مجله ساپل
چگالی پلاستیک چقدر است؟ جدول چگالی انواع پلاستیک و روش اندازه‌گیری
چگالی پلاستیک بسته به نوع آن از حدود ۰٫۸۴ گرم بر سانتی‌متر مکعب (پلی‌متیل‌پنتن، سبک‌ترین پلیمر جامد) تا حدود ۲٫۲ گرم بر سانتی‌متر مکعب (تفلون) متغیر است. پلاستیک‌های پرمصرفی مثل پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن چگالی کمتر از ۱ دارند و روی آب شناور می‌مانند، و بیشتر پلاستیک‌های مهندسی چگالی‌ای بین ۱ تا ۱٫۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب دارند. در این مقاله جدول چگالی پلاستیک‌های پرکاربرد، عوامل تغییر چگالی و روش‌های اندازه‌گیری آن را مرور می‌کنیم.
چگالی پلاستیک چیست؟
چگالی یکی از بنیادی‌ترین خواص فیزیکی مواد است که مقدار جرم موجود در واحد حجم را نشان می‌دهد. علاوه بر چگالی استاندارد، مفهوم دیگری به نام چگالی انباشته نیز در فرآیندهای صنعتی مطرح است که وزن رزین خام یا گرانول را در یک حجم مشخص سنجیده و بر طراحی سیلوهای نگهداری، تجهیزات خشک‌کن و جریان‌پذیری مواد تأثیر مستقیم دارد. چگالی نسبی یک کمیت بدون واحد است که از تقسیم چگالی ماده بر چگالی یک ماده مرجع (معمولاً آب خالص) به دست می‌آید.
چرا چگالی در صنعت پلاستیک اهمیت دارد؟
- انتخاب ماده: چگالی مستقیماً بر نسبت استحکام به وزن تأثیر می‌گذارد.
- فرآیندپذیری: پلاستیک‌های کم‌چگال‌تر معمولاً جریان‌پذیری بهتری در قالب‌گیری تزریقی دارند.
- کاهش هزینه‌ها: وزن کمتر قطعات موجب صرفه‌جویی چشمگیر در هزینه‌های حمل‌ونقل و مصرف سوخت در صنایع خودروسازی و هوافضا می‌شود.
- کنترل کیفیت: تغییر در چگالی نشان‌دهنده نوسان در ترکیب مواد یا شرایط فرآیند تولید است.
محدوده کلی چگالی پلاستیک‌ها (از سبک تا سنگین)
پلاستیک‌ها از نظر محدوده چگالی به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند که رفتار آن‌ها در برابر آب خالص (با چگالی ۱٫۰۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب) و آب دریا (با چگالی ۱٫۰۳ گرم بر سانتی‌متر مکعب) را تعیین می‌کند:
پلاستیک‌های سبک (چگالی کمتر از ۱٫۰۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب)
این خانواده که شامل پلی‌اولفین‌ها می‌شود، سبک‌تر از آب بوده و روی سطح آب شناور می‌ماند. مهم‌ترین اعضای این گروه عبارت‌اند از:
- پلی‌متیل‌پنتن (PMP): سبک‌ترین پلیمر جامد با چگالی حدود ۰٫۸۳۵ تا ۰٫۸۴ گرم بر سانتی‌متر مکعب.
- پلی‌پروپیلن (PP): با چگالی ۰٫۸۹ تا ۰٫۹۱ گرم بر سانتی‌متر مکعب.
- پلی‌اتیلن‌ها (LDPE، HDPE، UHMWPE): با چگالی بین ۰٫۹۱ تا ۰٫۹۷ گرم بر سانتی‌متر مکعب.
برای آشنایی با تفاوت پلی اتیلن و پلی پروپیلن در بسته‌بندی، مقاله‌ای جداگانه نوشته‌ایم. همین سبکی همراه با مقاومت بالا باعث شده پلی‌اتیلن سنگین (HDPE) مادهٔ اصلی ساخت گالن پلی اتیلن و بطری پلی اتیلن برای بسته‌بندی صنعتی باشد؛ ظرف سبک‌تر هزینهٔ حمل‌ونقل کمتری دارد.
پلاستیک‌های با چگالی متوسط (۱٫۰۰ تا ۱٫۵۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب)
اکثر پلاستیک‌های مهندسی و عمومی در این محدوده قرار دارند و به دلیل چگالی بیشتر از آب، در آب فرومی‌روند. پلاستیک‌هایی مانند ای‌بی‌اس (ABS با چگالی ۱٫۰۲ تا ۱٫۰۶)، نایلون‌ها (PA66 با چگالی ۱٫۱۳ تا ۱٫۱۵)، آکریلیک (PMMA با چگالی ۱٫۱۷ تا ۱٫۲۰)، پلی‌کربنات (PC با چگالی ۱٫۱۹ تا ۱٫۲۲)، پت (PET با چگالی ۱٫۳۰ تا ۱٫۴۰) و پی‌وی‌سی سخت (PVC با چگالی ۱٫۳۸ تا ۱٫۴۵) در این گروه جای می‌گیرند.
سنگین‌ترین پلاستیک‌ها (چگالی بیشتر از ۲٫۰۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب)
فلوروپلیمرها سنگین‌ترین خانواده پلاستیک‌ها هستند. تفلون (PTFE)، FEP و PFA چگالی بالایی بین ۲٫۱۰ تا ۲٫۲۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب دارند که ناشی از وجود اتم‌های سنگین فلوئور در ساختار مولکولی آن‌ها است.
جدول مقایسه‌ای چگالی پلاستیک‌های پرکاربرد
در جدول زیر، چگالی نامی مهم‌ترین پلاستیک‌ها در دمای ۲۳ درجه سانتی‌گراد همراه با رفتار شناوری آن‌ها خلاصه شده است. برای آشنایی بیشتر با هر کدام از این مواد، مقالهٔ انواع مواد اولیه پلاستیک را بخوانید.
| نام پلاستیک | علامت اختصاری | چگالی (گرم بر سانتی‌متر مکعب) | رفتار در آب خالص |
|---|---|---|---|
| پلی‌پروپیلن | PP | ۰٫۸۹ تا ۰٫۹۱ | شناور روی آب |
| پلی‌اتیلن سبک | LDPE | ۰٫۹۱ تا ۰٫۹۴ | شناور روی آب |
| پلی‌اتیلن سنگین | HDPE | ۰٫۹۴ تا ۰٫۹۷ | شناور روی آب |
| ای‌بی‌اس | ABS | ۱٫۰۲ تا ۱٫۰۶ | غوطه‌ور در آب |
| پلی‌استایرن | PS | ۱٫۰۴ تا ۱٫۰۷ | غوطه‌ور در آب |
| نایلون ۶/۶ | PA 6/6 | ۱٫۱۳ تا ۱٫۱۵ | غوطه‌ور در آب |
| آکریلیک (پلکسی‌گلاس) | PMMA | ۱٫۱۷ تا ۱٫۲۰ | غوطه‌ور در آب |
| پلی‌کربنات | PC | ۱٫۱۹ تا ۱٫۲۲ | غوطه‌ور در آب |
| پلی‌اتیلن ترفتالات | PET | ۱٫۳۰ تا ۱٫۴۰ | غوطه‌ور در آب |
| پلی‌وینیل کلراید (سخت) | PVC | ۱٫۳۸ تا ۱٫۴۵ | غوطه‌ور در آب |
| پلی‌اکسی‌متیلن (استال/دلرین) | POM | ۱٫۴۱ تا ۱٫۴۳ | غوطه‌ور در آب |
| پلی‌تترافلوئورواتیلن (تفلون) | PTFE | ۲٫۱۴ تا ۲٫۲۰ | غوطه‌ور در آب |
عوامل مؤثر بر تغییر چگالی واقعی پلاستیک‌ها
مقادیر چگالی اعلام‌شده در جدول‌ها مربوط به رزین‌های خالص هستند. در عمل، چگالی قطعه نهایی می‌تواند تحت تأثیر عوامل زیر تغییر کند:
۱. درجه بلورینگی (Crystallinity)
پلیمرهای نیمه‌بلورین (مانند HDPE، PP، POM و PEEK) دارای دو فاز کریستالی (فشرده) و آمورف (بی‌نظم) هستند. خنک‌سازی کند در فرآیند قالب‌گیری باعث افزایش کریستالیزاسیون و در نتیجه افزایش چگالی می‌شود؛ در حالی که خنک‌سازی سریع چگالی را کاهش می‌دهد.
۲. پرکننده‌ها و الیاف تقویت‌کننده (Fillers)
افزودن مواد تقویت‌کننده مانند الیاف شیشه (با چگالی حدود ۲٫۵۴ گرم بر سانتی‌متر مکعب) چگالی پایه را به شدت افزایش می‌دهد. به عنوان مثال، نایلون ۶/۶ تقویت‌شده با ۳۰٪ الیاف شیشه چگالی برابر با ۱٫۳۷ تا ۱٫۴۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب دارد که حدود ۱۹٪ سنگین‌تر از نایلون خالص است.
۳. تأثیر دما
با افزایش دما، پلاستیک‌ها انبساط گرمایی پیدا کرده و حجم آن‌ها افزایش می‌یابد که منجر به کاهش چگالی واقعی قطعه می‌شود.
۴. جذب رطوبت
پلیمرهای جاذب رطوبت (مانند نایلون‌ها) با جذب آب از محیط، بدون تغییر حجم محسوس، جرمشان افزایش یافته و چگالی واقعی آن‌ها تغییر می‌کند.
روش‌های اندازه‌گیری و تشخیص چگالی پلاستیک
برای تعیین چگالی دقیق پلاستیک‌ها در آزمایشگاه و صنعت از ۳ روش استاندارد استفاده می‌شود:
- آزمون شناوری (Buoyancy Test): روشی کیفی و سریع برای تشخیص اولیه نوع پلاستیک است. با قرار دادن قطعه در آب خالص یا محلول‌های با چگالی مشخص (مثل آب نمک)، شناور شدن یا غرق شدن آن بررسی می‌شود. برای روش‌های دیگر شناسایی انواع پلاستیک، به‌ویژه وقتی کد بازیافت روی قطعه نیست، راهنمای جداگانه‌ای نوشته‌ایم.
- روش استاندارد ASTM D792 / ISO 1183: این روش بر اساس اصل ارشمیدس کار می‌کند. نمونه پلاستیک ابتدا در هوا و سپس به‌صورت غوطه‌ور در آب وزن‌کشی می‌شود و چگالی از این رابطه محاسبه می‌گردد: چگالی = [وزن در هوا ÷ (وزن در هوا − وزن در آب)] × چگالی آب. شرح کامل این آزمون در استاندارد ASTM D792 آمده است.
- روش ستون گرادیان چگالی (ASTM D1505 / ISO 1183-2): این روش دقیق‌ترین تکنیک آزمایشگاهی است. در یک ستون شیشه‌ای از دو مایع با چگالی متفاوت استفاده می‌شود که چگالی آن از بالا به پایین به‌صورت یکنواخت افزایش می‌یابد. با انداختن نمونه و مقایسه موقعیت آن با شناورهای شیشه‌ای استاندارد، چگالی تعیین می‌شود.
جمع‌بندی
شناخت چگالی پلاستیک‌ها کلید بهینه‌سازی طراحی، کاهش وزن قطعات و مدیریت هزینه‌های تولید و حمل‌ونقل است. با اینکه جداول مرجع چگالی‌های تقریبی را ارائه می‌دهند، مهندسان و طراحان باید همواره به برگه مشخصات فنی تأمین‌کننده رزین مراجعه کنند؛ زیرا نوع افزودنی‌ها، درصد الیاف و شرایط فرآیند قالب‌گیری، چگالی نهایی قطعه را تغییر می‌دهند.
پرسش‌های رایج درباره چگالی پلاستیک
چگالی پلی‌اتیلن چقدر است؟
چگالی پلی‌اتیلن سبک (LDPE) بین ۰٫۹۱ تا ۰٫۹۴ و چگالی پلی‌اتیلن سنگین (HDPE) بین ۰٫۹۴ تا ۰٫۹۷ گرم بر سانتی‌متر مکعب است؛ یعنی هر دو از آب سبک‌ترند و روی آن شناور می‌مانند.
چگالی پلی‌پروپیلن چقدر است؟
چگالی پلی‌پروپیلن (PP) بین ۰٫۸۹ تا ۰٫۹۱ گرم بر سانتی‌متر مکعب است و جزو سبک‌ترین پلاستیک‌های پرمصرف به شمار می‌رود.
چگالی PET چقدر است؟
چگالی پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) بین ۱٫۳۰ تا ۱٫۴۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب است؛ به همین دلیل یک تکه PET در آب غرق می‌شود.
کدام پلاستیک‌ها روی آب شناور می‌مانند؟
پلاستیک‌هایی که چگالی‌شان کمتر از ۱ گرم بر سانتی‌متر مکعب است، یعنی پلی‌پروپیلن، انواع پلی‌اتیلن و پلی‌متیل‌پنتن، روی آب شناور می‌مانند. بیشتر پلاستیک‌های دیگر، مثل PET، PVC، پلی‌کربنات و تفلون، در آب فرومی‌روند.
