مروری بر پلاستیک¬های معمولی، مهندسی و با کارایی بالا

مروری بر پلاستیک­های معمولی، مهندسی و با کارایی بالا

مواد پلاستیکی بسیار متنوعی در دسترس طراح وجود دارد که همه­ آن­ها از جنبه‌ هایی مشابهند اما هر کدام خواص منحصر به فردی دارند که به آنها برای کاربردهای خاص اولویت می ‌بخشد. این مواد به طور پیوسته توسط تولیدکنندگان بهبود می ‌یابد تا خواص آنها تقویت شده و دامنه­ کاربرد آنها گسترده‌تر گردد. همچنین مواد جدیدی به طور پیوسته توسعه می ‌یابند که امکان استفاده از مواد پلاستیکی را در کاربردهای جدید و نوآورانه ممکن می‌ سازند. در ادامه­ بحث تلاش بر این خواهد بود تا مروری بر مواد عمده که در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌ گیرد، صورت گیرد. پلاستیک ‌ها عموماً در دو دسته­ گرمانرم ­ها و گرماسخت ‌ها طبقه ‌بندی می ‌شوند. در میان هر کدام از این دسته ‌ها، تقسیم بندی دیگری شامل پلاستیک ‌های معمولی[1]، پلاستیک ‌های مهندسی[2] و پلیمرهای با کارایی بالا[3] است. پلاستیک ‌های معمولی، متداول و نسبتا ارزان هستند که اساساً قابل استفاده به جای یکدیگر هستند. همچنین آنها دارای خواص فیزیکی و حرارتی کم یا متوسط هستند. پلاستیک‌ های مهندسی موادی هستند که در یک یا چند ویژگی کارایی بالاتری از خود نشان می ‌دهند. دسته‌ بعدی پلیمرهای با کارایی نهایی بسیار بالا هستند. این طبقه ‌بندی در طول سال‌ ها تغییر کرده است و موادی مانند پلی کربنات، که قبلاً جزو پلیمرهای با کارایی بالا با خواص استثنایی در نظر گرفته می ‌شد، امروز در دسته­ گرمانرم ‌های مهندسی متوسط قرار می ‌گیرد. در ابتدا به گرمانرم ‌های معمولی پرداخته می ‌شود. چهار پلاستیک معمولی اساسی وجود دارد: پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی استایرن و پلی وینیل کلراید.

تمام آنها از طریق پلیمریزاسیون اضافی ساخته می ‌شوند که روش بسیار مقرون به صرفه‌ای است که به سهولت امکان تولید در مقیاس بسیار بزرگ را فراهم می ‌کند. این مواد به صورت فرمول شیمیایی نشان داده شده در شکل ۳-1 قابل نمایش است که R نشان دهنده­ گروه‌ های عاملی مختلف است.

شکل ۳-۱- فرمول ‌های شیمیایی پلاستیک ‌های معمولی.

اگرR=H (هیدروژن) باشد پلیمر، پلی اتیلن خواهد بود، اگر R=CH₃ (یک گروه متیل) باشد پلی پروپیلن به وجود می‌آید. اگر R=C₆H₆ (یک حلقه بنزن با پیوندهای دوگانه و یگانه­ یک در میان که عموماً به صورت           نشان داده می ‌شود)،  پلی استایرن خواهد بود و اگر R=Cl (کلر) باشد، پلی وینیل کلراید به وجود خواهد آمد.

هر کدام از این پلاستیک‌های معمولی اساسی، خانواده ‌ای از کوپلیمرها و آلیاژ‌ها نیز دارند که برخی از آنها خواص استثنایی دارند که در دسته­ پلاستیک‌ های معمولی قرار نمی‌ گیرند.

پلاستیک‌ های مهندسی دسته ‌ای از مواد هستند که یک یا چند ویژگی با عملکرد برتر در اختیار طراح قرار می‌ دهند. این خواص می ‌تواند شامل پایداری ابعادی در محدوده­ دمایی وسیع ‌تر، استحکام بالا، سختی و استحکام ضربه­ بهبود یافته باشد. ترکیب این خواص سبب می ‌شود تا هر یک از این مواد از لحاظ هزینه و کارایی دارای مزیت ‌هایی باشند که آنها را به گزینه­ خوبی برای بسیاری از کاربردهای مختلف تبدیل می ‌کند. به دلیل فرآیند پیچیده‌ تر برای تولید این مواد، مواد اولیه گرانتر و معمولاً حجم مصرف کمتر، پلاستیک ‌های مهندسی نسبت به پلاستیک‌ های معمولی، کمی و گاهی به صورت قابل توجه گران ‌تر است. مثال هایی از این پلاستیک ­ها شامل سلولزی‌ ها، پلی ­متیل­ متاکریلات (آکریلیک)، پلی­کربنات ­ها، پلی­آمیدها (نایلون)، پلی ­اکسی ­متیلن (استال)، پلی ­اتیلن ­ترفتالات (PET) و فلورو پلیمرها می باشد.

پلیمرهای با کارایی بالا در بالاترین رده­ پلاستیک ‌های مهندسی قرار دارند و یک سری خواص استثنایی در مقایسه با عمده مواد پلاستیکی در قبال هزینه­ بیشتر از خود نشان می ‌دهند. تعریف کلمه­ استثنایی همگام با توسعه­ پیوسته­ پلیمرهای جدید و بهبود یافته، در حال تغییر است. این پلیمرها عموماً دارای حلقه­ بنزن در زنجیر اصلی خود یا استخلاف‌ های حلقه­ی بنزنی هستند که منجر به خواص مکانیکی و گرمایی بالا می‌ گردد. به دلیل خواص فوق­ العاده، این مواد اغلب به عنوان رزین پایه در بسیاری از کامپوزیت ‌های ساختاری به همراه الیاف بلند شیشه و کربن یا پر کننده ‌های با نسبت منظر بالا استفاده می ‌شوند. در این دسته از پلیمرها به عنوان مثال می­توان از پلی فنیلن‌ ها، پلی سولفون ها، پلی آرامیدها، پلی آریل اِترکتون‌ ها و پلی ایمیدهای گرمانرم نام برد.