نوآوری‌ها در پلاستیک های مقاوم به دما و فشار
یکی از نقاط ضعف پلاستیک ها عدم مقاومت بالای آن ها در برابر دما و فشار است. که همین ضعف موجب گردیده تا در برخی از صنایع کمتر از آن ها استفاده شود. اما تحقیقات در این حوزه موجب نوآوری هایی شده است که این نقص را هم پوشش دهد. واقعا این روز ها از علم هیچ چیزی بعید نیست. در این مقاله به نوآوری ها و پلاستیک های مقاوم می پردازیم. تا انتها همراه ما باشید.
پلاستیک مقاوم به دما و فشار چیست؟
استفاده از این نوع از پلاستیک ها موجب افزایش طول عمر قطعات، کاهش وزن در مقایسه با فلزات و بهبود بهره‌وری و کاهش هزینه‌ها در صنایع مختلف می شود. اما قبل از هر چیز بیاید در این رابطه بدانیم که به چه پلاستیک هایی مقاوم گفته می شود و اصلا از کجا آن ها را شناسایی کنیم. به احتمال بسیار زیاد این نوع پلاستیک ها جزو پلاستیک هایی مانند سفره های یک بار مصرف و کیسه های زباله که ما هر روزه از آن ها استفاده میکنیم نیستند.
ویژگی پلاستیک های مقاوم
از ویژگی های این نوع از پلاستیک ها، مقاومت حرارتی بالا می باشد.جالب است بدانید که این پلاستیک‌ها می‌توانند دماهای بالای 200 تا 400 درجه سانتی‌گراد را تحمل کنند. علاوه بر این در برابر فشارهای بالا، از جمله فشارهای ناشی از نیروهای مکانیکی یا هیدرواستاتیکی، مقاوم هستند. در نتیجه مقاومت مکانیکی خوبی هم دارند.
در سمت دیگر معمولاً در برابر مواد شیمیایی خورنده و حلال‌ها مقاومت خوبی دارند و عایق الکتریکی هم که خب قطعا هستندو این موضوع در پلاستیک ها یک موضوع عادی است. بسیاری از این پلاستیک‌ها خواص عایق الکتریکی قوی دارند، که آنها را برای صنایع الکترونیک مناسب می‌کند.
پلاستیکهای مقاوم به دما و فشار از چه مواد اولیه ای تشکیل شده اند؟
پلی‌آمید(Nylon) ، پلی‌اترایمید(PEI) ، پلی‌اتراِترکتون(PEEK)، پلی‌کربنات و تفلون مواردی هستند که برای تولید پلاستیکهای مقاوم و مواد پیشرفته صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. در ادامه به کاربرد هر کدام می پردازیم:
پلی‌آمید: مقاوم در برابر دما و فشار، مناسب برای قطعات مکانیکی هستند.
پلی‌اترایمید: برای کاربردهای صنعتی با دماهای بسیار بالا مورد استفاده قرار می گیرند.
پلی‌اتراِترکتون: یکی از مقاوم‌ترین پلیمرها برای محیط‌های سخت می باشد.
پلی‌کربنات: مناسب برای کاربردهای نیازمند به مقاومت حرارتی و ضربه‌ای هستند.
تفلون: بسیار مقاوم به حرارت و مواد شیمیایی می باشد و برای این کاربردها بیشتر مورد استفاده است.
کاربرد پلاستیکهای مقاوم در صنایع
در صنایع خودروسازی برای ساخت قطعات موتوری و سیستم‌های اگزوز مورد استفاده قرار می گیرند. در صنایع فضایی جهت تولید قطعات هواپیما و فضاپیما کاربرد دارند. در تجهیزات پزشکی برای ساخت ابزارهایی که نیاز به استریل شدن در دماهای بالا دارند، کاربردی هستند. در نهایت در تاسیسات نفت و گاز، قطعاتی که تحت فشار و دمای شدید در اعماق زمین کار می‌کنند با استفاده از این نوع پلاستیک ها ساخته می شوند.
مزایا و معایب پلاستیک های مقاوم به دما و فشار
مزایا و معایب پلاستیک های مقاوم به دما و فشاربه تفضیل در بالا به مزایای این نوع از پلاستیک ها پرداختیم. علاوه بر موارد گفته شده در برابر فرسایش و خوردگی دوام بالایی دارند در نتیجه می توان گفت طول عمر بالا از مزیت های فوق العاده این پلاستیک هاست. از سوی دیگر به دلیلی سبک بودنشان، موجب کاهش وزن کلی تجهیزات می شود، که به افزایش بهره‌وری و کاهش مصرف انرژی کمک می‌کند. در نتیجه جایگزین مناسب برای فلزات سنگین هستند، به‌ویژه در صنایعی مانند هوافضا و خودروسازی که جرم عنصر مهمی است.
معایب
قیمت مواد اولیه و فرآیند تولید این پلاستیک‌ها نسبت به پلاستیکهای معمولی بیشتر است. در نتیجه برای کاربردهای عمومی اقتصادی نیستند. علاوه بر این برای تولیدشان نیاز به تجهیزات خاص و فناوری پیشرفته هست و البته که فرایند قالب گیری هم زمان بر می باشد.
از نظر زیست محیطی بسیاری از پلاستیک های مقاوم به دما و فشار بازیافت پذیر نیستند و ممکن است تأثیر منفی بر محیط‌زیست داشته باشند. بعضی از این پلاستیک ها در مواجهه با اشعه UV یا حرارت مداوم ممکن است دچار کاهش عملکرد شوند. در نتیجه راه برای بهبود شان بسیار است.
فناوری‌های جدید در تولید پلاستیک های مقاوم به دما
با دستکاری هایی که در ساختار زنجیره های پلیمری و تقویت پیوندهای شیمیایی انجام می شود، پلاستیک هایی با مقاومت حرارتی بسیار بالا (تا بیش از 400 درجه سانتی‌گراد) تولید می‌شوند. از افزودنی هایی مانند الیاف شیشه یا کربن، نانوذرات سرامیکی و نانوکامپوزیت‌ها برای افزایش کارایی این نوع از پلاستیک ها استفاده می شود. همچنین از ترکیب افزودنی‌های جدید مانند فسفر و آلومینا برای ایجاد پلاستیک هایی که در برابر شعله و حرارت بالا مقاوم‌ترند، استفاده می شود.
برای تولیدشان از پرینتر های سه بعدی که مواد اولیه شان موادی مانند PEEK و PEI هستند استفاده می شود. چرا که قابلیت تولید قطعات پیچیده با دقت بالا را در صنایع هوافضا و پزشکی فراهم می‌کنند. علاوه بر این روش‌های نوین قالب‌گیری و پردازش برای تولیدشان استفاده می شود. که شامل قالب‌گیری تزریقی پیشرفته ، پلاسما پلیمرایزاسیون و اکستروژن چندلایه می باشد.
نحوه انتخاب پلاستیک مناسب برای کاربردهای خاص دما و فشار بالا
برای انتخاب مناسب باید بدانید که چه می خواهید، در نتیجه موارد زیر را مد نظر قرار دهید:
ویژگی‌های مکانیکی مورد نیازتان
مقاومت پلاستیک در برابر کشش و شکست چقدر باید باشد. تحت بار های مداوم باید شکل خود را حفظ کند؟ در برابر شوک های مکانیکی و ضربات چطور؟
مقاومت شیمیایی
آیا پلاستیک در معرض مواد شیمیایی خورنده، حلال‌ها یا روغن‌ها قرار می‌گیرد؟ دقت کنید که موادی مانند پلی‌اتراترکتون (PEEK) یا تفلون (PTFE) معمولاً مقاومت شیمیایی بالایی دارند.
بررسی سازگاری حرارتی
مشخص کنید پلاستیک باید چه دمایی را تحمل کند (به‌عنوان‌مثال، دماهای بالای 200 درجه سانتی‌گراد).
پلاستیکی انتخاب کنید که تغییرات ابعادی آن در اثر دما حداقل باشد. و مطمئن شوید که ماده در بازه دمایی مشخص‌شده عملکرد پایداری را از خود نشان می دهد.
خواص خاص کاربردی
ممکن است در کار شما یکسری موارد خاص وجود داشته باشد که باید آن ها را هم در نظر بگیرید. به عنوان مثال اگر احتمال وجود شعله یا حرارت مستقیم وجود دارد، پلاستیکهای ضد شعله مانند PEI یا PPS مناسب هستند. در صنایع الکترونیک، به پلاستیک‌هایی با مقاومت بالا در برابر جریان الکتریکی نیاز است. در صورت تماس با قطعات متحرک، پلاستیک هایی با مقاومت سایشی بالا مانند پلی‌آمید (Nylon) گزینه خوبی است.
ارزیابی هزینه‌ها
بهتر است یک تعادل بین هزینه پلاستیک و عملکرد مورد انتظار در نظر بگیرید. مواد پیشرفته‌تر مانند PEEK گران تر هستند، اما در برخی کاربردها واقعا ضروری‌اند. و البته بررسی کنید آیا پلاستیک مورد نظر با روش تولید (قالب‌گیری تزریقی، اکستروژن، پرینت سه‌بعدی) سازگار است؟ چرا که هر کدام از این روش ها هزینه هایی کاملا متفاوت از هم دارند.
مشاوره با متخصصین این حوزه
در نهایت مهم ترین موضوع این است که بعد از شناخت نیاز هایتان برای اطمینان از انتخاب درست، با تولیدکنندگان پلاستیک و شرکت های تولید کننده بزرگی مانند وستا پلیمر نیک یا مهندسان مواد مشورت کنید. می توانید از آزمایشگاه ها بخواهید تست های مکانیکی و حرارتی را روی مواد مختلف انجام دهند تا از عملکرد آنها در شرایط واقعی اطمینان حاصل کنید.
امتیاز 5.00 از 1 رای
با دیگران به اشتراک بگذارید تا ژتون بگیرید!
