پلیمر چیست؟ پلیمرها یکی از مهم‌ترین گروه‌های مواد در دنیای امروز هستند که از زنجیره‌های بلند مولکولی با ساختارهای تکرارشونده تشکیل می‌شوند. این ترکیبات که پایه اصلی بسیاری از محصولات پلاستیکی، الیاف، رزین‌ها و لاستیک‌ها را تشکیل می‌دهند، به دو شکل طبیعی و مصنوعی در طبیعت و صنعت وجود دارند. از پروتئین‌ها و سلولز گرفته تا پلی‌اتیلن و PVC، همگی نمونه‌هایی از پلیمرهای پرکاربرد هستند. پلیمرها بسته به نوع واکنش شیمیایی و رفتارشان در برابر حرارت، به دسته‌های مختلفی مانند ترموپلاستیک‌ها، ترموست‌ها، الاستومرها و رزین‌ها تقسیم می‌شوند. در این مقاله با مفهوم پلیمر، نحوه طبقه‌بندی آن، ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی، مزایا و محدودیت‌ها و همچنین پرکاربردترین انواع مواد پلیمری در صنعت تزریق پلاستیک بیشتر آشنا می‌شوید.
پلیمر چیست؟
پلیمر یا بسپار چیست؟ پلیمرها گروه بزرگی از مواد هستند که ساختار آن‌ها از زنجیره‌های بسیار بلند مولکولی تشکیل شده است. این زنجیره‌ها در واقع از تکرار واحدهای کوچک‌تری به نام مونومر به‌وجود می‌آیند. وقتی چند مونومر با پیوندهای شیمیایی به هم متصل می‌شوند، مولکولی بزرگ‌تر شکل می‌گیرد که به آن ماکرومولکول یا همان پلیمر گفته می‌شود.
پلیمرها خانواده‌ی بزرگی از مواد هستند که پلاستیک‌ها نیز در همین گروه جای می‌گیرند. در واقع بیشتر پلاستیک‌هایی که روزانه با آن‌ها سروکار داریم، نوعی پلیمر مصنوعی هستند. اگر می‌خواهید بدانید پلاستیک چیست، پیشنهاد می‌کنیم با کلیک بر روی لینک، مقاله جامع آن را مطالعه نمایید تا درک دقیق‌تری از این ماده پرکاربرد به‌دست آورید.
در طبیعت نیز بسیاری از مواد آشنا برای ما، در واقع ساختار پلیمری دارند؛ برای مثال پروتئین‌ها، سلولز، نشاسته و لاستیک طبیعی همگی از جمله پلیمرهای طبیعی محسوب می‌شوند.
واژه‌ی «پلیمر» ریشه‌ی یونانی دارد و از ترکیب دو واژه‌ی “poly” به معنای زیاد و “mer” به معنای بخش یا واحد ساخته شده است. این واژه در واقع توصیف دقیقی از ماهیت پلیمرهاست، چون از کنار هم قرار گرفتن تعداد زیادی “بخش کوچک” یعنی مونومرها تشکیل می‌شوند.
اتصال این مونومرها می‌تواند به شکل‌های مختلفی انجام شود و همین موضوع باعث ایجاد انواع گوناگون پلیمر با ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی متفاوت می‌گردد.
دسته‌بندی کلی پلیمرها
به طور معمول پلیمرها بر اساس نحوه تشکیل و نوع واکنش پلیمریزاسیون، در چهار گروه اصلی قرار می‌گیرند:
- پلیمرهای مصنوعی (Synthetic Polymers)
- پلیمرهای افزایشی (Addition Polymers)
- پلیمرهای تراکمی یا چگالشی (Condensation Polymers)
- پلیمرهای بازآرایی یا بازچیده‌شده (Rearrangement Polymers)
تقریباً تمام موادی که در زندگی روزمره با آن‌ها سروکار داریم – از بطری آب گرفته تا قطعات خودرو – در یکی از این چهار گروه جای می‌گیرند. در بخش بعد با چند نمونه از پلیمرهای پرکاربرد آشنا می‌شویم.
طبقه‌بندی انواع پلیمرها
پلیمرها ستون اصلی دنیای مواد امروزی‌اند؛ از بطری‌های پلاستیکی تا قطعات خودرو، همه از زنجیره‌های پلیمری ساخته شده‌اند.اکنون که می‌دانید پلیمر چیست، نوبت به شناخت انواع پلیمر می‌رسد. پلیمرها گروه گسترده‌ای از مواد هستند که بر اساس ویژگی‌های گوناگون، به روش‌های مختلفی دسته‌بندی می‌شوند. متداول‌ترین شیوه‌های طبقه‌بندی آن‌ها شامل موارد زیر است:
- بر پایه منشأ تولید
- بر اساس رفتار در برابر حرارت
- از نظر ساختار زنجیره‌ای
- از لحاظ میزان بلورینگی
- بر مبنای نوع مونومر
- از نظر خواص فیزیکی و کاربرد
- بر پایه آرایش تاکتیسیته
در ادامه، هر یک از این تقسیم‌بندی‌ها به زبان ساده توضیح داده شده‌اند. اگر می‌خواهید پیش از مطالعه انواع پلیمر با نحوه تولید مواد پلیمری آشنا شوید کافیست مقاله تولید مواد پلیمری را مطالعه نمایید.
1. طبقه‌بندی پلیمرها بر اساس منشأ
پلیمرها از نظر منبع تولید به سه دسته کلی تقسیم می‌شوند: طبیعی، سنتزی (مصنوعی) و نیمه‌سنتزی.
- پلیمرهای طبیعی:
این گروه مستقیماً از منابع طبیعی به دست می‌آیند. موادی مانند پشم، ابریشم، لاستیک طبیعی، نشاسته، سلولز و پروتئین‌ها از این دسته هستند.
- پلیمرهای مصنوعی:
این نوع از پلیمرها در آزمایشگاه‌ها از ترکیب مولکول‌هایی با جرم مولکولی پایین ساخته می‌شوند. از شناخته‌شده‌ترین آن‌ها می‌توان به نایلون، پلی‌اتیلن، پلی‌استر، PVC و تفلون اشاره کرد.
- پلیمرهای نیمه‌سنتزی:
این مواد حاصل تغییر شیمیایی بر روی پلیمرهای طبیعی‌اند تا خصوصیات فیزیکی یا شیمیایی آن‌ها بهبود یابد. سلولز استات و سلولز نیترات از نمونه‌های متداول این گروه هستند.
2. دسته‌بندی پلیمرها از نظر رفتار در برابر حرارت
پلیمرها از لحاظ واکنش در برابر گرما به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند: ترموپلاستیک‌ها و ترموست‌ها.
- ترموپلاستیک‌ها (گرمانرم‌ها):
این مواد در برابر حرارت نرم و ذوب شده و پس از سرد شدن دوباره سخت می‌شوند. فرآیند ذوب و شکل‌دهی آن‌ها تکرارپذیر است؛ زیرا در اثر حرارت واکنش شیمیایی خاصی رخ نمی‌دهد. از این گروه می‌توان به پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی‌استایرن و PVC اشاره کرد.
- ترموست‌ها (گرماسخت‌ها):
در مقابل، ترموست‌ها پس از یک‌بار گرمادهی و پخت، ساختاری شبکه‌ای پیدا می‌کنند و دیگر قابل ذوب یا قالب‌گیری مجدد نیستند. این مواد در برابر حرارت، سخت و مقاوم باقی می‌مانند. از جمله رزین‌های اپوکسی، فنولیک، ملامین، پلی‌استرها و سیلیکون‌ها در این گروه قرار دارند.
3. انواع پلیمرها از نظر ساختار زنجیره‌ای
از دیدگاه ساختار مولکولی، پلیمرها به سه دسته تقسیم می‌شوند:
- پلیمرهای خطی:
در این نوع، زنجیره‌های پلیمری بدون شاخه و به صورت منظم کنار هم قرار دارند. به همین دلیل دانسیته و استحکام بالایی دارند. نمونه‌هایی مانند نایلون و پلی‌اتیلن سنگین (HDPE) از این نوع هستند.
- پلیمرهای شاخه‌ای:
این نوع پلیمرها دارای زنجیره‌های اصلی با شاخه‌های جانبی‌اند. وجود این شاخه‌ها باعث کاهش چگالی و استحکام نسبت به پلیمرهای خطی می‌شود.
- پلیمرهای شبکه‌ای یا دارای پیوند عرضی:
در این دسته، زنجیره‌ها به کمک پیوندهای عرضی به هم متصل شده و شبکه‌ای سه‌بعدی تشکیل می‌دهند. این ساختار باعث سختی و شکنندگی ماده می‌شود. رزین‌های ملامین و لاستیک‌های پخت‌شده از نمونه‌های این گروه هستند.
4. دسته‌بندی پلیمرها از نظر بلورینگی
پلیمرها از لحاظ نظم مولکولی و میزان بلورینگی به سه نوع بلورین، آمورف (بی‌شکل) و نیمه‌بلورین تقسیم می‌شوند:
- پلیمرهای بلورین:
در این مواد، زنجیره‌های مولکولی به شکل منظم کنار هم قرار می‌گیرند و ساختار بلوری ایجاد می‌کنند. این نظم باعث افزایش استحکام و تعریف دمای ذوب مشخص (Tm) در آن‌ها می‌شود.
- پلیمرهای آمورف:
زنجیره‌ها در این حالت به‌صورت نامنظم و تصادفی چیده شده‌اند. انعطاف‌پذیری و خاصیت کشسانی بالایی دارند اما در برابر حرارت مقاومت کمتری از خود نشان می‌دهند. در این نوع پلیمرها، دمای مشخصی برای ذوب وجود ندارد و به‌جای آن دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) تعریف می‌شود.
- پلیمرهای نیمه بلورین:
بیشتر پلیمرها ترکیبی از دو ناحیه‌ی بلورین و آمورف‌اند. هیچ پلیمر کاملاً بلورین یا کاملاً بی‌شکل وجود ندارد، اما نسبت هرکدام با توجه به نوع و شرایط فرآیند قابل تغییر است.
5. طبقه‌بندی بر اساس نوع مونومر
از نظر ترکیب شیمیایی، پلیمرها به دو گروه هموپلیمر و کوپلیمر تقسیم می‌شوند:
- هموپلیمر:
زنجیره آن از تکرار تنها یک نوع مونومر تشکیل شده است، مانند پلی‌اتیلن یا پلی‌وینیل کلراید.
- کوپلیمر:
این پلیمرها از دو یا چند نوع مونومر متفاوت ساخته می‌شوند. نایلون ۶۶ نمونه‌ای از کوپلیمر است و در صورتی که تعداد مونومرها سه نوع باشد، به آن‌ها ترپلیمر می‌گویند؛ مانند ABS (آکریلونیتریل بوتادین استایرن).
6. تقسیم‌بندی پلیمرها بر اساس کاربرد و ویژگی‌های فیزیکی
پلیمرها از لحاظ کاربرد صنعتی و فیزیکی به چهار گروه اصلی تقسیم می‌شوند:
- پلاستیک‌ها: مواد سخت و شکل‌پذیری که معمولاً نیمه‌بلورین‌اند و بین الیاف و لاستیک‌ها از نظر استحکام در حد میانی قرار دارند. مانند پلی‌اتیلن یا PMMA.
- اگر برایتان سوال شده که تفاوت پلاستیک و پلیمر در چیست؟ کافیست روی لینک کلیک کرده تا مقاله تخصصی مربوط به این موضوع را مطالعه نمایید.
- الاستومرها (لاستیک‌ها): موادی کشسان با خاصیت بازگشت‌پذیری بالا که بیشتر ساختارشان آمورف است. رابرها از مهم‌ترین آن‌ها هستند.
- الیاف: پلیمرهایی با نسبت طول به قطر زیاد (حداقل ۱۰۰ برابر) که استحکام کششی بالا و درجه‌ی بلورینگی قابل توجهی دارند؛ مانند نایلون.
- رزین‌ها: ترکیباتی با وزن مولکولی پایین که اغلب به‌صورت مایع بوده و به‌عنوان چسب یا درزگیر استفاده می‌شوند. این مواد معمولاً در اثر گذر زمان یا حرارت پخت شده و سخت می‌گردند.
7. طبقه‌بندی پلیمرها بر اساس تاکتیسیته
تاکتیسیته به نحوه قرارگیری گروه‌های جانبی در اطراف زنجیره اصلی اشاره دارد. سه نوع آرایش تاکتیسیته وجود دارد:
- ایزوتاکتیک: تمام گروه‌های جانبی در یک سمت زنجیره قرار دارند.
- اتاکتیک: گروه‌ها به‌صورت تصادفی در دو سمت زنجیره پخش شده‌اند.
- سیندیوتاکتیک: گروه‌های جانبی به‌صورت یکی در میان در دو سمت زنجیره قرار گرفته‌اند.
پلیمرهای پرکاربرد
پلیمرها با ساختارهای متنوع خود، در هر صنعتی از بسته‌بندی تا پزشکی حضور دارند.پلیمرها با توجه به نوع ساختار و ویژگی‌هایشان، در صنایع مختلفی استفاده می‌شوند. چند مورد از رایج‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
| مواد پلیمری | ویژگی | کاربرد |
| پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) | مقاوم در برابر حرارت و ضربه | در بطری‌ها و الیاف مصنوعی و قابل بازیافت |
| پلی‌پروپیلن (PP) | سبک و مقاوم در برابر مواد شیمیایی | مورد استفاده در ظروف، لوازم خانگی و قطعات خودرو |
| پلی‌وینیل کلراید (PVC) | بادوام و شکل پذیر | پرمصرف در صنایع ساختمانی و بسته‌بندی |
| آکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) | مقاوم در برابر ضربه و گرما | کاربرد در لوازم خانگی و بدنه دستگاه‌ها |
| پلی‌کربنات (PC) | شفاف، محکم و مقاوم در برابر حرارت | مناسب برای قطعات خودرو و تجهیزات نوری |
| پلی‌اورتان (PU) | منعطف و مقاوم در برابر سایش و رطوبت | استفاده در صندلی‌ها، کفپوش و عایق‌ها |
| پلی‌آمید (PA) | مستحکم و مقاوم در برابر حرارت | کاربرد در الیاف و قطعات صنعتی مانند نایلون |
اگر قصد این را دارید که به صورت کامل و تخصصی با کابرد انواع پلیمر در صنایع مختلف آشنا شوید، خواندن مقاله کاربرد پلیمر چیست؟ می‌تواند برایتان کمک‌کننده باشد.
مزایای استفاده از پلیمرها
پلیمرها به‌دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردشان، در صنایع مختلف جایگزین بسیاری از مواد سنتی مانند فلز و شیشه شده‌اند. برخی از مزیت‌های اصلی آن‌ها عبارت‌اند از:
- تولید آسان و مقرون‌به‌صرفه
- وزن سبک و حمل‌ونقل راحت‌تر نسبت به فلزات
- مقاومت مناسب در برابر مواد شیمیایی و خوردگی
- انعطاف‌پذیری و شکل‌پذیری بالا
- امکان بازیافت و استفاده مجدد در برخی انواع
محدودیت‌ها و نقاط ضعف پلیمرها
با وجود کاربرد گسترده، پلیمرها محدودیت‌هایی نیز دارند که باید در انتخاب و طراحی محصولات مورد توجه قرار گیرند:
- بیشتر پلیمرها نقطه ذوب مشخصی ندارند و در بازه دمایی معینی نرم می‌شوند.
- در شرایط عادی دمای محیط، معمولاً در حالت جامد قرار دارند.
- در برابر اکسیژن، نور فرابنفش و برخی باکتری‌ها آسیب‌پذیرند و ممکن است دچار تخریب شوند.
- در دماهای پایین، بسیاری از آن‌ها شکننده می‌شوند.
- در دماهای بالا یا در معرض شعله، مشتعل شده یا می‌سوزند.
قیمت مواد پلیمری مورد استفاده در دستگاه تزریق پلاستیک
هزینه مواد پلیمری در فرآیند تزریق پلاستیک، بسته به نوع پلیمر و نوع کاربرد صنعتی آن متفاوت است. هر ماده ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاص خود را دارد و همین موضوع در تعیین قیمت نهایی آن نقش مهمی ایفا می‌کند.
به طور کلی، پلی‌کربنات (PC) و پلی‌اورتان (PU) در میان گران‌ترین مواد پلیمری مورد استفاده در دستگاه‌های تزریق پلاستیک قرار دارند. این مواد به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت، ضربه و ویژگی‌های فنی خاص، در تولید قطعات مهندسی و محصولات باکیفیت استفاده می‌شوند.
در مقابل، پلی‌اتیلن (PE) یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین و پرکاربردترین پلیمرها در صنعت تزریق پلاستیک به شمار می‌رود. این ماده به دلیل قیمت مناسب، انعطاف‌پذیری خوب و فرآیندپذیری آسان، برای ساخت طیف گسترده‌ای از محصولات پلاستیکی به کار گرفته می‌شود.
البته در بسیاری از صنایع، پلیمرها پیش از ورود به مرحله تولید به شکل دانه‌های کوچک یا همان گرانول آماده می‌شوند تا فرآیند تزریق و ذوب آسان‌تر انجام گیرد. اگر با این ماده آشنا نیستید، پیشنهاد می‌کنیم مقاله گرانول چیست را مطالعه کنید.
پلیمرها، ابزار اصلی نوآوری و تولید صنعتی
پلیمرها امروز ستون اصلی بسیاری از صنایع مدرن محسوب می‌شوند؛ از ساخت قطعات خودرو و تجهیزات الکترونیکی گرفته تا بسته‌بندی، لوازم خانگی و محصولات پزشکی. انتخاب نوع پلیمر و روش فرآوری مناسب، نقش مهمی در کیفیت و دوام محصولات نهایی دارد. در این میان، استفاده از تجهیزات دقیق و به‌روز در فرآیند قالب‌گیری و تزریق پلاستیک اهمیت زیادی دارد. فاران ماشین با سال‌ها تجربه در زمینه طراحی و تأمین دستگاه‌های تزریق پلاستیک و لوازم جانبی آن، یکی از برندهای معتبر این حوزه است که می‌تواند نیاز تولیدکنندگان را به‌صورت تخصصی برطرف کند و بهره‌وری خطوط تولید را افزایش دهد.
سوالات متداول
پلیمر چیست؟
پلیمر از اتصال تکراری مولکول‌های کوچک به نام مونومر تشکیل می‌شود.
تفاوت پلیمر و پلاستیک چیست؟
پلاستیک نوعی پلیمر مصنوعی است که با افزودنی‌ها برای کاربرد صنعتی ساخته می‌شود.
پرکاربردترین پلیمرها کدام‌اند؟
پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، PVC، پلی‌کربنات و پلی‌اورتان از پرکاربردترین‌ها هستند.
مزیت اصلی پلیمرها چیست؟
سبک، ارزان، مقاوم و دارای شکل‌پذیری بالا هستند.
