توضیحی جامع در خصوص ترموپلاستیکهای مقاوم در برابر گرما
ترموپلاستیکهای مقاومت در برابر حرارت بالا یکی از بخش های رو به رشد بازار پلاستیک هستند. این مواد در محصولات ویژه ای بکار برده میشوند که به خواص منحصر بفردی نیاز دارند.
در این مقاله به اطلاعات حوزه ی ترموپلاستیکهای مقاوم در برابر حرارت مانند ویژگی های کلیدی انها و مقایسه انها با فلزات و ترموستها و مصارف اصلی این مواد در حوزه های مختلف می پردازیم.
ترموپلاستیکهای مقاوم در برابر گرما به چه موادی گفته میشود؟
ترموپلاستیکهای مقاومت در برابر حرارت بالا یکی از بخش های رو به رشد بازار پلاستیک هستند. امروزه بازار ترموپلاستیکهایی که در دمای بالا ذوب شده و فراوری میشوند، چندین زیر مجموعه از خانواده ی پلیمرها را تشکیل میدهد و هر کدام نیز چندین عضو پلیمری دارند. در صنعت پلاستیک از واژه هایی مانند پلیمرهای مهندسی و یا استاندارد یا راحت نیز به منظور توصیف مصارف این مواد استفاده میشود.
این مواد با توجه به کاربردهایی که دارند، باید دارای پایداری گرمایی بلند یا کوتاه مدت، مقاومت شیمیایی و تابشی، مقاومت در برابر سوختگی و خواص مکانیکی منحصر بفردی باشند که در اغلب موارد با فلزات در یک درجه قرار میگیرند.
یکی دیگر از خواص متمایز کننده ی ترموپلاستیکهای مقاوم در برابر حرارت، هزینه انهاست که به طور میانگین ده برابر بیشتر از پلاستیکهای معمولی است که برای مصارف عادی بکار برده میشوند. مقاومت بالای این مواد در برابر حرارت تنها خاصیتی نیست که عده بسیاری را به خود جذب کرده و باعث افزایش رشد مصرف ان شده است. در موارد متفاوتی، مقاومت شیمیای، مقاومت در برابر خرابی و سایر خواص کارکردی ترموپلاستیکها بیشتر از ویژگی های گرمایی ان مورد توجه قرار گرفته و ارزشمند میباشند. این مواد با نام پلاستیکهای برجسته نیز شناخته میشوند.
چه عواملی باعث میشود تا این مواد در مقابل گرما مقاوم باشند؟
ترموپلاستیکهای یاد شده، مقاومت دمایی خود را از حلقه های آروماتیک محکم موجود در ساختارشان بدست می اورند. علاوه بر ان خواص مکانیکی، مقاومت در برابر دمای بالا و مقاومت شیمیایی انها به طور قابل ملاحظه ای افزایش یافته و میتواند برابر و یا حتی بیشتر از پلیمرهای ترموستینگ با پیوندهای متقاطع باشد.
بهبود عملکرد پلاستیکهای مقاوم در برابر گرما
ترموپلاستیکهای یاد شده این قابلیت را دارند تا با ترکیب و تغییر، به مقدار زیادی بهبود پیدا کنند. با استفاده از مواد استحکام دهنده مختلفی مانند فایبر گلاس میتوان مقاومت ماده در برابر گرما و استحکام و سختی ان را در مقایسه با پلیمرهای بازی به مقدار بیشتری افزایش داد. مواد افزودنی همانند فلوئوروکربن یا ذرات گرافیتی به طور قابل ملاحظه ای خواص اصطکاکی ماده در محصولات کشویی را بهبود می بخشند.
طبقه بندی رزین های ترموپلاستیک با مقاومت بالای گرمایی
این رزین های ترموپلاستیکی گوناگون برای تولید محصولات متعددی در صنایع مختلف به کار برده میشوند. معمولا رزینهای ترموپلاستیکهای مقاوم در برابر گرما با توجه به دمای مکرر مصرف و یا شاخص گرمایی نسبی بالا تر از 150 درجه سانتی گراد طبقه بندی میشوند. این دماها به عنوان دمای کارکردی قابل موثر برای ماده در نظر گرفته میشوند. اگرچه تعیین دمای بیشینه کارکردی برای یک ماده پلیمری باید با دقت خاصی صورت گیرد زیرا پلاستیکها در دمای بالا نه تنها نرم میشوند بلکه ممکن است تنزل خواصی هم داشته باشند.
پلاستیکهایی که در دمای بالا نرم میشوند ولی در دمایی پایین تر خواص خود را از دست میدهند، فقط میتوانند برای مواردی به کار برده شوند که در معرض دمایی کمتر از دمای تنزل خواص قرار میگیرند. دمای بیشینه مصرف مکرر نیز به نحوه تعریف شما از مصرف مکرر وابسته است. فاکتورهایی مانند زمان و فشار و همچنین ساختار پلیمر و مواد افزوده شده، تغییر دهنده و یا تقویت کننده همگی در پاسخ این سوال موثر هستند.
هر نوعی از رزین های ترموپلاستیک مقاوم در برابر گرما، دارای مزایا و معایب ویژه خود هستند و این خواص با توجه به ویژگی های فراوری و خواص عملکردی تعیین میشوند. معمولا انتخاب این ترموپلاستیکها با ارزیابی معایب و مزایای انها برای محصول مورد نظر و هزینه موجود صورت میگیرد.
برخلاف میانگین بالای هزینه ای در ترموپلاستیکها در مقایسه با سایر پلاستیکهای مهندسی و وضعیت اشفته ی بازار امروزه جهانی، هنوز هم این استفاده از این نوع از رزین های ترموپلاستیکی در حوزه ی صنعت پلاستیک با رشد روز افزونی همراه است . امروزه این مواد شامل انواعی از پلیمر ها میشوند مانند پلی ایمیدهای فراوری شده در حالت ذوب، پلیمرهای سولفونی، پلیاری لترکتونها و پلی فنیل سولفاید و سایر موارد.
ساختار ترموپلاستیکهای مقاوم در برابر گرما
ترموپلاستیکهای مقاوم در برابر گرما همانند سایر انواع پلیمرها از دو ساختار مولکولی متفاوت تشکیل شده اند: بی شکل که به صورت نامنظمی کنار هم قرار میگیرند و بلورین که نظمی ویژه دارند. معمولا از ترموپلاستیکهای بی شکل و یا نیمه بلورین برای کارهای عملی استفاده میشود تا هر دو خواص بی شکل و بلورین را داشته باشند. یکی از تمایزهای اصلی بین این دو مورد، نحوه پاسخگویی انها به دمای بالاست.
هر دو نوع یاد شده در صنایع خودروسازی، هواو فضا، پزشکی و صنایع الکترونیک و الکتریکی به کار برده میشوند زیرا در این موارد به خواص ویژه ای نیاز است.
خواص و معایب ترموپلاستیکهای مقاوم در برابر گرما در مقایسه با فلزات
ترموپلاستیکهای مقاوم در برابر گرما دارای دمای عملیاتی مکرر بالای 150 درجه سانتی گراد میباشند. اگرچه توانایی این مواد در تحمل دمای بالا خواص دیگری را هم بوجود می اورد که ارزشمند هستند مانند مقاومت ماده در برابر فرسودگی و مواد شیمیایی خطرناک. همچنین این مواد در مقایسه با فلزات وزن خیلی کمتری هم دارند و در صنایع خودروسازی این موضوع به خوبی به چشم میخورد. به همین دلیل جایگزین مناسبی برای فلزات است.
ترموپلاستیکهای مقاوم در برابر گرما در مقایسه با ترموست ها
ترموپلاستیکهای مقاوم در برابر گرما در اغلب موارد به عنوان جایگزینی برای پلیمرهای ترموست انتخاب میشوند مانند اپوکسی ها، فنولیک و پلی استرها و سایر موارد. این مواد به خوبی دمای بالا را تحمل میکنند و دمای گذار شیشه نیز در انها بالاست. همچنین سختی و محکمی و شکل پذیری انها بسیار منحصر بفرد میباشد. به طور کلی، خواص رزینهای ترموپلاستیک خالص در مقایسه با رزینهای ترموست بهتر بوده و کاربردهای بیشتری دارد.
دمای بالای گذار شیشه در ترموپلاستیکها منجر به ناروانی بالای ذوب میشود که خود عاملی برای دشواری در ترکیب با سایر مواد و تغییر به ماده نهایی میشود. برای کاهش حالت چسبندگی در هنگام ذوب، باید دمای بیشینه ی فراوری به دمای تجزیه ماده نزدیک باشد. به عنوان مثال پلی ایمیدها دارای دمای گذار بالایی بوده ولی فراوری انها در وضعیت ذوب شده دشوار است. توسعه ی ترموپلاستیکهای مقاوم در برابر گرما که حالت سیالی داشته باشند و از خواص ویژه ای نیز برخوردار باشند، از موضوعات در حال توسعه در این صنعت است.
چه بخش هایی در بازار به این پلاستیکها اختصاص داده شده اند و این مواد چه مصارفی دارند؟
1.خودروسازی
از ترموپلاستیکهای مقاوم در برابر گرما به منظور تولید محصولات متفاوتی در صنعت خودروسازی استفاده میشود. ارزشمند ترین خواص این ماده در این حوزه، تحمل ان در برابر دمای بالا، پایداری ابعادی، قدرت و مقاومت در برابر حیطه ای گسترده از مواد شیمیایی مختلف است. ویژگی های یاد شده باعث شده اند تا ترموپلاستیکها به عنوان جایگزینی برای مواد مصرفی قدیمی مانند ترموست ها و فلزات مورد استفاده قرار گیرند. به طور کلی، مصرف پلاستیک در دهه اخیر به دلیل سبکی و صرفه جویی در مصرف سوخت رشد کرده است. پلاستیکها از چنین خواصی نیز برخوردارند:
صنعت خودروسازی بزرگترین بازار موجود برای ترموپلاستیکهایی از جمله PPS,PEI,PEEK است.
کاهش هزینه ها و وزن این نو پلاستیکها همچنان بر وضعیت اتی بازار اثر خواهد گذاشت. ملاحظات زیست محیطی نیز نقش مهمی در هزینه چرخه عمر دارند. نیاز به بازیافت پلاستیک در پایان طول چرخه ی عمر خودرو، روز به روز بیشتر میشود. همچنین تقاضا برای موادی با کیفیت بالاتر و برخورداری از خواصی مانند ایمنی، راحتی و زیبایی روندی صعودی خواهد داشت.
2.هوافضا
در بازار هوافضا، PEEKجایگزین الومینیوم و سایر فلزات کاربردی در محصولات مختلف شده است. این پلیمر ترکیبی از خواص منحصربفرد فیزیکی و گرمایی را به همراه سبکی و سهولت فرآوری ارائه میکند. مقادیر بالایی از اجزای با حجم زیاد و تحمل خوب را میتوان با با هزینه پایین شکل داد و بدون تغییر یا سرهم بندی انها را مورد استفاده قرار داد. مصارف ماده یاد شده در صنعت هوافضا عبارتند از:
3.الکترونیک و برق
مواردی که در حوزه برق و الکترونیک دارای اهمیت بسزایی هستند و همچنین بر انتخاب پلاستیک و عملکرد ان موثرند، عبارتند از :
4.محصولات صنعتی
محصولات صنعتی به طور ویژه ای به موادی نیاز دارند که بتوانند اصطکاک ناشی از لغزش قطعات بروی هم و دمای بالا را تحمل نماید و همچنین مقاومت خوبی در برابر مواد شیمیایی داشته باشد. ماشین ها و تجهیزات صنعتی معمولا باید در دمای بالا و به مدتی طولانی کار کنند و در مقابل مواد شیمیایی نیز اسیب پذیر نباشند. این مواد به تازگی جایگزینی برای فلزات و ترموستها شده اند و جایگاه خود را در این صنعت پیدا کرده اند.
5.تجهیزات پزشکی
چشم انداز اینده ترموپلاستیکهای مقاوم در برابر گرما در حوزه تجهیزات و ابزارهای پزشکی بسیار روشن است. از انجایی که این مواد انعطاف زیادی دارندو از نظر هزینه و عملکرد نیز مطلوب میباشند، همچنان به جای مواد سنتی و برای ساخت تجهیزات پزشکی مورد استفاده قرار خواهند گرفت.
از ترموپلاستیکهای ذیل برای تولید ابزارهای پزشکی استفاده میشود:
