خواص الکتریکی پلاستیک های پلی لاکتیک اسید کدامند؟
در این مقاله نگاهی به ویژگی های الکتریکی پلی لاکتیک اسید و علاوه بر آن فیلامنت های ترکیبی با آن می پردازیم که امروزه به راحتی می توان آنها را در بازار فیلامنت ها یافت. پلیمرهای پلی لاکتیک اسید که در بین انجمن طرفداران چاپ سه بعدی با نام فیلامنتهای PLA نیزشناخته میشود انواعی از پلاستیک های زیست تخریب پذیر بوده که با استفاده از بسپارش لاکتیک اسید و یا لاکتید بدست می آید. پلاستیک نام برده شده در دسته ترموپلاستیک ها قرار میگیرد و این بدین معنی است که با اعمال حرارت به آن، ماده نامبرده شده نرم شده و قابلیت ارتجاعی پیدا خواهد کرد. این در حالی است که شاید مهمترین مزیت های این دسته از پلیمرها برای چاپ سه بعدی قیمت پایین و سادگی در تولید ان باشد. تمامی موارد عنوان شده در نتیجه طبیعت تجدید پذیر این ماده ایجاد می شود. امروزه پلی لاکتیک اسید به عنوان رایجترین ماده چاپ سه بعدی برای چاپگر های سه بعدی مصرفی شناخته می شود. که قابلیت نوآوری و تولید ترکیبات و انواع فیلامنت های متمایز را دارد. چنین پیشرفتی باعث می شود تا میزان اختراعات انجام گرفته توسط چاپگر های سه بعدی پر مصرف توسط مشتریان افزایش پیدا کند که یکی از آنها نیز فیلامنت های پلی لاکتیک اسید رسانا نام دارد. قبل از آنکه به انواع فیلامنت های رسانا و جدید و ویژگیهای الکتریکی پلی لاکتیک اسید های معمولی بپردازیم اهمیت بسیار زیادی دارد که بتوانیم پایههای اصلی الکتریسیته و نحوه واکنش آن با سایر مواد را به صورت کلی توضیح دهیم.
ویژگی های الکتریکی انواعی از مواد- مقدماتی
ما در دورهای انرژی محور زندگی میکنیم. با حرکت یک کلید جریان الکتریسیته از درون یک دستگاه عبور می کند و بدون آنکه ما هیچ اطلاعی از نحوه کارکرد آن داشته باشیم میتوانیم به هدف مورد نیاز خود از به کارگیری آن دستگاه دست پیدا کنیم. این مورد به دلیل به کارگیری انواعی از مواد رسانا، نیمه رسانا و غیر رسانا در ترکیبات مهندسی هوشمندانه می باشد تا در نهایت بتوان انرژی الکتریسیته را انتقال داد و آن را با استفاده از این مواد ویژه با فشار معین جابجا کرد تا کار مشخصی انجام دهد.
ترکیبات ماده و توانایی رسانایی الکتریسیته
بهتر است ابتدا به یکی از اشتباهات در خصوص مواد و رسانهایی آنها بپردازیم به عنوان مثال تمامی مواد موجود با توجه به ترکیبات اصلی آنها می توانند جریان الکتریکی را با ظرفیتی مشخص انتقال دهند و این ظرفیت با نام نوعی رسانایی شناخته می شود که تناسبی معکوس با نوعی مقاومت دارد که جریان الکتریکی به هنگام انتقال از مسیرهای داخلی ماده با آن روبرو میشود.
رساناها ، نیمه رساناها و عایق ها
تعدادی از مواد چنان مقاومتی را به وجود میآورند که امکان انتقال و یا رسانایی جریان الکتریکی از آنها میسر نخواهد بود و به همین دلیل به آنها مواد دی الکتریک و یا عایق گفته می شود. دسته دیگر مواد نادری هستند که در انتقال جریان های الکتریکی از ویژگیهای بهتری برخوردارند اما هنوز هم مقاومتی را به وجود میآورند و به همین دلیل با نام نیمه رسانا ها شناخته می شوند. در نهایت گروهی از مواد همانند کربن و گرافیت، مس و سایر انواع فلزات مقاومت بسیار کمی در برابر جریان الکتریسیته دارند و به همین دلیل گزینه مناسبی برای سیم کشی و تولید انواعی از محصولات در این حوزه هستند و با نام رسانا ها شناخته میشود.
گرما و تاثیر حرارت
یکی از نکات مهمی که باید به آن توجه داشته باشیم در این مورد خلاصه میشود که تمام مواد رسانای الکتریسیته می توانند رسانای خوبی برای گرما نیز باشند و این موضوع ناشی از آن است که ساختار یک ماده به عنوان یک جلوگیرنده و یا کمک کننده در ارتباط با انتقال های انرژی در داخل خود عمل میکند و این موضوع میتواند با توجه به تعداد الکترون های آزاد باشد که به عنوان حامل ها در مواد عمل می کنند. بر اساس تفکر منطقی زمانی که یک ماده در شرایطی قرار میگیرد که تناسب بهتری برای رسانایی گرمایی پیدا می کند، در نهایت با افزایش دما رسانایی الکتریکی در آن نیز افزایش پیدا میکند و این موضوع کاملا حقیقت دارد ولی ممکن است به صورت کامل انجام نگیرد. به طور خلاصه اگر بخواهیم این موضوع را توضیح دهیم در انواعی از رساناها ی ضعیف و یا عایق ها مقاومت با افزایش درجه دما کاهش پیدا میکند و این در حالی است که در رساناها ی خوب این مورد کاملاً فعالیتی عکس دارد و در واقع مقاومت با افزایش دما همچنان افزایش خواهد یافت. پس از کسب اطلاعاتی در خصوص نکات پایه ی الکتریسیته هم اکنون می توانیم به خواص الکتریکی پلی لاکتیک اسید با ذکر جزئیات بپردازیم.
ویژگی های الکتریکی پلی لاکتیک اسید های اولیه کدامند؟
پلاستیک های خالص پلی لاکتیک اسید همانند تمامی پلاستیک ها در گروه مواد دی الکتریک قرار می گیرند زیرا قابلیت رسانایی الکتریسیته را ندارند و به همین دلیل پلی لاکتیک اسید گزینه ی ایدهآلی برای چاپ سه بعدی نرمال می باشد. اگرچه این ماده نوعی دی الکتریک موثر است اما دمای انتقال شیشه ای در آن نیز پایین می باشد، دمایی که ماده در آن و یا مقادیری بالاتر از آن یکپارچگی ساختاری خود را از دست داده و حالت لاستیک مانند پیدا میکند و این دما حدود ۱۴۰ تا ۱۴۹ درجه فارنهایت می باشد. همان زمانی که پلی لاکتیک اسید به دمای انتقال خود میرسد خواص عایق خود را نیز از دست میدهد و این بدین معنی است که پلاستیک های نامبرده شده از فضای تنفسی گرمایی مورد نیاز برای بکارگیری به عنوان یک عایق در ولتاژ بالا و یا گرمای بالا برخوردار نمی باشند. ولتاژ و حرارت نام برده شده در اغلب موارد توسط محصولات الکتریکی تولید می شود. اما پلی لاکتیک اسید میتواند به عنوان یک عایق موثر برای انواع محصولات با حرارت و ولتاژ پایین باشد و همین باعث میشود تا کاندیدای بسیار مناسبی به عنوان پوشش و یا عایق در چاپگرهای سهبعدی دارای دو روزنران باشد. این در حالی است که این فیلامنت ها در ترکیب با یک پلی لاکتیک اسید رسانای دارای مقاومت کم و یا فیلامنتهای اکریلونیتریل بوتادین استایرن به کار برده می شوند.
ترکیبات پلی لاکتیک اسید رسانا
از آنجایی که تهیه این دسته از فیلامنتها با آسانی زیادی صورت میگیرد بنابراین انواع متفاوتی از آنها برای چاپگرهای سه بعدی وجود دارد. تعداد بسیار زیادی از فیلامنت های نام برده شده از مزیت های سطحی همانند شفافیت، چند رنگی، چند بافتی و یا از زیباییهای فلز مانند برخوردارند اما تعداد فزایندهای از تولیدکنندگان سعی می کنند تا فیلامنت های ترکیبی پلی لاکتیک اسید به همراه کربن را به وجود آورند که دارای درصد های متمایزی از کربن می باشد. بهره بری از یک ماده رسانا در یک ترکیب باعث میشود تا فیلامنت به دست آمده از رسانایی بیشتری برخوردار باشد به خصوص زمانی که به اشکال رساناهای موثر تبدیل می شود و در معرض کربن های زیر لایهای قرار می گیرد. رسانایی سطحی این دسته از مواد ترکیبی شباهت بسیار بیشتری به رسانایی پلی لاکتیک اسید دارد و از آنجایی که آنها رسانایی پایین تری دارند، رسانایی متقاطع در مواردی ممکن است بسیار بالا باشد همانند رسانا های واقعی. با استفاده از پلی لاکتیک اسید های رسانا می توان انواع مدل ها را با روش دو روزنران تولید نمود و این درحالیست که ماده رسانا به کمک یک فیلامنت عایق پوشش داده میشود مانند پلی لاکتیک اسید خالص. با توجه به نوع کاربری، این دسته از مواد ممکن است به عنوان جایگزینی برای مدارهای دارای سیم های قدیمی باشند. اما در هر صورت این ترکیبات هنوز هم در دسته پلاستیک ها قرار می گیرند و در نتیجه مقدار کلی مقاومت آنها ممکن است از سایر مدارهایی که توسط رساناهای خالص تولید شدهاند بالاتر باشد. متمایز ترین کاربرد پلی لاکتیک اسید های رسانا امکان به کارگیری آنها به عنوان مواد مقاومت مانند در مدار های الکتریکی می باشد و سایر مصارف آنها عبارتند از مدارهای الکتریکی کاربردی چاپ، حافظ های الکتریکی یا تجهیزات حساس و سایر موارد.
وجوه متفاوت پلی لاکتیک اسید ها
پلی لاکتیک اسید های قابل چاپ با استفاده از روش سه بعدی امروزه دارای چندان تنوعی می باشند که به کارگیری نام پلی لاکتیک اسید برای آنها میتواند کمی گیج کننده و مبهم به نظر بیاید زیرا این واژه نمیتواند تنها نشان دهنده یک نوع از فیلامنت های پلاستیکی قابل چاپ باشد. به غیر ازانواع فیلامنت های پلی لاکتیک اسید که از نظر ظاهری تغییر یافتهاند، علاقه بسیار زیادی در به کارگیری تعدادی از روش های نوآورانه در فناوریهای چاپ سه بعدی مصرفی وجود دارد که برای ترکیبات جدید و مهیج به کار برده می شود. در هر صورت هنوز طبقه بندی درستی برای این دسته از تعیین نشده است. پلی لاکتیک اسید های رسانا بر عکس چاپ سه بعدی نوعی توسعه جدید و نوین می باشند و به همین دلیل حتی تولید کنندگان انواع فیلامنت ها تلاش می کنند تا در طی زمان مشکلات موجود را حل نمایند. ترکیبات تولیدی اولیه بسیار شکننده بوده و تبدیل آنها به انواعی از محصولات دارای جزئیات با حجم بزرگ با استفاده از روش چاپ سه بعدی بسیار دشوار بود اما پیشرفت های انجام گرفته در فناوری روزنرانی فیلامنت ها باعث شده است تا فیلامنت های پلی لاکتیک اسید رسانای امروزی کاربری بسیار ساده ای داشته باشند و در مواردی نیز میتوانند در مقایسه با انواع خالص از عملکرد بهتری نیز برخوردار باشند زیرا مواد افزوده شده به آنها باعث بهبود کلی آنها خواهد شد.
مترجم: ف.آل احمد