تشير درجة انصهار المواد البلاستيكية إلى نطاق درجة الحرارة التي تنتقل عندها المواد البلاستيكية من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة القابلة للتدفق. عند هذه النقطة، تلين المواد البلاستيكية وتصبح مرنة، مما يجعلها مناسبة لعمليات التشكيل والتشكيل المختلفة.
اللدائن الحرارية مقابل اللدائن الحرارية
يمكن تصنيف البلاستيك إلى نوعين رئيسيين: البلاستيك الحراري و البلاستيك الحراري.
تصبح اللدائن الحرارية لينة عند التسخين وتتصلب عند التبريد، وهي عملية عكسية تسمح بتكرار التسخين والتبريد دون تغيير خصائص المادة.
<من ناحية أخرى، تخضع التيرموسيتات لتفاعل كيميائي عند التسخين الأولي، مما يؤدي إلى بنية شبكية دائمة غير قابلة للذوبان. وحتى عند التسخين اللاحق، فإنها لا تلين.
لذا، في مناقشاتنا اللاحقة حول درجات الانصهار، ستكون جميع المواد البلاستيكية التي سنذكرها بلاستيك حراري.
مهم لقولبة الحقن والبثق والتشكيل بالحقن
تُعد عملية تليين البلاستيك وصهره أمرًا بالغ الأهمية في معالجة البلاستيك.
- أثناء القولبة بالحقن, ، يضمن التحكم الدقيق في درجة حرارة الذوبان أن يشغل البلاستيك القالب بالكامل ويحقق الشكل المطلوب.
- إن البثق تستفيد العملية من قابلية تدفق البلاستيك المسخّن لإنتاج الأنابيب والمقاطع الجانبية باستخدام قوالب محددة.
- إن تشكيل الأغشية أو الصفائح يعتمد أيضًا على قدرة البلاستيك على التشوه البلاستيكي في درجات الحرارة المناسبة.
لذلك، بالنسبة للمصممين والمعالجين، يعد فهم درجة حرارة العمل ودرجة حرارة المعالجة المثلى للبلاستيك أمرًا حيويًا للتحكم في جودة المنتج وتلبية متطلبات التطبيق.
خصائص ذوبان البلاستيك
المواد البلورية مقابل المواد غير المتبلورة
تنقسم المواد في الطبيعة إلى بلورية و متحولة.
تحتوي المواد البلورية على جزيئات أو ذرات مرتبة بشكل منظم، ولها درجات انصهار ثابتة. على سبيل المثال، يذوب الماء عند درجة حرارة 0 درجة مئوية، والملح (NaCl) عند 801 درجة مئوية، والقصدير عند 231.9 درجة مئوية.
من ناحية أخرى، تحتوي المواد غير المتبلورة، بما في ذلك الزجاج والمطاط والبلاستيك والأسفلت والصنوبري والبارافين، على جزيئات أو ذرات مرتبة بطريقة غير منتظمة وتفتقر إلى نقطة انصهار ثابتة. عند تسخينها، فإنها عادةً ما تلين (الحالة المطاطية) قبل أن تسيل (حالة التدفق اللزج)، وتمتد على نطاق درجة حرارة معينة بدلًا من الذوبان عند نقطة محددة.
أنواع البلاستيك: غير المتبلور والبلوري
البلاستيك غير المتبلور:
في ظل ظروف المعالجة النموذجية، لا تحتوي هذه المواد البلاستيكية على مناطق بلورية وتكون غير متبلورة بالكامل. ومن الأمثلة على ذلك: البولي كربونات، ABS، PMMA، ASA، PPSU، إلخ. يتماشى سلوك ذوبانها مع سلوك المواد غير المتبلورة النموذجية.
البلاستيك الكريستالي:
تميل العديد من المواد البلاستيكية إلى التبلور أثناء تبريدها وتصلبها، مثل البولي إيثيلين (PE) والبولي بروبيلين (PP) والبولي أوكسي ميثيلين (POM) والبولي أميد (PA6 و PA66) والبولي إيثيلين تيرفثالات (PET) والبولي إيثيلين تيرفثالات (PBT).
ومع ذلك، فإنها تتبلور فقط في مناطق معينة، حيث تصنف المواد ذات التبلور أعلى من 80% على أنها مواد بلاستيكية بلورية والباقي على أنها شبه بلورية>.
تتأثر درجة التبلور إلى حد كبير بعملية التبريد؛ فالتبريد البطيء ضمن نطاق درجة حرارة التبلور يمكن أن يزيد من التبلور، في حين أن التبريد السريع له تأثير معاكس.
وبالتالي، فإن عملية انصهار هذه المواد البلاستيكية البلورية تشبه جزئيًا عملية انصهار المواد البلورية ولكنها تتضمن أيضًا خصائص المواد غير المتبلورة..
الحالات الثلاث ودرجات الحرارة الرئيسية الأربع للبلاستيك أثناء التسخين
دعونا نستكشف الحالات الثلاث التي تمر بها المواد البلاستيكية أثناء التسخين: الحالة الزجاجية، والحالة المرنة العالية (المطاطية)، وحالة التدفق اللزج، بالإضافة إلى درجات الحرارة الرئيسية الأربع المرتبطة بها: <درجة حرارة الانتقال الزجاجي، ودرجة حرارة الانصهار، ودرجة حرارة التدفق، ودرجة حرارة التحلل.
الحالة الزجاجية
الحالة الأولى هي الحالة الحالة الزجاجية، حيث تكون المواد البلاستيكية في درجة حرارة الغرفة أو درجات حرارة منخفضة. في هذه الحالة، تكون حركة جزيئات البلاستيك مقيدة إلى حد كبير، مما يجعل المادة جامدة وهشة. ويحدث هذا لأن درجة الحرارة تكون أقل من درجة حرارة الانتقال الزجاجي (Tg)، حيث تكون القوى بين الجزيئات أكبر من الطاقة الحرارية، مما يمنع الحركة الجزيئية الحرة.
درجة حرارة الانتقال الزجاجي (Tg) وحالة المرونة العالية (المطاطية)
يحدث تغير فيزيائي كبير عندما يتم تسخين البلاستيك إلى درجة حرارة الانتقال الزجاجي. تمثل Tg بداية الانتقال من حالة الصلابة والهشاشة إلى حالة اللين، وتعتمد درجة الحرارة الدقيقة على نوع البلاستيك وبنيته الجزيئية.
على سبيل المثال، تبلغ درجة حرارة البولي أوكسي ميثيلين (POM) حوالي 85 درجة مئوية، بينما تبلغ درجة حرارة البولي كربونات (PC) درجة حرارة أعلى، عادةً حوالي 145 درجة مئوية.
فوق درجة حرارة أعلى من Tg، تكتسب سلاسل البوليمر المزيد من الطاقة وتبدأ في التحرك بحرية أكبر، ومع ذلك تظل في حالة مضطربة عشوائيًا. مع استمرار ارتفاع درجة الحرارة، تدخل المواد البلاستيكية في حالة المرونة العالية، والمعروفة أيضًا باسم الحالة المطاطية. في هذه الحالة، تُظهر المواد البلاستيكية مرونة ومرونة كبيرة. تزداد الحركة بين سلاسل البوليمر، ولكن لا تزال هناك درجة معينة من التفاعل بين الجزيئات. يمكن أن تخضع المواد البلاستيكية في هذه الحالة لتشوه كبير دون أن تنكسر، مثالية للعديد من المنتجات المطاطية والمواد البلاستيكية المرنة.
درجة حرارة التدفق (Tf) وحالة التدفق اللزج
وأخيرًا، مع زيادة درجة الحرارة إلى درجة حرارة التدفق (Tf)، تدخل المواد البلاستيكية في حالة التدفق اللزج. في هذه الحالة، يصبح البلاستيك أكثر سيولة، على غرار السائل اللزج. في حالة التدفق اللزج، يمكن بثق البلاستيك أو حقنه أو ضغطه في أشكال. هذه هي المرحلة الرئيسية لمعالجة البلاستيك، مثل القولبة بالحقن التي تتم في هذه الحالة.
خلال عملية تطهير البرميل، يمكن ملاحظة الحالة المنصهرة للبلاستيك بوضوح..
درجة حرارة التحلل (Td)
المرحلة الأخيرة المهمة في تسخين المواد البلاستيكية هي درجة حرارة التحلل (Td). وهذه هي النقطة التي تبدأ عندها المواد البلاستيكية في التحلل الكيميائي، حيث تفقد خواصها الفيزيائية والكيميائية الأصلية. عند الوصول إلى درجة حرارة التحلل أو تجاوزها، تبدأ المواد البلاستيكية في التحلل إلى جزيئات أصغر، مما قد يؤدي إلى إطلاق غازات ونواتج تحلل أخرى. ولذلك، من الضروري تجنب تجاوز درجة حرارة التحلل أثناء المعالجة لمنع تلف المواد واحتمال إطلاق مواد ضارة.
ملاحظة:
- : المنطقة غير المتبلورة
- : المنطقة شبه البلورية
نصيحة: درجة حرارة الانصهار (Tm)، والمعروفة أيضًا بدرجة حرارة التدفق (Tf)
من المهم أن نلاحظ أن درجة حرارة انصهار البلاستيك ليست نقطة ثابتة، بل هي نطاق. ضمن هذا النطاق، تنتقل الحالة الفيزيائية للبلاستيك من حالة المرونة العالية إلى حالة التدفق اللزج. على سبيل المثال، يتراوح نطاق درجة حرارة انصهار البولي بروبيلين (PP) من 160 درجة مئوية إلى 175 درجة مئوية، بينما يتراوح نطاق درجة حرارة البولي إيثيلين (PE) من 125 درجة مئوية إلى 137 درجة مئوية. ويعتمد عرض هذا النطاق على نوع البلاستيك المحدد ومدى تعقيد تركيبه الجزيئي.
درجات حرارة انصهار المواد البلاستيكية الشائعة
لقد قمنا هنا بإدراج درجات حرارة الانصهار ودرجات حرارة القولبة بالحقن ودرجات حرارة التحلل لبعض المواد البلاستيكية الشائعة. من المهم ملاحظة أن درجة حرارة القولبة بالحقن عادةً ما تكون أعلى من درجة حرارة الانصهار لضمان التدفق الجيد للبلاستيك أثناء المعالجة.
نظرًا لوجود أنواع عديدة من المواد البلاستيكية المعدلة واختلاف خصائصها اختلافًا كبيرًا، فمن المستحيل إدراج الكثير من المواد في هذا الجدول. على سبيل المثال، تختلف خصائص درجة حرارة النايلون المضاف إليه ألياف زجاجية اختلافًا كبيرًا عن خصائص النايلون بدون ألياف زجاجية. من الناحية العملية، من السهل الحصول على ورقة خصائص المواد عند شراء المواد البلاستيكية. ولذلك، فإن هذا الجدول مخصص فقط كمرجع مرجعي فقط.
درجات حرارة انصهار المواد البلاستيكية الشائعة
| اسم المادة | درجة حرارة الانصهار (درجة مئوية) | درجة حرارة حقن القوالب بالحقن (درجة مئوية) | درجة حرارة التحلل (درجة مئوية) |
|---|---|---|---|
| ABS | 170-190 | 200-240 | 280 |
| بولي بروبيلين (بولي بروبيلين) | 160-175 | 190-290 | 320 |
| بولي أوكسي ميثيلين (POM) | 165-175 | 190-230 | 280 |
| الكمبيوتر الشخصي (بولي كربونات) | 225-250 | 270-320 | 360 |
| PBT | 225-235 | 220-270 | 280 |
| PA6 (نايلون 6) | 215-221 | 260-300 | 320 |
| PA66 (نايلون 66) | 260-265 | 270-310 | 360 |
| PMMA (أكريليك) | 160-180 | 220-250 | 270 |
| LDPE (بولي إيثيلين منخفض الكثافة) | 110-130 | 150-230 | 300 |
| البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) | 125-137 | 160-280 | 300 |
| PEEK (بولي إيثر كيتون الأثير متعدد الإيثر) | 315-353 | 360-400 | 520 |
يقدم هذا الجدول نظرة عامة على درجات حرارة الانصهار والقولبة بالحقن والتحلل لمختلف أنواع البلاستيك الشائعة.
الخاتمة
وختامًا، يُعد فهم درجات حرارة انصهار البلاستيك وتشكيله بالحقن وتحلله أمرًا ضروريًا في مجال علوم المواد والتصنيع. فدرجات الحرارة هذه لا توجه معالجة البلاستيك وتطبيقه فحسب، بل تضمن أيضًا سلامة المنتجات النهائية وجودتها.
مع تطور الصناعة بمواد وتقنيات جديدة، تظل الأبحاث والمعرفة المستمرة في هذا المجال أمرًا بالغ الأهمية. سواءً في التطبيقات الصناعية أو الاستخدام اليومي، تستمر الطبيعة المتنوعة للبلاستيك في تشكيل العالم الحديث.
