مقدمة إلى البلاستيك المعدل: الأساسيات وعمليات الإنتاج

مقدمة إلى البلاستيك المعدل: الأساسيات وعمليات الإنتاج

معدات الإنتاج الأساسية للمواد البلاستيكية المعدلة هي آلة البثق ذات اللولب المزدوج. تختلف خصائص البلاستيك المعدل حسب الطرق والمواد المضافة المستخدمة. بالاعتماد على أكثر من 20 عامًا من الخبرة والابتكار التكنولوجي، تأخذك شركة Yinsu Flame Retardant الآن عبر فهم بسيط للأساسيات وعمليات إنتاج المواد البلاستيكية المعدلة.

I. ما هي المواد البلاستيكية المعدلة؟

المكون الرئيسي للبلاستيك هو الراتنج. ولذلك، يتم تحديد خصائصه الأساسية في المقام الأول من خلال طبيعة الراتنج، ولكن المواد المضافة تلعب أيضًا دورًا مهمًا. يمثل الراتنج حوالي 40% إلى 100% من الوزن الإجمالي للبلاستيك. الراتنج هو مركب جزيئي عالي لم يتم خلطه مع إضافات مختلفة.

يشير تعديل البلاستيك إلى أي عملية تعمل على تحسين أو تعزيز الخصائص الأصلية للراتنج من خلال الوسائل الفيزيائية أو الكيميائية أو الميكانيكية. يُشار إلى المواد البلاستيكية التي خضعت للتعديل بشكل جماعي باسم 'المواد البلاستيكية المعدلة'.

يمكن أن تحدث عملية التعديل أثناء بلمرة الراتينج الاصطناعي، المعروف باسم التعديل الكيميائي، مثل البلمرة المشتركة، والتطعيم، والربط المتبادل. ويمكن أن يتم ذلك أيضًا أثناء معالجة الراتينج الاصطناعي، المعروف بالتعديل الفيزيائي، مثل التعبئة والمزج والتعزيز.

في الإنتاج الفعلي للبلاستيك، تتم دائمًا إضافة نسبة معينة من المثبتات لمنع تدهور المواد الخام أثناء التخزين والنقل والمعالجة. ولذلك، فإن المواد البلاستيكية غير المعدلة غير موجودة في الأساس.

يمكن تحسين جميع المواد البلاستيكية في جوانب مثل الكثافة والصلابة والدقة وقابلية المعالجة والخصائص الكيميائية ومقاومة التآكل ومقاومة الشيخوخة ومقاومة التآكل ومثبطات اللهب وخصائص الحاجز وفعالية التكلفة من خلال طرق التعديل.

يعد تعديل البلاستيك الطريقة الأكثر فعالية لخفض التكاليف وتحسين الأداء. ويستخدم على نطاق واسع، وخاصة في صناعة البلاستيك المعاد تدويره.

ثانيا. لماذا تعديل البلاستيك؟

1. إن مفهوم إعادة تدوير الموارد له جذور عميقة

الموارد العالمية هي دائما موضوع رئيسي للبشرية. إن مفهوم إعادة تدوير الموارد متأصل بعمق. يُصنع البلاستيك من منتجات مشتقة من تكرير البترول، والموارد البترولية محدودة. ولذلك، فإن إعادة تدوير البلاستيك وإعادة استخدامه يمكن أن يحافظ على الموارد البترولية ويستجيب للدعوة الوطنية للحفاظ على الموارد.

غالبًا ما تفقد المواد البلاستيكية المعاد تدويرها خصائص البلاستيك الأصلي. للاستفادة من المواد المعاد تدويرها في إنتاج مواد بلاستيكية جديدة، فإن عملية تعديل البلاستيك أمر لا مفر منه.

بناءً على الاحتياجات المختلفة، يتم تحسين الخصائص المحددة لتصنيع المنتجات المقابلة، مما يمنع فقدان الموارد. فقط من خلال إعادة تدوير الموارد يمكن تحقيق الحماية الحقيقية للبيئة وتوفير الطاقة.

2. توسيع نطاق تطبيق البلاستيك

أولاً، دعونا نناقش مزايا وعيوب البلاستيك.

المزايا : معظم المواد البلاستيكية خفيفة الوزن، وثبات كيميائي جيد، وليس من السهل الصدأ، وصلابة جيدة، مما يعني مقاومة جيدة للصدمات، وعزل كهربائي جيد، وموصلية حرارية منخفضة، وسهلة المعالجة، وتكلفة معالجة منخفضة.

العيوب : مقاومة ضعيفة للحرارة، قابلة للاشتعال، عرضة لتشوه الإجهاد، ضعف استقرار الأبعاد، قوة غير عالية، هشاشة درجات الحرارة المنخفضة، مقاومة ضعيفة للمذيبات، إلخ.

في التطبيقات العملية، يجب أن تلبي خصائص مثل القوة وتثبيط اللهب ومقاومة الصدمات وقابلية معالجة هذه المواد البلاستيكية متطلبات محددة حتى تكون قابلة للتطبيق في السوق.

على سبيل المثال، لا يستطيع PP، باعتباره بلاستيكًا للأغراض العامة، تلبية متطلبات الأداء في درجات الحرارة المنخفضة والصلابة والمتانة في مجال التصميم الخارجي للسيارات. فقط بعد تعديل مادة PP لتعزيز الصلابة والمتانة يمكنها تلبية متطلبات الاستخدام.

تتطلب التطبيقات اليومية في كثير من الأحيان أن يمتلك البلاستيك خصائص متعددة: صلابة معينة ومقاومة هشاشة درجات الحرارة المنخفضة، والعزل والثبات.

الغرض من تعديل البلاستيك هو توسيع بيئة تطبيق المواد الخام وتعزيز خصائص معينة للمواد الخام بشكل كبير، وبالتالي توسيع نطاق تطبيق المواد البلاستيكية. وبالتالي، فإن أهمية التعديل البلاستيكي أمر بديهي.

3. إن تصنيع مواد بوليمرية جديدة أمر صعب، وغير اقتصادي ولا عملي

منذ ولادة أول منتج بلاستيكي، تطورت صناعة البلاستيك لمدة 120 عامًا. وقد تم تصنيع الآلاف من مواد البوليمر بنجاح، ولكن حوالي مائة منها فقط لها قيمة صناعية. أكثر من 90% من المواد البلاستيكية الشائعة الاستخدام تتركز في خمسة راتنجات للأغراض العامة: PE، PP، PVC، PS، وABS.

إن تطوير بوليمرات بوليمر جديدة لا يتطلب استثمارات ضخمة فحسب، بل إن آفاق تطبيقه غير مؤكدة أيضًا، حيث أنه ليس اقتصاديًا ولا عمليًا. ولذلك، فإن الاستفادة الجيدة من المواد البلاستيكية الموجودة وتوسيع أدائها من خلال تكنولوجيا التعديل هو الحل الأكثر فعالية من حيث التكلفة.

ثالثا. ما هي طرق تعديل البلاستيك؟

1. تعديل الحشوة (الحشوة المعدنية)

يعمل على تحسين صلابة المواد البلاستيكية وصلابتها ومقاومتها للحرارة وغيرها من خصائصها عن طريق إضافة مساحيق معدنية غير عضوية (أو عضوية) إلى المواد البلاستيكية العادية. هناك أنواع عديدة من الحشوات، وخصائصها معقدة للغاية.

وظائف الحشوات البلاستيكية: تحسين أداء معالجة البلاستيك، وتعديل الخواص الفيزيائية والكيميائية، وزيادة الحجم، وخفض التكاليف.

متطلبات المضافات البلاستيكية:

• خامل كيميائيا، ولا يتفاعل سلبا مع الراتنج والمواد المضافة الأخرى.

• لا يؤثر على مقاومة الماء، والمقاومة الكيميائية، ومقاومة الطقس، ومقاومة الحرارة، وما إلى ذلك، للبلاستيك.

• لا يقلل من الخصائص الفيزيائية للبلاستيك.

• يمكن ملؤها بكميات كبيرة.

• الثقل النوعي المنخفض لا يؤثر بشكل كبير على كثافة المنتج.

2. تعديل التسليح (الألياف الزجاجية/ألياف الكربون)

مقياس التعزيز : إضافة مواد ليفية مثل الألياف الزجاجية أو ألياف الكربون.
تأثير التعزيز : يمكن أن يحسن بشكل كبير صلابة المواد وقوتها وصلابةها ومقاومتها للحرارة.
التأثير السلبي للتعديل: لكن العديد من المواد قد تؤدي إلى ضعف جودة السطح وتقليل الاستطالة عند الكسر.
مبدأ التعزيز:

• مواد التسليح لديها قوة ومعامل عالية.

• تتمتع الراتنجات بالعديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية الممتازة (مقاومة التآكل، والعزل، ومقاومة الإشعاع، ومقاومة الاجتثاث الفورية لدرجات الحرارة العالية، وما إلى ذلك)، وخصائص المعالجة.

• بعد أن يتم تركيب الراتينج مع مادة التسليح، يمكن لمادة التسليح أن تعزز الخواص الميكانيكية أو الخواص الأخرى للراتنج، بينما يمكن للراتنج أن يربط وينقل الحمل إلى مادة التسليح، مما يمنح البلاستيك المقوى خصائص ممتازة.

3. تعديل تشديد

تفتقر العديد من المواد إلى المتانة الكافية وتكون هشة للغاية. يمكن تحسين المتانة والأداء في درجات الحرارة المنخفضة عن طريق إضافة مواد ذات صلابة أفضل أو مواد غير عضوية فائقة الدقة.

عامل التقوية: مادة مضافة إلى الراتينج لتقليل هشاشة البلاستيك بعد تصلبه وتحسين قوة تأثيره واستطالته.

عوامل التقوية الشائعة - في الغالب عوامل التوافق المطعمة بأنهيدريد الماليك:

• كوبوليمر أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA)

• المطاط الصناعي البولي أوليفين (POE)

• البولي إيثيلين المكلور (CPE)

• أكريلونتريل بوتادين ستايرين كوبوليمر (ABS)

• ستايرين بوتادين مطاط لدن بالحرارة (SBS)

• إيثيلين بروبيلين ديين مونومر (EPDM)

4. تعديل مثبطات اللهب (مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين)

في العديد من الصناعات مثل الإلكترونيات والأجهزة الكهربائية والسيارات، يلزم أن تحتوي المواد على مثبطات اللهب، ولكن مثبطات اللهب المتأصلة في العديد من المواد الخام البلاستيكية منخفضة نسبيًا. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق إضافة مثبطات اللهب.

مثبطات اللهب : المعروفة أيضًا باسم مثبطات الحريق، هي إضافات وظيفية توفر مقاومة للهب للبوليمرات القابلة للاشتعال. وهي في الغالب مركبات من عناصر من المجموعة VA (الفوسفور)، VIIA (البروم، الكلور)، وIIIA (الأنتيمون والألمنيوم) من الجدول الدوري.

المركبات ذات التأثيرات المثبطة للدخان مثل مركبات الموليبدينوم والقصدير والحديد تنتمي أيضًا إلى فئة مثبطات اللهب. وهي مناسبة بشكل أساسي للمواد البلاستيكية التي تتطلب مثبطات اللهب، وتأخير أو منع احتراق المواد البلاستيكية، وخاصة البلاستيك البوليمري. وهذا يجعلها أكثر صعوبة في الاشتعال، ويزيد من وقت الاشتعال، ويعزز الإطفاء الذاتي.

تقييمات تثبيط اللهب البلاستيكية : زيادة تدريجية من HB، V-2، V-1، V-0، 5VB إلى 5VA.

5. تعديل العوامل الجوية (مقاومة الشيخوخة، مقاومة الأشعة فوق البنفسجية، مقاومة درجات الحرارة المنخفضة)

يشير بشكل عام إلى مقاومة البلاستيك الباردة عند درجات الحرارة المنخفضة. نظرًا لهشاشة البلاستيك المتأصلة في درجات الحرارة المنخفضة، فإنها تصبح هشة عند درجات الحرارة المنخفضة. وبالتالي، بالنسبة للعديد من المنتجات البلاستيكية المستخدمة في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة، تكون مقاومة البرد مطلوبة بشكل عام.

مقاومة العوامل الجوية : تشير إلى سلسلة من ظواهر الشيخوخة التي تحدث في المنتجات البلاستيكية بسبب الظروف الخارجية مثل التعرض لأشعة الشمس، وتغيرات درجات الحرارة، والرياح، والأمطار، بما في ذلك البهتان، وتغير اللون، والتشقق، والطباشير، وانخفاض القوة. تعتبر الأشعة فوق البنفسجية عاملاً رئيسياً في تعزيز شيخوخة البلاستيك.

6. السبائك المعدلة

السبائك البلاستيكية هي مواد جديدة يتم تحضيرها عن طريق المزج الفيزيائي أو التطعيم الكيميائي/البلمرة المشتركة لمادتين أو أكثر لتحقيق الأداء العالي والوظيفة والتخصص. الهدف هو تحسين خصائص مادة واحدة أو الجمع بين خصائص مواد متعددة. يمكنهم تحسين أو تعزيز أداء المواد البلاستيكية الموجودة وخفض التكاليف.

السبائك البلاستيكية للأغراض العامة : مثل سبائك PVC، PE، PP، PS تستخدم على نطاق واسع، ويتم إتقان تكنولوجيا إنتاجها بشكل شائع.
السبائك البلاستيكية الهندسية : تشير عمومًا إلى مخاليط اللدائن الهندسية (الراتنجات)، بما في ذلك بشكل أساسي أنظمة الخلط المعتمدة على اللدائن الهندسية مثل PC، وPBT، وPA، وPOM، وPPO، وPTFE، بالإضافة إلى المواد المعدلة من راتينج ABS.
يعد معدل نمو استخدام سبائك PC/ABS من بين الأعلى في مجال البلاستيك. في الوقت الحالي، أصبحت الأبحاث المتعلقة بسبائك PC/ABS نقطة ساخنة في أبحاث سبائك البوليمر.

7. تعديلات أخرى

مثل استخدام الحشوات الموصلة لتقليل مقاومة البلاستيك، وإضافة أصباغ/أصباغ لتغيير لون المادة، وإضافة مواد تشحيم داخلية/خارجية لتحسين أداء معالجة المادة، واستخدام عوامل النواة لتغيير الخصائص البلورية للمواد البلاستيكية شبه البلورية لتحسين خصائصها الميكانيكية والبصرية، وما إلى ذلك.

بدءًا من درجة حرارة البثق وحتى تكوين اللولب، ومن تشتت الحشو إلى التطعيم السطحي لمثبطات اللهب، فإن كل جرام من الأداء في المواد البلاستيكية المعدلة يكمن في تفاصيل العملية. فقط من خلال تحسين منحنيات القص والإقامة والتبريد داخل البرميل، يمكن لمثبطات اللهب الخالية من الهالوجين تحقيق توزيع 'غير مرئي' وتكوين فحم فعال في البولي أوليفينات. لا توجد اختصارات في رفع مستوى المواد. فقط الإتقان المزدوج الدقيق لكل من المعدات والتركيبة يمكن أن يحول الوصفة المخبرية إلى 'حاجز أمان' يتم إنتاجه بكميات كبيرة بشكل ثابت.