چرا در تزریق پلاستیک از پلیمرها استفاده می‌شود؟
پلیمرهای پلاستیکی مواد بسیار متنوعی هستند، به‌همین‌دلیل است که معمولاً در قالب‌گیری تزریقی از آن‌ها استفاده می‌شود. محصولات تزریق پلاستیک در بخش‌های مختلف، از بسته‌بندی مواد غذایی و نوشیدنی گرفته تا منسوجات و قطعات الکترونیکی وتجهیزات پزشکی و موارد دیگر استفاده می‌شوند؛ اما با این کاربرد گسترده، هنوز هم تقاضای پلاستیک در جهان رو به افزایش است، به‌طوری‌که فقط در سال 2019 بیش‌از 368 میلیون تن پلاستیک در جهان تولید شد. ترموپلاستیک‌ها رایج‌ترین انواع پلاستیک در فرایندقالب‌گیری تزریقی هستند که فرآیند ذوب را طی می‌کنند. ازطرف‌دیگر، ترموست‌ها کمتر رایج هستند و نمی‌توانند مانند ترموپلاستیک‌هاذوب شوند. پلاستیک‌ها را می‌توان به هر شکلی درآورد و در طیف گسترده‌ای از رنگ‌ها و پرداخت‌ها تولید کرد. به‌طورکلی، پلاستیک سبک‌وزن است، تمیز نگه‌داشتن آن ساده است، به‌راحتی بازیافت می‌شود و می‌تواند برای محافظت از سایر اجزای حساس مثل قطعات الکترونیکی به کار رود. حال در این مقاله قصد داریم ببینیم که چرا در تزریق پلاستیک از پلیمرها استفاده می‌شود ومواد ایده‌آل برای فرایند تزریق پلاستیک چه چیزهایی هستند؟
چرا در تزریق پلاستیک از پلیمرها استفاده می‌شود و کدام پلاستیک‌ها برای این فرایند مناسب‌ترند؟
اکنون وقت آن رسیده است تا به این سوال رایج پاسخ دهیم که چرا در تزریق پلاستیک از پلیمرها استفاده می‌شود؟ مواد مورد استفادهدر قالب‌گیری تزریقی پلاستیک‌ها، عموماً ترموپلاستیک‌ها هستند. صدها ترموپلاستیک کشف‌شده در جهان وجود دارد؛ اما رایج‌ترین ترموپلاستیک‌های مورد استفاده در قالب‌گیری تزریقی عبارت‌اند از:
● پلی‌پروپیلن؛
● پلی‌اتیلن؛
● اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS).
این ۳ ماده ترموپلاستیک همیشه در فرایند تزریق پلاستیک مورد استفاده قرار می‌گیرند. آن‌ها مقرون‌به‌صرفه و بادوام هستند ومی‌توانند تنش‌های ناشی از استفاده مداوم را تحمل کنند. شما احتمالاً هر روز از محصولات ساخته‌شده از این ۳ ماده استفاده می‌کنید؛ به‌عنوان مثال، ABS ترموپلاستیکی است که برای ساخت صفحه کلید لپ‌تاپ و قطعات گوشی استفاده می‌شود.
برای مشاهده انواع محصولات سایپا و ایران خودرو در فروشگاه نوبخت کلیک کنید.
اترموپلاستیک‌ها دقیقا چه هستند؟
ترموپلاستیک‌ها پلاستیک‌هایی هستند که هنگام گرم‌شدن ذوب می‌شوند و قالب‌گیری از طریق فرایند تزریق پلاستیک را امکان پذیرمی‌کنند. امروزه بیشتر محصولات پلاستیکی مورد استفاده‌ی بشر با استفاده از ترموپلاستیک‌ها (به دلیل تنوع این مواد، و ذوب و شکل پذیری راحت آن‌ها) ساخته می‌شوند. البته برخی از ترموپلاستیک‌ها بسیار محکم و سفت‌اند، درحالی‌که بیشتر آن‌ها انعطاف‌پذیر ولاستیک مانند هستند. برخی از آن‌ها شفاف و برخی دیگر هم مات هستند. همین تنوع است که باعث می‌شود ترموپلاستیک‌ها به یکماده جذاب برای فرایند تزریق پلاستیک تبدیل شوند.
برخی دیگر از مواد رایج مورد استفاده برای قالب‌گیری تزریقی عبارت‌اند از:
● پلی‌کربنات؛ نایلون؛
● اکریلیک؛
● پلی‌اکسی متیلن.
هر کدام از این مواد مزایا و معایب خود را دارند و به‌همین‌دلیل است که هنگام تعیین مواد برای شروع فرایند تزریق پلاستیک، باید به نحوه استفاده از محصول نهایی فکر کنید. مثلاً یک طراح و مهندس ساخت قبل‌از انتخاب یک پلیمر برای ساخت محصولی خاص به سوالات زیر فکر می‌کند:
● آیا محصول من باید از نظر مواد غذایی ایمن باشد؟
● آیا نیاز به تحمل گرما دارد؟
● مقاومت در برابر اشعه ماوراء‌بنفش چطور؟
این‌ها برخی از مواردی است که باید قبل‌از تصمیم‌گیری در مورد استفاده از مواد در نظر بگیرید و هنگامی که فهمیدید باید از کدام متریال استفاده کنید، می‌توانید تصمیم بگیرید که کدام ماده برای پروژه شما بهترین است. به‌طور خاص، شما باید بین پلاستیک آمورف یا پلاستیک نیمه‌کریستالی یکی را انتخاب کنید. تفاوت اصلی این دو خانواده پلاستیک در نحوه واکنش آن‌ها به گرما است.
مواد آمورف در هنگام گرم‌شدن یا سرد‌شدن، کمتر منبسط یا منقبض می‌شوند؛ زیرا نقطه ذوب مشخصی ندارند و فرآیند ذوب در آن‌هاآرام‌تر و تدریجی‌تر از سایر مواد موجود در دنیا است. برخلاف پلاستیک‌های آمورف، پلاستیک‌های نیمه‌کریستالی نقطه ذوب تقریبامشخصی دارند و زمانی که در معرض تغییرات شدید دمایی قرار می‌گیرند، بیشتر منبسط یا منقبض می‌شوند.
در ادامه لیستی از انواع پلاستیک‌های مورد استفاده در قالب‌گیری تزریقی و اینکه در کدام یک از دو خانواده آمورف یا نیمه‌کریستالی قرار می‌گیرند آورده شده است:
پلاستیک‌های آمورف:
● اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)؛
● پلی‌استایرن (PS)؛
● اکریلیک؛
● پلی‌کربنات.
پلاستیک‌های نیمه‌کریستالی:
● پلی‌پروپیلن (PP)؛
● پلی‌اتیلن (PE)؛
● نایلون (پلی‌آمید)؛
● پلی‌اکسی متیلن (POM).
مواد ایده‌آل برای تزریق پلاستیک
پس‌از پاسخ به سوال چرا در تزریق پلاستیک از پلیمرها استفاده می‌شود؟ بد نیست نگاهی به کاربرد هر یک از پلیمرهای معروف درفرایند قالب‌گیری تزریقی بپردازیم.
به‌طور کلی، کاربرد محصول نهایی تعیین کننده مواد مورد استفاده در این فرایند خواهد بود. اگر یک محصول باید شفاف و در عینحال بادوام باشد (مانند چراغ جلوی اتومبیل)، پلی‌کربنات انتخاب خوبی خواهد بود. اگر محصول شما یک ظرف غذا باشد (مانندبطری شیر)، پلی‌اتیلن ماده‌ای است که احتمالا می‌خواهید از آن استفاده کنید. برای بسته بندی مواد غذایی اغلب از پلی‌اتیلناستفاده می‌شود؛ زیرا ایمن است و با مواد غذایی واکنش شیمیایی نمی‌دهد.
در ادامه، یک راهنمای 4 مرحله‌ای برای کمک به انتخاب مواد برای قالب‌گیری تزریقی ارائه می‌دهیم:
1. کاربرد: با درک کامل از کاربرد محصول، فرایند تزریق پلاستیک را شروع کنید.
● از محصول قرار است در کجا استفاده شود؟
● قرار است چقدر دوام بیاورد؟
● محصول در معرض چه شرایط محیطی و مکانیکی قرار می‌گیرد؟
● چه ویژگی‌های ظاهری یا عملکردی را برای محصول خود می‌خواهید؟
● چه محدودیت‌های اقتصادی یا هزینه‌ای برای محصول خود دارید؟
2. خواص مواد: برای اینکه بتوانید به‌طور موثر مواد را ارزیابی و انتخاب کنید، داشتن درک کلی از عملکرد مکانیکی موادپلاستیکی، مقاومت شیمیایی، الزامات محیطی و استانداردهای فنی مورد استفاده برای اندازه‌گیری عملکرد آن‌ها مهم است. UL IDES Material Properties یک منبع عالی برای درک این ویژگی‌ها فراهم می‌کند.
3. یک خانواده از مواد را انتخاب کنید: هنگامی که درک خوبی از کاربرد و خواص مواد به دست آوردید، می‌توانیدجستجوی خود را به خانواده‌ای از رزین‌های پلاستیکی محدود کنید. می‌توانید از این لیست برای کمک به محدودکردنجستجوی خود به چند ماده استفاده کنید، یا شرح خلاصه‌ای از متداول‌ترین مواد مشخص‌شده را در راهنمای موادترموپلاستیک در ادامه همین مقاله مرور کنید.
4. مواد را مشخص کنید: از UL IDES Materials استفاده کنید تا دیتاشیت‌های مواد مختلف را ببینید و عملکرد آن‌ها را باکاربرد موردنیاز خود مطابقت دهید. عملکرد اضافی برای هر پلیمر را می‌توان با ترکیب مواد با پرکننده‌ها و سایر موادافزودنی به دست آورد.
راهنمای انتخاب مواد ترموپلاستیک و متداول‌ترین پلیمرها
در ادامه، برخی از متداول‌ترین پلیمرها را براساس عملکردشان در فرایند تزریق پلاستیک انتخاب کرده‌ایم:
گرید کالایی
● قالب‌گیری تزریقی پلی‌پروپیلن: PP یک پلیمر کم‌هزینه و سبک است که مقاومت شیمیایی عالی دارد. پلی‌پروپیلن سخت است، مقاومت خوبی در برابر خستگی دارد و می‌توان آن را با الیاف شیشه یا مواد معدنی برای افزایش خواص مکانیکی تقویت کرد.
● پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE): یک پلیمر ترموپلاستیک همه کاره و ایده‌آل برای محصولات مصرفی و صنعتی، اسباب‌بازی‌ها، ظروف ذخیره‌سازی، کالاهای ورزشی، لوازم خانگی و بطری‌های شیر است.
● پلی‌اتیلن کم‌چگالی: LDPE یک نسخه نرم‌تر از HDPE است و در تولید محصولات مصرفی و صنعتی محبوب است.
● پلی‌وینیل کلراید (PVC): پی وی سی در مقایسه با لوله‌های فلزی سبک وزن است؛ اما نسبت به سایر انواع پلاستیک‌هاسنگین‌تر است. PVC به‌طور گسترده‌ای در آب، فاضلاب، پنجره‌ها، نمای سایدینگ و سایر محصولات ساختمانی استفادهمی‌شود.
● پلی‌اتیلن ترفتالات: PETE به‌دلیل سبک‌بودنش رایج‌ترین پلیمر ترموپلاستیک در جهان است و بیشتر با نام تجاری پلی‌استرشناخته می‌شود.
● پلی‌استایرن: معمولاً برای محصولات اداری، پردازش و ذخیره‌سازی مواد غذایی، محصولات مصرفی و ساخت‌وساز استفاده می‌شود.
● پلی‌استایرن با ایمپکت بالا: HIPS یک پلاستیک همه کاره، اقتصادی و مقاوم در برابر ضربه است.
گرید مهندسی
● قالب‌گیری تزریقی پلاستیک ABS: یک ترموپلاستیک مهندسی رایج و دارای استحکام ضربه و چقرمگی خوب همراه باخواص مکانیکی و الکتریکی مناسب است که آن را برای انواع کاربردهای قالب‌گیری تزریق پلاستیک ایده‌آل می‌کند.
● قالب‌گیری تزریقی اکریلیک (PMMA): اکریلیک یا PMMA (پلی‌متیل متاکریلات) یک جایگزین برای شیشه است که خواص استثنایی بسیاری را در قالب‌گیری تزریق پلاستیک ارائه می‌دهد.
● پلی‌اورتان (TPU): پلی‌اورتان گرمانرم (TPU) انعطاف‌پذیر است و طیف وسیعی از خواص سختی را ارائه می‌دهد.
● نایلون (PA): تعداد کمی از پلاستیک‌ها تطبیق‌پذیری، ارزش و عملکرد مکانیکی نایلون را به‌طور همزمان دارند. نایلون دارای استحکام، سفتی، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر سایش و مقاومت شیمیایی در برابر هیدروکربن‌ها است.
● الاستومر ترموپلاستیک TPE: ترکیبی از خواص ارزشمند و همه‌کاره لاستیک و پلاستیک را ارائه می‌دهد.
● الاستومر ترموپلاستیک پلی‌یورتان: یک پلاستیک سخت و بادوام است و برای کاربردهایی که نیاز به خاصیت ارتجاعی واستحکام کششی و پارگی بالایی دارند، مناسب است.
● آلیاژ ترموپلاستیک مهندسی: آلیاژی که استحکام و چقرمگی را در خواص مختلف ارائه می‌دهد.
● پلی‌کربنات (PC): پلی‌کربنات یک ترموپلاستیک مقاوم و با درجه مهندسی است که در بسیاری از کاربردهایی که سختی فوق‌العاده بالایی می‌خواهند، مانند شیشه ضدگلوله، مقاومت و استحکام فوق‌العاده‌ای را در برابر ضربه ارائه می‌دهد.
● پلی‌بوتیلن ترفتالات (PBT): به‌عنوان یک رزین پلی‌استر، PBT دارای خواص الکتریکی، مکانیکی و حرارتی خوب با مقاومت شیمیایی عالی در برابر انواع مواد شیمیایی از جمله هیدروکربن‌های آلیفاتیک، روغن، گریس، اسیدها و بازهای رقیق و موادشوینده است.
گرید عملکردی
● پلی‌تریمید (PEI): در زمینه‌های پزشکی، الکترونیک و سایر زمینه‌ها که نیازمند استحکام استثنایی در دمای بالا هستند، به کار می‌رود. PEI یک پلیمر با کارایی بالا است که پایداری ابعادی عالی را همراه با مقاومت شیمیایی گسترده ارائه می‌دهد. PEI برای محیط‌های گرم و مرطوب ایده‌آل است.
● پلی‌فنیلن سولفید: PPS بیشترین مقاومت را در برابر مواد شیمیایی نسبت به هر ترموپلاستیک دیگری دارد. PPS به‌طوراستثنایی در برابر شعله، اسیدها، قلیایی‌ها و هیدروکربن‌ها مقاوم است.
سخن پایانی
امیدواریم در این مقاله توانسته باشیم به‌طور کامل به سوال چرا در تزریق پلاستیک از پلیمرها استفاده می‌شود، پاسخ دهیم. قالب‌گیری تزریق پلاستیک به تولید طیف گسترده‌ای از محصولات پلاستیکی کمک می‌کند. پلیمرهای رایج مورد استفاده در این فرآیند شامل پلی‌کربنات، پی وی سی، نایلون و ABS هستند که هر کدام خواص منحصربه‌فردی دارند؛ بنابراین انتخاب متریال مناسب برای ساخت یک محصول، به ساده‌سازی فرآیند تولید، بهبود عملکرد محصول و کاهش هزینه‌ها کمک می‌کند.
مقالات بیشتر
