لدن بالحرارة

البلاستيك الحراري ، أو البلاستيك المرن حرارياً ، هو أي مادة بوليمرية بلاستيكية تصبح مرنة أو قابلة للتشكيل عند درجة حرارة مرتفعة معينة وتتصلب عند التبريد. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

تتميز معظم اللدائن الحرارية بوزن جزيئي عالٍ . تترابط سلاسل البوليمر بقوى بين جزيئية ، تضعف بسرعة مع ارتفاع درجة الحرارة، مما ينتج عنه سائل لزج. في هذه الحالة، يمكن إعادة تشكيل اللدائن الحرارية، وتُستخدم عادةً لإنتاج أجزاء بتقنيات معالجة بوليمرية متنوعة مثل قولبة الحقن ، وقولبة الضغط ، والدرفلة ، والبثق . ^{[ 3 ] [ 4 ]} تختلف اللدائن الحرارية عن البوليمرات المتصلبة حراريًا (أو "المواد المتصلبة حراريًا")، التي تُكوّن روابط كيميائية غير قابلة للانعكاس أثناء عملية التصلب. لا تنصهر المواد المتصلبة حراريًا عند تسخينها، ولكنها عادةً ما تتحلل ولا تتشكل من جديد عند التبريد.

تتغير الخصائص الفيزيائية للمواد البلاستيكية الحرارية بشكل جذري فوق درجة حرارة التحول الزجاجي وتحت درجة انصهارها ، دون حدوث تغير طوري مصاحب . بعض هذه المواد لا تتبلور بشكل كامل تحت درجة حرارة التحول الزجاجي، محتفظةً ببعض أو كل خصائصها غير المتبلورة. تُستخدم المواد البلاستيكية غير المتبلورة وشبه المتبلورة عندما تكون الشفافية البصرية العالية ضرورية، حيث يتشتت الضوء بشدة بواسطة البلورات الأكبر من طول موجته. وتكون هذه المواد أقل مقاومة للهجوم الكيميائي والتشقق الناتج عن الإجهاد البيئي لافتقارها إلى بنية بلورية.

يمكن تقليل الهشاشة بإضافة الملدنات ، مما يزيد من حركة أجزاء السلسلة غير المتبلورة، وبالتالي يخفض درجة حرارة التحول الزجاجي بشكل فعال. كما يمكن خفضها أيضًا بتعديل البوليمر من خلال البلمرة المشتركة أو بإضافة سلاسل جانبية غير متفاعلة إلى المونومرات قبل البلمرة. قبل استخدام هذه التقنيات، كانت قطع غيار السيارات البلاستيكية تتشقق غالبًا عند تعرضها لدرجات حرارة منخفضة. تتكون هذه القطع من جزيئات خطية أو متفرعة قليلاً ذات سلاسل طويلة، قادرة على التليين عند التسخين والتصلب عند التبريد بشكل متكرر.

يمكن تقسيم صناعة الأكريليك اليوم إلى سوقين رئيسيين تبلغ قيمتهما مليارات الدولارات: سوق أحماض البولي أكريليك (PAA) ومشتقاتها الإسترية (PAc)، وسوق بولي (ميثيل ميثاكريلات) (PMMA). ^{[ 5 ]} يُعرف PMMA أيضًا بأسماء تجارية مثل لوسيت، وبيرسبكس، وبليكسي جلاس. ويُستخدم كبديل متين للزجاج في صناعة العديد من المنتجات، مثل أحواض السمك، والأزرار، وأقنعة خوذات الدراجات النارية، ونوافذ الطائرات، وفتحات الرؤية في الغواصات، وعدسات المصابيح الخارجية للسيارات. كما يُستخدم على نطاق واسع في صناعة اللافتات، بما في ذلك الكتابة والشعارات. وفي المجال الطبي، يُستخدم في صناعة أسمنت العظام واستبدال عدسات العين. ويتكون طلاء الأكريليك من جزيئات PMMA معلقة في الماء.

لعقود طويلة، ظلّ بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA) الإستر الميثاكريليكي الأكثر إنتاجًا عالميًا. ومن أبرز الشركات العاملة في سوق PMMA: ميتسوبيشي رايون (اليابان)، أركيما ​​(فرنسا)، إل جي إم إم إيه (كوريا الجنوبية)، تشي مي (تايوان)، سوميتومو كيميكال (اليابان)، إيفونيك إندستريز (ألمانيا)، باسف (ألمانيا)، داو كيميكال (الولايات المتحدة)، أكزونوبل (هولندا)، كوين بلاستيكس (المملكة المتحدة)، وسايتك إندستريز (الولايات المتحدة). أما في سوق بولي أكريليك أسيد (PAA) وبولي أكريليك أسيد (PAc)، فمن أبرز الشركات المصنعة: نيبون شوكوباي (اليابان)، أركيما ​​(فرنسا)، وداو كيميكال (الولايات المتحدة).

أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) هو بوليمر ثلاثي يُصنّع من الستايرين والأكريلونيتريل بوجود البولي بوتادين ، مما ينتج عنه سلسلة طويلة من البولي بوتادين تتشابك مع سلاسل أقصر من بولي (ستايرين-كو-أكريلونيتريل). يتميز ABS بخفة وزنه ومقاومته العالية للصدمات ومتانته الميكانيكية. وهو لا يشكل خطراً يُذكر على صحة الإنسان في ظل الاستخدام العادي. يُستخدم في العديد من المنتجات الاستهلاكية، مثل الألعاب والأجهزة المنزلية والهواتف.

ينتمي النايلون إلى فئة من البوليمرات تُسمى البولي أميدات . وقد استُخدم كبديلٍ رئيسي للقنب والقطن والحرير في منتجاتٍ مثل المظلات والحبال والأشرعة والسترات الواقية من الرصاص والملابس. تُستخدم ألياف النايلون في صناعة الأقمشة والحبال والسجاد والأوتار الموسيقية. كما يُستخدم النايلون بكمياتٍ كبيرة في صناعة الأجزاء الميكانيكية، بما في ذلك براغي الآلات والتروس وأغلفة الأدوات الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم في تصنيع المواد المركبة المقاومة للحرارة.

حمض البوليلاكتيك (البوليلاكتيد) هو بوليستر أليفاتي حراري قابل للتحلل الحيوي، مشتق من موارد متجددة ، مثل نشا الذرة (في الولايات المتحدة)، ولب بنجر السكر (في أوروبا)، وجذور التابيوكا ، ورقائقها أو نشاها (معظمها في آسيا)، أو قصب السكر . وهو المادة الأكثر شيوعًا المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد بتقنيات نمذجة الترسيب المنصهر .

ألياف البولي بنزيميدازول (بولي-[2,2'-(م-فينيلين)-5,5'-بيس بنزيميدازول]، PBI) هي ألياف صناعية ذات درجة انصهار عالية جدًا. تتميز بثبات حراري وكيميائي استثنائي، ولا تشتعل بسهولة. اكتشفها لأول مرة الكيميائي الأمريكي المتخصص في البوليمرات، كارل شيب مارفل، في سعيه لاكتشاف مواد جديدة ذات ثبات فائق، وقدرة على الحفاظ على صلابتها ومتانتها في درجات الحرارة المرتفعة. نظرًا لثباتها العالي، يُستخدم البولي بنزيميدازول في تصنيع ملابس واقية عالية الأداء، مثل معدات رجال الإطفاء، وبدلات رواد الفضاء، وقفازات الحماية من درجات الحرارة العالية، وملابس اللحامين، وأقمشة جدران الطائرات. في السنوات الأخيرة، وُجد أن البولي بنزيميدازول يُستخدم كغشاء في خلايا الوقود.

تُعرف المواد البلاستيكية الحرارية المصنوعة من البولي كربونات (PC) بعلامات تجارية مثل ليكسان، وماكرولون، وماكروكلير، وأركوبلس. يسهل تشكيلها وقولبتها وتشكيلها حراريًا لتناسب العديد من التطبيقات، مثل المكونات الإلكترونية، ومواد البناء، وأجهزة تخزين البيانات، وقطع غيار السيارات والطائرات، وفتحات الفحص في الأطراف الصناعية، والزجاج الأمني. لا يوجد رمز تعريف فريد للراتنج الخاص بالبولي كربونات. قد تحتوي المنتجات المصنوعة من البولي كربونات على مونومر ثنائي الفينول أ (BPA) كمادة أولية. تتأثر هذه المواد بالأشعة فوق البنفسجية، مما يؤدي إلى اصفرارها. يظهر التلف بشكل خاص في المصابيح الأمامية التي فقدت طبقة الحماية الواقية أو لم تكن مزودة بها.

البولي إيثر سلفون (PES) أو البولي سلفون هو فئة من اللدائن الحرارية المصممة خصيصًا ^{[ 6 ]} ذات استقرار حراري وأكسدة وتحلل مائي عالٍ، ومقاومة جيدة للأحماض المعدنية المائية والقلويات ومحاليل الملح والزيوت والشحوم.

البولي أوكسي ميثيلين (POM)، المعروف أيضاً باسم الأسيتال، والبولي أسيتال، والبولي فورمالديهايد، هو مادة لدنة حرارية هندسية تُستخدم في صناعة الأجزاء الدقيقة التي تتطلب صلابة عالية، واحتكاكاً منخفضاً، وثباتاً ممتازاً في الأبعاد. وكما هو الحال مع العديد من البوليمرات الاصطناعية الأخرى، يتم إنتاجه من قبل شركات كيميائية مختلفة بصيغ مختلفة قليلاً، ويُباع بأسماء متنوعة مثل ديلرين ، وسيلكون، ورامتال، ودوراكون، وكيبتال، وهوستافورم.

بولي إيثر إيثر كيتون (PEEK) هو بوليمر لدن حراري عضوي عديم اللون ينتمي إلى عائلة بولي أريل إيثر كيتون (PEAK)، ويُستخدم في التطبيقات الهندسية. وقد طُرح لأول مرة من قبل شركة فيكتريكس بي إل سي، ثم شركة إمبريال للصناعات الكيميائية في أوائل ثمانينيات القرن الماضي. يتميز بخصائص جذابة مثل مقاومة التآكل الجيدة، وانخفاض قابليته للاشتعال، وانخفاض انبعاث الدخان والغازات السامة.

يتميز البولي إيثر إيميد (PEI)، الذي يُنتج من خلال تفاعل إزاحة نيترو مبتكر يشمل ثنائي الفينول أ، و4،4'-ميثيلين ديانيلين، وأنهيدريد 3-نيتروفثاليك، بدرجة حرارة تشوه حراري عالية، وقوة شد عالية، ومعامل مرونة مرتفع. ويُستخدم عادةً في الأجزاء الكهربائية والإلكترونية عالية الأداء، وأجهزة الميكروويف، وقطع غيار السيارات الموجودة أسفل غطاء المحرك.

البولي إيثيلين (أو البولي إيثيلين، أو البولي إيثيلين، أو البولي ، أو PE) هو عائلة من المواد المتشابهة تُصنف وفقًا لكثافتها وبنيتها الجزيئية. يُصنع البولي إيثيلين عن طريق بلمرة الإيثيلين. وقد يكون منخفض الكثافة أو عالي الكثافة، وذلك حسب عملية التصنيع المستخدمة. وهو مقاوم للرطوبة وبعض المواد الكيميائية. يتميز بمرونته في درجة حرارة الغرفة ودرجات الحرارة المنخفضة، ويمكن لحامه حراريًا. وباعتباره بلاستيكًا رخيص الثمن، يُصنع بكميات كبيرة لاستخدامات متنوعة. على سبيل المثال:

• البولي إيثيلين ذو الوزن الجزيئي العالي للغاية (UHMWPE) مادة متينة ومقاومة للمواد الكيميائية. تُستخدم في تصنيع أجزاء الآلات المتحركة، والمحامل، والتروس، والمفاصل الاصطناعية، وبعض السترات الواقية من الرصاص.
• يستخدم البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE)، وهو بلاستيك قابل لإعادة التدوير رقم 2، بشكل شائع في صناعة أباريق الحليب، وزجاجات منظفات الغسيل السائلة، والأثاث الخارجي، وأحواض السمن النباتي، وعلب البنزين المحمولة، وأنظمة توزيع مياه الشرب، وأنابيب تصريف المياه، وأكياس البقالة.
• يُستخدم البولي إيثيلين متوسط ​​الكثافة (MDPE) في صناعة أغلفة التغليف والأكياس وأنابيب الغاز والتجهيزات.
• البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) مرن ويستخدم في صناعة زجاجات الضغط، وأغطية أباريق الحليب، وأكياس متاجر البيع بالتجزئة، والبولي إيثيلين الخطي منخفض الكثافة (LLDPE) كغلاف مطاطي في نقل وتداول صناديق السلع المعمرة، وكغطاء شائع للأغذية المنزلية.

يتميز أكسيد البوليفينيلين (PPO)، الذي يُستخلص من بلمرة اقتران الأكسدة التدريجية للجذور الحرة لـ 2،6-زيلينول، بخصائص جذابة عديدة، منها مقاومة عالية للتشوه الحراري والصدمات، وثبات كيميائي تجاه الأحماض المعدنية والعضوية، وانخفاض امتصاص الماء. ونظرًا لصعوبة معالجة PPO، يُصنع الراتنج التجاري (نوريل) بمزج PPO مع البوليسترين عالي التأثير (HIPS)، مما يُسهم في خفض درجة حرارة المعالجة.

يُحضّر كبريتيد البوليفينيلين  (PPS) عن طريق بلمرة التكثيف لبارا-ثنائي كلورو بنزين وكبريتيد الصوديوم. يتميز PPS بمقاومة كيميائية عالية، وخصائص كهربائية ممتازة، ومقاومة للاشتعال، ومعامل احتكاك منخفض، وشفافية عالية للإشعاع الميكروي. يُستخدم PPS بشكل أساسي في تطبيقات الطلاء، وذلك برشّ معلق مائي من جزيئات PPS وتسخينه إلى درجات حرارة أعلى من 370 درجة مئوية. يمكن استخدام أنواع معينة من PPS في قولبة الحقن والضغط عند درجات حرارة تتراوح بين 300 و370  درجة مئوية، حيث تلين جزيئات PPS وتخضع لعملية تشابك واضحة. تشمل التطبيقات الرئيسية لـ PPS المقولب بالحقن والضغط أواني الطهي، والمحامل، وأجزاء المضخات المستخدمة في بيئات تآكلية متنوعة.

يُستخدم البولي بروبيلين (PP) في العديد من المنتجات، مثل حاويات الطعام البلاستيكية القابلة لإعادة الاستخدام، والحاويات البلاستيكية الآمنة للاستخدام في الميكروويف وغسالة الصحون، وبطانات حفاضات الأطفال والفوط الصحية ، والحبال، والسجاد، والقوالب البلاستيكية، وأنظمة الأنابيب، وبطاريات السيارات ، وعزل الكابلات الكهربائية، وفلاتر الغازات والسوائل. وفي المجال الطبي، يُستخدم في علاج الفتق وفي صناعة المعدات الطبية المقاومة للحرارة. كما تُستخدم ألواح البولي بروبيلين في صناعة حافظات الأدوات المكتبية والتغليف وصناديق التخزين الشفافة. ويُعرف البولي بروبيلين برقم 5 في تصنيف البلاستيك القابل لإعادة التدوير. وعلى الرغم من كونه خاملاً نسبياً، إلا أنه حساس للأشعة فوق البنفسجية وقد يتلف بشكل كبير تحت أشعة الشمس المباشرة. كما أن البولي بروبيلين ليس مقاوماً للصدمات مثل البولي إيثيلين (HDPE، LDPE)، وهو أيضاً نفاذ إلى حد ما للغازات والسوائل شديدة التطاير.

يُصنع البوليسترين بأشكال متنوعة ذات استخدامات مختلفة، وتتراوح كثافته من متوسطة إلى منخفضة جدًا. يُستخدم البوليسترين المبثوق (PS أو xPS، ويُلوّن أحيانًا بالوردي أو الأزرق) في صناعة أدوات المائدة ذات الاستخدام الواحد، وألواح العزل الرغوية الصلبة المقاومة للعوامل الجوية، وعلب الأقراص المدمجة وأقراص الفيديو الرقمية، ونماذج السيارات والقوارب البلاستيكية، وأغلفة أجهزة كشف الدخان. أما رغوة البوليسترين الموسّعة (EPS أو "الستايروفوم"، بيضاء اللون) فتُستخدم في صناعة مواد العزل والتغليف، مثل حبيبات الرغوة والرغوة المصبوبة المستخدمة لحماية المنتجات الهشة. وتُستخدم بوليمرات البوليسترين المشتركة في صناعة الألعاب وأغلفة المنتجات.

كلوريد البولي فينيل (PVC) مادة متينة وخفيفة الوزن، تتميز بالمتانة والصلابة والتنوع، كما أنها مقاومة للأحماض والقواعد. يُستخدم PVC في قطاع البناء، مثل صناعة ألواح التكسية الخارجية، وأنابيب الصرف، والمزاريب، وألواح التسقيف. كما يُحوّل إلى أشكال مرنة بإضافة مواد ملدنة، مما يجعله مناسبًا لصناعة الخراطيم، والأنابيب، والعزل الكهربائي، والمعاطف، والسترات، والمفروشات. يُستخدم PVC المرن أيضًا في المنتجات القابلة للنفخ، مثل الأسرة المائية وألعاب المسابح. يُعد PVC أيضًا مادة شائعة في صناعة مجسمات الفينيل ، خاصةً في دول مثل اليابان ، حيث يُستخدم على نطاق واسع في صناعة ما يُعرف باسم مجسمات سوفوبي (ألعاب الفينيل الناعمة ^{[ 7 ]} ). نظرًا لأن PVC ينثني بسهولة ويميل إلى الانحناء أثناء النقل، فإن إحدى طرق الحد من هذا التشوه هي تسخين البلاستيك حتى يصبح مرنًا، ثم إعادة تشكيله إلى الشكل المطلوب.

يُنتج البولي فينيل كلوريد (PVC) بتعديلات محددة عديدة للتأثير على خصائصه الكيميائية والفيزيائية. في البولي فينيل كلوريد الملدن (pPVC)، تُضاف مواد ملدنة إلى المادة الخام قبل التشكيل لجعلها أكثر مرونة. في البداية، لم تكن الجوانب الصحية والبيئية لهذا المنتج مفهومة جيدًا، مما أدى إلى استبداله وحظر بعض المنتجات بعد إجراء الدراسات. يُشار إلى الشكل الأصلي غالبًا باسم البولي فينيل كلوريد غير الملدن (uPVC)، وهو النوع الأكثر شيوعًا في تركيبات مثل شبكات المياه والصرف الصحي.

غالبًا ما يُحدث التعديل الكيميائي تغييرات جذرية في الخصائص. يُنتج كلوريد البولي فينيل المكلور (CPVC) من خلال تعريض PVC لتفاعل الكلورة الجذرية الحرة المستمر الذي يُشكل في الأصل بوليمر PVC. يستمر تفاعل الكلورة بإضافة ذرات الكلور إلى السلسلة الكربونية للبوليمر حتى تصل معظم التطبيقات التجارية إلى نسبة تتراوح بين 56 و74% من إجمالي الكلور. ^{[ 8 ]} تُساهم هذه الزيادة في محتوى الكلور العنصري في تعزيز خصائص CPVC القائمة على الكلور، مثل المتانة الكيميائية، ومقاومة الأحماض والقواعد والأملاح؛ والحساسية للمركبات القائمة على الأمونيا، والمركبات العطرية، والإسترات، والكيتونات؛ ^{[ 9 ]} والاستقرار الكيميائي؛ ومقاومة انتقال الطاقة الحرارية. يُستخدم CPVC بشكل شائع في أنظمة توصيل المياه والمواد الكيميائية والساخنة والباردة للتطبيقات السكنية والتجارية والصناعية.

ينتمي فلوريد البولي فينيليدين ( PVDF ) إلى فئة الفلوروبوليمرات من اللدائن الحرارية، ويُعرف بخموله الكيميائي العالي ومقاومته. يُستخلص PVDF من خلال بلمرة مونومر فلوريد الفينيليدين. يُصنع PVDF على شكل صفائح وأنابيب للاستخدامات الهندسية، بالإضافة إلى مساحيق وطلاءات قابلة للذوبان في المذيبات وتطبيقها على أسطح المنتجات. يُستخدم PVDF على نطاق واسع في الصناعات الكيميائية كأنابيب لنقل المواد الكيميائية القوية والسوائل عالية النقاء. كما يُستخدم في مجالات البناء والنقل والعمليات الكيميائية وتوليد الكهرباء والبطاريات ومعالجة مياه الصرف الصحي. ^{[ 10 ]}

البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) هو بوليمر فلوري اصطناعي من رباعي فلورو الإيثيلين، ويُعرف تجاريًا باسم التفلون . يتميز PTFE بخاصية كره الماء ، حيث لا تتبلل السوائل المائية به، وذلك لأن مركبات الفلوروكربون تُظهر قوى تشتت لندن منخفضة نظرًا لارتفاع السالبية الكهربية للفلور. وهذا ما يُبرر استخدامه في طلاء أواني الطهي. يتميز هذا البوليمر بمعامل احتكاك منخفض للغاية ، مما يجعله شائع الاستخدام في المحامل ودعامات الأجزاء الميكانيكية المتحركة.

تُعدّ المركبات الحرارية البلاستيكية فئة من المواد المركبة تتكون من مصفوفة بوليمر حراري بلاستيكي مُدعّمة بألياف من الكربون والزجاج والأراميد وغيرها. وعلى عكس المركبات المتصلبة حراريًا ، التي تخضع لعملية معالجة غير قابلة للانعكاس، يمكن صهر المواد الحرارية البلاستيكية وإعادة تشكيلها عدة مرات، مما يجعلها أكثر قابلية لإعادة التدوير والإصلاح. ونظرًا لنسبة قوتها إلى وزنها العالية، ومقاومتها للصدمات، وسهولة تشكيلها، تُستخدم المركبات الحرارية البلاستيكية على نطاق واسع في تطبيقات الفضاء والطيران والسيارات والتطبيقات الصناعية. ^{[ 11 ]}

• خيوط الطباعة ثلاثية الأبعاد
• ووربلا
• قولبة الحقن
• لحام الحث المزروع لللدائن الحرارية

• الوسائط المتعلقة باللدائن الحرارية على ويكيميديا ​​كومنز