مجله ساپل
ترموپلاستیک چیست و تفاوت آن با ترموست؟
امروزه از اسباب بازی‌های لگو و ظروف بسته بندی گرفته تا قطعات خودرو و لوله‌های شهری، ترموپلاستیک‌ها همه‌جا حضور دارند، ترموپلاستیک (گرمانرم) دسته‌ای از پلیمرهاست که با دریافت حرارت نرم و ذوب می‌شود و با سرد شدن دوباره حالت جامد به خود می‌گیرد. اگر می‌خواهید بدانید ساختار مولکولی این مواد چگونه چنین انعطاف‌پذیری ایجاد می‌کند و تفاوتشون با ترموست ها در چیست و کدام نوع ترموپلاستیک برای پروژه یا صنعت شما مناسب تر است، در ادامه این مقاله همراه ما باشید.
ترموپلاستیک چیست؟ (ماهیت و رفتار ساختاری)
ترموپلاستیک‌ها (گرمانرم‌ها) دسته ای تخصصی از پلیمرها هستند که ویژگی بنیادی آن‌ها «بازگشت‌پذیری حرارتی» فرآیند شکل‌دهی است. هنگامی که یک ترموپلاستیک در معرض افزایش دما قرار می‌گیرد، نرم و روان شده و به حالت مذاب یا شکل‌پذیر درمی‌آید. با کاهش دما و سرد شدن، ماده دوباره سخت شده و به حالت جامد بازمی‌گردد. نکته حائز اهمیت این است که این چرخه گرمایش و سرمایش، یک تغییر کاملاً فیزیکی است و هیچ‌گونه تغییر یا واکنش شیمیایی دائمی در ساختار ماده ایجاد نمی‌کند. به همین دلیل، ترموپلاستیک‌ها را می‌توان بارها و بارها ذوب کرد، تغییر شکل داد و مجدداً قالب‌گیری نمود، بدون آنکه خواص بنیادی آن‌ها دچار آسیب شدیدی شود.
ساختار مولکولی ترموپلاستیک ها
این مواد از زنجیره‌های پلیمری بسیار طولانی (ماکرومولکول‌ها) تشکیل شده‌اند. اتم‌های درون هر زنجیره با پیوندهای کووالانسی قوی به یکدیگر متصل شده‌اند، اما میان زنجیره‌های مجاور، تنها پیوندهای بین‌مولکولی ضعیفی (مانند پیوندهای واندروالسی) برقرار است. هنگام اعمال حرارت، این پیوندهای ضعیف بین‌مولکولی تضعیف شده و به زنجیره‌های پلیمری اجازه می‌دهند به راحتی روی یکدیگر بلغزند و جاری شوند. با سرد شدن ماده، این پیوندها دوباره شکل گرفته و زنجیره‌ها را در موقعیت جدید خود قفل می‌کنند؛ پدیده‌ای که امکان شکل‌دهی مجدد، ترمیم و بازیافت آسان این مواد را فراهم می‌سازد.
انواع ترموپلاستیک‌ها
بر اساس نحوه آرایش و چیدمان زنجیره‌های پلیمری در فضای سه بعدی، ترموپلاستیک‌ها به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند:
ترموپلاستیک‌های نیمه کریستالی
در این مواد، بخش‌هایی از زنجیره‌های پلیمری به‌صورت کاملاً منظم، فشرده و بلوری (کریستالی) در کنار هم قرار گرفته‌اند، درحالی‌که بخش‌های دیگر حالت بی‌نظم دارند. وجود این ساختارهای منظم باعث می‌شود ترموپلاستیک‌های نیمه کریستالی دارای نقطه ذوب دقیق و مشخصی باشند. این مواد معمولاً کدر یا نیمه‌شفاف بوده، مقاومت مکانیکی و ضربه‌پذیری بالایی دارند و در برابر مواد شیمیایی و حلال‌ها بسیار مقاوم‌اند. از نمونه‌های پرکاربرد این دسته می‌توان به پلی‌اتیلن (PE)، پلی‌پروپیلن (PP) و نایلون (PA) اشاره کرد. که مثلا از پلی اتیلن ها برای تولید انواع ظروف بسته بندی از بطری یک لیتری گرفته تا دبه 20 لیتری استفاده می شود.
ترموپلاستیک‌های آمورف / بی شکل
در ترموپلاستیک‌های آمورف، زنجیره‌های پلیمری فاقد هرگونه نظم یا ساختار بلوری هستند و به‌صورت کاملاً تصادفی و درهم تنیده قرار گرفته‌اند. این بی‌نظمی ساختاری باعث می‌شود ماده نقطه ذوب مشخصی نداشته باشد، بلکه در یک بازه دمایی تدریجی (دمای انتقال شیشه‌ای) نرم و شکل‌پذیر شود. از آنجا که ساختار بلوری وجود ندارد تا نور را پراکنده کند، این مواد از شفافیت نوری بالا و پایداری ابعادی عالی در قالب‌گیری برخوردارند؛ هرچند مقاومت آن‌ها در برابر حلال‌های شیمیایی معمولاً کمتر از نمونه‌های نیمه‌کریستالی است. از معروف‌ترین پلاستیک‌های آمورف می‌توان به پلی‌وینیل کلراید (PVC)، پلی‌استایرن (PS)، ای‌بی‌اس (ABS) و پلی‌کربنات (PC) اشاره کرد.
تفاوت‌های اساسی ترموپلاستیک و ترموست
اصلی‌ترین تفاوت میان ترموپلاستیک‌ها و ترموست‌ها در ماهیت پدیده‌های حرارتی آن‌ها نهفته است. ترموپلاستیک‌ها هنگام گرم شدن تنها دچار تغییرات فیزیکی می‌شوند؛ پیوندهای بین‌مولکولی ضعیف آن‌ها با حرارت سست شده و با کاهش دما دوباره برقرار می‌گردند.
در مقابل، ترموست‌ها (گرماسخت‌ها) در طول فرآیند شکل دهی تحت واکنش شیمیایی پخت (Curing) قرار می‌گیرند. این واکنش باعث ایجاد پیوندهای عرضی قوی و دائمی میان زنجیره‌های پلیمری شده و ساختاری شبکه ای و مستحکم ایجاد می‌کند که با حرارت دهی مجدد قابل سست شدن نیست.
قابلیت ذوب و شکل دهی مجدد
ترموپلاستیک‌ها را می‌توان بارها ذوب نمود، تغییر شکل داد و در قالب‌های مختلف مجدداً شکل‌دهی کرد. این ویژگی به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد ضایعات را دوباره خرد کرده و در چرخه تولید قرار دهند.
در طرف مقابل، ترموست‌ها پس از تکمیل فرآیند پخت اولیه، هرگز دوباره ذوب یا نرم نمی‌شوند. اگر قطعه‌ای از جنس ترموست در معرض حرارت شدید قرار گیرد، به جای ذوب شدن دچار تخریب ساختاری و سوختن می‌گردد.
بازیافت پذیری و اثرات زیست محیطی
- ترموپلاستیک‌ها: به دلیل بازگشت‌پذیری فیزیکی، به‌راحتی از طریق بازیافت مکانیکی و شیمیایی قابل بازفرآوری بوده و بارها به محصولات جدید تبدیل می‌شوند.
- ترموست‌ها: به دلیل ساختار شبکه‌ای غیرقابل‌ذوب، بازیافت مستقیم آن‌ها بسیار دشوار است و معمولاً محدود به خرد کردن مکانیکی و استفاده به‌عنوان پرکننده در مواد دیگر می‌باشد.
جدول مقایسه‌ای ترموپلاستیک و ترموست
| شاخص مقایسه | ترموپلاستیک (گرمانرم) | ترموست (گرماسخت) |
| ماهیت فرآیند | تغییر فیزیکی (بازگشت‌پذیر) | واکنش شیمیایی پخت (برگشت‌ناپذیر) |
| قابلیت ذوب مجدد | دارد | ندارد (حرارت باعث سوختن می‌شود) |
| قابلیت بازیافت | بسیار بالا (۱۰۰٪ قابل بازیافت) | بسیار دشوار و محدود |
| ساختار پیوندها | زنجیره‌های مجزا با پیوند بین‌مولکولی ضعیف | اتصالات عرضی شیمیایی و شبکه‌ای محکم |
| مقاومت حرارتی | کمتر (حساس به دمای بالا و ذوب) | بالاتر (پایداری ابعادی در دمای بالا) |
| روش‌های فرآوری | تزریق، اکستروژن، ترموفرمینگ، پرینت ۳بعدی | ریخته‌گری، قالب‌گیری فشاری |
| استحکام و صلبیت | خوب تا بسیار بالا (با انعطاف‌پذیری) | بسیار بالا و صلب |
| نمونه‌های پرکاربرد | PE, PP, PVC, ABS, PC | رزین اپوکسی، باکلیت، رزین پلی‌استر |
نتیجه گیری
در عصری که پایداری زیست‌محیطی و حرکت به سمت اقتصاد چرخه ای به اولویتی جهانی تبدیل شده، ترموپلاستیک‌ها به دلیل قابلیت بازیافت مکرر و ظهور نوآوری‌های جدید مانند کامپوزیت‌های زیستی و پسمادپایه، نقش پررنگی در کاهش پسماندهای صنعتی و کاهش ردپای کربنی ایفا می‌کنند. در نهایت، درک دقیق خصوصیات هر پلیمر به مهندسان و طراحان اجازه می‌دهد تا با تلفیق کارایی فنی و مسئولیت‌پذیری زیست‌محیطی، بهینه‌ترین ماده را برای چالش‌های مهندسی آینده انتخاب نمایند.
