شناخت مواد پلاستیکی - بخش اول
مواد پلاستیکی: انواع، مزایا و تولید - بخش اول
شناخت مواد پلاستیکی
مواد پلاستیکی مواد مصنوعی هستند که از پلیمرها ساخته شدهاند؛ به عبارت دیگر، زنجیرههای مولکولی بلندی هستند که عمدتا از اتمهای کربن تشکیل شدهاند. این پلیمرها از واحدهای تکرارشونده به نام مونومر ساخته شدهاند. در ساختار این زنجیرهها، اتمهایی مانند هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن و گوگرد یافت میشود. به دلیل این آرایش مولکولی، پلاستیکها را میتوان به طیف وسیعی از انواع رزین با خواص فیزیکی، مکانیکی و حرارتی مختلف مهندسی کرد. پلاستیکها به طور کلی به دو دسته تقسیم میشوند: ترموپلاستیکها و ترموستها که هر کدام بر اساس واکنشی که به گرما نشان میدهند تعریف میشوند. ترموپلاستیکها قابلیت گرم شدن مجدد و تغییر شکل مجدد را دارند که آنها را قابل بازیافت کرده و به طور گسترده در قالب گیری تزریقی پلاستیک، اکستروژن و ترموفرمینگ استفاده میشوند. از سوی دیگر، پلاستیکهای ترموست پس از پخت، دیگر قابل نرم شدن نیستند. آنها با زنجیرههای پلیمری که به صورت متقاطع به یک ساختار سخت متصل شدهاند، مشخص میشوند که نه تنها آنها را غیر قابل بازیافت میکند بلکه برای کاربردهای با کارایی بالا که به پایداری ابعادی، مقاومت شیمیایی و مقاومت در برابر حرارت نیاز دارند، مناسب میسازد.
قبل از ظهور پلاستیک در طول انقلاب صنعتی اواسط قرن نوزدهم، اقلام مصرفی یا قطعات نهایی با استفاده از مواد طبیعی و به راحتی در دسترس ساخته میشدند. چوب فراوان یک انتخاب محبوب بود. برای هزاران سال، فلزاتی مانند آهن و برنز با روشهای ابتدایی ساخته شده و همراه با فرآیندهای مشابهی که برای تولید شیشه استفاده میشدند. با پیشرفت تولید، جستجو برای جایگزینهای سبک، بادوام و مقرون به صرفه توسعه مواد مصنوعی را تسریع کرد. معرفی پلاستیک، نشان دهنده تغییری اساسی در تولید اقلام روزمره و کالاهای صنعتی بود. پلاستیکها به دلیل قابلیت قالب گیری، تطبیق پذیری و دوام توجه دانشمندان و مخترعانی را که در تلاش برای گسترش کاربردهای بالقوه خود بودند، به خود جلب کردند. امروزه، آنها نقش اساسی در ساخت قطعات خودرو، مواد بسته بندی، دستگاههای پزشکی، محصولات مصرفی، عایقهای الکتریکی و اجزای ساختمانی برعهده دارند.
فرمولاسیونهای پلاستیکی را میتوان به طور ویژه برای نمایش خواص و استحکامهای مختلف ساخت. با به کارگیری تکنیکهای متنوع فرآوری شیمیایی، میتوان ویژگیهای پلاستیک مانند چقرمگی، انعطاف پذیری، سختی، مقاومت در برابر ضربه و مقاومت در برابر حرارت را برای اهداف خاص تنظیم کرد. این توانایی سفارشی سازی عملکرد، یکی از دلایلی است که رزینهای پلاستیکی همچنان برای همه چیز، از نمونه سازی اولیه و تولید انبوه گرفته تا تولید صنعتی تخصصی، مورد ارزیابی قرار میگیرند.
بررسی تاریخچه پلاستیکها
استفاده اولیه از کلمه "پلاستیک" به موادی اشاره داشت که "انعطاف پذیر و به راحتی شکل پذیر" بودند و در درجه اول به پلیمرها اطلاق میشد که به معنی "دارای بخشهای زیاد" است. پلیمرهای طبیعی مانند سلولز که دیوارههای سلولی گیاهان را تشکیل میدهند، مدتها قبل از ظهور انواع مصنوعی شناخته شده بودند. ساخت پلیمرهای مصنوعی از نفت و سوختهای فسیلی دانشمندان را قادر ساخت تا پلیمرهایی با زنجیرههای بسیار طولانیتر از پلیمرهای موجود در طبیعت تولید کرده؛ صنعت پلاستیک مدرن را گسترش داده و دری را به روی تولید انبوه باز کنند. در سال ۱۸۵۶ الکساندر پارکس توانست پارکسین، ماده انعطاف پذیر متشکل از نیتروسلولز، الکل، کافور و روغن، را معرفی کرد که به عنوان نقطه شروع صنعت پلاستیک مدرن شناخته میشود. کشف پیشگامانه پارکس، انگیزه پیشرفت بیشتر را در دیگر دانشمندان که به دنبال بهبود فرمول بودند، ایجاد کرد و منجر به تکامل پلاستیکهای معاصر شد.
جان وسلی هایت، با تکیه بر کار پارکس، در سال ۱۸۶۹ پلاستیکی را توسعه داد که به عنوان جایگزین عاج برای توپهای بیلیارد در نظر گرفته شده بود. او این کار را با ترکیب نیترات سلولز با کافور انجام داد که منجر به ساخت ماده قالب گیری شده شبیه به ویژگیهای عاج شد. هایت، با همکاری چارلز بارو، ماشین آلاتی را برای تولید انبوه نوآوری خود ابداع کرده و به پلاستیکها کمک کرد تا از توسعه آزمایشگاهی به تولید تجاری برسند. ساخت پلاستیکهای کاملا مصنوعی با باکلیت آغاز شد که توسط لئو بیکلند در سال ۱۹۰۷ توسعه یافت. باکلیت که از واکنش فنل و فرمالدئید به دست میآید، پیشرفت قابل توجهی در صنعت پلاستیک ایجاد کرد. به دلیل تولید انبوه موفقیت آمیز و مقاومت حرارتی عالی، به طور گسترده برای محصولاتی مانند درزگیرها، لاکها، اجزای الکتریکی و محصولات قالب گیری شده مورد استفاده قرار گرفت. در طول قرن بیستم انواع پلاستیکهای جدید، به ویژه در دوران جنگ جهانی دوم، ظهور کردند که تولید پلاستیک را به طور قابل توجهی افزایش داد. پلاستیکها در کاربردهای نظامی مانند پارچههای مصنوعی، قطعات خودرو و ظروف به عنوان جایگزینی برای لاستیک رایج بودند. پس از جنگ، تولید متناسب با تقاضای مصرف کنندگان تنظیم شده و منجر به رشد نمایی صنعت پلاستیک به یک ضرورت جهانی شد.
کاغذ ماهی که به آن کاغذ فیبر، فیبر ولکانیزه یا فیبر قرمز نیز گفته میشود، همزمان با پلاستیکها توسعه یافت و در سال ۱۸۵۹ توسط توماس تیلور در انگلستان به ثبت رسید. این کاغذ با ولکانیزه کردن الیاف سلولزی تیمار شده با کلرید روی، اسیدها یا بازها و سپس پرس کردن آنها به صورت ورق تولید میشود. این ورقها برای ایجاد ضخامتهایی بین ۲.۴ میلیمتر (۰.۰۹۳ اینچ) تا ۹.۵ میلیمتر (۰.۳۷۵ اینچ) لمینت میشوند. کاغذ ماهی سبک و انعطاف پذیر است و اگرچه مقاومت فوق العادهای در برابر دماهای شدید دارد اما مقاومت آن در برابر بسیاری از پلاستیکها کمتر است. این کاغذ حتی در شرایط سرد نیز استحکام خود را حفظ میکند و به صورت ورق، رول یا کویل موجود است. دوام آن، آن را به انتخابی عالی برای اهداف عایق کاری، به ویژه در عایقهای الکتریکی، کاربردهای واشر و موانع محافظ که در آنها عملکرد حرارتی قابل اعتماد اهمیت دارد، تبدیل کرده است.
در مجموع، مواد پلاستیکی موادی با قابلیت شکل پذیری بالا هستند که به صورت مصنوعی از ترکیبات آلی به نام پلیمرها، به همراه اجزای افزودنی ساخته میشوند. گذشته از شکل پذیری، پلاستیکها معمولا به عنوان موادی سبک، انعطاف پذیر، بادوام، مقاوم در برابر خوردگی و مقرون به صرفه شناخته میشوند. همانطور که گفته شد، پلیمرهای پلاستیکی را میتوان به طور کلی به پلیمرهای ترموپلاستیک و ترموست طبقه بندی کرد. آنها را همچنین میتوان بر اساس پلیمر اصلیشان نیز تقسیم بندی کرد. به لطف شکل پذیری عالی پلاستیکها، روشهای ساخت مختلفی برای آنها وجود دارد از جمله قالب گیری تزریقی، ریخته گری، قالب گیری بادی، قالب گیری چرخشی، قالب گیری فشاری، اکستروژن، کلندرینگ (گرم کردن مواد پلاستیکی و تبدیل آن به فیلم، ورق یا پوشش چندلایه)، ترموفرمینگ (گرم کردن ورق نازک پلاستیکی و کشیدن آن روی قالب) و ریسندگی (پیچاندن و کشش رشتههای کوتاه پلاستیک به الیاف پیوسته). پس از فرآیندهای ساخت اولیه، پلاستیکها همچنین میتوانند مانند فلزات، تحت عملیات ثانویه مانند برش و پانچ قرار گیرند.