1. مقدمة
يتم استخدام المواد البلاستيكية الهندسية ، نظرًا لخصائصها الميكانيكية الممتازة ، ومقاومة الحرارة ، واستقرار الأبعاد ، على نطاق واسع في السيارات والإلكترونيات والأجهزة المنزلية والفضاء والتطبيقات الطبية. مع الترقيات الصناعية وبيئات التطبيقات المعقدة بشكل متزايد ، تكافح المواد البلاستيكية الهندسية التقليدية من أجل تلبية بعض متطلبات الأداء ، مثل عدم كفاية القوة ، ومقاومة محدودة في درجة الحرارة العالية ، وإخماد اللهب الضعيف. لمعالجة هذه التحديات ، ظهرت المواد البلاستيكية الهندسية المعدلة. إن تعديلات البلاستيك الهندسي من خلال الوسائل الفيزيائية أو الكيميائية ، مثل التعزيز ، وتشديد ، وتثبيت اللهب ، والتوصيل الكهربائي ، والتوصيل الحراري ، ليس فقط يعزز أدائها ولكن أيضًا توسيع تطبيقاتها ، ليصبح اتجاهًا رئيسيًا للتطوير في صناعة المواد.
2. تحسينات الأداء الرئيسية في تعديل البلاستيك الهندسي
تحسين الخصائص الميكانيكية
تعزيز القوة والصلابة: طريقة شائعة هي إضافة الألياف الزجاجية (GF) أو ألياف الكربون (CF) أو الحشو المعدني. تعمل هذه التعزيزات بشكل فعال على تحسين قوة الشد ومعامل الانحناء والاستقرار الأبعاد للبلاستيك. على سبيل المثال ، يستخدم النايلون المقوى بالألياف الزجاجية (PA-GF) على نطاق واسع في أغطية السيارات والتروس. تحسين الصلابة ومقاومة التأثير: يمكن أن يؤدي تشديد المطاط (مثل EPDM و EPR) ، أو تعديل البلمرة المشتركة ، أو المزج مع المرنة إلى تحسين هشاشة البلاستيك ، ويعزز قوة التأثير ، ويعزز الأداء في درجات حرارة منخفضة وفي بيئات صعبة.
تحسين الأداء الحراري
تحسين المقاومة عالية الحرارة: تصميم الهيكل الجزيئي ، وإدخال هياكل الحلقة العطرية ، وإضافة الحشو الثابتة للغاية حراريا يمكن أن تزيد بشكل كبير من درجة حرارة تشويه الحرارة (HDT) من البلاستيك. على سبيل المثال ، تستخدم PPS و PEEK على نطاق واسع في الإلكترونيات الراقية والفضاء.
تعزيز الموصلية الحرارية: يمكن إضافة الحشو الموصل حراريًا مثل مسحوق المعادن ، ونيتريد السيليكون ، والجرافين ، إلى تحسين الموصلية الحرارية للبلاستيك ، مما يتيح استخدامها في التطبيقات مثل إضاءة LED وأنظمة تبريد البطاريات.
تأخير اللهب
مثبطات اللهب القائمة على الهالوجين: على الرغم من فعاليتها ، فإنها تقدم مخاوف بيئية وتتراجع حاليًا.
مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين: تعتبر مستودعات اللهب القائمة على الفوسفور القائمة على الفوسفور ، والقائمة على النيتروجين ، وغير العضوية القائمة على الهيدروكسيد ، أكثر ملاءمة للبيئة وتلبية لوائح الاتحاد الأوروبي مثل ROHS و REACH. تعد المواد المعدلة المعدلة التي تتبعها اللهب مهمة بشكل خاص في قطاعات الإلكترونيات الداخلية والسيارات. الخصائص الكهربائية
العزل: من خلال التنقية واستخدام الحشو المتخصص ، يمكن للبلاستيك الحفاظ على خصائص عزل ممتازة وتستخدم في العبوات الكهربائية ومكونات عزل المحرك.
الخصائص الموصلة: عن طريق إضافة أنابيب الكربون النانوية (CNTs) ، يمكن إنتاج الجرافين أو الألياف المعدنية ، والبلاستيك الموصل أو المضاد للوطنية للحماية الإلكترونية والكهربائية.
حماية البيئة والاستدامة
المواد البلاستيكية المعدلة المستندة إلى الحيوي: على سبيل المثال ، يمكن للبلاستيك الهندسي القائم على PLA ، بعد تعديل التعزيز وتثبيط اللهب ، أن يحل جزئيًا محل البلاستيك الهندسي القائم على البتروكيماويات.
قابلية إعادة التدوير والتعديل المنخفض لـ VOC: من خلال تثبيت اللهب الخالي من الهالوجين ، والمضافات الخالية من المعادن الثقيلة ، وتكنولوجيا المزج المادية ، فإن المواد البلاستيكية الهندسية المعدلة تتماشى مع الاتجاهات البيئية الخضراء.
3. التطبيقات النموذجية للبلاستيك الهندسي المعدل
صناعة السيارات
خفيفة الوزن: أجزاء السيارات تحل محل المعادن تدريجياً بالمواد البلاستيكية لتقليل وزن السيارة وتحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود. على سبيل المثال ، تستخدم PA و PBT الألياف الزجاجية على نطاق واسع في أغطية المحرك ، ومشعب السحب ، ومقابض الأبواب ، إلخ.
مركبات الطاقة الجديدة: الوحدات النمطية للبطاريات ، موانئ شحن ، وأجسام المركبات الخفيفة الوزن ، جميعها تضع متطلبات أعلى على مواد الاحتجاج على اللهب ، ومقاومة للحرارة ، والموصلة الحرارية. الإلكترونيات والكهرباء
تعد المواد الأولية للمفاتيح الكهربائية ومقابس الكابلات وأغلفة الأجهزة الإلكترونية.
مع تطوير 5G وصناعات الطاقة الجديدة ، فإن الطلب على الثابتة العالية ، والثابت المنخفض (DK) والخسارة المنخفضة ، والمواد البلاستيكية المعدلة المنخفضة (DF) تنمو بسرعة.
الأجهزة المنزلية والسلع الاستهلاكية
جماليات التوازن الهندسي المعدلة ، والقوة الميكانيكية ، والمتانة. على سبيل المثال ، تستخدم سبائك ABS/PC على نطاق واسع في أغلفة التلفزيون ، وأبواب الثلاجة ، والمباني المنظف بالفراغ.
الفضاء
تحافظ المواد البلاستيكية الهندسية المعدلة عالية الأداء مثل PEEK و PPS على أداء مستقر في بيئات عالية الحرارة ، وبيئات عالية الضغط ، والبيئات المتآكلة للغاية ، مما يقلل بشكل كبير من الوزن الهيكلي للطائرات.
الأجهزة الطبية
يتم استخدام المواد المعدلة مثل الكمبيوتر الشخصي و POM في الأدوات الجراحية وأنظمة توصيل الأدوية ، التي تفضلها نظافتها العالية ، ومقاومة التعقيم ، والتوافق الحيوي.
4. اتجاهات التنمية المستقبلية
التكامل متعدد الوظائف: لن تركز التعديلات المستقبلية على تحسين أداء واحد فحسب ، بل ستتابع أيضًا توازنًا شاملاً للخصائص الميكانيكية ، والمقاومة للحرارة ، والتوصيل الحراري ، والكهرباء. التكنولوجيا النانوية والمواد الحشو الذكية: لا تحسن إضافة المواد النانوية (مثل الجرافين ، CNTs ، و Nanosilicon) بشكل كبير ولكن يحتمل أيضًا أن يضفي وظائف ذكية (مثل الشفاء الذاتي والاستشعار).
التنمية الخضراء والمستدامة: ستصبح المواد البلاستيكية الهندسية المعدلة القائمة على المواد الحيوية بديلاً مهمًا للبلاستيك البتروكيميائي التقليدي.
فعالية التكلفة وقابلية التوسع: تحسين الأداء مع تقليل التكاليف وتحقيق التطبيق على نطاق واسع هو مفتاح التصنيع في المستقبل.
