در دنیای مهندسی پلیمر، درک تفاوت های بنیادین میان مواد اولیه، کلید موفقیت در تولید قطعات باکیفیت است. تفاوت تزریق پلاستیک ترموپلاستیک و ترموست تنها به نام آن ها محدود نمی شود، بلکه ریشه در رفتار مولکولی و واکنش این مواد به انرژی گرمایی دارد. انتخاب بین این دو دسته از پلیمرها، مسیر طراحی قالب، فرآیند تولید و حتی چرخه زیست محیطی محصول نهایی را تعیین می کند.
در حالی که ترموپلاستیک ها به دلیل سرعت بالا و قابلیت بازیافت در صنایع بسته بندی و کالاهای مصرفی پادشاهی می کنند، ترموست ها در شرایط سخت کاری، جایی که حرارت بالا و تنش های فیزیکی شدید وجود دارد، جایگزین ناپذیرند. این مقاله مرزهای میان این دو دنیای متفاوت پلیمری را بررسی می کند.
تفاوت در ساختار شیمیایی
بنیادی ترین تفاوت این دو ماده در چیدمان زنجیره های پلیمری آن ها نهفته است. ترموپلاستیک ها از زنجیره های خطی یا کم شاخه تشکیل شده اند که توسط نیروهای ضعیف بین مولکولی (مانند نیروهای واندروالس) در کنار هم قرار گرفته اند. این ساختار به مولکول ها اجازه می دهد تا هنگام گرم شدن، به راحتی روی هم بلغزند و ماده به حالت مذاب درآید.
اما در مقابل، ترموست ها پس از فرآیند پخت، پیوندهای عرضی (Cross-links) بسیار محکمی ایجاد می کنند. این پیوندها یک شبکه سه بعدی و غول آسا می سازند که کل قطعه را به یک مولکول واحد تبدیل می کند.
Shutterstock
این پیوندهای عرضی در ترموست ها دائمی هستند و پس از شکل گیری، دیگر با حرارت از هم گسسته نمی شوند. در حقیقت، ساختار شیمیایی ترموپلاستیک ها همانند دانه های تسبیحی است که در کنار هم چیده شده اند، در حالی که ترموست ها مانند یک تور ماهیگیری مستحکم هستند که تمام گره های آن به هم جوش خورده اند. همین تفاوت ساختاری ساده، منشأ تمام تفاوت های فیزیکی و رفتاری است که در صنعت مشاهده می کنیم.تزریق پلاستیک در کرج نیز با توجه به نیاز صنایع مختلف، بر اساس انتخاب بین ترموپلاستیک و ترموست، خدمات متنوعی از نظر کیفیت و مقاومت قطعات ارائه میدهد.
رفتار حرارتی مواد
واکنش به گرما اصلی ترین وجه تمایز این دو خانواده پلیمری است. ترموپلاستیک ها رفتاری کاملاً فیزیکی در برابر حرارت دارند؛ یعنی با افزایش دما نرم و ذوب می شوند و با کاهش دما دوباره جامد می گردند. این چرخه ذوب و انجماد می تواند چندین بار تکرار شود بدون آنکه ماهیت ماده تغییر کند. اما ترموست ها در طول فرآیند شکل دهی دچار یک تغییر شیمیایی برگشت ناپذیر می شوند که به آن “پخت” یا Curing می گویند.
وقتی یک پلیمر ترموست حرارت می بیند، ابتدا نرم شده و درون قالب جریان می یابد، اما سپس پیوندهای شیمیایی تشکیل شده و ماده “سخت” می شود. نکته بحرانی اینجاست که اگر یک قطعه ترموست پخته شده را دوباره حرارت دهید، ذوب نمی شود؛ بلکه قبل از رسیدن به نقطه ذوب، ساختار شیمیایی آن تخریب شده و دچار سوختگی یا زغال شدن می شود.تزریق پلاستیک فرآیندی صنعتی برای تولید قطعات متنوع است که تفاوت مواد ترموپلاستیک و ترموست در آن بر نوع کاربرد و دوام محصول تأثیر مستقیم دارد.
این ثبات حرارتی بالا در ترموست ها باعث می شود که آن ها برای قطعاتی که در مجاورت موتور خودرو یا کوره قرار دارند، انتخابی ایده آل باشند. در مقابل، ترموپلاستیک ها در دماهای بالا دچار خزش (Creep) شده و تغییر شکل می دهند.
قابلیت بازیافت
از منظر پایداری زیست محیطی، کفه ترازو به شدت به سمت ترموپلاستیک ها سنگینی می کند. به دلیل همان قابلیت ذوب مجدد که پیش تر ذکر شد، قطعات ترموپلاستیک را می توان پس از پایان عمر مفید، خرد کرد، ذوب نمود و دوباره به محصولات جدید تبدیل کرد. این چرخه باعث کاهش ضایعات تولید و صرفه جویی در منابع می شود. امروزه اکثر پلیمرهای مصرفی در بازیافت، از نوع ترموپلاستیک (مانند PET یا پلی اتیلن) هستند.
در مقابل، ترموست ها عملاً غیرقابل بازیافت به معنای سنتی (ذوب مجدد) هستند. پیوندهای شیمیایی عرضی اجازه نمی دهند که ماده دوباره به حالت اولیه بازگردد. ضایعات ترموست معمولاً سوزانده می شوند تا انرژی گرمایی تولید کنند و یا به عنوان پرکننده (Filler) در بتن یا جاده سازی مورد استفاده قرار می گیرند.
این عدم قابلیت بازیافت یکی از بزرگترین نقاط ضعف ترموست ها در دنیای امروز است که به دنبال اقتصاد چرخشی (Circular Economy) می گردد، هرچند که دوام بسیار بالای آن ها نیاز به تعویض مکرر قطعات را کاهش می دهد.
کاربردهای صنعتی هر کدام
انتخاب ماده بر اساس شرایط محیطی محصول نهایی صورت می گیرد. ترموپلاستیک ها به دلیل سرعت تولید بسیار بالا و تنوع در رنگ و شفافیت، در صنایعی چون بسته بندی، اسباب بازی، تجهیزات پزشکی یکبار مصرف و بدنه لوازم خانگی استفاده می شوند. موادی مانند ABS، پلی کربنات و نایلون از مشهورترین های این دسته هستنددستگاه تزریق پلاستیک با توجه به نوع مواد مصرفی، در فرآوری ترموپلاستیکهای قابل ذوب مجدد یا ترموستهای مقاوم به حرارت تنظیمات متفاوتی دارد.
انعطاف پذیری در طراحی و امکان تولید قطعات با جزئیات بسیار ظریف، ترموپلاستیک ها را به ستون اصلی تولید انبوه تبدیل کرده است. از سوی دیگر، ترموست ها در جاهایی به کار می روند که مقاومت به حرارت، مواد شیمیایی و استحکام مکانیکی بالا حرف اول را می زند. صنایع هوافضا، قطعات زیر کاپوت خودرو، دستگیره های ظروف پخت وپز، مدارهای چاپی (PCB) و قطعات عایق الکتریکی فشار قوی از قلمروهای اصلی ترموست ها هستند.
رزین های اپوکسی، فنولیک ها و پلی یورتان های سخت نمونه های بارز این دسته هستند که در شرایطی که ترموپلاستیک ها از پا می افتند، با قدرت به کار خود ادامه می دهند.
تفاوت در فرآیند تزریق
فرآیند تزریق این دو ماده دقیقاً برعکس یکدیگر است. در تزریق ترموپلاستیک، سیلندر دستگاه داغ است تا مواد ذوب شوند و قالب سرد است تا مواد پس از تزریق سریعاً منجمد شده و قطعه خارج شود. هدف، انتقال سریع گرما از قطعه به قالب برای کاهش زمان سیکل تولید است. اما در تزریق ترموست (مانند مواد BMC یا لاستیک ها)، سیلندر نسبتاً خنک نگه داشته می شود تا واکنش پخت زودتر از موعد آغاز نشود، اما قالب به شدت داغ است (۱۵۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی گراد).
در واقع در ترموست ها، قالب نقش یک “کوره” را ایفا می کند که واکنش شیمیایی پخت را فعال می سازد. زمان سیکل در ترموست ها معمولاً طولانی تر است زیرا باید زمان کافی برای تکمیل واکنش های شیمیایی در داخل قالب داده شود. همچنین در تزریق ترموست، سیستم های راهگاه گرم (Hot Runner) معنای متفاوتی دارند و باید بسیار دقیق کنترل شوند تا مواد داخل راهگاه سفت نشوند، در حالی که در ترموپلاستیک ها، سیستم راهگاه گرم برای جلوگیری از انجماد مواد و کاهش ضایعات به کار می رود.
استحکام و دوام قطعات
اگر بخواهیم قطعات را از نظر ثبات ابعادی و مقاومت در برابر تغییر شکل بررسی کنیم، ترموست ها پیروز میدان هستند. به دلیل ساختار شبکه ای، این قطعات در برابر ضربه، سایش و به خصوص مواد شیمیایی خورنده مقاومت بی نظیری دارند. قطعات ترموست تحت بارگذاری های طولانی مدت دچار تغییر شکل دائمی نمی شوند. همچنین مقاومت الکتریکی عالی آن ها باعث شده تا در کلیدها و پریزهای صنعتی که خطر جرقه و حرارت وجود دارد، بدون رقیب باشند.
ترموپلاستیک ها اگرچه می توانند بسیار مستحکم باشند (مانند گریدهای مهندسی تقویت شده با الیاف کربن)، اما همیشه در برابر حلال های آلی و حرارت ضعیف تر عمل می کنند. البته مزیت ترموپلاستیک ها در “چقرمگی” (Toughness) بالا و توانایی جذب ضربه بدون شکستن است. قطعات ترموست با وجود استحکام بالا، تمایل بیشتری به تردی (Brittleness) دارند و ممکن است تحت ضربات ناگهانی و شدید، به جای خم شدن، ترک خورده یا خرد شوند.تزریق پلاستیک اجرتی بسته به اینکه قطعه با مواد ترموپلاستیک یا ترموست تولید شود، از نظر هزینه تولید، زمان قالبگیری و دوام نهایی متفاوت است.
تفاوت هزینه تولید
هزینه تولید در تزریق پلاستیک شامل دو بخش هزینه مواد اولیه و هزینه فرآیند است. در بخش مواد اولیه، ترموپلاستیک های عمومی معمولاً ارزان تر هستند، اما گریدهای مهندسی آن ها می تواند بسیار گران قیمت باشد.
در مقابل، هزینه فرآیند در ترموپلاستیک ها به دلیل زمان سیکل کوتاه تر (تولید قطعات بیشتر در ساعت) و قابلیت استفاده مجدد از ضایعات راهگاه (آسیاب کردن و بازگشت به خط تولید)، بسیار پایین تر و بهینه تر است.
جدول مقایسه فنی ترموپلاستیک و ترموست
در جدول زیر، تفاوت های کلیدی این دو فرآیند برای تصمیم گیری بهتر در پروژه های صنعتی خلاصه شده است:
| ویژگی | ترموپلاستیک (Thermoplastic) | ترموست (Thermoset) |
| تغییر حالت | فیزیکی (برگشت پذیر) | شیمیایی (برگشت ناپذیر) |
| دمای قالب | سرد (برای انجماد سریع) | داغ (برای پخت شیمیایی) |
| قابلیت بازیافت | بسیار بالا (ذوب مجدد) | بسیار پایین (عدم امکان ذوب) |
| مقاومت حرارتی | محدود (تغییر شکل در گرما) | بسیار بالا (عدم تغییر شکل) |
| زمان سیکل تولید | کوتاه (ثانیه ای) | طولانی (دقیقه ای) |
| مقاومت شیمیایی | متوسط | بسیار عالی |
سخن پایانی
انتخاب میان ترموپلاستیک و ترموست، انتخابی بین “سرعت و انعطاف پذیری” در مقابل “دوام و پایداری در شرایط سخت” است. اگر محصول شما نیاز به تولید میلیونی با هزینه پایین دارد و در محیط های با دمای معمولی استفاده می شود، ترموپلاستیک ها بی شک بهترین گزینه هستند.
اما اگر قطعه ای طراحی می کنید که باید در محفظه احتراق یک موتور کار کند یا در معرض حلال های شیمیایی شدید قرار دارد، ترموست ها با وجود هزینه های فرآیندی بالاتر، تنها تضمین کننده امنیت و کیفیت محصول شما خواهند بود. درک عمیق این تفاوت ها به مهندسان اجازه می دهد تا با بهینه سازی انتخاب مواد، تعادلی میان قیمت تمام شده و کارایی محصول ایجاد کنند.جهت کسب اطلاعات بیشتر میتوانید مقاله آینده تزریق پلاستیک در صنعت خودروسازی را مطالعه کنید.
سوالات متداول
۱. آیا می توان قطعات ترموست را با دستگاه های معمولی تزریق پلاستیک تولید کرد؟
خیر؛ دستگاه های تزریق ترموست نیاز به سیستم های کنترل دمای متفاوت برای سیلندر و قالب دارند. همچنین مارپیچ (Screw) دستگاه های ترموست طراحی خاصی دارد تا از پخت زودرس مواد داخل سیلندر جلوگیری کند.
۲. چرا در قطعات الکتریکی حساس همیشه از ترموست استفاده می شود؟
چون ترموست ها در صورت بروز اتصال کوتاه و داغ شدن سیم ها، ذوب نمی شوند. این ویژگی مانع از جاری شدن پلاستیک ذوب شده و گسترش آتش سوزی یا اتصال قطعات فلزی به یکدیگر می شود.
۳. کدام دسته از این مواد برای محیط زیست خطر کمتری دارند؟
از نظر پسماند، ترموپلاستیک ها به دلیل قابلیت بازیافت بهتر هستند. اما از نظر طول عمر، قطعات ترموست به دلیل دوام بسیار بالا، دیرتر به زباله تبدیل می شوند. با این حال، روند کلی صنعت به سمت ترموپلاستیک های تقویت شده برای جایگزینی ترموست ها حرکت می کند تا بازیافت تسهیل شود.
بدون دیدگاه