هفت پلاستیک مقاوم در برابر مواد شیمیایی

7 پلاستیک برتر مقاوم در برابر مواد شیمیایی برای ساخت قطعات دقیق

انتخاب ماده مناسب برای محیط‌های شیمیایی تهاجمی نیازمند درک ویژگی‌های عملکردی منحصر به فرد هر پلیمر است. در اینجا به تفکیک، تلاش کردیم تا برترین پلیمرها با بهترین عملکردها برای ساخت قطعات ماشینکاری دقیق را معرفی کنیم.

1. پلی اتر اتر کتون: استحکام بالا و سازگاری شیمیایی گسترده

پلی اتر اتر کتون (PEEK) به عنوان یک ترموپلاستیک نیمه بلوری برتر با مقاومت شیمیایی بالا در طیف وسیعی از کاربردها شناخته می‌شود. این پلیمر آروماتیک خطی خواص مکانیکی استثنایی خود را تا دمای ۱۷۰ درجه سانتیگراد (۳۳۸ درجه فارنهایت) حفظ می‌کند. در برابر اکثر اسیدها، بازها، هیدروکربن‌ها و حلال‌های آلی مقاومت کرده و در عین حال، حداقل تورم را از خود نشان می‌دهد. نکته مهم این است که PEEK مقاومت بسیار خوبی در برابر اسید هیدروکلریک و اسید فسفریک دارد اما در برابر اسیدهای سولفوریک و نیتریک غلیظ آسیب‌ پذیر است.

2. تفلون: بی‌ اثری شیمیایی

تفلون (PTFE) با مقاومت دمایی از منفی 200 تا 260 درجه سانتیگراد (منفی 328 تا 500 درجه فارنهایت) از نظر شیمیایی بی ‌اثر است. این فلوروپلیمر به دلیل استحکام پیوندهای کربن-فلوئور، تقریبا در برابر هیچ ماده شیمیایی واکنش نشان نمی‌دهد. پالایشگاه‌های نفت و گاز، صنایع هوافضا و نیمه‌ هادی‌ها به دلیل مقاومت استثنایی PTFE در برابر سیالات هیدرولیک، حلال‌ها و محلول‌های تمیزکننده به آن متکی هستند.

3. پلی فنیلن سولفید: مقاومت بالا در برابر اسیدها و حلال‌ها

پلی‌ فنیلن سولفید (PPS) در مقایسه با بسیاری از جایگزین‌ها، عملکرد بهتری در شرایط اسیدی دارد. آزمایش PPS در اسید سولفوریک ۸۵ درصد در دمای ۱۲۰ درجه سانتیگراد تا ۵۰۰۰ ساعت، عملکرد بهتر PPS را حتی در محیط‌های اسیدی شدید نسبت به PTFE و PVDF تایید کرد. تقریبا ۵۰ درصد از تولید PPS به قطعات خودروهای زرهی ازجمله ترمز، مایع خنک ‌کننده، سیستم‌های سوخت و سیستم‌های انتقال برق اختصاص دارد.

4. Kynar: پلیمر مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش و اکسید کننده

Kynar (PVDF) مقاومت شیمیایی عالی در برابر ازن دارد و در برابر اشعه ماوراء بنفش نیز پایداری خود را حفظ می‌کند. این ترموپلاستیک نیمه بلوری با استحکام کششی 35-55 مگاپاسکال، به طور موثر از دمای منفی تا 130+ درجه سانتیگراد عمل می‌کند. PVDF همچنین در برابر اکثر اسیدهای معدنی ازجمله اسید هیدروفلوئوریک مقاوم است اما در برابر استرها، کتون‌ها و محلول‌های بازی قوی آسیب‌ پذیر است.

5. Vespel® (PAI): پایداری ابعادی در دماهای بالا

Vespel® پلی آمید (PAI) با دمای انتقال شیشه‌ ای بیش از ۴۰۰ درجه سانتیگراد (۷۵۲ درجه فارنهایت) پایداری حرارتی بالایی دارد. پایداری ابعادی آن از ضریب انبساط حرارتی پایین و ثابت ناشی می‌شود.Vespel® SCP-5050  در کاربردهای هوافضا از پایداری اکسیداتیو حرارتی و مقاومت سایشی در دماهای بالا برخوردار است و آن را برای جایگزینی قطعات فلزی ایده‌آل می‌کند.

6. پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا: گزینه‌ای کم‌ هزینه با مقاومت شیمیایی بالا

پلی‌ اتیلن با وزن مولکولی فوق‌ العاده بالا (UHMW) مقاومت شیمیایی مقرون‌ به ‌صرفه‌ای دارد. ساختار کریستالی منحصر به ‌فرد آن در برابر اکثر اسیدها، بازها و حلال‌ها بدون تورم یا تخریب مقاوم می‌کند.

7. ECTFE (Halar): مقاومت در برابر اسید سولفوریک و تشعشعات

ECTFE (Halar) مقاومت بسیار خوبی در برابر اسیدهای قوی ازجمله اسیدهای سولفوریک، نیتریک، هیدروکلریک و هیدروفلوئوریک در محدوده دمایی وسیع دارد. علاوه براین، بهترین مقاومت در برابر تابش را در بین فلوروپلیمرها داشته و در برابر اکسید کننده‌ها و عوامل سفید کننده پایداری خود را حفظ می‌کند. مقادیر بسیار کم قابل استخراج آن، Halar را برای کاربردهای فوق خالص نیمه‌ هادی، بیوتکنولوژی و دارویی ایده‌آل می‌کند.

دستورالعمل‌های انتخاب مواد متناسب با کاربرد

انتخاب مؤثر پلاستیک‌های مقاوم در برابر مواد شیمیایی نیازمند تجزیه و تحلیل محیط‌های کاربردی خاص است. هر صنعت، به ویژه صنعت هوافضا، چالش‌های منحصر به فردی دارد که تعیین کننده انتخاب بهینه مواد هستند.

قطعات نیمه‌ هادی: گاز خروجی کم و خلوص بالا

تولید نیمه‌ هادی‌ها در بخش هوافضا به موادی با حداقل پتانسیل آلودگی نیاز دارد. پلاستیک‌های با خلوص بالا مانند PEEK و PFA دارای سطوح پایین مواد قابل نشت و قابل استخراج به همراه حداقل ویژگی‌های انتشار گاز هستند. الزامات کلیدی مواد در کاربردهای هوافضا عبارتند از خواص کنترل الکترواستاتیک، تولید ذرات کم در کاربردهای یاتاقان، حداقل مواد قابل استخراج درمعرض مواد شیمیایی با خلوص بالا، قابلیت‌های دمای بالا و پایداری ابعادی. از مواد FM4910 اغلب برای کاربردهای نیمه ‌هادی حیاتی که در آنها بازدارندگی شعله باید مکمل مقاومت شیمیایی باشد، مشخص می‌شوند.

فرآوری شیمیایی: مقاومت در برابر اسیدها، بازها و حلال‌ها

محیط‌های فرآوری شیمیایی مواد را در معرض اسید هیدروکلریک، اسید سولفوریک، اسید کرومیک و اسید هیدروفلوئوریک قرار می‌دهند. به همین ترتیب، در انتخاب مواد باید دمای کارکرد مداوم، بارهای مکانیکی و الزامات رسانش الکتریکی را در نظر گرفت. PTFE عملا در برابر همه مواد شیمیایی به جز ترکیبات نادر مانند دی‌ فلوئورید اکسیژن بی‌ اثر است. برای مخازن شیمیایی و سیستم‌های لوله‌ کشی، PVC دارای مقاومت شیمیایی مقرون به صرفه‌ای با قابلیت‌های اتصال عالی است.

هوافضا: وزن، استحکام و مواجهه با محیط زیست

کاربردهای هوافضا از پلاستیک‌های با کارایی بالا که درمقایسه با قطعات فلزی تا 50 درصد وزن را کاهش می‌دهند، بهره‌ مند می‌شوند. از این رو، این مواد به طور چشمگیری راندمان سوخت را بهبود بخشیده و در عین حال، تعمیر و نگهداری را تقریبا 20 درصد کاهش می‌دهند. PEEK نیز خواص استثنایی خود را در دماهای تا 260 درجه سانتیگراد (500 درجه فارنهایت) حفظ کرده و در برابر سوخت‌های هوایی و سیالات هیدرولیک بدون تخریب مقاومت می‌کند.

ماشینکاری پلاستیک‌های مقاوم در برابر مواد شیمیایی

ماشینکاری CNC پلاستیک‌های مقاوم در برابر مواد شیمیایی به دلیل خواص منحصر به فرد آنها نیاز به دانش تخصصی دارد. انتخاب مواد باید با در نظر گرفتن پایداری ابعادی، قابلیت ماشینکاری و الزامات پس از پردازش انجام شود. در درجه اول، مهندسان باید مقاومت در برابر خوردگی را در کنار خواص مکانیکی ارزیابی کنند تا از عملکرد بهینه در محیط شیمیایی مورد نظر اطمینان حاصل شود.

و در پایان

مقاومت شیمیایی عامل تعیین کننده حیاتی عملکرد پلاستیک در محیط‌های دشوار است. در این مبحث به این نتیجه رسیدیم که چگونه ساختار پلیمر در سطح مولکولی، از بلورینگی تا پیوند عرضی، اساسا رفتار مواد را در مواجهه با مواد شیمیایی تهاجمی شکل می‌دهد. پلیمرهای نیمه بلوری به دلیل ساختار مولکولی سازمان یافته خود که موانع موثری در برابر نفوذ مواد شیمیایی ایجاد می‌کنند، معمولا عملکرد بهتری از همتایان آمورف خود دارند. درک دانش نهفته در مقاومت شیمیایی مواد به مهندسان این امکان را می‌دهد که هنگام انتخاب مواد، تصمیمات آگاهانه‌ای بگیرند. عواملی مانند گروه‌های عاملی، تطبیق قطبیت و پایداری حرارتی تعیین کنند که یک پلیمر چقدر می‌تواند در برابر مواد شیمیایی خاص مقاومت کند. این دانش به ویژه هنگام طراحی اجزای دقیق برای کاربردهای حیاتی در صنایع هوافضا، نیمه‌ هادی و فرآوری شیمیایی ارزشمند خواهد بود.

7 پلیمر: PEEK، PTFE، PPS، PVDF، Vespel، UHMW و ECTFE با عملکرد بالا هستند که هرکدام دارای ترکیبی منحصر به فرد از خواص مقاومت شیمیایی متناسب با نیازهای مختلف کاربرد هستند. PEEK استحکام استثنایی و سازگاری شیمیایی بالایی دارد در حالی که PTFE تقریبا ازنظر شیمیایی بی‌ اثر است. PPS در محیط‌های اسیدی عالی عمل می‌کند و PVDF نیز از مقاومت بالایی در برابر اکسید کننده‌ها و اشعه ماوراء بنفش برخوردار است.

انتخاب مواد در نهایت، به پارامترهای کاربردی خاص بستگی دارد. به عنوان مثال، ساخت قطعات نیمه‌ هادی به خلوص فوق ‌العاده بالا و حداقل انتشار گاز نیاز دارند. محیط‌های فرآوری شیمیایی، مقاومت در برابر اسیدها، بازها و حلال‌های خاص را در شرایط دمایی مختلف ایجاب می‌کنند. به طور کلی، انتخاب صحیح مواد تاثیر قابل توجهی بر عملکرد و طول عمر قطعات ماشینکاری شده در محیط‌های شیمیایی خشن دارد. انتخاب پلیمر مناسب نه تنها می‌تواند از خرابی‌های پرهزینه جلوگیری کند بلکه تعمیر و نگهداری را کاهش داده و عمر مفید قطعات را افزایش می‌دهد.