تولید مواد پلیمری یکی از مهمترین فرآیندهای صنعتی است که نقش کلیدی در صنایع مختلف ایفا میکند. این مواد به دلیل ویژگیهای منحصربهفرد خود، در تولید محصولات متنوع از بستـهبندی گرفتـه تا قطعات صنعتی و تجهیزات پزشکی کاربرد دارند. روشهای مختلفی برای تولید پلیمر وجود دارد که هر یک بر اساس نوع ماده و نیازهای محصول نهایی انتخاب میشود. در این نوشتـه از مجله ماشین سازی متین، با انواع روشهای تولید مواد پلیمری آشنا میشوید و ویژگیهای هر روش را بررسی خواهیم کرد تا درک بهتری از فرآیندهای پلیمری داشتـه باشید.
آشنایی با مواد پلیمری
مواد پلیمری از زنجیرههای بلند مولکولی تشکیل شـدهاند که از تکرار واحدهای کوچکی به نام مونومر ساختـه میشوند. این مواد به دلیل ویژگیهایی مانند سبکی، استحکام، انعطافپذیری و مقاومت در برابر عوامل شیمیایی، در صنایع مختلف کاربرد دارند.
پلیمرها به دو دستهی کلی تقسیم میشوند: ترموپلاستیکها و ترموستها. ترموپلاستیکها با حرارت دادن، نرم شـده و شکلپذیر میشوند، اما ترموستها پس از قالبگیری ساختار پایداری پیدا کرده و قابلیت تغییر شکل ندارند. از جمله پلیمرهای پرکاربرد میتوان به پلیاتیلن، پلیپروپیلن، پلیوینیل کلراید (PVC) و پلیاستایرن اشاره کرد.
این مواد در صنایعی مانند بستـهبندی، خودروسازی، لوازم پزشکی، ساختمان و حتی منسوجات بهطور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند. در ادامه، روشهای تولید مواد پلیمری را بررسی خواهیم کرد.

روش های تولید مواد پلیمری
روشهای تولید مواد پلیمری بر اساس نوع پلیمر، ویژگیهای مورد نظر در محصول نهایی و کاربرد آن متفاوت است. تولید مواد پلیمری را میتوان به دو دستهی کلی تقسیم کرد: پلیمریزاسیون و فرآیندهای شکلدهی پلیمر.
پلیمریزاسیون شامل فرآیندهای شیمیایی است که در آن مونومرها به یکدیگر متصل شـده و زنجیرههای پلیمری را تشکیل میدهند. این روش شامل پلیمریزاسیون افزایشی، پلیمریزاسیون تراکمی، پلیکاندنسیشن، پلیمریزاسیون در محلول، پلیمریزاسیون در فاز گاز و پلیمرسازی در دمای پایین است.
فرآیندهای شکلدهی پلیمر شامل تکنیکهایی است که برای تبدیل مواد پلیمری به اشکال مختلف استفاده میشود. از جمله این روشها میتوان به اکستروژن، تزریق، بادی، ترموفرمینگ و فرآیند چرخشی اشاره کرد.
در ادامه، هر یک از این روشها را بهطور دقیق بررسی خواهیم کرد.
1 – پلیمریزاسیون افزایشی (Addition Polymerization)
پلیمریزاسیون افزایشی یکی از رایجترین روشهای تولید مواد پلیمری است که در آن مونومرهای دارای باند دوگانه، بدون حذف هیچگونه مولکول جانبی، به یکدیگر متصل شـده و زنجیرههای پلیمری را تشکیل میدهند. این فرآیند معمولاً در حضور یک آغازگر (Initiator) آغاز میشود که موجب فعال شـدن مونومرها و شروع واکنش زنجیرهای میشود.
این روش به سه مرحلهی اصلی تقسیم میشود: آغاز (Initiation)، رشد زنجیره (Propagation) و پایان (Termination). در مرحلهی آغاز، یک رادیکال آزاد یا ترکیب فعال، مونومر را تحریک کرده و آغازگر واکنش میشود. در مرحلهی رشد، مونومرهای دیگر به زنجیرهی فعال اضافه میشوند و پلیمر تشکیل میشود. در نهایت، واکنش به دلیل مصرف کامل مونومرها یا واکنش بین زنجیرههای فعال متوقف میشود.
پلیمریزاسیون افزایشی در تولید پلیمرهایی مانند پلیاتیلن (PE)، پلیپروپیلن (PP)، پلیاستایرن (PS) و پلیوینیل کلراید (PVC) کاربرد گستردهای دارد. این پلیمرها در صنایع بستـهبندی، خودروسازی و تولید لوازم خانگی استفاده میشوند.
2 – اکستروژن (Extrusion)
اکستروژن یکی از متداولترین روشهای تولید مواد پلیمری است که در آن مواد پلیمری ذوب شـده و تحت فشار از یک قالب با شکل مشخص عبور میکنند تا محصول نهایی با ابعاد و ویژگیهای مورد نظر تولید شود. این فرآیند به دلیل سرعت بالا، هزینهی پایین و امکان تولید مداوم، در صنایع مختلف از جمله بستـهبندی، خودروسازی و ساختمانسازی کاربرد دارد.
در فرآیند اکستروژن، پلیمر بهصورت گرانول یا پودر وارد دستگاه اکسترودر شـده و با عبور از یک منطقهی گرمشونده، به حالت مذاب درمیآید. سپس این مادهی مذاب با فشار از قالبی با شکل مشخص عبور کرده و پس از خنکسازی، محصول نهایی با ضخامت و ابعاد دقیق تولید میشود.
دو نوع اصلی اکستروژن عبارتاند از اکستروژن مستقیم (Direct Extrusion) و اکستروژن غیرمستقیم (Indirect Extrusion) که در ادامه، به بررسی هر یک از این روشها میپردازیم.
2 – 1 – اکستروژن مستقیم (Direct Extrusion)
در روش اکستروژن مستقیم، مواد پلیمری مذاب تحت فشار از یک قالب ثابت عبور میکنند تا شکل مورد نظر را به خود بگیرند. در این روش، پیستون یا مارپیچ دستگاه اکسترودر مواد را به سمت جلو هدایت کرده و آنها را از قالب خروجی عبور میدهد. پس از خروج از قالب، محصول توسط سیستمهای خنککننده تثبیت شـده و به ابعاد مورد نظر برش داده میشود.
این روش به دلیل کنترل دقیق ابعاد، سرعت تولید بالا و کاهش ضایعات مواد، برای تولید لولهها، پروفیلها، فیلمهای پلیمری و ورقهای پلاستیکی مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین، اکستروژن مستقیم برای تولید مواد با مقاومت بالا و سطوح صاف و یکنواخت ایدهآل است.
2 – 2 – اکستروژن غیر مستقیم (Indirect Extrusion)
در روش اکستروژن غیرمستقیم، برخلاف اکستروژن مستقیم، قالب حرکت میکند و مواد پلیمری در جای خود ثابت میمانند. این تکنیک باعث کاهش اصطکاک بین مواد و دیوارهی قالب شـده و به بهبود کیفیت محصول نهایی کمک میکند.
یکی از مهمترین مزایای این روش، کاهش تنشهای مکانیکی روی مواد است که منجر به تولید محصولات با ساختار یکنواختتر و استحکام بالاتر میشود. از اکستروژن غیرمستقیم بیشتر در تولید لولههای پلاستیکی، روکشهای سیم و کابل، و قطعات خاص مهندسی استفاده میشود.
با توجه به کنترل بهتر روی جریان مواد و کیفیت سطحی، این روش برای تولید محصولات دقیق و حساس مناسبتر است. با این حال، فرآیند آن معمولاً پیچیـدهتر و هزینهبرتر از اکستروژن مستقیم است.

3 – پلیمریزاسیون تراکمی (Condensation Polymerization)
پلیمریزاسیون تراکمی یکی از روشهای مهم تولید مواد پلیمری است که در آن، مونومرها با واکنش شیمیایی به یکدیگر متصل شـده و یک پلیمر با وزن مولکولی بالا تشکیل میدهند. برخلاف پلیمریزاسیون افزایشی، این فرآیند با حذف یک مولکول جانبی مانند آب، متانول یا هیدروکلریک اسید همراه است.
این روش معمولاً برای تولید پلیمرهایی با استحکام مکانیکی بالا، مقاومت شیمیایی و حرارتی مناسب استفاده میشود. برخی از پلیمرهای تولیدشـده با این روش شامل پلیاسترها (مانند PET)، پلیآمیدها (نایلون)، و رزینهای فنولیک هستند.
از پلیمریزاسیون تراکمی در صنایع مختلفی مانند بستـهبندی، نساجی، خودروسازی و لوازم الکترونیکی استفاده میشود. ویژگی بارز این روش امکان کنترل دقیق خواص نهایی پلیمر از طریق تنظیم شرایط واکنش است.
4 – تزریقی (Injection Molding)
قالبگیری تزریقی یکی از پرکاربردترین روشهای تولید مواد پلیمری است که در آن، پلیمر مذاب با فشار بالا به داخل یک قالب بستـه تزریق میشود تا شکل مورد نظر را به خود بگیرد. این فرآیند به دلیل سرعت بالا، دقت زیاد و امکان تولید انبوه، در صنایع مختلف مانند خودروسازی، بستـهبندی و تولید قطعات صنعتی استفاده میشود.
مراحل قالبگیری تزریقی شامل تزریق، خنکسازی و خروج قطعه از قالب است. ابتدا پلیمر بهصورت گرانول وارد محفظهی گرمکننده شـده و به حالت مذاب درمیآید. سپس تحت فشار بالا از طریق یک نازل به داخل قالب تزریق شـده و پس از خنک شـدن، محصول نهایی از قالب خارج میشود.
این روش برای تولید قطعاتی با جزئیات دقیق، استحکام بالا و تکرارپذیری بالا ایدهآل است. همچنین، قالبگیری تزریقی امکان تولید قطعات پیچیـده و چندجزئی را فراهم میکند.
5 – پلیکاندنسیشن (Polycondensation)
پلیکاندنسیشن یکی از روشهای مهم تولید مواد پلیمری است که شباهت زیادی به پلیمریزاسیون تراکمی دارد. در این فرآیند، مونومرها از طریق واکنشهای شیمیایی به یکدیگر متصل میشوند و در این حین، یک محصول جانبی کوچک مانند آب یا الکل از واکنش خارج میشود.
پلیکاندنسیشن معمولاً برای تولید پلیمرهایی با خواص مکانیکی و حرارتی عالی استفاده میشود. از جمله پلیمرهای تولیدشـده با این روش میتوان به پلیاسترها (مانند PET)، پلیآمیدها (نایلون) و پلییورتانها اشاره کرد. این مواد در صنایع نساجی، بستـهبندی، خودروسازی و ساخت تجهیزات مهندسی کاربرد فراوان دارند.
کنترل دقیق شرایط واکنش مانند دمای مناسب، زمان واکنش و غلظت مونومرها در این فرآیند اهمیت بالایی دارد، زیرا کیفیت نهایی پلیمر به این عوامل وابستـه است.
6 – بادی (Blow Molding)
فرآیند بادی یکی از تکنیکهای محبوب برای تولید ظروف و قطعات توخالی پلیمری است. در این روش، مواد پلیمری بهصورت لولهای به نام پریفرم شکل داده میشوند و سپس هوای فشرده به داخل آن دمیـده میشود تا به شکل قالب نهایی درآید. این فرآیند بهویژه برای تولید بطریها، ظروف پلاستیکی، تانکهای ذخیرهسازی و سایر محصولات توخالی مناسب است.
فرآیند بادی به سه نوع اصلی تقسیم میشود که عبارتند از بادی تزریقی (Injection Blow Molding)، بادی اکستروژن (Extrusion Blow Molding) و بادی کششی (Injection Stretch Blow Molding) که در ادامه، هر یک از این روشها را بررسی خواهیم کرد.
6 – 1 – بادی تزریقی (Injection Blow Molding)
در فرآیند بادی تزریقی، ابتدا مواد پلیمری بهصورت مذاب به داخل یک قالب تزریق میشود تا به شکل پریفرم (قطعه ابتدایی توخالی) درآید. سپس این پریفرم به قالب نهایی منتقل شـده و هوای فشرده به آن تزریق میشود تا به شکل مورد نظر درآید. این روش برای تولید محصولات توخالی با ضخامت یکنواخت و دقت بالا ایدهآل است.
بادی تزریقی بیشتر برای تولید بطریها، شیشههای نوشیدنی و بستـهبندیهای کوچک کاربرد دارد. از مزایای این روش میتوان به دقت بالا در تولید، سرعت زیاد و کاهش ضایعات اشاره کرد. این تکنیک همچنین به دلیل توانایی ایجاد شکلهای پیچیـده در محصولات توخالی، محبوبیت زیادی در صنعت بستـهبندی دارد.
6 – 2 – بادی اکستروژن (Extrusion Blow Molding)
در فرآیند بادی اکستروژن، مواد پلیمری ابتدا بهصورت مذاب از اکسترودر خارج میشوند و به شکل لولهای (پریفرم) درمیآیند. این لوله سپس به داخل یک قالب توخالی منتقل شـده و با استفاده از هوای فشرده به شکل نهایی خود در میآید. این روش معمولاً برای تولید ظروف بزرگ توخالی مانند تانکها، بطریهای پلاستیکی بزرگ، و محصولات بستـهبندی با ظرفیت بالا استفاده میشود.
مزایای این فرآیند شامل هزینههای پایین تولید، قابلیت تولید قطعات با اندازههای مختلف، و امکان تولید محصولات با ضخامت دیواره یکنواخت است. همچنین، این روش امکان تولید حجم بالایی از محصولات در مدت زمان کوتاه را فراهم میکند.
6 – 3 – بادی کششی (Injection stretch Blow Molding)
در فرآیند بادی کششی، ابتدا یک پریفرم پلاستیکی توسط روش تزریق تولید میشود، سپس این پریفرم به داخل یک قالب توخالی منتقل شـده و همزمان با کشیـدن و دمیـدن، به شکل نهایی در میآید. در این روش، دو مرحلهی کشش و دمیـدن بهطور همزمان یا جداگانه انجام میشود تا به خصوصیات مکانیکی بهبود یافتـه مانند مقاومت در برابر فشار و ضربه دست یافت.
این روش برای تولید بطریهای PET، ظروف نوشیدنی و محصولات بستـهبندی با خصوصیات فیزیکی بالا بسیار مناسب است. مزایای بادی کششی شامل افزایش استحکام و شفافیت محصول، بهینهسازی مصرف مواد و امکان تولید در اندازههای مختلف است. همچنین، این فرآیند به دلیل کارآیی و دقت بالا، در تولید بستـهبندیهای سبک و مقاوم مورد استفاده قرار میگیرد.
7 – پلیمریزاسیون در محلول (Solution Polymerization)
پلیمریزاسیون در محلول فرآیندی است که در آن، مونومرها در یک حلال حل میشوند و واکنش پلیمریزاسیون در این محلول رخ میدهد. این روش معمولاً در دماهای پایین و در شرایط خاص بهمنظور کنترل دقیق ویژگیهای پلیمر نهایی انجام میشود. از آنجا که واکنش در محلول صورت میگیرد، این روش بهویژه برای تولید پلیمرهای خاص و با کیفیت بالا که نیاز به کنترل ویژگیهای دقیق دارند، کاربرد دارد.
یکی از ویژگیهای مهم این روش، کاهش مشکلات مربوط به انتقال حرارت و کنترل ویسکوزیته است که در فرآیندهای دیگر ممکن است پیش آید. پلیمرهایی که با این روش تولید میشوند معمولاً در صنایع داروسازی، لوازم پزشکی، و تولید مواد با خواص مکانیکی خاص استفاده میشوند.

8 – ترموفرمینگ (Thermoforming)
ترموفرمینگ یکی از روشهای تولید مواد پلیمری است که در آن ورقهای پلاستیکی نازک با استفاده از گرما به حالت نرم در میآیند و سپس به قالبهای خاصی فرم داده میشوند. در این روش، ورق پلاستیکی ابتدا گرم شـده و به حالت انعطافپذیر درمیآید. سپس تحت فشار یا با استفاده از خلا، ورق به قالب منتقل شـده و به شکل نهایی در میآید.
این روش برای تولید قطعاتی با شکل ساده و دقیق، مانند بستـهبندیهای پلاستیکی، فنجانها، ظروف یکبار مصرف، و قطعات خودرویی استفاده میشود. از مزایای ترموفرمینگ میتوان به سرعت بالای تولید، هزینه کم، و قابلیت استفاده از مواد مختلف مانند پلیاستایرن، PVC و پلیاتیلن اشاره کرد.
9 – پلیمریزاسیون در فاز گاز (Gas-Phase Polymerization)
پلیمریزاسیون در فاز گاز یک روش پلیمریزاسیون است که در آن، مونومرها بهصورت گازی در یک واکنشگر تحت شرایط خاص پلیمریزه میشوند. در این فرآیند، پلیمر تولید شـده بهصورت گاز به داخل یک رآکتور وارد میشود و واکنشهای پلیمریزاسیون در فاز گاز اتفاق میافتد. این روش معمولاً برای تولید پلیمرهایی مانند پلیاتیلن و پلیپروپیلن در مقیاس صنعتی بهکار میرود.
یکی از مزایای مهم این فرآیند، تولید پلیمرهای با کیفیت بالا و عملکرد پایدار است. همچنین، این روش به دلیل امکان کنترل دقیق دما و فشار و تولید در مقیاس بزرگ، برای تولید پلیمرهای پرمصرف در صنعت بستـهبندی و خودروسازی بسیار مناسب است. از دیگر مزایای این روش میتوان به اقتصادی بودن، تولید سریع و کاهش هزینههای انرژی اشاره کرد.
10 – فرآیند چرخشی (Rotary molding)
فرآیند چرخشی یکی از روشهای تولید پلیمری است که در آن، قالبها به طور دورانی چرخانـده میشوند تا پلیمر مذاب بهطور یکنواخت در سطح قالب پخش شود. این روش برای تولید قطعات توخالی و ضخیم با ضخامت یکنواخت استفاده میشود. در این فرآیند، ابتدا گرانولهای پلاستیکی به داخل قالب منتقل میشوند، سپس قالب شروع به چرخش کرده و پلیمر مذاب در سرتاسر قالب پخش میشود تا محصول نهایی شکل بگیرد.
فرآیند چرخشی برای تولید لولهها، تانکها، مخازن، و قطعات بزرگ با شکل پیچیـده کاربرد دارد. از مزایای این فرآیند میتوان به صرفهجویی در مواد، امکان تولید قطعات با ابعاد بزرگ و استحکام بالا اشاره کرد.
فرآیند چرخشی شامل مراحل مختلفی است که به صورت زیر انجام میشود:
- پرکردن قالب (Charging): ابتدا قالب با گرانولهای پلاستیکی پر میشود.
- حرارتدهی (Heating): قالب به همراه گرانولها به داخل کوره میرود تا مواد مذاب شوند.
- سرد کردن (Cooling): پس از رسیـدن به دمای مطلوب، قالب به سمت سیستم خنککننده هدایت میشود.
- تخلیه محصول (Demolding): پس از سرد شـدن، محصول از قالب خارج میشود.
این روش به دلیل قابلیت تولید قطعات بزرگ و توخالی با کیفیت بالا در صنایع مختلف از جمله تولید مخازن آب، قطعات خودرویی و تجهیزات کشاورزی استفاده میشود.
10 – 1 – پرکردن قالب (Charging)
در این مرحله، قالبهای چرخان بهطور دستی یا خودکار با گرانولهای پلاستیکی پر میشوند. این گرانولها به طور یکنواخت در داخل قالب قرار میگیرند تا پس از گرمایش، به طور یکپارچه به شکل قالب درآمده و در مرحله بعد پخش شوند.
10 – 2 – حرارت دهی (Heating)
در این مرحله، قالبهای پر شـده با گرانولهای پلاستیکی به داخل کوره منتقل میشوند. در داخل کوره، مواد پلاستیکی به دمای مذاب میرسند. این گرمایش به منظور نرم کردن گرانولها و آمادهسازی آنها برای پخش یکنواخت در سطح قالب انجام میشود.
10 – 3 – سرد کردن (Cooling)
پس از گرمایش، قالب به منطقهای برای خنکسازی هدایت میشود. در این مرحله، مواد پلیمری به تدریج سرد شـده و به شکل نهایی خود در میآیند. این فرآیند سرد شـدن معمولاً در یک سیستم خنککننده سریع انجام میشود تا از انقباض ناخواستـه مواد جلوگیری شود.
10 – 4 – تخلیه محصول (Demolding)
در نهایت، پس از سرد شـدن کامل محصول، قالب از مواد پلاستیکی جدا میشود. محصول نهایی از قالب خارج میشود و برای استفاده یا بستـهبندی آماده میشود. در این مرحله، باید اطمینان حاصل شود که محصول با دقت و بدون آسیب از قالب خارج میشود.
11 – پلیمرسازی در دمای پایین (Low-Temperature Polymerization)
پلیمرسازی در دمای پایین یک فرآیند است که در آن پلیمریزاسیون تحت دماهای نسبتاً پایینتر از دماهای معمولی پلیمریزاسیون انجام میشود. این روش برای تولید پلیمرهایی با حساسیت حرارتی بالا و محصولات خاص استفاده میشود. در این فرآیند، دمای پایین کمک میکند تا واکنش پلیمریزاسیون کنترل شـده و ویژگیهای نهایی پلیمر حفظ شوند.
مزیت این روش، توانایی تولید پلیمرهایی با خواص ویژه مانند شفافیت و استحکام بالا است. این فرآیند بیشتر در صنایع الکترونیک، پزشکی و صنایع دارویی برای تولید موادی که نیاز به خواص خاص دارند، کاربرد دارد.
جمع بندی
در این مقاله به بررسی انواع روشهای تولید مواد پلیمری پرداختیم و هر کدام از تکنیکها را از منظر کاربردها و مزایا مورد تحلیل قرار دادیم. روشهایی مانند پلیمریزاسیون افزایشی، پلیمریزاسیون تراکمی، تزریقی، بادی و فرآیند چرخشی، هرکدام ویژگیهای خاص خود را دارند که آنها را برای صنایع مختلف مناسب میکند. این فرآیندها از مهمترین عوامل در تولید پلیمر هستند که در صنایع بستـهبندی، خودروسازی، داروسازی و تجهیزات پزشکی کاربرد فراوان دارند.
انتخاب روش مناسب برای تولید مواد پلیمری بستگی به ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی پلیمر مورد نظر، نیازهای تولیدی و شرایط اقتصادی دارد. از این رو، شناخت دقیق این روشها به شرکتها کمک میکند تا با بهرهگیری از مناسبترین تکنیکها، محصولات با کیفیت و مقرونبهصرفه تولید کنند.
ماشین سازی متین
سوالات متداول
1 – چه تفاوتی بین پلیمریزاسیون افزایشی و تراکمی وجود دارد؟
پلیمریزاسیون افزایشی بدون ایجاد محصولات جانبی و از اتصال مستقیم مونومرها بهوسیله پیوندهای شیمیایی صورت میگیرد، در حالی که در پلیمریزاسیون تراکمی، محصول جانبی مانند آب یا الکل تولید میشود.
2 – چه کاربردهایی برای فرآیند بادی در تولید مواد پلیمری وجود دارد؟
فرآیند بادی بیشتر در تولید ظروف توخالی مانند بطریها، مخازن و تانکهای ذخیرهسازی مورد استفاده قرار میگیرد.
3 – آیا فرآیند چرخشی بهصرفه است؟
بله، فرآیند چرخشی به دلیل صرفهجویی در مواد و توانایی تولید قطعات بزرگ و پیچیـده، یک گزینه اقتصادی برای تولید محصولات توخالی است.
4 – پلیمرسازی در دمای پایین چه مزایایی دارد؟
این روش امکان تولید پلیمرهایی با خواص ویژه و حساسیت بالا به دما را فراهم میآورد، که در صنایع خاصی مانند الکترونیک و پزشکی کاربرد دارد.