معلومات أساسية عن البلاستيك

أصل البلاستيك

كلمة "Plastics" بالإنجليزية مشتقة من الكلمة اليونانية "plastics"، والتي تعني "التشكيل" و"التطوير".

تم اشتقاق مصطلح البلاستيك من خصائص المادة نفسها، والتي تعني "قابلة للتشكيل بحرية".

تصنيف البلاستيك

1. التصنيف حسب مجالات التطبيق

(1) البلاستيك العام: يمكن استخدامه فقط كمواد غير إنشائية، ويتميز بحجم إنتاج كبير، وسعر منخفض نسبياً، وأداء متوسط، وتعدد الشركات المصنعة له.

(2) البلاستيك الهندسي: يمكن استخدامه كمواد إنشائية ذات خصائص ميكانيكية وكهربائية ممتازة، ومقاومة للحرارة والمواد الكيميائية، وثبات في الأبعاد وقابلية للتشغيل، إلخ.

(3) يمكن تقسيمه إلى بلاستيك هندسي عام وبلاستيك هندسي خاص. يتميز الأخير بأداء أعلى، وحجم إنتاج أصغر، وعدد قليل من الشركات المصنعة، وسعر بيع أعلى.

1. التصنيف وفقاً للخصائص الفيزيائية والكيميائية للبلاستيك:

(1) اللدائن الحرارية (Thermoplastics): أثناء عملية المعالجة، يتغير الحجم الفيزيائي فقط بشكل عام. أي أنها مواد بلاستيكية يمكن تسخينها وتليينها وتبريدها لتتصلب بشكل متكرر ضمن نطاق درجة حرارة محدد. (أمثلة شائعة: كلوريد البوليفينيل، البولي إيثيلين، البولي بروبيلين، البوليسترين، ABS، SAN، النايلون، البولي فورمالدهيد، البولي كربونات، إيثر البوليفينيلين، بولي ميثاكريلات، البولي يوريثين، بولي إيثيلين تيريفثاليت).

(2) اللدائن المتصلدة بالحرارة (Thermosetting plastics): تحدث تغيرات كيميائية أثناء المعالجة. عند تسخينها، تبدأ في التليين وتكتسب درجة معينة من اللدونة. ومع ذلك، مع استمرار التسخين، تتصلب الراتنجات وتتشكل. وإذا أُعيد تسخينها، فلا يمكن إعادة تشكيلها بشكل عام، بل يمكن فقط سحقها لاستخدامها كحشوة.

تنقسم اللدائن الحرارية إلى بلاستيك بلوري وبلاستيك غير متبلور

• تطبيقات البلاستيك: البلاستيك البلوري: الأفلام، الغسالات، التروس، الأنابيب، خوذات الأمان، منتجات الألياف، أجسام أحذية التزلج
• البلاستيك غير المتبلور: أغلفة التلفزيون، اللوازم المكتبية، الأنابيب، الألواح، القطاعات الجانبية، شفرات المراوح والهواتف المحمولة
• اللدائن المتصلدة بالحرارة: التغليف، المواد اللاصقة، الصواني، كرات البلياردو، أحواض الاستحمام، إلخ.
• البلاستيك المرن (Elastomer): الرغوة، الأحزمة، الحبال، الأفلام، كرات البولينج، إلخ. (المطاط الصناعي هو أيضاً بلاستيك حراري)
• يتم فصل المواد البلورية وغير المتبلورة بسبب اختلاف الهياكل الجزيئية.

(1) البلاستيك البلوري: PA، PP، PE، POM، PBT، PET، PPO؛;

(2) البلاستيك غير المتبلور: PC، ABS، PS، PVC، PMMA.

يتميز البلاستيك البلوري بنقطة انصهار واضحة، وتترتب الجزيئات بانتظام عندما تكون في الحالة الصلبة. تسمى المنطقة المرتبة بانتظام بالمنطقة البلورية، وتسمى المنطقة غير المرتبة بالمنطقة غير المتبلورة، وتسمى النسبة المئوية للمنطقة البلورية بالتبلور. بشكل عام، تسمى البوليمرات التي تزيد نسبة تبلورها عن 80% بالبلاستيك البلوري.

العوامل المؤثرة على التبلور

(1) هيكل سلسلة البوليمر: البوليمرات ذات التماثل الجيد، التي لا تحتوي على فروع أو تحتوي على القليل منها، ذات المجموعات الجانبية الصغيرة، والقوى الجزيئية الكبيرة، يسهل تقاربها وتكون عرضة للتبلور.

(2) درجة الحرارة: يتحرك البوليمر من الملفات غير المرتبة إلى سطح البلورة النامية. عندما تكون درجة حرارة القالب أعلى، تزداد حركة البوليمر ويتسارع التبلور.

(3) الضغط: إذا كانت هناك قوة خارجية أثناء عملية التبريد، فيمكنها أيضاً تعزيز تبلور البوليمر. لذلك، يمكن زيادة ضغط الحقن وضغط التثبيت أثناء الإنتاج للتحكم في درجة تبلور البلاستيك البلوري.

(4) عامل التنوي: نظراً لأن درجة الحرارة المنخفضة تساعد على التنوي السريع، ولكنها تبطئ نمو الحبيبات. لذلك، ولحل هذا التناقض، تُضاف عوامل التنوي إلى مادة التشكيل، بحيث يمكن معالجة البلاستيك عند درجات حرارة قالب عالية، مما يؤدي إلى تبلور سريع.

تأثير التبلور على خصائص البلاستيك

(1) الخصائص الميكانيكية: التبلور يجعل البلاستيك هشاً (تقل قوة الصدم)، ويزيد من صلابته، ويقلل من ليونته.

(2) الخصائص البصرية: التبلور يجعل البلاستيك غير شفاف لأن تشتت الضوء يحدث عند الواجهة بين المنطقة البلورية والمنطقة غير المتبلورة. إن تقليل حجم البلورات الكروية إلى درجة معينة لا يزيد فقط من قوة البلاستيك (تقليل العيوب بين الحبيبات) ولكنه يحسن أيضاً الشفافية (لا يحدث تشتت عندما يكون حجم البلورات الكروية أصغر من الطول الموجي للضوء).

(3) الخصائص الحرارية: لا يظهر البلاستيك البلوري في حالة مرنة للغاية عند ارتفاع درجة الحرارة. عندما ترتفع درجة الحرارة إلى درجة حرارة الانصهار TM، فإنها تظهر حالة تدفق لزج. لذلك، تزداد درجة حرارة استخدام البلاستيك البلوري من Tg (درجة حرارة الانتقال الزجاجي) إلى TM (درجة حرارة الانصهار).

(4) مقاومة المذيبات، والنفاذية، وما إلى ذلك، تتحسن لأن المكونات البلورية مرتبة بشكل أكثر تقارباً.

البلاستيك البلوري لآلات وقوالب الحقن

(5) يتطلب البلاستيك البلوري طاقة أكبر لتدمير الشبكة البلورية عند الانصهار، لذا يجب إدخال المزيد من الحرارة عند التحول من الحالة الصلبة إلى الحالة المنصهرة. لذلك، يجب أن تكون قدرة التلدين لآلة حقن البلاستيك كبيرة، ويجب أن يكون حجم الحقن الأقصى كبيراً أيضاً، مما يتطلب زيادة مقابلة.

(6) نطاق درجة انصهار البلاستيك البلوري ضيق. لمنع بلورات المطاط من سد الفوهة عند انخفاض درجة حرارتها، يجب توسيع فتحة الفوهة بشكل مناسب، وتركيب حلقة تسخين يمكنها التحكم بشكل مستقل في درجة حرارة الفوهة.

(7) نظراً لأن درجة حرارة القالب لها تأثير مهم على التبلور، يجب أن يكون هناك أكبر عدد ممكن من قنوات المياه في القالب لضمان درجة حرارة موحدة للقالب أثناء التشكيل.

(8) تخضع البلورية لانكماش حجمي كبير أثناء عملية التبلور، مما يسبب انكماشاً كبيراً في التشكيل. لذلك، يجب مراعاة انكماش التشكيل بعناية في تصميم القالب.

(9) نظراً للتباين الكبير والإجهاد الداخلي الكبير، يجب الانتباه إلى موقع وحجم البوابة، وموقع وحجم أضلاع التقوية في تصميم القالب، وإلا سيحدث تشوه التواء بسهولة، وسيكون من الصعب جداً تحسينه من خلال عملية التشكيل.

(10) ترتبط درجة التبلور بسمك جدار الجزء البلاستيكي. يبرد سمك الجدار ببطء، وتكون البلورية عالية، ويكون الانكماش كبيراً، وتكون ثقوب الانكماش والمسام عرضة للحدوث. لذلك، يجب الانتباه إلى التحكم في سمك جدار الجزء البلاستيكي أثناء تصميم القالب.

عملية تشكيل البلاستيك البلوري

(1) الحرارة المنبعثة أثناء التبريد كبيرة، لذا يجب تبريدها بالكامل. انتبه إلى التحكم في وقت التبريد عند التشكيل في درجات حرارة قالب عالية.

(2) الفرق في الثقل النوعي بين الحالة المنصهرة والحالة الصلبة كبير، مما يؤدي إلى انكماش كبير في القالب وعرضة للانكماش والمسام. انتبه إلى ضبط ضغط التثبيت.

(3) عندما تكون درجة حرارة القالب منخفضة، يكون التبريد سريعاً، وتكون البلورية منخفضة، والانكماش صغيراً، والشفافية عالية. ترتبط درجة البلورية بسمك جدار الجزء البلاستيكي. عندما يكون سمك جدار الجزء البلاستيكي كبيراً، يكون التبريد بطيئاً، وتكون البلورية عالية، والانكماش كبيراً، والخصائص الفيزيائية جيدة. لذلك، يجب التحكم في درجة حرارة قالب اللدائن البلورية حسب الحاجة.

(4) التباين في الخواص كبير والإجهاد الداخلي كبير. تميل الجزيئات غير المتبلورة إلى الاستمرار في التبلور بعد إخراجها من القالب. وهي في حالة عدم توازن طاقي وعرضة للتشوه والاعوجاج. يجب زيادة درجة حرارة المادة بشكل مناسب وزيادة درجة حرارة القالب إلى مستوى متوسط. وكذلك ضغط الحقن وسرعة الحقن.

اختلافات ما بعد المعالجة

(1) سطح البلاستيك البلوري أملس ولا يمكن طلاؤه أو كرومته. من الصعب تزيين السطح. الألوان المطلية حالياً ليست طويلة الأمد وتتساقط بسهولة. على سبيل المثال، عند الرش أو الطباعة أو تلوين أكياس التغليف، يُستخدم عادةً التفريغ الكهربائي عالي التيار لطباعة الألوان، لكنها ليست طويلة الأمد ويصعب العثور على مادة لاصقة مناسبة.

(2) يمكن لسطح البلاستيك غير المتبلور امتصاص جزيئات أخرى، مثل الحبر، وطلاء الكروم، والطلاء بالرش، وما إلى ذلك. لذلك، تُصنع أغلفة المنتجات العامة، وعلب الساعات، وعلب التلفزيون، وما إلى ذلك من البلاستيك غير المتبلور، وهو سهل التزيين ولا يسهل تقشره.