في المشهد الصناعي سريع التطور اليوم، أصبحت المواد البلاستيكية عنصرًا لا غنى عنه بسبب أدائها المتفوق ومجموعة واسعة من التطبيقات. فهي ليست موجودة في كل مكان في الحياة اليومية فحسب، بل تلعب أيضًا دورًا حاسمًا في العديد من المجالات مثل صناعات التكنولوجيا الفائقة، والمعدات الطبية، وتصنيع السيارات، والفضاء، وغيرها. مع التقدم المستمر في علوم المواد، يتزايد تنوع وأداء المواد البلاستيكية باستمرار، مما يقدم للمهندسين والمصممين المزيد من الخيارات والتحديات. أصبحت كيفية اختيار المادة البلاستيكية الأكثر ملاءمة من بين عدد لا يحصى من الخيارات لتطبيق معين مسألة معقدة ولكنها حاسمة. تهدف هذه المقالة إلى تقديم دليل شامل لمساعدة القراء على فهم الخصائص الأساسية للمواد البلاستيكية، وتقنيات المعالجة، ومتطلبات الأداء، وكيف تؤثر على أداء وتكلفة المنتج النهائي. سنناقش الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمواد البلاستيكية المختلفة، ونحلل أدائها في ظل ظروف بيئية وتطبيقية مختلفة، ونقدم نصائح عملية للاختيار. من خلال الخوض في عملية اختيار المواد البلاستيكية، نأمل أن نساعد القراء في اتخاذ قرارات مستنيرة خلال مرحلة تصميم المنتج وتطويره، مما يضمن موثوقية المنتجات ومتانتها وكفاءتها الاقتصادية. وبعد هذه المقدمة، سنبدأ رحلة في عالم المواد البلاستيكية، واستكشاف أسرارها وتعلم كيفية تطبيق هذه المعرفة على تصميم المنتج العملي. سواء كنت مهندسًا ذا خبرة أو وافدًا جديدًا إلى مجال علوم المواد، نأمل أن توفر لك هذه المقالة معلومات قيمة وإلهامًا. دعونا نبدأ هذه الرحلة معًا لكشف أسرار اختيار المواد البلاستيكية.
اختيار المواد البلاستيكية
حتى الآن، تم الإبلاغ عن أكثر من عشرة آلاف نوع من الراتنجات، ويتم إنتاج الآلاف منها صناعيًا. يتضمن اختيار المواد البلاستيكية اختيار مجموعة مناسبة من مجموعة واسعة من أنواع الراتنجات. للوهلة الأولى، يمكن أن يكون هناك العديد من الأصناف البلاستيكية المتاحة تكون ساحقة. ومع ذلك، لم يتم تطبيق جميع أنواع الراتينج على نطاق واسع. إن اختيار المواد البلاستيكية التي نشير إليها ليس تعسفيًا ولكن يتم ترشيحه ضمن أنواع الراتينج شائعة الاستخدام.
مبادئ اختيار المواد البلاستيكية:
I. القدرة على التكيف مع المواد البلاستيكية
• الأداء المقارن لمختلف المواد.
• الظروف غير مناسبة لاختيار البلاستيك.
• الشروط المناسبة لاختيار البلاستيك.
II.أداء المنتجات البلاستيكية
شروط استخدام المنتجات البلاستيكية:
أ.الإجهاد الميكانيكي على المنتجات البلاستيكية؛
ب.الخصائص الكهربائية للمنتجات البلاستيكية.
ج.متطلبات دقة الأبعاد للمنتجات البلاستيكية؛
د.متطلبات نفاذية المنتجات البلاستيكية؛
هـ. متطلبات الشفافية للمنتجات البلاستيكية.
f. متطلبات المظهر للمنتجات البلاستيكية.
بيئة استخدام المنتجات البلاستيكية:
أ. درجة الحرارة المحيطة؛
ب. الرطوبة المحيطة؛
ج. وسائل الإعلام الاتصال؛
د. الضوء والأكسجين والإشعاع في البيئة.
III. أداء معالجة البلاستيك
• إمكانية معالجة المواد البلاستيكية.
• تكاليف معالجة المواد البلاستيكية.
• النفايات الناتجة أثناء معالجة البلاستيك.
IV.تكلفة المنتجات البلاستيكية
• أسعار المواد الخام البلاستيكية .
• مدة خدمة المنتجات البلاستيكية.
• تكاليف صيانة المنتجات البلاستيكية.
في عملية الاختيار الفعلية، تتمتع بعض الراتنجات بخصائص متشابهة جدًا، مما يجعل من الصعب الاختيار. وأي منها أكثر ملاءمة يتطلب دراسة متعددة الأوجه ووزنًا متكررًا قبل اتخاذ القرار. لذلك، يعد اختيار المواد البلاستيكية عملية معقدة للغاية مهمة، وليس هناك قواعد واضحة يجب اتباعها. شيء واحد يجب ملاحظته هو أن بيانات أداء المواد البلاستيكية المقتبسة من مختلف الكتب والمنشورات يتم قياسها في ظل ظروف محددة، والتي قد تختلف بشكل كبير عن ظروف العمل الفعلية.
خطوات اختيار المواد:
عند مواجهة الرسومات التصميمية للمنتج المراد تطويره، يجب أن يتبع اختيار المواد الخطوات التالية:
• أولاً، تحديد ما إذا كان المنتج يمكن تصنيعه باستخدام المواد البلاستيكية؛
• ثانياً، إذا تقرر أنه يمكن استخدام المواد البلاستيكية في التصنيع، فإن المادة البلاستيكية التي سيتم اختيارها تصبح العامل التالي الذي يجب مراعاته.
اختيار المواد البلاستيكية بناءً على دقة المنتج:
درجة الدقة المتاحة لأصناف المواد البلاستيكية
1 لا شيء
2 لا شيء
3 PS، ABS، PMMA، PC، PSF، PPO، PF، AF، EP، UP، F4، UHMW، PE 30% GF من البلاستيك (30% GF من البلاستيك يتمتع بأعلى دقة)
4 أنواع PA، بولي إيثر مكلور، HPVC، إلخ.
5 بوم، ب، هدب، الخ.
6 SPVC، LDPE، LLDPE، إلخ.
مؤشرات قياس المقاومة الحرارية للمنتجات البلاستيكية:
المؤشرات المستخدمة بشكل شائع هي درجة حرارة انحراف الحرارة، ودرجة حرارة مقاومة مارتن للحرارة، ونقطة تليين فيكات، مع كون درجة حرارة انحراف الحرارة هي الأكثر استخدامًا.
أداء مقاومة الحرارة للمواد البلاستيكية الشائعة (غير معدلة):
مادة درجة حرارة انحراف الحرارة نقطة تليين فيكات درجة حرارة مقاومة الحرارة مارتن
البولي إيثيلين عالي الكثافة 80 درجة مئوية و120 درجة مئوية -
البولي إثيلين المنخفض الكثافة 50 درجة مئوية 95 درجة مئوية -
إيفا - 64 درجة مئوية -
ب 102 درجه مئوية 110 درجه مئوية -
بس 85 درجة مئوية 105 درجة مئوية -
بمما 100 درجة مئوية 120 درجة مئوية -
السليكوون 260 درجة مئوية 110 درجة مئوية -
ايه بي اس 86 درجة مئوية، 160 درجة مئوية، 75 درجة مئوية
PSF 185 درجة مئوية 180 درجة مئوية 150 درجة مئوية
بوم 98 درجة مئوية 141 درجة مئوية 55 درجة مئوية
الكمبيوتر 134 درجة مئوية، 153 درجة مئوية، 112 درجة مئوية
PA6 58 درجة مئوية 180 درجة مئوية 48 درجة مئوية
PA66 60 درجة مئوية 217 درجة مئوية 50 درجة مئوية
PA1010 55 درجة مئوية 159 درجة مئوية 44 درجة مئوية
PET 70 درجة مئوية - 80 درجة مئوية
بي بي تي 66 درجة مئوية، 177 درجة مئوية، 49 درجة مئوية
بي بي اس 240 درجة مئوية - 102 درجة مئوية
بي بي أو 172 درجة مئوية - 110 درجة مئوية
بي 360 درجة مئوية 300 درجة مئوية -
لكب 315 درجة مئوية - -
مبادئ اختيار المواد البلاستيكية المقاومة للحرارة:
• خذ بعين الاعتبار مستوى مقاومة الحرارة:
أ. تلبية متطلبات مقاومة الحرارة دون اختيار درجة عالية جدًا، لأنها قد تزيد التكاليف؛
ب.يفضل استخدام المواد البلاستيكية العامة المعدلة. تنتمي المواد البلاستيكية المقاومة للحرارة في الغالب إلى مواد بلاستيكية خاصة، وهي باهظة الثمن؛ أما المواد البلاستيكية العامة فهي أرخص نسبيًا؛
ج. يفضل استخدام المواد البلاستيكية العامة مع هامش كبير من تعديل مقاومة الحرارة.
• خذ بعين الاعتبار العوامل البيئية المقاومة للحرارة:
أ. مقاومة الحرارة لحظية وطويلة الأجل؛
ب. مقاومة الحرارة الجافة والرطبة.
ج. مقاومة التآكل المتوسط.
د. مقاومة الحرارة بالأكسجين والأكسجين.
هـ. المقاومة للحرارة المحملة والتفريغ.
تعديل المقاومة الحرارية للبلاستيك:
تعديل مقاومة الحرارة المملوءة:
معظم الحشوات المعدنية غير العضوية، باستثناء المواد العضوية، يمكن أن تحسن بشكل كبير درجة حرارة مقاومة الحرارة للمواد البلاستيكية. تشمل الحشوات المقاومة للحرارة الشائعة: كربونات الكالسيوم، التلك، السيليكا، الميكا، الطين المكلس، الألومينا، والأسبستوس. كلما كان حجم الجسيمات أصغر كلما كان الحشو أفضل، كان تأثير التعديل أفضل.
• حشوات النانو:
• PA6 مملوء بـ 5% نانو مونتموريلونيت، يمكن رفع درجة حرارة انحراف الحرارة من 70 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية.
• PA6 مملوء بـ 10% نانو ميرشاوم، يمكن رفع درجة حرارة انحراف الحرارة من 70 درجة مئوية إلى 160 درجة مئوية.
• PA6 مليئة بالميكا الاصطناعية 5٪، ويمكن رفع درجة حرارة انحراف الحرارة من 70 درجة مئوية إلى 145 درجة مئوية.
• الحشوات التقليدية:
• PBT مملوءة بالتلك بنسبة 30%، ويمكن رفع درجة حرارة انحراف الحرارة من 55 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية.
• PBT مملوءة بنسبة 30% ميكا، ويمكن رفع درجة حرارة انحراف الحرارة من 55 درجة مئوية إلى 162 درجة مئوية.
تعديل المقاومة للحرارة المعززة:
يعد تعزيز مقاومة الحرارة للمواد البلاستيكية من خلال تعديل التعزيز أكثر فعالية من الحشو. تشمل الألياف المقاومة للحرارة الشائعة بشكل أساسي: ألياف الأسبستوس، والألياف الزجاجية، وألياف الكربون، والشعيرات، والبولي.
• راتينج بلوري مقوى بألياف زجاجية بنسبة 30% لتعديل مقاومة الحرارة:
• يتم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة PBT من 66 درجة مئوية إلى 210 درجة مئوية.
• يتم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة لـ PET من 98 درجة مئوية إلى 238 درجة مئوية.
• يتم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة للـPP من 102 درجة مئوية إلى 149 درجة مئوية.
• يتم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة لـ HDPE من 49 درجة مئوية إلى 127 درجة مئوية.
• يتم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة PA6 من 70 درجة مئوية إلى 215 درجة مئوية.
• يتم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة لـ PA66 من 71 درجة مئوية إلى 255 درجة مئوية.
• تم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة لـ POM من 110 درجة مئوية إلى 163 درجة مئوية.
• يتم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة في PEEK من 230 درجة مئوية إلى 310 درجة مئوية.
• راتينج غير متبلور مقوى بألياف زجاجية بنسبة 30% لتعديل مقاومة الحرارة:
• يتم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة PS من 93 درجة مئوية إلى 104 درجة مئوية.
• يتم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة للكمبيوتر الشخصي من 132 درجة مئوية إلى 143 درجة مئوية.
• يتم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة AS من 90 درجة مئوية إلى 105 درجة مئوية.
• يتم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة في ABS من 83 درجة مئوية إلى 110 درجة مئوية.
• يتم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة PSF من 174 درجة مئوية إلى 182 درجة مئوية.
• تم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة في MPPO من 130 درجة مئوية إلى 155 درجة مئوية.
مزج البلاستيك وتعديل مقاومة الحرارة
يتضمن مزج المواد البلاستيكية لتعزيز مقاومة الحرارة دمج راتنجات عالية المقاومة للحرارة في راتنجات منخفضة المقاومة للحرارة، وبالتالي زيادة مقاومتها للحرارة. على الرغم من أن التحسن في مقاومة الحرارة ليس بنفس أهمية ما تم تحقيقه عن طريق إضافة معدلات مقاومة للحرارة، إلا أن الميزة هي أنه لا يؤثر بشكل كبير على الخصائص الأصلية للمادة مع تعزيز مقاومة الحرارة.
• ABS/PC: يمكن زيادة درجة حرارة انحراف الحرارة من 93 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية.
• ABS/PSF (20%): يمكن أن تصل درجة حرارة انحراف الحرارة إلى 115 درجة مئوية.
• HDPE/PC (20%): يمكن زيادة نقطة تليين Vicat من 124 درجة مئوية إلى 146 درجة مئوية.
• PP/CaCo3/EP: يمكن زيادة درجة حرارة انحراف الحرارة من 102 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية.
تعديل مقاومة الحرارة البلاستيكية المتشابكة
يشيع استخدام المواد البلاستيكية المتشابكة لتحسين مقاومة الحرارة في الأنابيب والكابلات المقاومة للحرارة.
• HDPE: بعد معالجة التشابك بالسيلان، يمكن زيادة درجة حرارة انحراف الحرارة من 70 درجة مئوية إلى 90-110 درجة مئوية.
• PVC: بعد التشابك، يمكن زيادة درجة حرارة انحراف الحرارة من 65 درجة مئوية إلى 105 درجة مئوية.
مجموعة محددة من البلاستيك الشفاف
I. الاستخدام اليومي للمواد الشفافة:
• فيلم شفاف: يستخدم التغليف PE، PP، PS، PVC، وPET، وما إلى ذلك، ويستخدم PE، PVC، وPET، وما إلى ذلك؛
• صفائح وألواح شفافة: استخدم PP، PVC، PET، PMMA، والكمبيوتر الشخصي، وما إلى ذلك؛
• أنابيب شفافة: استخدم PVC، PA، وما إلى ذلك؛
• الزجاجات الشفافة: استخدم PVC، PET، PP، PS، والكمبيوتر الشخصي، إلخ.
II.مواد معدات الإضاءة:
تستخدم بشكل أساسي كظلال مصابيح، وPS شائعة الاستخدام، وPS المعدلة، وAS، وPMMA، والكمبيوتر الشخصي.
III.مواد الأجهزة البصرية:
• أجسام العدسات الصلبة: تستخدم بشكل أساسي CR-39 وJD؛
• العدسات اللاصقة: تستخدم عادة هيما.
رابعا: المواد الشبيهة بالزجاج:
• زجاج السيارات: يستخدم بشكل شائع PMMA والكمبيوتر الشخصي.
• الزجاج المعماري: يُستخدم عادةً PVF وPET.
خامساً: مواد الطاقة الشمسية:
يشيع استخدامها PMMA، PC، GF-UP، FEP، PVF، وSI، إلخ.
سادسا. مواد الألياف الضوئية:
تستخدم الطبقة الأساسية PMMA أو PC، وطبقة الكسوة عبارة عن بوليمر فلورو أوليفين، نوع ميثاكريلات الميثيل المفلور.
سابعا.مواد القرص المضغوط:
يشيع استخدام أجهزة الكمبيوتر الشخصية وPMMA.
ثامناً: مواد التغليف الشفافة:
PMMA المتصلب بالسطح، FEP، EVA، EMA، PVB، إلخ.
اختيار مواد محددة لأغراض مختلفة من المساكن
• مساكن التلفزيون:
• حجم صغير: تعديل PP.
• الحجم المتوسط: سبائك PP، HIPS، ABS، وPVC/ABS المعدلة.
• حجم كبير: ABS.
• بطانات باب الثلاجة والبطانات الداخلية:
• تستخدم بشكل شائع لوحات HIPS، ولوحات ABS، والألواح المركبة HIPS/ABS.
• حاليا، ABS هو المادة الرئيسية، فقط ثلاجات هاير تستخدم HIPS المعدلة.
• الغسالات:
• تستخدم الدلاء والأغطية الداخلية بشكل رئيسي PP، وتستخدم كمية صغيرة سبائك PVC/ABS.
• مكيفات الهواء:
• استخدام ABS، AS، PP المقوى.
• المراوح الكهربائية:
• استخدام ABS، AS، GPPS.
• المكانس الكهربائية:
• استخدام ABS، HIPS، PP المعدل.
• حديد:
• غير مقاومة للحرارة: تعديل PP.
• مقاومة للحرارة: ABS، PC، PA، PBT، الخ.
• أفران الميكروويف وأجهزة طبخ الأرز:
• غير مقاومة للحرارة: تعديل PP وABS.
• مقاومة للحرارة: PES، نظرة خاطفة، PPS، LCP، الخ.
• أجهزة الراديو ومسجلات الأشرطة ومسجلات الفيديو:
• استخدام ABS، HIPS، الخ.
• الهواتف:
• استخدام ABS، HIPS، PP المعدل، PVC / ABS، الخ.
