کاربرد های مواد پلیمری و روش انتخاب پلیمر مناسب

پلیمرها به عنوان یکی از مهم‌ترین دستاوردهای بشر در دنیای مدرن، نقش حیاتی در زندگی انسان ایفا می‌کنند. تنوع و خواص منحصر به فرد این مواد، آن‌ها را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای مختلف در صنایع گوناگون تبدیل کرده است. پلیمرها عناصر بسیار متنوعی هستند. کاربرد های مواد پلیمری از مهندسی اویونیک هواپیما گرفته تا کاربردهای زیست پزشکی، سیستم تحویل دارو، دستگاه های حسگر زیستی، مهندسی بافت، لوازم آرایشی و بهداشتی و غیره را شامل می شود.

در این مقاله به بررسی و معرفی پلیمرها و کاربردهای آنان پرداخته ایم؛ پس در ادامه همراه ما باشید.

تاریخچه پلیمر چیست؟

تاریخچه پلیمرها و کاربرد های مواد پلیمری طولانی و پیچیده است و به هزاران سال پیش برمی گردد. اولین پلیمرهای مورد استفاده انسان پلیمرهای طبیعی مانند لاستیک طبیعی، صمغ عربی و کائوچو بودند. این پلیمرها برای هزاران سال برای ساخت انواع مختلف اشیاء همچون ظروف، کفش و توپ استفاده می شدند.

اولین پلیمر مصنوعی در سال 1839 توسط شیمیدان فرانسوی شارل Goodyear کشف شد. گودیر دریافت که با گرم کردن لاستیک طبیعی با گوگرد می توان ماده ای بادوام تر و انعطاف پذیرتر ایجاد کرد. این ماده جدید که به آن لاستیک ولکانیزه می گفتند، انقلابی در صنعت ایجاد کرد و منجر به توسعه طیف وسیعی از محصولات جدید از جمله لاستیک های خودرو، تسمه ها و شیلنگ ها شد.

در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم، شیمیدانان شروع به سنتز پلیمرهای مصنوعی جدیدی از مواد اولیه پتروشیمی کردند. اولین پلیمر مصنوعی موفق، باکلیت، در سال 1907 توسط لئو هندریک Baekeland ساخته شد. باکلیت یک پلاستیک ترموست است که به دلیل مقاومت در برابر حرارت و مواد شیمیایی شناخته شده است. از آن برای ساخت انواع مختلفی از محصولات از جمله ظروف، قطعات خودرو و عایق های الکتریکی استفاده می شود.

سایر پلیمرهای مصنوعی مهمی که در طول قرن بیستم توسعه یافتند عبارتند از:

• پلی اتیلن (PE): PE یک پلیمر ترموپلاستیک است که به دلیل مقاومت در برابر آب و مواد شیمیایی شناخته شده است. از آن برای ساخت انواع مختلفی از محصولات از جمله کیسه های پلاستیکی، بطری ها و لوله ها استفاده می شود.
• پلی پروپیلن (PP): PP یک پلیمر ترموپلاستیک است که به دلیل استحکام و چقرمگی آن شناخته شده است. از گرانول پلی پروپیلن برای ساخت انواع مختلفی از محصولات از جمله فرش، طناب و قطعات خودرو استفاده می شود.
• پلی وینیل کلرید (PVC): PVC یک پلیمر ترموپلاستیک است که مقاومت در برابر آتش و مواد شیمیایی از ویژگی های این پلیمر است. از گرانول پی وی سی برای ساخت انواع مختلفی از محصولات از جمله لوله ها، پنجره ها و روکش ها استفاده می شود.
• پلی استایرن (PS): PS یک پلیمر ترموپلاستیک است که به دلیل سبکی و سفتی آن شناخته شده است. از انواع پلی استایرن برای ساخت محصولاتی از جمله ظروف، اسباب بازی و بسته بندی ها استفاده می شود.
• پلی اورتان (PU): PU یک پلیمر ترموست است که به دلیل انعطاف پذیری و استحکام آن شناخته شده است. از آن برای ساخت انواع مختلفی از محصولات از جمله فوم، روکش و چسب استفاده می شود.

پلیمرها اکنون بخش ضروری از زندگی مدرن هستند. آن ها در طیف گسترده ای از محصولات از جمله لباس، مبلمان، خودروها و الکترونیک استفاده می شوند. پلیمرها به بهبود کیفیت زندگی ما کمک می کنند و نقشی اساسی در اقتصاد جهانی ایفا می کنند.

پلیمر چیست؟

پلیمر یک مولکول بزرگ است که از واحدهای کوچکتر به نام مونومر تشکیل شده است که به صورت زنجیره ای به هم متصل شده اند. کلمه “پلیمر” از کلمات یونانی “پلی” به معنای “بسیار” و “مر” به معنای “قسمت” گرفته شده است.

پلیمرها را می توان به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم کرد.

پلیمرهای طبیعی عبارتند از:

• پروتئین ها، مانند ابریشم و پشم
• اسیدهای نوکلئیک، مانند DNA و RNA
• کربوهیدرات ها، مانند سلولز و نشاسته
• لیپیدها، مانند چربی ها و روغن ها

پلیمرهای مصنوعی عبارتند از:

• نایلون
• پلی استر
• تفلون
• پلی اتیلن
• پلی وینیل کلرید

پلیمرها به دلیل خواص منحصر به فردشان برای این کاربردهای مختلف مفید هستند. برخی از این خواص عبارتند از:

• استحکام
• چقرمگی
• سبکی
• انعطاف پذیری
• مقاومت در برابر آب و هوا
• مقاومت در برابر مواد شیمیایی

 

طبقه بندی پلیمرها به چه شکل است؟

پلیمرها را می توان بر اساس معیارهای مختلفی طبقه بندی کرد. برخی از رایج ترین روش های طبقه بندی پلیمرها عبارتند از:

1. منشا:

مواد پلیمری بر طبق منشا به شکل زیر طبقه بندی می شوند:

• طبیعی: پلیمرهایی که از منابع طبیعی مانند گیاهان و حیوانات به دست می آیند. مانند سلولز، نشاسته، پروتئین و لاستیک طبیعی.
• مصنوعی: پلیمرهایی که توسط انسان در آزمایشگاه سنتز می شوند. مانند نایلون، پلی اتیلن، پلی استر و پلی وینیل کلرید.
• نیمه مصنوعی: پلیمرهایی که از اصلاح شیمیایی پلیمرهای طبیعی به دست می آیند. مانند سلولز استات و لاک الکل.

 

2. رفتار حرارتی:

از نظر رفتار حرارتی می توانید انواع پلیمر را در دو دسته زیر قرار دهیم:

• ترموست: پلیمرهایی که با حرارت دادن سخت و غیرقابل ذوب می شوند. مانند اپوکسی، فنولیک و پلی اورتان.
• ترموپلاستیک: پلیمرهایی که با حرارت دادن نرم و ذوب می شوند و می توان آن ها را دوباره قالب گیری کرد. مانند پلی اتیلن، پلی پروپیلن و پلی استایرن.

 

3. ساختار زنجیره:

اگر ساختار زنجیره ای را مدنظر بگیریم می توانیم مواد پلیمری را به سه دسته ای که در ادامه بیان کرده ایم، تقسیم کنیم:

• خطی: پلیمرهایی که زنجیره های آن ها به صورت خطی به هم متصل شده اند. مانند پلی اتیلن، پلی پروپیلن و نایلون.
• شاخه ای: پلیمرهایی که زنجیره های آن ها دارای شاخه هایی هستند. مانند پلی اتیلن شاخه ای و پلی استایرن شاخه ای.
• شبکه ای: پلیمرهایی که زنجیره های آن ها به صورت شبکه ای به هم متصل شده اند. مانند لاستیک ولکانیزه و اپوکسی.

 

4. بلورینگی:

از نظر چیدمان منظم یا غیر منظم می توانیم بگوییم که پلیمرها در دو دسته بلوری یا آمورف قرار می گیرند.

• بلوری: پلیمرهایی که زنجیره های آن ها به صورت منظمی چیده شده اند. مانند پلی اتیلن ترفتالات و پلی تترافلوئورواتیلن.
• آمورف: پلیمرهایی که زنجیره های آن ها به صورت نامنظم چیده شده اند. مانند پلی استایرن و پلی وینیل کلرید.

 

5. کاربرد:

تمام انواع مواد پلیمری را بر حسب کاربرد در گروه های زیر می توانیم قرار دهیم:

• پلاستیک: پلیمرهایی که به طور کلی برای ساخت اشیاء جامد استفاده می شوند. مانند پلی اتیلن، پلی پروپیلن و پلی استایرن.
• الیاف: پلیمرهایی که به طور کلی برای ساخت نخ و پارچه استفاده می شوند. مانند گرانول نایلون، پلی استر و ابریشم مصنوعی.
• لاستیک: پلیمرهایی که به طور کلی برای ساخت اشیاء انعطاف پذیر استفاده می شوند. مانند لاستیک طبیعی، استایرن بوتادین و نیتریل.
• پوشش: پلیمرهایی که به طور کلی برای محافظت از سطوح استفاده می شوند. مانند اپوکسی، پلی اورتان و پلی وینیل کلرید.
• چسب: پلیمرهایی که به طور کلی برای اتصال اشیاء به هم استفاده می شوند. مانند اپوکسی، پلی اورتان و سیانواکریلات.

 

6. ترکیب شیمیایی:

از نظر ترکیب شیمیایی دو دسته زیر را برای پلیمرها در نظر می گیریم:

• هوموپلیمر: پلیمرهایی که از یک نوع مونومر تشکیل شده اند. مانند پلی اتیلن، پلی پروپیلن و پلی استایرن.
• کوپلیمر: پلیمرهایی که از دو یا چند نوع مونومر تشکیل شده اند. مانند استایرن بوتادین، نیتریل و ABS.

لازم به ذکر است که برخی از پلیمرها ممکن است در بیش از یک دسته طبقه بندی شوند. به عنوان مثال، پلی اتیلن می تواند به عنوان یک پلیمر ترموپلاستیک، خطی، بلوری و پلاستیک طبقه بندی شود.

انتخاب روش مناسب برای طبقه بندی پلیمرها به کاربرد مواد پلیمری و هدف مورد نظر بستگی دارد.

برای سفارش انواع دستگاه اکسترودر از ماشین سازی متین و دریافت مشاوره با ما تماس بگیرید.

02191090598

09125354428

چگونه پلیمر مناسب را انتخاب کنیم؟

انتخاب پلیمر مناسب برای یک کاربرد خاص، فرآیندی پیچیده است که نیازمند بررسی دقیق عوامل متعددی می‌باشد. این عوامل شامل خواص مکانیکی، حرارتی، شیمیایی، الکتریکی، فرآوری و زیست محیطی، به همراه هزینه‌ها می‌باشند. در ادامه همراه ما باشید تا روش انتخاب و استفاده بهتر از کاربرد های مواد پلیمری را به شما بیاموزیم:

خواص مکانیکی:

• استحکام
• سختی
• انعطاف‌پذیری
• چقرمگی
• خزش
• مقاومت در برابر ضربه

خواص حرارتی:

• دمای انتقال شیشه ای (Tg)
• دمای ذوب (Tm)
• پایداری حرارتی
• مقاومت در برابر شعله

خواص شیمیایی:

• مقاومت در برابر خوردگی
• مقاومت در برابر حلال
• مقاومت در برابر اسید و باز
• پایداری UV

خواص الکتریکی:

• عایق الکتریکی
• رسانای الکتریکی
• خواص الکترومغناطیسی

خواص فرآوری:

• روش فرآوری (قالب‌گیری، اکستروژن، تزریق)
• سرعت فرآوری
• هزینه فرآوری

ملاحظات زیست محیطی:

• تجدیدپذیری
• زیست تخریب‌پذیری
• سمیت

هزینه:

• قیمت مواد اولیه
• هزینه‌های فرآوری

برقراری تعادل:

در انتخاب پلیمر مناسب، بایستی تعادل بین خواص مورد نیاز و هزینه‌ها برقرار شود. به عنوان مثال، اگر استحکام بالا و مقاومت در برابر حرارت بالا مورد نیاز باشد، ممکن است لازم باشد از پلیمر گران‌تری استفاده شود.

کاربرد های مواد پلیمری در صنایع مختلف

مواد پلیمری به دلیل تنوع و خواص منحصر به فردشان، کاربردهای بسیار گسترده ای در صنایع مختلف دارند. در ادامه به برخی از مهمترین کاربردهای این مواد اشاره می کنیم:

کشاورزی

از جمله دلایل پیشرفت صنعت کشاورزی استفاده از کاربرد های مواد پلیمری در آن است. استفاده از مواد پلیمری در این صنعت موجب صرفه جویی در مصرف آب می گردد و استفاده از لوله های پلیمری تغییر بسیار بزرگی را در این صنعت ایجاد کرده است. استفاده از این پلیمرها در صنایع کشاورزی می تواند باعث افزایش رونق کشاورزی و اقتصادی کشور شود.

پلیمرها باعث می شوند که مکانی بسیار مناسب برای کشاورزی ایجاد گردد. همانطور که می دانید آبیاری از اصلی ترین مراحل کشاورزی است. آبیاری نامناسب می تواند موجب شکست  خوردن پروژه و همچنین ضررهای جبران ناپذیری گردد؛ از این رو استفاده از دستگاه کامپاند پلیمر و همچنین آبیاری قطره ای به شکل چشمگیری افزایش یافته  است.

همچنین استفاده از مالچ کشاورزی می تواند تا حد بسیار زیادی در میزان حفظ رطوبت خاک تاثیرگذار باشد. استفاده از این ماده باعث می شود رطوبت موجود در خاک بر اثر تابش نور خورشید و افزایش دمای محیط بخار نشده و در خاک حفظ شود. این موضوع برای کشاورزی در مناطقی که دچار خشکسالی هستند، بسیار حیاتی است.

حمل و نقل

از جمله صنایع دیگری که پلیمرها نقش مهمی در آن ایفا می کنند، صنعت حمل و نقل می باشد. از جمله مزایا و کاربرد های مواد پلیمری در صنعت حمل و نقل این است که می توان مواد سبک تری را بوجود آورد؛ زیرا همیشه وزن در این دسته از صنایع از اهمیت زیادی برخوردار است. نکته ی مهم دیگر در چنین صنایعی، ایمنی است. از آنجایی که در صنعت حمل و نقل ایمنی مسافران از مهم ترین مسائل است، استفاده از پلیمرها می تواند امنیت وسایل نقلیه را نیز تا حد بسیار زیادی بالا ببرد.

همچنین قیمت پلیمرها نیز نسبت به بقیه مواد مشابه بسیار مقرون به صرفه تر است و همین امر باعث کاهش هزینه های مربوط به تولید می گردد.

از این رو بسیاری از طراحان اقدام به طراحی وسایل نقلیه مختلف که از پلیمرها در آن ها استفاده شده است، کرده اند. به عنوان مثال با بکارگیری این مواد در قطارها تا سی درصد وزن آن ها کاهش پیدا کرده است. این موضوع می تواند در میزان مصرف سوخت قطار نیز تا حد بسیار زیادی تاثیرگذار باشد.

پزشکی

صنعت پزشکی روزانه در حال پیشرفت است و تاکنون پزشکان توانسته اند برای بسیاری از بیماری های مختلف درمان هایی را پیدا کنند. به جرات می توان گفت که صنعت پزشکی این پیشرفت چشمگیر را مدیون استفاده و کاربرد های مواد پلیمری است.

از مواد پلیمری برای ساخت تجهیزات پزشکی و همچنین مواد کاشتنی پزشکی استفاده می گردد. علت این موضوع خواص زیستی ماده پلیمر است. به لحاظ کارکرد بدن، مواد زیست پلیمری را می توان به دو دسته تقسیم کرد. دسته اول موادی است که زیست تخریب پذیر هستند؛ یعنی می توانند در بدن تجزیه شوند، البته این فرآیند به آرامی صورت می گیرد.

همچنین دسته دوم زیست تخریب ناپذیر هستند؛ یعنی فرآیند تخریب آن ها در بدن صورت نمی گیرد و یا به سختی ممکن است. استفاده از این مواد در بدن انسان زمانی صورت می گیرد که ماده مورد نظر به طور کلی با محیط زنده تماس پیدا کند و یک سری خواص شیمیایی و فیزیکی را از خود بروز دهد.

صنایع الکترونیک

اگر به اطراف خودتان نگاهی بیندازید، قطعا لوازم الکتریکی بسیار مختلفی را خواهید یافت. استفاده از کاربرد های مواد پلیمری در این وسایل یک روش بسیار مرسوم است که می تواند باعث کاهش هزینه ها و همچنین افزایش چشمگیر کیفیت محصول گردد. تولید برخی از قطعات و وسایل الکترونیک به وجود مواد پلیمری خاصی وابسته است.

به طور کلی از مواد پلیمری برای ایجاد بدنه و بخش های مختلف لوازم الکتریکی استفاده می شود. امروزه پلیمر به جزء جدایی ناپذیر لوازم و وسایل الکتریکی تبدیل شده است.

خودروسازی

در سال های اخیر استفاده از کاربرد های مواد پلیمری در صنایع خودروسازی به طور چشمگیری افزایش داشته است. استفاده از این مواد در صنعت خودروسازی موجب کاهش چشمگیر وزن خودرو و متعاقبا کاهش مصرف سوخت آن گردیده است. انتخاب نوع پلیمر در بخش های مختلف خودرو، کاملا وابسته به بخش مورد نظر است. منطقی است که جنس پلیمر به کار رفته در هر بخش با بخش دیگر متفاوت باشد. از پلیمر در قسمت های مختلف خودرو مانند چراغ ها و کنسول، آینه ها و … استفاده می شود.

ساختمان سازی

قطعا مراحل ساخت یک ساختمان کاملا با سال های گذشته متفاوت است. علت این موضوع استفاده از کاربرد های مواد پلیمری و پیشرفت تکنولوژی های مختلف در صنعت ساختمان سازی می باشد. مواد پلیمری در بخش های مختلفی از ساختمان به کار می رود؛ به عنوان مثال می توان به عایق های حرارتی و رطوبتی اشاره کرد. استفاده از این عایق ها می تواند در کیفیت پروژه ی نهایی تا حد بسیار زیادی تاثیرگذار باشد.

همچنین از پلیمر در لوله ها و حتی بتن ساختمان نیز استفاده می شود. علت این موضوع قیمت مقرون به صرفه ی این ماده است. قیمت پلیمر نسبت به دیگر مواد مشابه بسیار ارزان تر است و در کاهش هزینه های پروژه و قیمت نهایی آن تاثیر بسیار زیادی دارد.

استفاده از این پلیمرها برای تولید سنگ ساختمان نیز بسیار مرسوم است و می تواند موجب افزایش استحکام بنا گردد. همچنین سنگ ها مصنوعی بسیار ارزان تر هستند و مجددا در این بخش نیز هزینه ها کاهش پیدا خواهد کرد.

سخن آخر

در این مقاله سعی کردیم به طور کلی به معرفی ماده پلیمر و همچنین کاربرد های مواد پلیمری و گرانول آن ها از حمل و نقل گرفته تا ساختمان سازی بپردازیم. استفاده از این ماده روز به روز در حال افزایش است و بسیاری از صنایع پیشرفت خود را مدیون این ماده هستند. اگر از مطالعه این مقاله لذت بردید در بخش نظرات ما را از انتقادات و پیشنهادات خود با خبر کنید.

ماشین سازی متین