بررسی پلاستیک‌های مهندسی
پلاستیک‌های مهندسی: موادی برای کاربردهای فنی دشوار
پلاستیک‌های مهندسی با تولید ۳۱ میلیون تن، بازار جهانی ۹۵ میلیارد دلاری را شامل شده و شکاف عملکردی بین پلاستیک‌های کالایی و پلیمرهای با کارایی بالا با خواص مکانیکی برتر، مقاومت در برابر دما و پایداری ابعادی پر می‌کنند.
هفت دسته اصلی از پلی کربنات شفاف با مقاومت ضربه استثنایی تا PPS مقاوم در برابر مواد شیمیایی برای کاربردهای دمای بالا را شامل می‌شود که در این میان پلی آمیدها 30 درصد، پلی کربنات 17 درصد و POM نیز 12 درصد از سهم بازار را به خود اختصاص داده‌اند. این مواد کاربردهای حیاتی در بخش‌های مختلف، به ویژه هوافضا، را امکان پذیر می‌کنند که در آنها پلاستیک‌های استاندارد نمی‌توانند الزامات سختگیرانه برای استحکام، مقاومت در برابر حرارت و عملکرد دقیق را برآورده کنند.
برخی تولیدکنندگان به راهکارهای برتر ضد شعله و صرفه جویی در هزینه را برای دشوارترین پروژه‌های پلاستیک‌های مهندسی تکیه می‌کنند. پلاستیک‌های مهندسی دسته‌ای تخصصی از مواد ترموپلاستیک هستند که باهدف تضمین خواص مکانیکی برتر، مقاومت در برابر دما و پایداری ابعادی برای کاربردهای فنی دشوار طراحی شده‌اند. این مواد، شکاف عملکردی بین پلاستیک‌های معمولی و پلیمرهای با کارایی بالا را پر کرده و تعادل بهینه‌ای از خواص، فرآیند پذیری و مقرون به صرفه بودن را ارائه می‌دهند.
بررسی اجمالی بازار
بازار جهانی پلاستیک‌های مهندسی در سال ۲۰۲۳ به حدود ۳۱ میلیون تن متریک رسید که ارزشی بالغ بر ۹۵ میلیارد دلار دارد. پیش بینی می‌شود این بازار تا سال ۲۰۳۰ با نرخ رشد مرکب سالانه ۵.۸ درصد رشد خوبی دارشته باشد که ناشی از افزایش تقاضا در صنعت خودرو، برق/الکترونیک، کالاهای مصرفی و کاربردهای صنعتی است. آسیا و اقیانوسیه در تولید و مصرف پلاستیک‌های مهندسی پیشرو هستند و بیش از ۵۰ درصد از سهم بازار جهانی را به خود اختصاص داده‌اند. پس از آن اروپا و امریکای شمالی قرار دارند.
انواع پلاستیک مهندسی کلیدی
1. پلی کربنات: پلی کربنات (PC) که به دلیل استحکام ضربه استثنایی و وضوح نوری خود شناخته شده است، در کاربردهایی که نیاز به شفافیت و دوام دارند، مناسب است. این ماده تقریبا ۱۷ درصد از بازار پلاستیک‌های مهندسی را با تولید سالانه بیش از ۵ میلیون تن متریک تشکیل می‌دهد. از مهم ترین خواص پلی کربنات می‌توان استحکام ضربه استثنایی، وضوح نوری (88-92 درصد انتقال نور)، پایداری ابعادی عالی، مقاومت دمایی تا ۱۳۵ درجه سانتیگراد، خواص عایق الکتریکی خوب، خاصیت بازدارندگی شعله و مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش را نام برد.
2. پلی اکسی متیلن: پلی اکسی متیلن (POM/استال) دارای خواص مکانیکی عالی و پایداری ابعادی با اصطکاک کم است که آن را برای قطعات مکانیکی دقیق ایده‌آل می‌سازد. این ماده تقریبا 12 درصد از بازار پلاستیک‌های مهندسی را با تولید سالانه حدود 3.7 میلیون تن متریک تشکیل می‌دهد. استحکام و سختی مکانیکی عالی، پایداری ابعادی عالی، ضریب اصطکاک پایین، مقاومت سایشی خوب، مقاومت شیمیایی در برابر بسیاری از حلال‌ها، مقاومت عالی در برابر خستگی و خواص عایق الکتریکی خوب از اساسی ترین خواص پلی اکسی متیلن هستند.
3. پلی آمیدها (PA/نایلون): گریدهای مهندسی پلی آمید استحکام مکانیکی بالا و مقاومت خستگی عالی را برای کاربردهای سازه‌ای دشوار فراهم می‌کنند. آنها تقریبا شامل 30 درصد از بازار پلاستیک‌های مهندسی می‌شوند. پلی آمیدها همچنین دارای خواصی ازجمله استحکام مکانیکی بالا، مقاومت سایشی خوب، مقاومت عالی در برابر خستگی، مقاومت شیمیایی در برابر بسیاری از مواد، خواص حرارتی خوب و ویژگی‌های بازدارندگی شعله هستند.
4. پلی بوتیلن ترفتالات: پلی بوتیلن ترفتالات (PBT) دارای پایداری ابعادی عالی و خواص الکتریکی با سرعت تبلور سریع است که آن را برای قالب گیری تزریقی ایده‌آل می‌کند. این ماده حدود ۸ درصد از بازار پلاستیک‌های مهندسی را با تولید سالانه تقریبا ۲.۵ میلیون تن تشکیل می‌دهد. علاوه براین، از خواص آن می‌توان به پایداری ابعادی عالی، مقاومت شیمیایی خوب، خواص عایق الکتریکی بالا، جذب رطوبت کم، سرعت بالای تبلور (مناسب برای قالب گیری تزریقی)، مقاومت حرارتی خوب (تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد) و پرداخت سطحی عالی اساره کرد.
5. اکریلونیتریل استایرن آکریلات: اکریلونیتریل استایرن اکریلات (ASA) مقاومت فوق العاده‌ای در برابر آب و هوا و اشعه ماوراء بنفش دارد که آن را نسبت به ABS برای کاربردهای فضای باز برتر می‌کند. این ماده حدود 5 درصد از بازار پلاستیک‌های مهندسی را تشکیل می‌دهد. مهم ترین خواص آن عبارتند از مقاومت استثنایی در برابر آب و هوا و اشعه ماوراء بنفش، استحکام ضربه خوب، مقاومت شیمیایی، سطح براق، مقاومت در برابر حرارت تا ۹۵ درجه سانتیگراد، پایداری ابعادی خوب و عملکرد برتر در فضای باز.
6. پلی فنیلن اتر اصلاح شده: پلی فنیلن اکسید (PPO) اصلاح شده که با نام (mPPE) نیز شناخته می‌شود، دارای پایداری هیدرولیتیکی، پایداری ابعادی عالی و مقاومت حرارتی بالا است. این ماده حدود ۴ درصد از بازار پلاستیک‌های مهندسی را تشکیل می‌دهد. همچنین دارای خواصی همچون پایداری هیدرولیتیکی عالی، پایداری ابعادی خوب، مقاومت حرارتی بالا (تا ۱۹۰ درجه سانتیگراد)، جذب آب کم، خواص عایق الکتریکی خوب، ثابت دی الکتریک پایین و خاصیت ذاتی ضد حریق است.
7. پلی فنیلن سولفید: پلی فنیلن سولفید (PPS) مقاومت شیمیایی استثنایی و عملکرد دمای بالا را با خاصیت ذاتی بازدارندگی شعله ارائه می‌دهد. این ماده تقریبا 3 درصد از بازار پلاستیک‌های مهندسی را شامل می‌شود. همچنین دارای خواص منحصر به فردی است ازجمله مقاومت شیمیایی استثنایی، مقاومت در برابر دمای بالا (استفاده مداوم تا ۲۴۰ درجه سانتیگراد)، پایداری ابعادی عالی، خاصیت ذاتی ضد حریق، فرآوری شیمیایی، جذب رطوبت کم، سختی و استحکام بالا و خواص الکتریکی خوب.
روندها و نوآوری‌های بازار
الف: پایداری ابعادی: صنعت پلاستیک‌های مهندسی بر روی راه‌حل‌های پایدار تمرکز دارد همچون پلاستیک‌های مهندسی زیستی مشتق شده از منابع تجدید پذیر، ادغام محتوای بازیافتی در فرمولاسیون‌های با کارایی بالا، طراحی برای بازیافت پذیری به منظور تسهیل مدیریت پایان عمر، فناوری‌های بازیافت شیمیایی برای بازیابی مونومرها از پلاستیک‌های مهندسی، کاهش ردپای کربن در سراسر زنجیره ارزش
ب. کاربردهای سبک وزن: یکی از محرک‌های مهم در بازار پلاستیک‌های مهندسی، تلاش صنایع خودرو و هوافضا برای کاهش وزن است ازجمله تبدیل فلز به پلاستیک برای اجزای سازه‌ای، فرمولاسیون‌های کامپوزیت پیشرفته با نسبت استحکام به وزن بهبود یافته، سیستم‌های مواد هیبریدی که پلاستیک‌ها را با سایر مواد سبک وزن ترکیب می‌کنند، فناوری‌های فوم سازی میکروسلولی به منظور کاهش چگالی، ابزارهای شبیه سازی پیشرفته برای بهینه سازی طراحی قطعات
پ. کاربردهای دما بالا: توسعه پلاستیک‌های مهندسی با خواص حرارتی بهبود یافته شامل اقداماتی همچون بسته‌های تثبیت حرارتی بهبود یافته، شیمی پلیمرهای نوین برای محیط‌های با دمای بسیار بالا، سیستم‌های پیوند عرضی برای عملکرد در دمای بالا، فناوری نانوکامپوزیت برای افزایش خواص حرارتی، افزودنی‌های ویژه برای مقاومت در برابر فرسودگی حرارتی طولانی مدت است.
چشم انداز آینده
انتظار می‌رود بازار پلاستیک‌های مهندسی به مسیر رشد خود ادامه دهد، که ناشی از افزایش پذیرش در اقتصادهای نوظهور و ادامه روند جایگزینی فلز در صنایع مختلف است. با رشد تقاضا در ساخت وسایل نقلیه الکتریکی، تقاضا برای پلاستیک‌های مهندسی ویژه ایجاد می‌شود درحالی که پیشرفت‌ها در تولید افزایشی (چاپ سه بعدی) امکانات کاربردی جدیدی را ایجاد می‌کند. ادغام ویژگی‌های هوشمند با راهکارهای کاربردی، فرصت‌های جدیدی را در بازار ایجاد خواهد کرد.
تمرکز صنعت بر اصول اقتصاد چرخشی و توسعه سیستم‌های بازیافت حلقه بسته برای پلاستیک‌های مهندسی برای رشد پایدار بلندمدت بسیار مهم خواهد بود و ضمن حفظ ویژگی‌های عملکردی که این مواد را در صنایع مختلف ضروری می‌کند، به نگرانی‌های زیست محیطی نیز رسیدگی می‌کند.