حالة البحث وتطبيق تعديل البلاستيك الهندسي PBT

PBT البولي بيوتيلين تيريفثالات (PBT) هو نوع من البوليستر المشبع الخطي البلوري، يُصنع من حمض التيريفثاليك (PTA) أو ثنائي ميثيل تيريفثالات (DMT) و1،4-بيوتانيديول (BDO) عن طريق تفاعل التكثيف. يتميز بخصائص ميكانيكية جيدة، وبنية جزيئية متناظرة تسمح بالتراص المتقارب، وبلورية عالية، وسرعة التبلور في درجات حرارة منخفضة. تتميز أجزاء PBT بسهولة تشكيلها بالقولبة الانسيابية، وقصر مدة دورة التشكيل، مما يقلل من تكاليف الإنتاج. كما يتميز PBT بمقاومته للرطوبة والتآكل والزيوت، بالإضافة إلى انخفاض معدل الزحف.

نظرًا لاحتواء مادة PBT على أجزاء بلورية وغير بلورية، يسهل تعديلها بإضافة مواد أخرى. مع ذلك، تتميز PBT بسهولة احتراقها، وترسبات الجزيئات الصغيرة عند ملامستها للمبردات، وضعف خصائصها العازلة، وميل أجزائها ذات الجدران الرقيقة إلى التشوه، وغيرها من العيوب التي تحد من نطاق استخدامها. وللتغلب على قصور أداء راتنج PBT النقي، أُجريت بعض الأبحاث لتعديله.

1. آلة بثق البلاستيك الهندسي PBT: الوضع الحالي لأبحاث التعديل

في السنوات الأخيرة، اتجهت الشركات المعنية إلى تطوير تطبيقات متنوعة للتقنيات والمنتجات الجديدة، مع التركيز على تطوير بلاستيك PBT الهندسي نحو الأداء العالي والوظائف المتعددة. ولتلبية احتياجات القطاع الصناعي، تم تحسين وظائف PBT من خلال تعديله، مما لاقى رواجًا في السوق. حاليًا، تُستخدم طرق عديدة لتحسين الأداء الشامل لـ PBT، منها تعديل البلمرة المشتركة، وتعديل الحشو بالمواد غير العضوية، وتقنية النانو المركبة، وتعديل المزج، وغيرها، محليًا وعالميًا. وتركز الأبحاث المتعلقة بتعديل مواد PBT بشكل أساسي على تحسين خصائصها، مثل القوة العالية، ومقاومة اللهب العالية، والتشوه المنخفض، والترسيب المنخفض، والعزل الكهربائي المنخفض، وغيرها.

خصائص ميكانيكية

تتميز راتنجات PBT النقية بانخفاض قوة الشد وقوة الانحناء ومعامل المرونة، مما يحد من استخدامها في المجال الصناعي، ويتطلب تعديلها لتحسين خصائصها الميكانيكية. تتميز الألياف الزجاجية بمزايا عديدة، منها سهولة الاستخدام، وبساطة عملية التعبئة، وانخفاض التكلفة. تُتيح إضافة الألياف الزجاجية إلى PBT الاستفادة من مزايا راتنج PBT الأصلية، مما يُحسّن بشكل ملحوظ قوة الشد وقوة الانحناء ومقاومة الصدمات لمنتجات PBT.

بالإضافة إلى الألياف الزجاجية، يمكن إضافة ألياف أخرى لتحسين الخواص الميكانيكية لمادة البولي بيوتيلين تيريفثالات (PBT). استخدم تشنغ ديمينغ وزملاؤه البازلت المقطّع لتعزيز راتنج PBT، حيث أصبح دور البازلت كعامل ربط أكثر توافقًا مع PBT، مما أدى إلى تحسين الخواص الميكانيكية لمركبات PBT بشكل فعال.

خصائص مثبطات اللهب

لا تتجاوز درجة احتراق حبيبات PBT النقية في آلات الاحتراق العمودي مستوى HB، وهي سهلة الاحتراق وتنتج احتراقًا مستمرًا مع تقطير، كما أن اللهب سهل الانتشار، مما يحد من استخدامها في صناعات السيارات والأجهزة الإلكترونية والمنسوجات وغيرها. غالبًا ما تُضاف مثبطات اللهب الهالوجينية وغير الهالوجينية إلى PBT لتعديل خصائص مقاومته للهب. تُطلق مثبطات اللهب الهالوجينية أبخرة سامة تحتوي على هاليد الهيدروجين عند احتراقها، مما يُضر بصحة الإنسان والبيئة، وقد حُظر استخدام بعض مثبطات اللهب الهالوجينية في الاتحاد الأوروبي. يعتمد تعديل خصائص مقاومة اللهب في PBT بشكل أساسي على مثبطات اللهب الفوسفورية وغير العضوية.

عند استخدام تعديل مثبطات اللهب غير العضوية، فإن إضافة كمية كبيرة منها تؤدي إلى انخفاض الخواص الميكانيكية للمادة؛ إلا أن مثبطات اللهب الفوسفورية لا تعاني من هذا العيب، وتتميز بانخفاض الدخان والسمية، فضلاً عن خصائصها العالية في تثبيط اللهب. عادةً ما تُستخدم مثبطات اللهب الفوسفورية مع مركبات نيتروجينية لتحقيق نظام أكثر فعالية لتثبيط اللهب. تعمل مثبطات اللهب الفوسفورية أثناء عملية الاحتراق على توليد أنهيدريد الفوسفوريك الذي يُسبب تجفيف المادة القابلة للاحتراق وكربنتها، حيث تُقلل طبقة الكربون من التوصيل الحراري، وتؤخر أو تمنع إنتاج الغازات القابلة للاحتراق. بعد التسخين، يُشكل أنهيدريد الفوسفوريك مادة منصهرة تُغطي سطح المادة القابلة للاحتراق، مما يُعيق انطلاق الغازات القابلة للاحتراق.

تشوه الالتواء

تتميز مادة PBT بسهولة الانزلاق الجزيئي النسبي، وسهولة التوجيه، والتبلور، مما يؤدي إلى انكماش كبير في المادة، ويتسبب في تشوه أجزاء PBT، وخاصة الأجزاء الكبيرة ذات الجدران الرقيقة. أما بالنسبة لـ PBT المقوى بالألياف الزجاجية، فبسبب إضافة الألياف الزجاجية ذات الخواص المتباينة، ينتج عن ذلك اختلاف معدل انكماش المادة باختلاف الاتجاهات أثناء عملية التشكيل بالحقن، مما يزيد من تشوه الأجزاء، ولا يؤثر فقط على جودة سطح المنتجات البلاستيكية وأداء التركيب، بل يؤثر أيضًا على قوة البلاستيك.

للحد من تشوه أجزاء PBT، بالإضافة إلى تحسين شكلها، يمكن تعديل تصميم القالب ومعايير عملية التشكيل لإبطاء هذا التشوه. في السنوات الأخيرة، تم تحسين تشوه PBT بشكل رئيسي عن طريق الحشو غير العضوي ومزج الذهب. يشمل الحشو غير العضوي الحشو الأحادي والحشو المدمج مع الألياف الزجاجية، وتشمل المواد غير العضوية المستخدمة في الحشو التلك والميكا والولاستونيت وخرز الزجاج والكاولين وشعيرات كبريتات الكالسيوم وغيرها.

أداء هطول الأمطار

نظرًا لعدم اكتمال تفاعل المواد الخام لمادة PBT أثناء عملية الإنتاج، تتولد جزيئات صغيرة، وقليلات الوحدات، وما إلى ذلك. وتنتج المنتجات المصنوعة من مادة PBT غير المعدلة رواسب في ظل ظروف معينة، مما يؤثر على كفاءة الأجزاء. عند استخدام مادة PBT في كاتم الصوت داخل ضاغط الثلاجة، وهيكل ملف المحرك، وهيكل عزل مكيف الهواء، وما إلى ذلك، ونظرًا لظروف التشغيل الخاصة، فإن ترسب عدد كبير من الجزيئات الصغيرة في مادة التبريد (الفريون، ثنائي كلورو ثنائي فلورو ثنائي كلورو الميثان) المذابة في أنبوب التبريد يسهل انسداده، مما يؤدي إلى تعطل التبريد.

يترسب البولي بيوتيلين تيريفثالات (PBT) بشكل رئيسي من جزيئاته الصغيرة ثنائية القطب الموجودة في الراتنج نفسه، بالإضافة إلى كمية ضئيلة من الإضافات الموجودة فيه. ويمكن تقليل ترسب PBT باستخدام الألياف الزجاجية والراتنج عالي اللزوجة، مع إضافة كمية معينة من المادة الماصة. حاليًا، تُعدّ المواد المسامية غير العضوية الشكل الرئيسي لامتصاص PBT، بالإضافة إلى إضافة عوامل حجب، ومطيلات السلسلة، و1،4-سيكلوهكسان ثنائي الميثانول (CHDM)، وغيرها من الطرق الكيميائية لتعديل ترسب PBT.

خصائص عازلة

في مجال الدوائر المتكاملة والتدريع الكهرومغناطيسي وغيرها من التطبيقات، تلعب الخصائص العازلة دورًا هامًا في سرعة نقل الإشارة وفقدانها. في السنوات الأخيرة، تم وضع متطلبات أكثر صرامة للخصائص العازلة للمواد العازلة، حيث يُشترط ألا يتجاوز ثابت العزل الكهربائي لمادة الراتنج العازلة 2.8. ونظرًا لأن الخصائص العازلة لمواد PBT النقية لا تفي بمتطلبات الاتصالات، فإن تطوير مواد PBT ذات ثابت عزل كهربائي منخفض وفقدان عزل منخفض يُعد ذا أهمية بالغة.

تُعدّل الخصائص العازلة لمادة PBT حاليًا بشكل أساسي عن طريق إضافة مواد مالئة ومزجها مع بوليمرات مشتركة ذات ثابت عزل كهربائي منخفض، ومن المواد المالئة الشائعة الاستخدام مسحوق البولي تترافلوروإيثيلين وخرزات الزجاج المجوفة. كما أن لأنابيب الكربون النانوية تأثيرًا إيجابيًا على الخصائص العازلة لمواد PBT، إلا أن إضافة نسبة عالية منها تزيد من ثابت العزل الكهربائي للمادة وفقدها العازل.

مع التطور السريع للمركبات الكهربائية، تزداد متطلبات قوة العزل الكهربائي لمواد الموصلات المستخدمة في نقل الجهد العالي. فعلى الرغم من أن مادة PBT تتميز بمقاومة جيدة للقوس الكهربائي وسهولة تشكيلها بسرعة عالية، إلا أن قوة عزلها الكهربائي المنخفضة تجعلها غير مناسبة لنقل الجهد العالي في المركبات الكهربائية. ولتحسين قوة العزل الكهربائي لمادة PBT وضمان سلامة المركبات الكهربائية، يمكن تعديل خصائصها باستخدام مواد موصلة أو حشوات خزفية.