البولي كربونات
البولي كربونات (PC) هو بوليمر لدن حراري عالي الأداء يُعرف بشفافِيته العالية، ومقاومته للصدمات، وتحمله للحرارة، واستقراره الأبعادي. يُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب المتانة والوضوح البصري.
التركيب
البولي كربونات (PC) هو بوليمر لدن حراري يتميز بوجود مجموعات كربونات (-O-(C=O)-O-) في بنيته الجزيئية. يتم تصنيعه عادةً من خلال تفاعل ثنائي الفينول A (BPA) مع الفوسجين (COCl₂) أو عبر بلمرة الصهر باستخدام ثنائي فينيل الكربونات. تتكون سلسلة البوليمر الناتجة من حلقات عطرية متكررة مرتبطة بمجموعات كربونات، مما يمنحه مقاومة عالية للصدمات ووضوحًا بصريًا واستقرارًا حراريًا ممتازًا. توفر الحلقات العطرية الصلابة الميكانيكية، بينما تمنح روابط الكربونات بعض المرونة، مما يجعل البولي كربونات مادة قوية وقاسية في نفس الوقت. هذه البنية الفريدة تمنحه شفافية ممتازة، ومقاومة عالية للحرارة، وخصائص عزل كهربائي جيدة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات في صناعات السيارات، والإلكترونيات، والبناء.
الخصائص
يُعرف البولي كربونات (PC) بمقاومته الاستثنائية للصدمات، ووضوحه البصري العالي، واستقراره الحراري الممتاز. يتمتع بدرجة انتقال زجاجي تبلغ حوالي 150°C، مما يسمح له بالحفاظ على شكله وخصائصه الميكانيكية في درجات الحرارة المرتفعة. يتمتع PC باستقرار أبعادي جيد ومقاومة للتشوه تحت الضغط، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الدقيقة. كما أنه يمتلك مقاومة ذاتية للاشتعال، حيث تلبي بعض درجاته معايير UL 94 V-0. وبفضل خصائصه الممتازة في العزل الكهربائي، يُستخدم على نطاق واسع في المكونات الإلكترونية والكهربائية. لديه مقاومة كيميائية معتدلة ولكنه حساس لبعض المذيبات والمواد القلوية، والتي يمكن أن تسبب تشققات ناتجة عن الإجهاد. بالإضافة إلى ذلك، يتميز البولي كربونات بشفافية عالية، حيث يسمح بمرور الضوء بشكل مشابه للزجاج، مما يجعله مفيدًا في التطبيقات البصرية مثل العدسات والشاشات الواقية. على الرغم من تمتعه بمقاومة جيدة للعوامل الجوية، إلا أن التعرض الطويل للأشعة فوق البنفسجية يمكن أن يؤدي إلى اصفراره وتدهوره ما لم تتم معالجته بمثبتات. هذه الخصائص تجعل البولي كربونات مادة متعددة الاستخدامات تُستخدم في مختلف الصناعات، بما في ذلك السيارات، والبناء، والطب، والإلكترونيات الاستهلاكية.
تطبيقات البولي كربونات (PC):
• صناعة السيارات: أغطية المصابيح الأمامية، الأسقف البانورامية، الألواح الداخلية، ولوحات العدادات.
• الإلكترونيات والكهرباء: هياكل الحواسيب المحمولة، أغلفة الهواتف الذكية، العوازل الكهربائية، والموصلات.
• البناء: ألواح التسقيف، الزجاج الآمن، البيوت الزجاجية، والحواجز الصوتية.
• الطب: الأدوات الجراحية، مكونات المحاقن، وأغلفة الأجهزة الطبية.
• السلع الاستهلاكية: عدسات النظارات، الأقراص المضغوطة وأقراص DVD، زجاجات المياه القابلة لإعادة الاستخدام، والدروع الواقية.
• الصناعات: حواجز الآلات، الخوذات الواقية، وصفائح الزجاج المضاد للرصاص.
مزايا البولي كربونات (PC):
• مقاومة عالية للصدمات: يكاد يكون غير قابل للكسر، مما يجعله مثاليًا لتطبيقات الأمان.
• وضوح بصري ممتاز: شفاف مع نفاذية ضوئية مماثلة للزجاج.
• مقاومة للحرارة: يتحمل درجات حرارة عالية دون أن يتشوه.
• عزل كهربائي جيد: مناسب للتطبيقات الإلكترونية والكهربائية.
• مقاومة للهب: تلبي بعض درجاته معايير UL 94 V-0.
• خفيف الوزن: أخف بكثير من الزجاج مع الاحتفاظ بمتانة عالية.
• سهل المعالجة: يمكن تشكيله إلى أشكال معقدة بسهولة.
عيوب البولي كربونات (PC):
• عرضة للخدش: يتطلب طلاءات خاصة لتحسين صلابة السطح.
• حساسية كيميائية: عرضة للتشقق الناتج عن الإجهاد عند التعرض لبعض المذيبات والمواد الكيميائية.
• حساسية للأشعة فوق البنفسجية: يمكن أن يصفر ويتدهور عند التعرض الطويل للأشعة فوق البنفسجية ما لم يُعالج بمثبتات.
• تكلفة مرتفعة: أكثر تكلفة من البلاستيكيات الأخرى مثل الأكريليك أو ABS.
• مرونة منخفضة: يمكن أن يصبح هشًا في الظروف القاسية على الرغم من متانته.
البولياميدات (PA)
البولي أميد (PA) هو فئة من البوليمرات الاصطناعية التي تحتوي على روابط أميد (-CONH-)، والمعروفة باسم النايلون. يتميز بقوته الميكانيكية العالية، واستقراره الحراري، ومقاومته الكيميائية، مما يجعله مستخدمًا على نطاق واسع في تطبيقات السيارات والمنسوجات والصناعات. يمكن تصنيع البولي أميدات باستخدام طرق مثل قولبة الحقن والبثق، مما يمنحها تنوعًا في الإنتاج.
التركيب
يتميز البولي أميد ببنية جزيئية تحتوي على روابط أميد (-CONH-) متكررة على طول سلسلة البوليمر، والتي تتشكل من خلال بلمرة التكاثف للديامينات والأحماض ثنائية الكربوكسيل أو من خلال بلمرة فتح الحلقة للاكتامات. تساهم الروابط الهيدروجينية بين مجموعات الأميد المجاورة في تعزيز القوة الميكانيكية، والاستقرار الحراري، والمقاومة للتآكل والمواد الكيميائية. بناءً على نوع البولي أميد، يمكن أن تكون بنيته الأساسية إما أليفاتية، كما هو الحال في نايلون 6 ونايلون 66، أو عطرية، كما هو الحال في الأراميد مثل كيفلر (Kevlar) ونومكس (Nomex)، التي توفر صلابة ومقاومة حرارية أكبر. يسمح هذا التنوع الهيكلي بتعديل البولي أميدات لتناسب مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية والتجارية.
الخصائص
يتميز البولي أميد بمزيج من الخواص الميكانيكية والحرارية والكيميائية الممتازة، مما يجعله مادة متعددة الاستخدامات. فهو يتمتع بقوة شد عالية، ومتانة، ومقاومة للتآكل، مما يعزز من عمره الافتراضي في التطبيقات القاسية. توفر الروابط الهيدروجينية القوية في بنيته استقرارًا حراريًا جيدًا، مما يسمح له بتحمل درجات حرارة مرتفعة دون تحلل كبير. كما أنه مقاوم جيدًا للمواد الكيميائية مثل الزيوت والشحوم والمذيبات، على الرغم من قدرته على امتصاص الرطوبة، مما قد يؤثر على خواصه الميكانيكية وثباته الأبعادي. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع البولي أميد بمعامل احتكاك منخفض وخصائص تزليق ذاتي، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب حركة سلسة وتقليل التآكل. بفضل خصائصه الممتازة في العزل الكهربائي وسهولة معالجته من خلال قولبة الحقن والبثق، فإنه يستخدم على نطاق واسع في قطاعات السيارات، والفضاء، والإلكترونيات، والتطبيقات الصناعية.
تطبيقات البولي أميد:
- قطاع السيارات: مكونات مثل التروس والمحامل وخطوط الوقود وأغطية المحركات.
- الإلكترونيات والكهرباء: موصلات، عزل الكابلات، وقواطع الدوائر.
- الآلات الصناعية: السيور الناقلة، البكرات، والمثبتات الميكانيكية.
- المنسوجات والألياف: الملابس، السجاد، الحبال، والمظلات.
- قطاع الطيران والفضاء: مكونات هيكلية خفيفة الوزن ومواد عازلة.
- السلع الاستهلاكية: معدات رياضية، أدوات مطبخ، والسحّابات (السّوست).
- التطبيقات الطبية: الخيوط الجراحية والأجهزة القابلة للزرع.
مزايا البولي أميد:
- قوة ميكانيكية عالية، صلابة، ومتانة.
- مقاومة ممتازة للتآكل والخدش.
- ثبات حراري جيد ونقطة انصهار عالية.
- مقاومة جيدة للعديد من المواد الكيميائية والزيوت والمذيبات.
- معامل احتكاك منخفض وخصائص تزليق ذاتي.
- خصائص عزل كهربائي جيدة.
- خفيف الوزن وسهل التشكيل في مختلف التطبيقات.
عيوب البولي أميد:
- يمتص الرطوبة، مما قد يؤثر على الخواص الميكانيكية والثبات الأبعادي.
- قد يتحلل عند التعرض الطويل للأشعة فوق البنفسجية ما لم يتم تثبيته بمضافات.
- عرضة للهجوم من قبل الأحماض والقواعد القوية.
- يحتاج إلى درجات حرارة معالجة عالية أثناء التصنيع.
- يمكن أن يكون أكثر تكلفة مقارنة ببعض البوليمرات الأخرى.
البوليسترين الموسع
الهيكليتكون هيكل البوليسترين الموسع (EPS) من حبيبات صغيرة من الرغوة ذات الخلايا المغلقة المصنوعة من البوليسترين. تتمدد هذه الحبيبات باستخدام الحرارة، مما يجعلها تصل إلى 50 ضعف حجمها الأصلي. كما تحتوي كل حبيبة على جيوب هوائية.
الخصائصيُعد البوليسترين الموسع (EPS) من أكثر المواد البوليمرية استخدامًا نظرًا لخفة وزنه، ومقاومته للرطوبة، وطول عمره الافتراضي. أظهرت الدراسات أن EPS يبدأ في التليين عند تعرضه لدرجات حرارة تتراوح بين 100°C و120°C. وعند حدوث الاحتراق المفاجئ، يذوب EPS عند حوالي 160°C ثم يتبخر، منتجًا غازات سامة عند درجة حرارة 275°C. يعتبر EPS مادة خاملة، منخفضة الكثافة، مشتقة من الهيدروكربونات، تحتوي على عدة حبيبات كروية تتكون من 2% بوليسترين و98% هواء.
التطبيقات
البناء والتشييد
يُستخدم EPS على نطاق واسع في صناعة البناء نظرًا لخصائصه العازلة، ويمكن استخدامه في:- أنظمة الألواح العازلة للواجهات والجدران والأسقف والأرضيات في المباني.
- مادة طفو في بناء المراسي والأرصفة العائمة.
- حشو خفيف الوزن في بناء الطرق والسكك الحديدية.
تعبئة المواد الغذائية
يُستخدم EPS في:- تعبئة المنتجات الغذائية مثل المأكولات البحرية، الفواكه، والخضروات.
- تصنيع حاويات خدمة الطعام مثل أكواب المشروبات، الصواني، وعلب الطعام المغلقة.
التعبئة الصناعية
يوفر EPS حماية كاملة وسلامة للمنتجات الصناعية أثناء النقل والمناولة.تطبيقات أخرى
يمكن تشكيل EPS إلى أي شكل، على سبيل المثال:- خوذات رياضية
- مقاعد أمان للأطفال
- الكراسي
- المقاعد في السيارات الرياضية
- الألواح العازلة الهيكلية الحاملة للأحمال
المزايا
- خفيف الوزن
- مقاوم للماء
- سهل التصنيع
- كفاءة عالية في استهلاك الطاقة
- متانة وعمر افتراضي طويل
العيوب
- قابلية الضغط والتشوه
- مقاومة محدودة للحريق
- غير قابل للتحلل البيولوجي
البوليسترين عالي التأثير
التطبيقاتيُستخدم HIPS في العديد من القطاعات، بدءًا من متاجر البقالة وصولًا إلى مصانع التعبئة والإنتاج الصناعي. تشمل بعض تطبيقاته ما يلي:
- السكاكين، الشوك، والملاعق في صناعة المواد الغذائية
- الملامح الطويلة المستخدمة في رفوف العرض
- الحاويات والصواني في صناعة التعبئة والتغليف
- الأنابيب الخفيفة والملامح البلاستيكية المستخدمة في المنتجات المنزلية
- تصنيع الأجزاء البلاستيكية المستخدمة في تجميع الألعاب
المزايا
- أكثر صداقة للبيئة مقارنةً بالعديد من أنواع البلاستيك الأخرى
- مقاومة عالية للصدمات
- مرونة كبيرة وسهولة في التشكيل
- إمكانية الطلاء بسهولة
- سعر اقتصادي
العيوب
- عرضة للتدهور عند التعرض للعديد من المواد الكيميائية مثل المذيبات والأحماض والقلويات
- مقاومة ضعيفة لدرجات الحرارة المنخفضة، حيث يصبح هشًا عند البرودة الشديدة
- مقاومة محدودة للأشعة فوق البنفسجية، مما قد يؤدي إلى اصفراره وهشاشته بمرور الوقت عند التعرض لأشعة الشمس
- مقاومة ضعيفة للهب، حيث يشتعل ويحترق بسهولة
البوليسترين للأغراض العامة
الهيكلGPPS هو بوليمر لدن بالحرارة مصنوع من مونومر الستايرين. يتكون الهيكل الكيميائي لـ GPPS من سلسلة خطية من وحدات مونومر الستايرين المرتبطة معًا بواسطة روابط تساهمية. يمكن تعديل خصائص GPPS عن طريق مزجه مع مونومرات أخرى مثل الأكريلونيتريل، البوتادايين، الزنك أو ميثيل ميثاكريلات.
الخصائصGPPS مقاوم للرطوبة بدرجة عالية ويتمتع بخصائص عزل كهربائي جيدة. ومع ذلك، فهو مادة هشة ذات مقاومة منخفضة للصدمات. يتمتع بقوة شد تتراوح بين 50-60 ميجا باسكال ومعامل مرونة انحنائية بين 2200-2500 ميجا باسكال. تبلغ درجة حرارة انتقاله الزجاجي (Tg) ما بين 85-105 درجة مئوية، بينما تتراوح درجة انصهاره (Tm) بين 200-240 درجة مئوية. أما درجة حرارة التشوه الحراري (HDT) تحت حمل 0.45 ميجا باسكال فتتراوح بين 70-80 درجة مئوية.
التطبيقات
يُعد البوليسترين للأغراض العامة (GPPS) مادة بلاستيكية متعددة الاستخدامات تُستخدم في مجموعة متنوعة من التطبيقات، منها:التعبئة والتغليف
يُستخدم GPPS في صناعة مواد التعبئة والتغليف نظرًا لشفافيته الممتازة، وصلابته، وسهولة تشكيله. ويُستخدم على نطاق واسع في صناعة حاويات الطعام، أدوات المائدة التي تُستخدم لمرة واحدة، وأغلفة الأقراص المضغوطة. كما يُستخدم في إنتاج عبوات البثور البلاستيكية، التي تُستخدم عادةً لتغليف المنتجات الدوائية.المنتجات الاستهلاكية
يُستخدم GPPS في إنتاج العديد من المنتجات الاستهلاكية نظرًا لخصائصه الممتازة في العزل الكهربائي، وخفة وزنه، واستقرار أبعاده. وتشمل تطبيقاته صناعة الألعاب، عبوات مستحضرات التجميل، والمنتجات المنزلية مثل العلاقات، الصواني، ومنظمات الأدوات.البناء والتشييد
يُستخدم GPPS في صناعة البناء نظرًا لخصائصه الممتازة في العزل، وخفة وزنه، واستقراره في الأبعاد. ومن تطبيقاته صناعة ألواح العزل الرغوية، إطارات النوافذ، ووحدات الإضاءة.صناعة السيارات
يُستخدم GPPS أيضًا في قطاع السيارات لإنتاج العديد من الأجزاء مثل لوحات العدادات، ألواح الأبواب، والشبكات الأمامية نظرًا لقابليته العالية للتشكيل واستقراره الأبعادي.المزايا
- سهولة التشكيل والتصنيع
- عازل جيد للحرارة والكهرباء
- متعدد الاستخدامات واقتصادي
- يسمح برؤية واضحة لمحتويات المنتجات
- يتمتع باستقرار جيد في الأبعاد
العيوب
- مقاومة منخفضة للصدمات
- استقرار حراري ضعيف
- غير قابل للتحلل البيولوجي
البوليمرات المشتركة من كتلة الستيرين (TPS)
مطاطات الكتلة الستايرينية (TPS) هي نوع من المطاطات الحرارية (TPEs) تتكون من مقاطع بوليمرية متناوبة صلبة وناعمة. تتكون المقاطع الصلبة من بوليستايرين (PS)، بينما تتكون المقاطع الناعمة من مواد مطاطية مثل بولي بيوتادين (PB) أو بولي إيزوبرين (PI). تمنح هذه البنية مواد TPS مرونة تشبه المطاط مع قابلية تشكيل ومعالجة حرارية مماثلة للبلاستيك الحراري.
التركيب البنيوي:
تتكون مطاطات TPS من بنية منفصلة الطور تتضمن مقاطع بوليمرية صلبة من بوليستايرين (PS) ومقاطع ناعمة من مطاط مثل بولي بيوتادين (PB) أو بولي إيثيلين-بوتيلين (EB).
-
توفر المقاطع الصلبة الصلابة والثبات الحراري.
-
توفر المقاطع الناعمة المرونة والمطاطية.
تتشكل مناطق من بوليستايرين داخل المصفوفة تعمل كنقاط تثبيت فيزيائية، بينما تظل المقاطع المطاطية مستمرة وتمنح المادة خاصية المرونة. هذه البنية تُمكن TPS من التصرف مثل المطاط الحراري عند درجة حرارة الغرفة، ولكن يمكن تليينه ومعالجته حراريًا كالبلاستيك عند التسخين، مما يجعله قابلاً لإعادة التدوير والتشكيل بسهولة.
الخصائص:
-
مرونة عالية: يشبه سلوك المطاط مع قدرة على التمدد والعودة للشكل الأصلي.
-
قوة ميكانيكية جيدة: مثل مقاومة الشد والتأثير.
-
مقاومة كيميائية جيدة: مقاوم للزيوت والشحوم والمواد الكيميائية.
-
قابلية المعالجة: يمكن حقنه أو بثقه أو تشكيله بالنفخ.
-
قابل لإعادة التدوير: يمكن صهره وتشكيله عدة مرات.
-
ملمس ناعم: مثالي للمقابض وأجزاء اللمس.
-
مقاومة الطقس والأشعة فوق البنفسجية: خاصة في تركيبات مثل SEBS.
-
خفيف الوزن: يساعد على تقليل التكلفة وزيادة كفاءة الطاقة.
التطبيقات:
🔹 صناعة السيارات:
-
مكونات داخلية ناعمة الملمس (لوحات القيادة، ألواح الأبواب)
-
الحشوات، الحلقات المانعة، ومثبطات الاهتزاز
-
وسادات قبضة وطلاءات واقية
🔹 السلع الاستهلاكية:
-
مقابض الأدوات وفرش الأسنان وماكينات الحلاقة
-
المعدات الرياضية، نعال الأحذية، معدات الحماية
-
التغليف المرن والأفلام القابلة للتمدد
🔹 المجال الطبي:
-
أنابيب طبية، مكابس المحاقن
-
أجهزة طبية مغطاة بطبقة ناعمة
-
مكونات مرنة ومتوافقة حيوياً
🔹 اللاصقات والمانعات:
-
لاصقات حساسة للضغط
-
لاصقات ذائبة حرارياً للأحذية والتغليف
🔹 الإلكترونيات والكهرباء:
-
أغطية واقية
-
عزل الأسلاك والكابلات
المزايا:
✅ مرونة عالية وملمس ناعم
✅ قوة شد ومقاومة تأثير جيدة
✅ قابلية إعادة التدوير والتشكيل الحراري
✅ التصاق جيد بمواد متنوعة
✅ مقاومة كيميائية وزيتية
✅ خفيف الوزن وسهل التصنيع
✅ مقاومة للعوامل الجوية (مع تركيبات SEBS)
العيوب:
❌ مقاومة حرارية منخفضة (أقل من 100°C)
❌ صلابة محدودة مقارنة ببعض اللدائن الهندسية
❌ قد يصبح لزجًا في الظروف الحارة
❌ تكلفة أعلى من اللدائن التقليدية مثل PP وPE
❌ غير مناسب للتطبيقات الحاملة للأوزان الثقيلة
البوليولات
الراتنج