، ترموپلاستیک‌ها یکپارچگی مولکولی خود را هنگامی که در معرض مواد شیمیایی واکنش‌پذیر، اسیدها، بازها و حلال‌ها قرار می‌گیرند حفظ می‌کنند. ترموپلاستیک های مقاوم در برابر مواد شیمیایی کاربرد گسترده‎ای در صنایع شیمیایی، داروسازی و صنایع نیمه هادی که قرار گرفتن در معرض مواد خورنده رایج است، پیدا می‌کنند. این کاربردها شامل مخازن و ظروف ذخیره سازی، سیستم های لوله‌کشی، تجهیزات آزمایشگاهی و پوشش‌های محافظ برای قطعات صنعتی می‌باشد. پلی وینیل کلراید (PVC) ، پلی پروپیلن (PP) و فلوروپلیمرهایی مانند پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) به دلیل مقاومت شیمیایی استثنایی خود مشهور هستند و در ذخیره سازی مواد شیمیایی، تصفیه فاضلاب و تولید قطعات نیمه هادی کاربرد گسترده‌ای دارند. در جدول زیر برخی از آزمون‌های مقاومت شیمیایی و برخی از حلال‌ها و موادی که برای تست مقاومت شیمیایی ترموپلاستیک‌ها استفاده می‌شوند ذکر شده است.

فهرست حلال ها و مواد مورد استفاده در تست‌های مقاومت شیمیایی ترموپلاستیک‌ها

استون (Acetone)

آمونیوم هیدروکساید (Ammonium hydroxide)

هیدروکربن‌های آروماتیک (Aromatic hydrocarbons)

بنزن (Benzene)

بوتیل استات (Butyl acetate)

حلال‌های کلردار(Chlorinated solvents)

کلروفرم(Chloroform)

گلیسرول (Glycerol)

هیدروژن پروکسید (Hydrogen peroxide)

نفت سفید (Kerosene)

متانول (Methanol)

متیل اتیل کتون(Methyl ethyl ketone)

روغن معدنی(پارافین مایع) (Mineral oil)

فنول (Phenol)

روغن سیلیکون (Silicone oil)

سدیم هیدروکسید (Sodium hydroxide)

سدیم هیپوکلریت (Sodium hypochlorite)

اسید‌های قوی(Strong acids)

تولوئن (Toluene)

زایلن (Xylene)

دیکوتیل فتالات (Dioctylphtalate)

اتانول (Ethanol)

اتیلن گلیکول (اتان دیول)Ethyleneglycol (Ethane diol)

 

خواص الکتریکی ترموپلاستیک‌ها

ترموپلاستیک‌ها عایق الکتریکی بسیار خوبی هستند. این ویژگی ترموپلاستیک‌ها را برای استفاده در کاربردهایی که نیاز به ایمنی و قابلیت اطمینان الکتریکی دارند ایده‌آل می‌کند. استحکام دی الکتریک، مقاومت حجمی و مقاومت رسانایی پارامترهای کلیدی هستند که عملکرد الکتریکی ترموپلاستیک‌ها را تعیین می‌کنند. ترموپلاستیک ها در ساخت محفظه‌های الکتریکی، عایق بندی سیم‌ها و کابل‌ها، بردهای مدار چاپی (PCB) و اتصال‌دهنده‌های الکتریکی کاربرد زیادی دارند. ترموپلاستیک های مهندسی مانند پلی آمید (PA) ، پلی بوتیلن ترفتالات (PBT) و پلیمرهای کریستال مایع (LCPs) در مقایسه با مواد سنتی مانند سرامیک و فلزات، خواص الکتریکی و پایداری ابعادی بالاتری نشان می‌دهند. تعدادی از شاخصه‌های اصلی (آزمون‌های اصلی) ارزیابی خواص الکتریکی ترموپلاستیک‌ها در جدول زیر ذکر شده است.

آزمون‌ها و شاخصه‌های الکتریکی ترموپلاستیک‌ها

)Arc Resistance, sec مقاومت در برابر قوس الکتریکی (

ثابت دی‌الکتریک  (Dielectric Constant)

مقاومت حجمی  (Volume Resistivity x 1015, Ohm.cm)

مقاومت دی الکتریک (Dielectric Strength, kV/mm)

ضریب تبدیل انرژی (Dissipation Factor x 10-4)

 

خواص نوری ترموپلاستیک‌ها

ترموپلاستیک‌ها را می‌توان به گونه‌ای مهندسی کرد که با کنترل ساختار مولکولی، بلورینگی و پوشش سطح، در درجات مختلفی اشفاف، نیمه‌ شفاف یا کدر باشند. ترموپلاستیک های شفاف مانند پلی متیل متاکریلات (PMMA) و پلی کربنات (PC) شفافیت نوری و خواص انتقال نور قابل مقایسه با شیشه را ارائه می‌دهند. علاوه بر این ترموپلاستیک‌ها در طول فرآیند تولید با استفاده از دای‌ها یا پیگمنت‌ها قابلیت رنگ‌پذیری هم دارند و می‌توانند به رنگ دلخواه یا سفارشی مد نظر تولیدکننده یا مصرف کنندگان در بیایند. فن‌آوری‌های مستربچ و ترکیب، امکان دقیق کردن تطابق رنگ و پراکندگی رنگدانه‌ها در ساختار پلیمری را فراهم می‌کنند. این فناوری‌ها باعث می‌شوند تا توزیع رنگ و پایداری آن در محصول نهایی یکنواخت باشد. ترموپلاستیک‌های شفاف مانند PET، PVC و پلی اتیلن ترفتالات گلیکول (PETG)، به طور گسترده در صنایع بسته‌بندی مواد غذایی، ظروف نوشیدنی و محصولات با بسته بندی شفاف به کار می‌روند. ترموپلاستیک‌های رنگی بیشتر در صنایعی که زیبایی‌شناسی و برندینگ اهمیت دارند مانند خودروسازی، لوازم الکترونیکی مصرفی، اسباب‌بازی‌ها و بسته‌بندی لوازم آرایشی استفاده می‌شوند. تعدادی از شاخصه‌های اصلی ارزیابی خواص نوری ترموپلاستیک‌ها در جدول زیر ذکر شده است.

آزمون‌ها و شاخصه‌های نوری ترموپلاستیک‌ها

درخشندگی (Gloss, %)

ماتی (Haze, %)

شفافیت (انتقال نور قابل رویت) (Transparency, %)

 

خواص حرارتی ترموپلاستیک‌ها

ترموپلاستیک‌ها بسته به ساختار مولکولی، بلورینگی و نقطه ذوب درجات مختلفی از مقاومت در برابر حرارت را از خود نشان می‌دهند. ترموپلاستیک‌های با پایداری حرارتی بالایی مانند پلی‌اتر اترکتون (PEEK) و پلی‌فنیلن سولفید (PPS) می‌توانند دمای بیش از 200 درجه سانتی‌گراد را بدون تخریب قابل توجهی تحمل کنند. گستره دمای تغییر شکل و نقطه ذوب ترموپلاستیک‌ها از زیر دمای اتاق (25 درجه سانتی‌گراد) برای پلیمرهایی مانند پلی اتیلن تا بیش از 300 درجه سانتی گراد برای پلاستیک‌های مهندسی شده با کارایی بالا مانند برخی از پلی‌آمیدها متغیر است. ترموپلاستیک‌های با پایداری حرارتی بالا برای کاربردهایی که در معرض دماهای بالا قرار دارند، مانند اجزای زیر کاپوت خودرو، قطعات و مواد صنایع هوافضا و محفظه‌های الکترونیکی بسیار ضروری هستند. تعدادی از شاخصه‌های اصلی ارزیابی خواص حرارتی ترموپلاستیک‌ها در جدول زیر ذکر شده است.

آزمون‌ها و شاخصه‌های ارزیابی خواص حرارتی ترموپلاستیک‌ها

ضریب انبساط حرارتی خطی (Coefficient of Linear Thermal Expansion x 10-5, /°C)

رسانایی حرارتی (Thermal Insulation, W/m.K)

مقاومت در برابر آتش (Fire Resistance (LOI))

اشتعال پذیری (Flammability, UL94)

نقطه ذوب (melting point, °C )

 

شناخت و درک خواص متنوع ترموپلاستیک‌ها برای انتخاب مناسب ترین مواد در کاربردهای خاص، بهینه سازی عملکرد محصول و اطمینان از رعایت مقررات و استانداردهای ایمنی امری ضروری است. تولید کنندگان با استفاده از ترکیب منحصر به فرد خود می‌توانند خواص گوناگونی نظیر انعطاف پذیری، استحکام، مقاومت شیمیایی، پایداری حرارتی، خواص الکتریکی، شفافیت و رنگ پذیری را در محصول خود ایجاد و کنترل کنند. در ادامه به معرفی رایج‌ترین انواع ترموپلاستیک‌ها خواهیم پرداخت

 

انواع رایج ترموپلاستیک ها و کاربردهای ‌آن‌ها

ترموپلاستیک ها شامل طیف وسیعی از پلیمرها با خواص و کاربردهای متنوع می‌شوند. درک ویژگی‌ها و کاربردهای ترموپلاستیک‌های رایج برای انتخاب مناسب‌ترین ماده برای نیازهای خاص تولیدکنندگان امری ضروری است. در جدول زیر به لیست رایج‌ترین ترموپلاستیک‌ها، خواص و کاربرد‌های آن‌ها می‌پردازیم.

نام ترموپلاستیک	خواص	کاربردها
پلی اتیلن (دانسیته بالا) (HDPE)	انعطاف‌پذیر، نیمه‌شفاف یا مومی، مقاوم در برابر شرایط جوی، چقرمگی خوب در دمای پایین (تا منفی ۶۰ درجه سانتی‌گراد)، فرآیند تولید و پردازش آسان، ارزان قیمت، مقاومت خوب شیمیایی.	بشکه‌های شیمیایی، محفظه (بشکه) سوخت، قرابه‌ها، اسباب‌بازی‌ها، ظروف و سبدهای مسافرتی، لوازم خانگی و آشپزخانه، عایق‌بندی سیم و کابل، کیسه‌های پلاستیکی، بسته‌بندی مواد غذایی
پلی اتیلن (دانسیته پایین)  (LDPE)	نیمه‌سفت، نیمه‌شفاف، بسیار مقاوم، مقاوم در برابر شرایط جوی، مقاومت خوب شیمیایی، جذب آب کم،  فرآیند تولید و پردازش آسان ، ارزان قیمت	بطری‌ها و ظروف فشاری (ظرف سس و ...)،  اسباب‌بازی‌ها،  کیسه‌های پلاستیکی، عایق سیم و کابل فرکانس بالا، روکش مخازن شیمیایی، گونی‌های پلاستیکی، بسته بندی‌های عمومی، شلنگ‌های گاز و آب
پلی استایرن (PS)	شکننده، سفت، شفاف، شرینکیج پایین، ارزان قیمت، مقاومت عالی در برابر اشعه ایکس،  فرآیند تولید و پردازش آسان، بی بو	اسباب بازی و وسایل سرگرمی، بسته بندی‌های سفت و شکننده، طبقات و کشوی یخچال و فریزر، بسته‌بندی‌های آرایشی، زیورآلات پلاستیکی، پنل‌های نوری، کاور‌های کاست، سی دی و ...
پلی وینیل کلراید (PVC)	سازگاری بالا با بسیاری از افزودنی‌های پلیمری، بسته به فرمولاسیون و روش پردازش می تواند شفاف یا رنگی، سفت یا انعطاف‌پذیر باشد، انعطاف پذیری فرمولاسیون، فرمولاسیون ترکیب کلیدی برای تعیین ارزش آن است.	قاب در و پنجره، لوله آب و فاضلاب، تجهیزات پزشکی، کیسه نگهداری خون،  عایق‌بندی سیم و کابل، کف‌پوش‌های انعطاف‌پذیر (پارکت)، روکش سقف و پشت بام، لوازم التحریر،  فضای داخلی خودرو و روکش صندلی، کفش، کتانی، صندل، بسته بندی، سلفون، کارت‌های اعتباری، چرم مصنوعی و سایر پارچه‌های روکش‌دار
پلی استرهای ترموپلاستیک (PETP، PBT، PET)	PBT، PET و مخلوط‌های PBT پلاستیک‌های مهندسی هستند که با ویژگی‌های پردازش عالی، استحکام و سختی بسیاری زیاد را برای طیف گسترده‌ای از کاربردها فراهم می‌کنند.	بطری‌های PET، قطعات داخلی و خارجی خودرو، الیاف نساجی، فیلم‌های بسته‌بندی، پلاستیک‌های مهندسی، عایق الکتریکی، فیلامنت پرینت سه بعدی، پوشش‌ها و چسب‌های پلیمری، تجهیزات پزشکی، پنل خورشیدی
پلی کربنات ها (PC)	پلی‌کربنات‌ها پلاستیک‌های  ترموپلاستیکی مهندسی محکم، سفت، چقرمه، مقاوم و شفافی هستند که دمای محدوده سرویس بسیار گسترده دارند (حفظ سفتی تا ۱۴۰ درجه سانتیگراد و چقرمگی تا منفی ۲۰ درجه سانتیگراد یا حتی کمتر)	عینک ایمنی،  چراغ های خودرو، قاب وسیله‌های الکترونیکی، پنل‌های گلخانه‌،  سی دی، دی وی دی و دیسک های بلوری، تجهیزات پزشکی،  پنجره هواپیما،  پوشش نور LED، سقف‌های پلاستیکی، کلاه ایمنی
نایلون (پلی آمیدها) (PA)	نیمه بلوری (نیمه شفاف)، بسیار چقرمه، مقاومت حرارتی مناسب، مقاومت شیمیایی، چگالی، نقطه ذوب و محتوای رطوبت متغییر	صنایع نساجی، تور و نخ ماهیگیری، فرش و موکت‌سازی، بسته بندی مواد غذایی تحت حرارت
اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) و دیگر استایرن های تخصصی	صلب (سفت)، مات (غیرشفاف)، براق، مقاوم، خواص مناسب در دمای پایین (مناسب کار در دمای پایین)، پایداری ابعادی مناسب، الکتروپلیت (آبکاری) آسان، کرنش کم	گوشی تلفن (تلفن بی‌سیم)، چمدان‌ های محکم، محفظه‌های آشپزخانه، مخلوط‌کن های غذایی، قطعات الکتروپلیت (آبکاری شده)، ‌ توری‌های رادیاتور،  دستگیره‌ها، قاب‌های کامپیوتر
اتیلن وینیل استات (EVA)	انعطاف‌پذیر (لاستیکی)، شفاف، تحمل خوب در دمای پایین (تا منفی ۷۰ درجه سانتی‌گراد)، مقاومت شیمیایی خوب، ضریب اصطکاک بالا	دستگیره‌های پلاستیکی، شلنگ‌های منعطف، صفحه‌های گرامافون، شلنگ مایعات، شیشه شیر و پستونک، شلنگ‌های خرطومی و خلاء

 

انعطاف پذیری، دوام، وزن سبک، مقاومت شیمیایی پایداری حرارتی، خواص عایقی و قابلیت بازیافت ترموپلاستیک‌ها آن‌ها را به ماده اولیه و عضوی ضروری در بسیاری از صنایع (از صنایع مهندسی و خودروسازی گرفته تا تجهیزات پزشکی و محصولات مصرف روزمره انسان‌ها) تبدیل کرده است. یکی از مهم‌ترین ویژگی این دسته از پلیمرها قابلیت بازیافت و سازگاری دسته‌ای از ‌آن‌ها با محیط زیست است که علیرغم چالش‌هایی زیست محیط فعلی جهان، به پایداری محیط زیست کمک می‌کنند. با توجه به اهمیت فراوان این دسته از مواد در بسیاری از صنایع، شناسایی و آشنایی با خواص هر کدام از زیرمجموعه‌های ترموپلاستیک‌ها، برای تولیدکنندگان و کارشناسان کارخانجات امری بسیار ضروری است.