در این مقاله به بررسی خواص مکانیکی و شیمیایی پلاستیک می پردازیم ، اما یک عامل مهم دیگر که تأثیر زیادی روی خواص پلاستیک ها دارد دما هست ،که بر اساس ساختار میکرو مولکولی پلیمری به صورت های متفاوت ظاهر می شود ، به همین دلیل ابتدا ویژگی های پلاستیک که متأثر از دما هستند را معرفی می کنیم .
- تنزل گرمایی ( Thermal Degradation ) :
در هر نوع از فرآیند های گرمایی دمای ایجاد شده حتی اگر نسبت به دمای تجزیه ماده ، دمای کمتری ایجاد کند هم می تواند در پلاستیک تنزل گرمایی ایجاد کند . در اثر انباشته شدن انرژی به صورت نا همگون در یک ناحیه از قطعه پلاستیکی می تواند باعث شکسته شدن انرژی پیوند موجود در زنجیره های پلیمری شده و پدیده تنزل گرمایی را ایجاد می کند . زمانی که این پدیده در پلاستیک ها اتفاق می افتد بیشتر خواص مکانیکی مانند مقاوت ، سختی ، خاصیت تغییر طول و … دچار افت شدید و محسوسی می شوند در این میان برخی از پلاستیک ها مانند پلی وینیل کلراید ( PVC ) در مقابل تنزل گرمایی هوشمند هستند و تأثیر این پدیده در آنها به حداقل رسیده است .
- پیر گرمایی ( Agine ) :
زمانی که قطعه پلاستیکی در معرض حرارت کم ولی به مدت طولانی قرار گیرد ، پدیده ای مشابه تنزل گرمایی یعنی همان قرار گرفتن پلاستیک در معرض حرارت زیاد ولی به مدت کم ، در آن اتفاق می افتد ، که به پدیده پیر گرمایی و یا پیری در اثر گرما معروف است . به دلیل طبیعت طولانی بودن این پدیده تشخیص اثرات مخرب آن بسیار دشوار است ولی آنچه مسلم است این است که خواص مکانیکی پلاستیک در اثر پدیده پیری به کلی نابود شده و در نهایت در اثر تردی زیاد دچار شکست می شود . با افزودن برخی پایدار کننده های گرمایی به پلاستیک می توان اثر پدیده پیری را کم و عمر مفید قطعه را افزایش داد .
- رسانایی گرمایی ( Thermal Conductivity ) :
رسانایی گرمایی مانند رسانایی الکتریکی است با این تقاوت که ، میزان گسترش دما به صورت داخلی در قطعه پلاستیک را نشان میدهد . به زبان ساده تر نشان می دهد قطعه پلاستیک چه میزان دما را از خود عبور می دهد . پلاستیک ها بر خلاف فلزات تمایل به جذب و حفظ دما دارند ، به این معنی که پیوند های زنجیره ای پلیمرها بیشتر تمایل دارند دما را به صورت انرژی حرکتی بین مولکولی جذب کنند که این عمر سبب می شود گرما از داخل پلاستیک ها به سختی عبور کند و پلاستیک ها را به عایق های خوب حرارتی تبدیل سازد .
- انبساط گرمایی ( Thermal Expansion ) :
در طبیعت بیشتر مواد هنگامی که گرم می شوند منبسط می شوند ، و در هنگام از دست دادن دما منقبض می گردد . پلاستیک ها هم از این قاعده مستثنی نیستند و هنگام جذب انرژی به صورت گرما زنجیره های پلیمری از یکدیگر فاصله می گیرند که سبب می شود قطعه پلاستیکی منبسط شود . پارامتری که تغییر در بعد ماده را کنترل می کند ، ضریب انبساط حرارتی نامیده می شود . این ضریب در طراحی قالب شکل دهی پلاستیک ها بسیار اهمیت دارد ، در حقیقت این قالب ها به اندازه ضریب انبساط حرارتی بزرگتر ساخته می شوند تا قطعه پلاستیک بعد از سر شدن و منقبض شدن به اندازه مطلوب برسد .
- تنش گرمایی ( Thermal Stress ) :
اگر یک قطعه پلاستیکی در یک فیکسچر به صورت کامل مقید شود ، در صورت اعمال تغییرات دمایی توانایی انبساط و یا انقباض نخواهد داشت که این امر سبب می شود یک انرژی داخلی به نام تنش گرمایی در قطعه ذخیره شود . این تنش گرمایی باعث افت خواص مکانیکی ماده شده به نحوی که با اعمال نیرو ها و تنش های بسیار کمتری قطعه دچار شکست می شود . در برخی از پلاستیک ها ، اگر قطعه ای که در آن تنش گرمایی دخیره شده است را در دمایی متوسط و به مدت طولانی قرار دهید تا زنجیره های پلیمری اجازه داشته باشند آزادانه حرکت کنند این تنش گرمایی آزاد خواهد شد .
برخی از خواص مکانیکی :
پلاستیک ها نا کاملا شبیه جامدات الاستیک و نه کامل شبیه به ویسکوز ها عمل می کنند از رو معادلات فیزیک کلاسیک برای انها معمولا صادق نیست ، به همین علت پلاستیک ها را در گروه ویسکوالاستیک ها به جهت مطالعه رفتار فیزیکی قرار می دهند . برخی از مهمترین خواص مکانیکی و فیزیکی پلاستیک ها به شرح زیر است .
- تنش ( Stress ) :
در تست تنش – کرنش ویسکوالاستیک ها مشاهده شد با افزایش میزان تنش زنجیره های پلیمری با فاصله کمتری کنار هم قرار می گیرند ، از این رو با افزایش تنش پلاستیک های مقاوم تر می شوند تا به حد کرنش برسند و در نهایت شکست در آنها اتفاق بیافتد .
- خزش ( Creep ) :
هنگامی که یک نیرو در مدت زمان طولانی به صورت استاتیکی بر قطعه پلاستیکی وارد شود ، زنجیره های پلیمری به صورت تدریجی و کاملا عیر قابل برگشت به همدیگر نزدیک می شوند . این تغییر طول تدریجی و غیر قابل برگشت را خزش می نامند که در صورت ادامه دار بودن آن می توان باعث شکست در قطعه شود ، لازم به ذکر است که دما بر میزان خزش تأثیر گذار بوده و با افزایش دما میزان خزش نیز افزایش پیدا می کند .
- سختی ( Toughness ) :
میزان تحمل پلاستیک ها در برابر نیرو و جذب انرژی را سختی گویند ، که اگر این نیرو به صورت سریع وارد شود آنرا سختی ضربه می نامند . در این میان در پلاستیک ها بر اساس نوع پیوند و انرژی بین مولکولی آنها میزان سختی های متفاوتی مشاهده شده است . به عنوان مثال لاستیک ها دارای سختی ضربه بسیار بالایی هستند . لازم به ذکر است که با افزایش دما سختی پلاستیک ها کم می شود .
- مقاومت ( Strength ) :
این پارامتر ، مقاومت پلاستیک نسبت به نیروی استاتیکی نسبت به تغییر شکل یا شکست قطعه را توضیح می دهد . این ویژگی نیز مانند سختی بر اساس نوع پیوند پلیمری بسیار متفاوت است . با افزودن موادی به زنجیره پلیمری می توان تا حد بسیار زیادی مقاومت مواد را افزایش داد مانند اضافه کردن الیاف شیشه و یا سیلیس .
برخی از خواص شیمیایی پلاستیک ها :
قرار گرفتن پلاستیک ها در شرایط مختلف محیطی مانند نور خورشید ، اکسیژن ، اوزن ، آب ، اسید ها و… با عث تغییر در ویژگی های پلاستیک ها می شود از این رو اضافه کردن افزونه هایی برای بهبود خواص شیمیایی پلاستیک ها بسیار کار آمد خواهد بود در ادامه به برخی از این خواص شیمیایی اشاره می کنیم .
- نفوذ پذیری ( Permeability ) :
این وایژگی نشان دهنده میزان توانایی عبور گاز و یا مایع از میان ماده پلاستیک است . اگر میزان نفوذ پذیری کم باشه ماده مانع نامیده می شود و به عنوان مثال به در بسته بندی ها کاربرد پیدا می کند .
- عایق الکتریکی :
بیشتر پلاستیک ها به عنوان عایق الکتریکی عمل می کنند به همین دلیل در روکش سیم و کابل ها و در ساخت قطعات الکترونیکی بسیار پر کاربرد هستند .
- روشنایی نوری :
این ویژگی میزان تمایل پلاستیک به عبور نور از خود را نشان می دهد . این ویژگی به ساختار کریستالی زنجیره های پلیمری وابسته است . پلاستیک ها به صورت کلی در سه دسته شفاف ، نیمه شفاف و عیر شفاف تقسیم بندی می شوند .
- ضد حریق
برخی از پلاستیک ها هنگامی که در معرض حرارت زیاد قرار بگیرند ، گازی از خود منتشر می کنند که باعث خفه شدن آتش می شود . مواد افزودنی مانند هالوژن نیز زمانی که به یک ماده پلاستیک اضافه شود این خاصیت ضد حریق بودن را به آن ماده اضافه خواهد کرد
