ترموپلاستیک ها و پلیمرهای ترموپلاستیک انواعی از پلاستیک هستند که فرآیندهای تولید متفاوتی را طی می کنند و بسته به مواد تشکیل دهنده و روش تولید، خواص مختلفی را به همراه دارند. اصطلاحات ترموپلاستیک و ترموست به معنای نحوه پردازش یا پردازش یک ماده تحت دمای تغییر یافته است [1].

تفاوت فیزیکی اصلی در نحوه واکنش آنها به دمای بالا است. هنگامی که گرمانرم ها تا نقطه ذوب خود گرم می شوند، به شکل مایع نرم می شوند. بنابراین، فرآیند پخت برگشت پذیر است، به این معنی که می توان آنها را دوباره قالب زد و بازیافت کرد. از سوی دیگر، پلیمرهای ترموست در طول فرآیند پخت، ساختاری متقابل ایجاد می‌کنند و از ذوب شدن و قالب‌گیری مجدد آن‌ها جلوگیری می‌کنند.

به عنوان یک قیاس، فکر کنید دماسنج مانند بتن، پس از گیرش، آنها هرگز نمی توانند به حالت مایع برگردند (فرآیند برگشت ناپذیر). در حالی که ترموپلاستیک ها مثل آب هستند، می توانند انتقال بین یخ و اب با اعمال یا حذف گرما (فرآیند برگشت پذیر).

 

ترموپلاستیک چیست؟

ترموپلاستیک رزینی است که در دمای اتاق جامد است اما با حرارت دادن پلاستیک و نرم می شودجریان به دلیل ذوب کریستال یا به دلیل عبور از دمای انتقال شیشه ای (T_g). پس از پردازش، معمولاً از طریق فرآیندهای قالب‌گیری تزریقی یا قالب‌گیری دمشی، ترموپلاستیک‌ها شکل قالبی را می‌گیرند که درون آن به عنوان مذاب ریخته می‌شوند و سرد می‌شوند تا به شکل دلخواه جامد شوند. جنبه مهم ترموپلاستیک ها آنهاست برگشت پذیری، توانایی گرم شدن مجدد، ذوب مجدد و تغییر شکل. این امکان پردازش اضافی همان ماده را حتی پس از آماده شدن به عنوان جامد فراهم می کند. فرآیندهایی مانند اکستروژن، شکل دهی حرارتی و قالب گیری تزریقی به چنین رفتار رزینی متکی هستند. برخی از مواد گرمانرم رایج عبارتند از پلی اتیلن (PE)، پلی کربنات (PC) و پلی وینیل کلرید (PVC).

با این حال، مانند هر ماده دیگری، ترموپلاستیک ها محدودیت هایی دارند. اگر این ماده در معرض دمای بسیار بالا قرار گیرد، ممکن است به طور ناخواسته نرم شود، تغییر شکل داده و برخی از خواص فیزیکی خود را از دست بدهد. [2].

ترموست چیست؟

رزین ترموست یا پلیمر ترموست معمولاً یک ماده مایع در دمای اتاق است که با حرارت دادن یا افزودن شیمیایی به طور غیر قابل برگشتی سخت می شود.. هنگامی که آن را در قالب قرار می دهند و حرارت می دهند، ترموست به شکل مشخص جامد می شود، اما این فرآیند انجماد شامل تشکیل پیوندهای خاصی است که به نام پیوندهای متقابل، که مولکول ها را در جای خود نگه می دارند و ماهیت اصلی ماده را تغییر می دهند و از ذوب شدن آن جلوگیری می کنند. در نتیجه، یک ترموست، بر خلاف یک ترموپلاستیک، نمی تواند به فاز اولیه خود بازگردد و این فرآیند را غیرقابل برگشت می کند. ترموست، با گرم شدن، تبدیل می شود تنظیم، در یک فرم خاص ثابت شده است. در طول گرمای بیش از حد، ترموست ها بدون وارد شدن به فاز سیال، تمایل به تخریب دارند. فرآیندهایی مانند قالب‌گیری فشاری، قالب‌گیری انتقال رزین، pultrusion، تنظیم دستی و سیم‌پیچی رشته‌ای به رفتار پلیمر ترموست بستگی دارد. برخی از گرماسخت‌های متداول شامل اپوکسی، پلی‌آمید و فنولیک هستند که بسیاری از آنها در کامپوزیت‌ها مهم هستند. [2].

کراس لینکینگ (کریمینگ) چیست؟

ترموست ها و ترموپلاستیک ها از جهات مختلف از نظر رفتار متفاوت هستند، اما تمام این ویژگی های واگرا ناشی از یک تفاوت اساسی و اساسی در ساختار شیمیایی آنهاست. این تفاوت اساسی را می توان در چگونگی رزین های ترموست، در طول زنجیره پلیمری خود، دارای نقاط خاصی هستند که می توانند از نظر شیمیایی فعال شوند تا بخشی از واکنش های پیوند شیمیایی با مولکول های پلیمری همسایه باشند. از آنجایی که همه گرماسخت ها دارای چنین نقاط واکنش شیمیایی هستند، اغلب اینطور است که انواع گرماسخت ها تمایل به اتصال به یکدیگر دارند. چنین فرآیندی از تشکیل پیوندهای شیمیایی در بین مولکول های گرما سخت نامیده می شود اتصال عرضی (یا پخت). پس از عمل آوری، پیوندهای عرضی تشکیل شده نه تنها مولکول های پلیمری را از حرکت محدود می کنند، بلکه اتم های داخل آن مولکول ها نیز به میزان بیشتری نسبت به جاذبه های بین مولکولی مانع می شوند.

راه دیگری برای مشاهده تفاوت رفتاری بین ترموست ها و ترموپلاستیک ها از طریق آنهاست وزن مولکولی. همانطور که ما هر دو نوع پلیمر را با هم مقایسه می کنیم، ترموست ها در نحوه افزایش شدید وزن مولکولی آنها پس از پخت مشخص می شوند. ترموپلاستیک ها دارای وزن مولکولی بالاتری هستند درمان نشده دماسنج با این حال، هنگامی که اتصال عرضی بین دو ترموست رخ می دهد، یک شبکه پلیمری تقریباً با وزن مولکولی تشکیل می شود. دو برابر وزن زمانی که این دو جدا بودند. با افزایش تعداد مولکول‌های مرتبط، وزن مولکولی همچنان افزایش می‌یابد و از ترموپلاستیک‌ها بیشتر می‌شود. این افزایش شدید وزن مولکولی باعث تغییرات عمده در خواص مواد مانند افزایش نقطه ذوب می شود. با افزایش مداوم وزن مولکولی به دلیل اتصال عرضی، نقطه ذوب می تواند افزایش یابد و به نقطه ای برسد که از نقطه تجزیه فراتر رود. در آن صورت، یک پلیمر گرماسخت وزن مولکولی بسیار بالایی دارد که قبل از ذوب شدن تجزیه می شود، که دلیل غیرقابل برگشت بودن پردازش ترموست را مشخص می کند. [2].

خواص ترموپلاستیک ها در مقابل ترموست ها

ترموپلاستیک ها به طور کلی استحکام، انعطاف پذیری بالایی دارند و بسته به نوع رزین (پلیمر به شکل مایع ذوب شده) در برابر انقباض مقاوم هستند. آنها مواد همه کاره ای هستند که می توانند برای هر چیزی از کیسه های پلاستیکی تا بلبرینگ های پراسترس و قطعات مکانیکی دقیق استفاده شوند.

ترموست ها معمولا مقاومت شیمیایی و حرارتی بالاتری دارند و همچنین ساختار قوی تری دارند که به راحتی تغییر شکل نمی دهند.

در اینجا لیستی وجود دارد که تفاوت بین ترموپلاستیک ها و ترموست ها را از نظر ویژگی ها و خواص نشان می دهد. به تأثیر اتصال عرضی به عنوان یک عامل اساسی در انحراف آن مواد از یکدیگر توجه کنید.

جدول 1: ترموپلاستیک ها در مقابل ترموست ها [3]

ویژگی/ویژگی	ترموپلاستیک ها	ترموست
ساختار مولکولی	پلیمر خطی: پیوندهای مولکولی ضعیف در تشکیل زنجیره مستقیم	پلیمرهای شبکه: سطح بالایی از اتصال عرضی با پیوندهای مولکولی شیمیایی قوی
نقطه ذوب	نقطه ذوب کمتر از دمای تخریب	نقطه ذوب بالاتر از دمای تخریب
مکانیکی	انعطاف پذیر و الاستیک. مقاومت بالا در برابر ضربه (10 برابر بیشتر از ترموست). قدرت از بلورینگی ناشی می شود	غیر کشسان و شکننده. قوی و سفت و سخت. قدرت از اتصال متقابل حاصل می شود.
پلیمریزاسیون	پلیمریزاسیون افزودنی: پلیمریزاسیون مجدد در حین ساخت (قبل از پردازش)	پلیمریزاسیون پلی تراکمی: در حین پردازش پلیمریزه می شود
ریزساختار	متشکل از نواحی سخت کریستالی و آمورف الاستیک در حالت جامد	از رزین گرما سخت و فیبر تقویت کننده در حالت جامد تشکیل شده است
اندازه	اندازه با وزن مولکولی بیان می شود	اندازه با چگالی اتصال متقابل بیان می شود
قابلیت بازیافت	قابل بازیافت و استفاده مجدد با اعمال گرما و/یا فشار	غیر قابل بازیافت
مقاومت شیمیایی	بسیار مقاوم در برابر مواد شیمیایی	مقاوم در برابر حرارت و مواد شیمیایی
ترمیم ترک	ترک ها را می توان به راحتی تعمیر کرد	ترمیم ترک ها مشکل است
جنبه حرارتی فرآیند	ذوب ترموپلاستیک گرماگیر است	ترموست های اتصال عرضی گرمازا هستند
دمای سرویس	دمای استفاده مداوم (CUT) کمتر از ترموست	CUT بالاتر از ترموپلاستیک ها
انحلال پذیری	می تواند در حلال های آلی حل شود	در حلال های آلی حل نشوند

پردازش ترموپلاستیک ها در مقابل ترموست ها

پردازش ترموپلاستیک

ترموپلاستیک‌ها را می‌توان به روش‌های مختلفی از جمله قالب‌گیری اکستروژن، قالب‌گیری تزریقی، ترموفرمینگ و شکل‌دهی خلاء پردازش کرد.

مواد دانه ای معمولاً به شکل دانه های کروی با قطر تقریبی 3 میلی متر وارد قالب می شوند. سپس این گرانول ها تا نقطه ذوب حرارت داده می شوند که به دمای بسیار بالایی نیاز دارد.

از آنجایی که ترموپلاستیک ها عایق های حرارتی بسیار کارآمدی هستند، خنک سازی در طول فرآیند پخت نسبت به سایر پلاستیک ها بیشتر طول می کشد. بنابراین، خنک‌سازی سریع برای دستیابی به نرخ خروجی بالا، معمولاً با اسپری کردن با آب سرد یا فرو رفتن در حمام‌های آب انجام می‌شود. برای خنک کردن لایه های پلاستیکی گرمانرم، هوای سرد روی سطح دمیده می شود. پلاستیک پس از خنک شدن منقبض می شود و بسته به نوع ماده، بین نرخ انقباض 0.6٪ تا 4٪ متغیر است. سرعت سرد شدن و انقباض تاثیر مشخصی بر کریستالیزه شدن مواد و ساختار داخلی دارد، به همین دلیل است که نرخ انقباض همیشه برای ترموپلاستیک ها مشخص می شود.

شرکت های فعال در تولید مواد ترموپلاستیک عبارتند از:

پردازش پلیمرهای گرما سخت

رزین های ترموست به شکل مایع تحت حرارت پردازش می شوند. فرآیند پخت شامل افزودن عوامل پخت، بازدارنده‌ها، سخت‌کننده‌ها یا نرم‌کننده‌ها به رزین و تقویت‌کننده یا پرکننده‌ها، بسته به نتیجه مورد نیاز است.

پرکاربردترین رزین های ترموست عبارتند از:

• اپوکسی
• پلی استر
• فنولیک
• سیلیکون
• پلی اورتان
• پلی آمید

شرکت هایی که در زمینه تولید مواد پلیمری ترموست فعالیت می کنند عبارتند از:

پردازش کامپوزیت های پلیمری گرما سخت

کامپوزیت های پلیمری ترموست با استفاده از فرآیند لمینیت ساخته می شوند که رزین هایی مانند اپوکسی، سیلیکون، ملامین و غیره را با مواد پایه تقویت کننده مانند شیشه، کتان و گرافیت به هم متصل می کند.

قبل از عمل آوری، بستر تقویت کننده به شکل مایع در بایندر رزین فرو می رود. پس از چسباندن، ورقه های مواد را از داخل کوره عبور می دهند تا تا حدی خشک شوند. سپس چندین ورق به ضخامت مورد نیاز روی هم انباشته می‌شوند، حرارت داده می‌شوند و به هم فشرده می‌شوند تا لایه‌ای را تشکیل دهند. از طرف دیگر، ممکن است ورق ها به هم پیچیده شده و برای ایجاد میله ها گرم شوند.

شرکت هایی که در تولید کامپوزیت های زمینه پلیمری ترموست فعالیت می کنند عبارتند از:

مواد ترموپلاستیک و ترموست و کاربرد آنها

انواع ترموپلاستیک ها و کاربرد آنها

ترموپلاستیک	خواص و کاربردها
پلی آمید (نایلون)	مواد سخت و نسبتاً سخت مورد استفاده برای روکش ابزار برقی، ریل های پرده، یاتاقان ها، اجزای چرخ دنده و لباس ها
پلی متیل متاکریلات (PMMA، اکریلیک)	پلاستیک سفت، بادوام و سخت که تا حدی براق می شود، برای تابلوها، بدنه هواپیما، پنجره ها، سینک حمام و وان استفاده می شود.
پلی وینیل کلراید (PVC)	مواد سخت و بادوام که معمولاً برای لوله‌ها، کف‌پوش‌ها، کابینت‌ها، اسباب‌بازی‌ها و لوازم خانگی و صنعتی استفاده می‌شود.
پلی پروپیلن	مواد سبک و در عین حال سخت که نسبتاً آسان خراشیده می شود، با مقاومت شیمیایی عالی، برای تجهیزات پزشکی و آزمایشگاهی، ریسمان، طناب و ظروف آشپزخانه استفاده می شود.
پلی استایرن (PS)	مواد سبک، سفت، سخت، شکننده، ضد آب که عمدتا برای بسته بندی سفت و سخت استفاده می شود
پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE، تفلون)	مواد بسیار قوی و انعطاف پذیر مورد استفاده برای ظروف پخت و پز نچسب، اجزای دستگاه، چرخ دنده ها و واشرها
پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE)	مواد سخت، نسبتا نرم و مقاوم در برابر مواد شیمیایی مورد استفاده برای بسته بندی، اسباب بازی، کیسه های پلاستیکی و بسته بندی فیلم
پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE)	مواد سفت، سخت و مقاوم در برابر مواد شیمیایی مورد استفاده برای بطری های پلاستیکی و پوشش برای کالاهای خانگی

انواع پلیمرهای ترموست و کاربرد آنها

ترموست	خواص و کاربردها
رزین اپوکسی	ماده سختی که بدون تقویت اضافی شکننده است. برای چسب ها و چسباندن مواد استفاده می شود
ملامین فرمالدئید	سخت، سفت و قوی، با مقاومت شیمیایی و آب مناسب، مورد استفاده برای لمینت های سطح کار، ظروف غذاخوری و عایق های الکتریکی
رزین پلی استر	سخت، سفت و شکننده در صورت بدون لایه. برای کپسوله کردن، اتصال و ریخته گری استفاده می شود
اوره فرمالدئید	سخت، سفت، قوی و شکننده به دلیل خواص عایق الکتریکی خوب، عمدتاً در دستگاه های الکتریکی استفاده می شود.
پلی اورتان	مواد سخت، مستحکم و بادوام مورد استفاده در رنگ، فوم عایق، کفش، قطعات خودرو، چسب ها و درزگیرها
رزین فنل فرمالدئید (PF)	مواد قوی، مقاوم در برابر حرارت و الکتریکی مورد استفاده در اقلام الکتریکی، پریزها و دوشاخه ها، قطعات خودرو، ظروف پخت و پز و قطعات صنعتی دقیق