انتخاب پلیمر مناسب برای تولید محصولات پلیمری

برخی کاربردهای پلیمرهای ترموپلاستیک در صنعت خودرو عبارتند از:

• قاب های صندلی
• سینی باتری
• سپر
• انواع کفی خودرو
• جلو پنجره
• روکش های شیر و ولو
• روکش موتور
• چراغ ها
• داشبورد و فرمان
• کنترلر ها و ...

در بسیاری موارد، رزین های ترموست پلیمری مانند اپوکسی ها، الزامات مورد نیاز در خودرو را براورده نمی کند و استفاده از رزین های ترموپلاستیک در این خصوص راضی کننده است.

مزایای ترموپلاستیک ها نسبت به ترموست ها در ساخت محصولات:

ترموپلاستیک ها در مقایسه با رزین های ترموست دارای دو مزیت عمده هستند: اول اینکه ترموپلاستیک ها دارای مقاومت ضربه بهتری در مقایسه با مواد ترموست هستند. در برخی موارد، این برتری استحکام ضربه در ترموچلاستیک ها گاهی به مقدار 10 برابر می رسد.

دومین برتری ترموپلاستیک ها، قابلیت اصلاح خواص آن ها می باشد. مثلا افزودن الیاف یا افزودنی هایی به ترموپلاستیک ها با واکنش های فیزیکی تحت دما و فشار، بدون نیاز به انجام واکنش های شیمیایی میتواند سبب بهبود خواص آن شود و بنابراین می توانند پس از استفاده، بازیافت شوند و با تقویت و اصلاح خواص، به چرخه مصرف بازگردند.

انتخاب پلیمر درست در کامپوزیت های ترموپلاستیک:

یکی از فاکتورهایی که بر کامپوزیت های ترموپلاستیک تاثیر می گذارد، این است که پلیمر پایه ای که در این ترکیب انتخاب می شود بسیار مهم و تاثیرگذار است. فاکتورهایی که در این انتخاب تاثیر گذار هستند در شکل زیرمشخص است، قیمت، عملکرد در کاربرد مورد نظر، خواص مکانیکی مناسب.

انتخاب ماتریس اصلی پلیمر در یک کامپوزیت به منظور اهداف مد نظر، کار ساده ای نیست، و باید بین پارمترهای گفته شده در شکل بالا، تعادل برقرار شود. به عنوان مثال، ممکن است یک پلیمر، ارزان قیمت باشد و مقاومت در برابر خوردگی خوبی داشته باشد، ولی دمای انتقال شیشه ای بسیار پیینی داشته باشد و ب خزش حساس باشد. یا ماده دیگری ممکن است دمای انتقال شیشه ای بالایی داشته باشد، ولی گران باشد و از مقاومت در برابر حلال نسبتا ضعیفی برخوردار باشد. ترموپلاستیک هایی که دارای خواص مکانیکی خوبی هستند و می توانند در محیط های متنوع تری کار کنند، قیمت بیشتری دارند.

رزین های ترموپلاستیک پرمصرف:

ترموپلاستیک های زیر جزو پرمصرف ترین پلاستیک ها هستند:

• پلی اتیلن PE
• پلی پروپیلن PP
• پلی اتیلن ترفتالات PET
• پلی آمید PA
• پلی فنیلن سولفید PPS
• پلی اتر اتر کتون PEEK

هریک از رزین ها، مزایا و معایب خاصی را محصول نهایی ایجاد خواهند کرد.
قبل از بحث در مورد خصوصیات رزین ها، می توان پلیمرهای ترموپلاستیک در کامپوزیت ها را به دو دسته کلی تقسیم کرد:

• ترموپلاستیک های مقاوم به دمای بالا
• ترموپلاستیک های مهندسی

طبقه بندی، بر اساس حداکثر دمای کاربری پلیمرها می باشد که در واقع به دمای انتقال شیشه ای بر می گردد. دمای انتقال شیشه ای یا Tg، دمایی است که در آن بخش های آمورف یا بی شکل پلیمر در اثر گرما، از حالت شیشه ای به رابری تغییر فاز می دهد. پلیمرهای نیمه بلوری ممکن است در دمایی بالاتر از Tg به این حالت برسند و پلیمر های بلورین یا کریستاله، تا رسیدن به دمای ذوب جامد باقی می مانند. 

در جدول زیر دمای انتقال شیشه ای، دمای ذوب و دمای فرایندی  چند ترموپلاستیک رایج آورده شده است.

فاکتورهای تاثیر گذار در انتخاب یک پلیمر:

به طور کلی، به زبان دیگر سه فاکتور مهم در انتخاب پلیمر نقش دارند، قیمت، محیط کاربری (مقاومت محیطی پلیمر) و خواص مکانیکی

برای محیط کاربری، محدود کننده ها دمای کاربری پلیمر و قرار گیری در معرض نور خورشید، آب و مواد شیمیایی می باشد. در بحث خواص مکانیکی، خواصی مانند استحکام، استیفنس یا سفتی، سختی، زبری و ... بسیار حیاتی می باشند.

قیمت

برای کاربردهای با حجم و تناژ بالا، مثل کاربرد در اتومبیل ها، قیمت رزین های ترموپلاستیک ها، یک فاکتور بسیار مهم و محئدود کننده خواهد بود. بنابراین، رزین هایی که که قیمت پایین تری دارند، مانند پلی پروپیلن و حتی پلی آمید، انتخاب تولید کنندگان برای این هدف می باشند. 

اگرچه شرایط محیطی و کاربری پلیمرها، بر انتخاب ما بسیار تاثیر خواهند گذاشت. برای مثال، پلی آمید ها به رطوبت حساس هستند و ممکن است در اثر قرا گیری در محیطی با رطوبت بالا دچار تخریب یا افت در خواص مکانیکی شوند. بنابراین، اگر در محیط مورد نظر، رطوبت یک جز ثابت و تاثیر گذار باشد، نمی شود از پلی آمید استفاده کرد. به جای آن، پلی پروپیلن به حضور آب و رطوبت حساس نیست و می تواند گزینه مناسبی باشد.

محیط کاربری

همانطور که گفته شد، محیط کاربری محصول فاکتور بسیار مهمی در انتخاب رزین می باشد. بنابراین، اگر مقاومت به رطوبت یا حلال شیمیایی در کاربرد مورد نظر اهمیت داشته باشد، رزین پلیمری با این ویژگی ها باید انتخاب شود.

دما

فاکتور مهم و تاثیرگذار بعدی در انتخاب پلیمر درست و مناسب، دمایی است که محصول نهایی قرار است در آن دما مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین، رزین هایی مانند پلی پروپیلن و پلی بوتیلن ترفتالات که علی رغم داشت قیمت پایین دارای بازه دمایی کاربری پایین هستند در بسیاری موارد مناسب نیستند.  بنابراین، برای کاربردهایی با دمای بالای 100 درجه مناسب نیستند. 

از طرف دیگر، پلیمر هایی با قابلیت استفاده در دماهای بالاتر، مانند PEEK، PEI و ... می توانند در کاربردهایی که نیاز به استقامت در بالای بالا دارند استفاده کرد، اگرچه قیمت بسیار بالاتری نسبت به پلیمرهای پلی اولفینی مانند PP دارند و این یک عیب محسوب می گردد و کاربرد آن ها را محدود کرده است.

آریانام