اختيار مواد البلاستيك

في المشهد الصناعي المتطور بسرعة اليوم، أصبحت المواد البلاستيكية عنصرًا لا غنى عنه نظرًا لأدائها المتفوق ومجموعة واسعة من التطبيقات. فهي ليست منتشرة في الحياة اليومية فحسب، بل تلعب أيضًا دورًا حاسمًا في العديد من المجالات مثل الصناعات عالية التقنية، والمعدات الطبية، وتصنيع السيارات، والفضاء، وما وراءها. مع التقدم المستمر في علوم المواد، تتزايد باستمرار أنواع وأداء المواد البلاستيكية، مما يوفر للمهندسين والمصممين المزيد من الخيارات والتحديات. أصبح اختيار أنسب مادة بلاستيكية من بين عدد لا يحصى من الخيارات لتطبيق معين قضية معقدة ولكنها بالغة الأهمية.يهدف هذا المقال 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 لمختلف المواد البلاستيكية، ونحلل أدائها في ظل ظروف بيئية وتطبيق مختلفة، ونقدم نصائح عملية للاختيار. من خلال التعمق في عملية اختيار المواد البلاستيكية، نأمل في مساعدة القراء على اتخاذ قرارات مستنيرة خلال مرحلة تصميم المنتج وتطويره، مما يضمن الموثوقية والمتانة والكفاءة الاقتصادية للمنتجات.بعد هذه المقدمة، سننطلق في رحلة إلى عالم المواد البلاستيكية، ونستكشف أسرارها ونتعلم كيفية تطبيق هذه المعرفة على تصميم المنتجات العملية. سواء كنت مهندسًا متمرسًا أو وافدًا جديدًا إلى مجال علوم المواد، نأمل أن يوفر لك هذا المقال معلومات قيمة وإلهامًا. دعنا نبدأ هذه الرحلة معًا للكشف عن أسرار اختيار المواد البلاستيكية.

حتى الآن، تم الإبلاغ عن أكثر من عشرة آلاف نوع من الراتنجات، مع إنتاج الآلاف منها صناعيًا. يتضمن اختيار المواد البلاستيكية اختيار مجموعة مناسبة من بين مجموعة واسعة من أنواع الراتنجات. للوهلة الأولى، يمكن أن يكون تعدد أنواع البلاستيك المتاحة أمرًا مربكًا. ومع ذلك، لم يتم تطبيق جميع أنواع الراتنجات على نطاق واسع. اختيار المواد البلاستيكية الذي نشير إليه ليس تعسفيًا ولكنه مفلتر ضمن أنواع الراتنجات شائعة الاستخدام.

• الأداء المقارن للمواد المختلفة؛
• الظروف غير المناسبة لاختيار البلاستيك؛
• الظروف المناسبة لاختيار البلاستيك.

1. الإجهاد الميكانيكي على المنتجات البلاستيكية؛
2. الخصائص الكهربائية للمنتجات البلاستيكية؛
3. متطلبات الدقة الأبعاد للمنتجات البلاستيكية؛
4. متطلبات النفاذية للمنتجات البلاستيكية؛
5. متطلبات الشفافية للمنتجات البلاستيكية؛
6. متطلبات المظهر للمنتجات البلاستيكية.

1. درجة الحرارة المحيطة؛
2. الرطوبة المحيطة؛
3. وسائط التلامس؛
4. الضوء والأكسجين والإشعاع في البيئة.

• قابلية معالجة المواد البلاستيكية؛
• تكاليف معالجة المواد البلاستيكية؛
• النفايات المتولدة أثناء معالجة البلاستيك.

• سعر المواد الخام البلاستيكية؛
• عمر خدمة المنتجات البلاستيكية؛
• تكاليف صيانة المنتجات البلاستيكية.

في عملية الاختيار الفعلية، تتمتع بعض الراتنجات بخصائص متشابهة جدًا، مما يجعل من الصعب الاختيار. يتطلب اختيار أحدهما أنسبًا دراسة متعددة الأوجه والترجيح المتكرر قبل اتخاذ القرار. لذلك، فإن اختيار المواد البلاستيكية مهمة معقدة للغاية، ولا توجد قواعد واضحة يجب اتباعها. شيء واحد يجب ملاحظته هو أن بيانات أداء المواد البلاستيكية المقتبسة من الكتب والمنشورات المختلفة يتم قياسها في ظل ظروف معينة، والتي قد تختلف اختلافًا كبيرًا عن ظروف العمل الفعلية.

عند مواجهة رسومات تصميم منتج سيتم تطويره، يجب أن يتبع اختيار المواد هذه الخطوات:

• أولاً، تحديد ما إذا كان يمكن تصنيع المنتج باستخدام المواد البلاستيكية؛
• ثانيًا، إذا تقرر أنه يمكن استخدام المواد البلاستيكية في التصنيع، فإن اختيار المادة البلاستيكية يصبح العامل التالي الذي يجب مراعاته.

المؤشرات شائعة الاستخدام هي درجة حرارة انحراف الحرارة، ودرجة حرارة مقاومة الحرارة لمارتن، ونقطة تليين فيكات، مع كون درجة حرارة انحراف الحرارة هي الأكثر استخدامًا.

• ضع في اعتبارك مستوى مقاومة الحرارة:
  1. تلبية متطلبات مقاومة الحرارة دون اختيار درجة حرارة عالية جدًا، لأنها قد تزيد التكاليف؛
  2. يفضل استخدام البلاستيك العام المعدل. تنتمي المواد البلاستيكية المقاومة للحرارة في الغالب إلى المواد البلاستيكية الخاصة، وهي باهظة الثمن؛ البلاستيك العام أرخص نسبيًا؛
  3. يفضل استخدام المواد البلاستيكية العامة مع هامش كبير من تعديل مقاومة الحرارة.
• ضع في اعتبارك عوامل البيئة المقاومة للحرارة:
  1. مقاومة الحرارة الفورية وطويلة الأجل؛
  2. مقاومة الحرارة الجافة والرطبة؛
  3. مقاومة تآكل الوسط؛
  4. مقاومة الأكسجين والحرارة الخالية من الأكسجين؛
  5. مقاومة الحرارة المحملة وغير المحملة.

يمكن لمعظم الحشوات المعدنية غير العضوية، باستثناء المواد العضوية، أن تحسن بشكل كبير درجة حرارة مقاومة الحرارة للبلاستيك. تشمل الحشوات الشائعة المقاومة للحرارة: كربونات الكالسيوم، التلك، السيليكا، الميكا، الطين المحروق، الألومينا، والأسبستوس. كلما كان حجم جسيمات الحشو أصغر، كان تأثير التعديل أفضل.

• الحشوات النانوية:
  • 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 مملوء بـ 5% ميكا صناعية، يمكن رفع درجة حرارة انحراف الحرارة من 70 درجة مئوية إلى 145 درجة مئوية.
• الحشوات التقليدية:
  • PBT مملوء بـ 30% تلك، يمكن رفع درجة حرارة انحراف الحرارة من 55 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية؛
  • PBT مملوء بـ 30% ميكا، يمكن رفع درجة حرارة انحراف الحرارة من 55 درجة مئوية إلى 162 درجة مئوية.

يعد تعزيز مقاومة الحرارة للبلاستيك من خلال تعديل التعزيز أكثر فعالية من التعبئة. تشمل الألياف الشائعة المقاومة للحرارة بشكل أساسي: ألياف الأسبستوس، وألياف الزجاج، وألياف الكربون، واللحى، والبولي.

• راتنج بلوري معزز بـ 30% ألياف زجاجية لتعديل مقاومة الحرارة:
  • تم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة لـ PBT من 66 درجة مئوية إلى 210 درجة مئوية؛
  • تم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة لـ PET من 98 درجة مئوية إلى 238 درجة مئوية؛
  • تم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة لـ PP من 102 درجة مئوية إلى 149 درجة مئوية؛
  • تم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة لـ HDPE من 49 درجة مئوية إلى 127 درجة مئوية؛
  • تم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة لـ PA6 من 70 درجة مئوية إلى 215 درجة مئوية؛
  • تم 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؛
  • تم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة لـ PEEK من 230 درجة مئوية إلى 310 درجة مئوية.
• راتنج غير متبلور معزز بـ 30% ألياف زجاجية لتعديل مقاومة الحرارة:
  • تم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة لـ PS من 93 درجة مئوية إلى 104 درجة مئوية؛
  • تم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة لـ PC من 132 درجة مئوية إلى 143 درجة مئوية؛
  • تم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة لـ AS من 90 درجة مئوية إلى 105 درجة مئوية؛
  • تم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة لـ ABS من 83 درجة مئوية إلى 110 درجة مئوية؛
  • تم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة لـ PSF من 174 درجة مئوية إلى 182 درجة مئوية؛
  • تم رفع درجة حرارة انحراف الحرارة لـ MPPO من 130 درجة مئوية إلى 155 درجة مئوية.

يتضمن خلط المواد البلاستيكية لتعزيز مقاومة الحرارة دمج الراتنجات عالية المقاومة للحرارة في الراتنجات منخفضة المقاومة للحرارة، وبالتالي زيادة مقاومتها للحرارة. على الرغم من أن التحسن في مقاومة الحرارة ليس كبيرًا مثل ذلك الذي يتحقق بإضافة معدلات مقاومة الحرارة، 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 فيكات 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.

يستخدم التشابك المتبادل للبلاستيك لتحسين مقاومة الحرارة بشكل شائع في الأنابيب والكابلات المقاومة للحرارة.

• HDPE: بعد معالجة التشابك المتبادل بالسيلاين، يمكن زيادة درجة حرارة انحراف الحرارة من 70 درجة مئوية الأصلية إلى 90-110 درجة مئوية؛
• PVC: بعد التشابك المتبادل، يمكن زيادة درجة حرارة انحراف الحرارة من 65 درجة مئوية الأصلية إلى 105 درجة مئوية.

• فيلم شفاف: تستخدم العبوات PE و PP و PS و PVC و PET، إلخ.، وتستخدم الزراعة PE و PVC و PET، إلخ.؛
• صفائح وألواح شفافة: استخدم PP و PVC و PET و PMMA و PC، إلخ.؛
• أنابيب شفافة: استخدم PVC و PA، إلخ.؛
• زجاجات شفافة: استخدم PVC و PET و PP و PS و PC، إلخ.

تستخدم بشكل أساسي كأغطية مصابيح، وتستخدم بشكل شائع PS و PS المعدل و AS و PMMA و PC.

• هياكل العدسات الصلبة: تستخدم بشكل أساسي CR-39 و J.D؛
• العدسات اللاصقة: تستخدم بشكل شائع HEMA.

• زجاج السيارات: يستخدم بشكل شائع PMMA و PC؛
• الزجاج المعماري: يستخدم بشكل شائع PVF و PET.

تستخدم بشكل شائع PMMA و PC و GF-UP و FEP و PVF و SI، إلخ.

تستخدم الطبقة الأساسية PMMA أو PC، والطبقة الكسوة عبارة عن بوليمر فلورو أوليفين، نوع ميثاكريلات ميثيل مفلور.

تستخدم بشكل شائع PC و PMMA.

PMMA المقوى على السطح، FEP، EVA، EMA، PVB، إلخ.

• أغطية التلفزيون:
  • الحجم الصغير: PP معدل؛
  • الحجم المتوسط: PP معدل، HIPS، ABS، وسبائك PVC/ABS؛
  • الحجم الكبير: ABS.
• بطانات أبواب الثلاجة والبطانات الداخلية:
  • تستخدم بشكل شائع ألواح HIPS، وألواح ABS، وألواح مركبة HIPS/ABS؛
  • حاليًا، ABS هي المادة الرئيسية، فقط تستخدم ثلاجات Haier HIPS المعدل.
• الغسالات:
  • تستخدم الدلاء والأغطية الداخلية بشكل أساسي PP، ويستخدم القليل منها سبائك PVC/ABS.
• مكيفات الهواء:
  • استخدم ABS المقوى، AS، PP.
• المراوح الكهربائية:
  • استخدم ABS، AS، GPPS.
• المكانس الكهربائية:
  • استخدم ABS، HIPS، PP معدل.
• المكواة:
  • غير مقاومة للحرارة: PP معدل؛
  • مقاومة للحرارة: ABS، PC، PA، PBT، إلخ.
• أفران الميكروويف وأجهزة طهي الأرز:
  • غير مقاومة للحرارة: PP معدل و ABS؛
  • مقاومة للحرارة: PES، PEEK، PPS، LCP، إلخ.
• أجهزة الراديو، مسجلات الشرائط، مسجلات الفيديو:
  • استخدم ABS، HIPS، إلخ.
• الهواتف:
  • استخدم ABS، HIPS، PP معدل، PVC/ABS، إلخ.