ترکیب پلاستیک های مختلف چه مشکلاتی دارد؟

ترکیب پلاستیک‌ها بدون شناخت، ناسازگاری و جدایش فازی ایجاد می‌کند و با اختلاف دما/ویسکوزیته به افت کیفیت و ضایعات می‌رسد.

ترکیب پلاستیک‌های مختلف یکی از روش‌های رایج در صنعت است تا با هزینه کمتر، به خواص بهتر برسیم؛ مثلاً قطعه‌ای بسازیم که هم ضربه‌پذیر باشد، هم سفت و پایدار، هم راحت‌تر تولید شود. اما واقعیت این است که «قاتی کردن دو پلاستیک» مثل ترکیب کردن دو مایع نیست؛ خیلی وقت‌ها نتیجه، به جای بهبود، تبدیل می‌شود به افت کیفیت، افزایش ضایعات و خرابی زودهنگام قطعه.

در این مقاله ساده و کاربردی توضیح می‌دهیم ترکیب پلاستیک‌های مختلف چه مشکلاتی دارد، چرا این مشکلات پیش می‌آیند و نشانه‌هایشان چیست.

ترکیب پلاستیک‌های مختلف یعنی چی؟

وقتی دو یا چند پلیمر(مثل PP، PE، ABS، PC، PA و… ) را با هم مخلوط می‌کنیم تا یک ماده جدید با خواص متفاوت بسازیم، به آن Polymer Blend یا آلیاژ پلیمری می‌گویند.

گاهی هدف این است که مثلاً یک پلیمر سخت و مقاوم را با یک پلیمر ارزان‌تر یا نرم‌تر ترکیب کنیم تا تعادل خواص بهتری بگیریم. اما چون پلیمرها از نظر ساختار مولکولی، قطبیت، ویسکوزیته مذاب و دمای فرآیند با هم فرق دارند، ترکیبشان همیشه «همگن و پایدار» نمی‌شود.

1. ناسازگاری پلیمرها (Compatibility پایین)

مهم‌ترین و رایج‌ترین مشکل در ترکیب پلاستیک‌ها، ناسازگاری است. بسیاری از پلیمرها ذاتاً دوست ندارند با هم مخلوط شوند؛ مثل آب و روغن.

علت اصلی ناسازگاری معمولاً این موارد است:

• تفاوت قطبیت (قطبی/غیرقطبی بودن)
• تفاوت انرژی سطحی
• تفاوت ساختار زنجیره‌ها و برهم‌کنش بین مولکولی

وقتی دو پلیمر ناسازگار باشند، نتیجه ناسازگاری آنها عبارتند از :

• فازها از هم جدا می‌شوند
• چسبندگی بین فازها ضعیف می‌شود
• قطعه در برابر ضربه یا کشش زود می‌شکند
• خواص از یک بچ به بچ دیگر ناپایدار می‌شود

نشانه‌های رایج: افت استحکام، ترد شدن، ترک خوردن از نقاط مرزی، سطح لکه‌دار یا رگه‌دار.

2. جدایش فازی و دو فازی شدن (Phase Separation)

بسیاری از ترکیب‌ها به جای اینکه یک ماده یک‌دست بسازند، تبدیل می‌شوند به یک ساختار دو فازی: یعنی بخش‌هایی از پلیمر A کنار بخش‌هایی از پلیمر B قرار می‌گیرد.
در مواد دو فازی، مرز بین فازها معمولاً نقطه ضعف است. اگر تنش یا ضربه وارد شود، ترک از همان مرزها رشد می‌کند.

نشانه‌ها در محصول:

• دانه‌دانه شدن سطح
• موج، رگه، یا “marbling”
• شکنندگی یا شکست لایه‌ای
• تغییر ظاهر و یکنواخت نبودن رنگ

3. چسبندگی ضعیف بین فازها (Interfacial Adhesion)

حتی اگر فازها خیلی ریز و خوب پخش شوند، اگر چسبندگی در مرز بینشان ضعیف باشد، باز هم مشکل داریم. در واقع ماده مثل این است که از دو شبکه جدا کنار هم ساخته شده باشد.

اثرات چسبندگی ضعیف:

• Delamination(لایه‌لایه شدن)
• کاهش شدید ضربه‌پذیری
• افت مقاومت خستگی
• رشد ترک با سرعت بالا

این مشکل در قطعاتی که تحت ضربه، لرزش یا تغییرات دمایی‌اند (مثل قطعات خودرو یا بدنه تجهیزات) خیلی خودش را نشان می‌دهد؛ به‌خصوص در تولیدات صنعتی که دوام و پایداری اهمیت دارد، مثل قطعات یدکی نساجی که معمولاً زیر فشار مداوم، ارتعاش و کارکرد طولانی‌مدت قرار می‌گیرند.

4. اختلاف دمای ذوب و محدوده فرآیند

هر پلیمر یک محدوده دمایی مناسب دارد. بعضی‌ها در دمای پایین‌تر نرم و روان می‌شوند، بعضی‌ها نیاز به دمای بالاتر دارند.

• اگر دما را بر اساس پلیمر با نقطه ذوب/فرآیند بالاتر تنظیم کنید، ممکن است پلیمر دیگر تخریب حرارتی شود (سوختگی، بوی بد، تغییر رنگ، افت خواص).
• اگر دما را پایین نگه دارید تا تخریب نشود، پلیمر با نقطه ذوب بالاتر ممکن است کامل ذوب نشود و مخلوط ناهمگن بماند.

نشانه‌ها: تغییر رنگ، کاهش استحکام، حباب، بوی سوختگی، سطح بد، ذرات ذوب‌نشده.

5. تفاوت ویسکوزیته مذاب و اختلاط ضعیف

در اکستروژن یا تزریق، مواد در حالت مذاب با هم مخلوط می‌شوند. اگر ویسکوزیته دو پلیمر خیلی متفاوت باشد (یکی خیلی روان، یکی خیلی غلیظ)، اختلاط خوب انجام نمی‌شود و فازها درست پخش نمی‌شوند. در نتیجه : 

•  پخش نامتوازن (بعضی جاها یک پلیمر غالب می‌شود)
•  نقاط ضعف موضعی
•  ناپایداری کیفیت قطعه در تولید انبوه
•  افزایش ضایعات و برگشتی

نشانه‌ها: تفاوت وزن/ابعاد قطعه، رگه‌دار شدن، شکست‌های غیرقابل پیش‌بینی.

6. تغییرات شدید خواص مکانیکی

خیلی‌ها انتظار دارند با ترکیب دو پلیمر، «همه چیز بهتر» شود؛ اما گاهی ترکیب باعث می‌شود هر دو خاصیت را از دست بدهید! برای مثال : 

• پلیمر سخت را با پلیمر نرم قاطی می‌کنید تا ضربه بهتر شود، ولی به دلیل ناسازگاری، نه تنها ضربه بهتر نمی‌شود بلکه قطعه تردتر می‌شود.
• یا ترکیب باعث می‌شود مدول افت کند و قطعه شل و تغییر شکل‌پذیر شود.

7. مشکلات ظاهری

ترکیب پلیمرها روی ظاهر قطعه اثر جدی می‌گذارد، مخصوصاً در محصولات مصرفی. مشکلات رایج ظاهری عبارتند از : 

• کدر شدن (Haze)
• موج یا پوست پرتقالی شدن
• رگه‌های رنگی
• لکه‌های سطحی
• اختلاف براقیت در نقاط مختلف قطعه

علت این مشکلات معمولاً جدایش فازی، تفاوت ضریب شکست، یا توزیع نامناسب رنگدانه در دو فاز است.

8. پایداری بلندمدت ضعیف (پیرشدگی، ترک تنشی، حساسیت به محیط)

بعضی ترکیب‌ها در ابتدا «خوب» به نظر می‌رسند، اما بعد از مدتی در محیط واقعی خراب می‌شوند. چند نمونه خرابی بلندمدت:

•  ترک تنشی (ESCR) در تماس با شوینده‌ها یا روغن‌ها
•  افت خواص در برابر UV و نور خورشید
•  حساسیت به رطوبت (به‌خصوص اگر یکی از پلیمرها آب‌دوست باشد)
•  جدا شدن فازها با گذشت زمان یا چرخه‌های دمایی

این بخش برای صنایع فضای باز، قطعات خودرو، لوازم خانگی و بسته‌بندی خیلی مهم است.

9. بازیافت و کنترل کیفیت سخت‌تر

وقتی مواد مختلف را ترکیب می‌کنید:

• کنترل کیفیت ورودی سخت‌تر می‌شود (مخصوصاً اگر از مواد بازیافتی استفاده شود)
• تکرارپذیری کیفیت کاهش می‌یابد
• در بازیافت مجدد، ترکیب چندباره می‌تواند خواص را بدتر کند

همچنین اگر سیستم پایدار نشده باشد، تغییر کوچک در درصد ترکیب یا شرایط فرآیند می‌تواند نتیجه را کاملاً تغییر دهد.

10. مشکلات فرآیندی در تولید (تزریق/اکستروژن)

ترکیب پلاستیک‌ها ممکن است باعث:

•  ناپایداری جریان مذاب
•  نوسان فشار و گشتاور اکسترودر
•  افزایش زمان سیکل تزریق
•  افزایش تاب‌برداشتگی (Warping)
•  افزایش جمع‌شدگی ناهمسان (Shrinkage)

شود. این مشکلات مستقیم روی بهره‌وری خط تولید و هزینه تمام‌شده اثر می‌گذارند.

سخن پایانی 

در نهایت، بیشتر چالش‌های ترکیب پلاستیک‌ها به سه عامل برمی‌گردد: ناسازگاری و جدایش فازی که باعث افت استحکام و خرابی زودهنگام می‌شود، اختلاف شرایط فرآیندی مثل دما و ویسکوزیته که اختلاط را ضعیف و احتمال سوختگی یا ذوب ناقص را بالا می‌برد، و ضعف چسبندگی بین فازها که در بلندمدت به لایه‌لایه شدن و ترک‌خوردگی منجر می‌شود. ترکیب پلیمرها زمانی نتیجه مطلوب می‌دهد که با شناخت انجام شود؛ یعنی انتخاب درست مواد، کنترل دقیق تنظیمات تولید و استفاده از کامپتیبلایزرها برای رسیدن به کیفیت پایدار و کاهش ضایعات است.

تولیدی به‌پلاست با تمرکز بر تولید انواع قطعات یدکی پلاستیکی نساجی و قطعات خاص صنعتی فعالیت می‌کند. این مجموعه تولیدکننده انواع دوک پلاستیکی، بوبین پلاستیکی، دوک و بوبین ۲۳ سانتی، غلطک شیاردار ریسندگی و شانل است و به نیازهای تخصصی صنعت نساجی پاسخ می‌دهد. همچنین در زمینه تولید بوبین و دوک سرچاپ و سایر قطعات سفارشی، خدمات متنوعی ارائه می‌دهد. هدف ما تأمین قطعات باکیفیت و همگام با نیازهای روز صنعت است.