جدول المحتويات
الخصائص المادية الأساسية ل SAN
إن البوليمر المشترك للستايرين والأكريلونيتريل (SAN) هو بلاستيك هندسي متعدد الاستخدامات يتميز بمزيج فريد من المواد التي تحتوي على 70-80% من الستايرين و20-30% من الأكريلونيتريل. وتمنح هذه التركيبة المادة خصائص استثنائية تؤهلها للتطبيقات التقنية الصعبة (لياو وآخرون، 2018). وتؤثر القطبية الكيميائية العالية لمكون الأكريلونيتريل بشكل كبير على شكل المادة وتؤدي إلى الهياكل غير المتبلورة النموذجية التي تمنح SAN شفافيته المميزة وخصائصه الميكانيكية الموحدة.
الخصائص المميزة:
- شفافية عالية بسبب البنية غير المتبلورة
- مقاومة كيميائية ممتازة للأحماض والهيدروكربونات
- درجة حرارة الانتقال الزجاجي بين 95 درجة مئوية و112 درجة مئوية
- معامل E-معامل E حوالي 3500-3800 ميجا باسكال
- ثبات أبعاد ممتاز تحت الحمل الحراري
- مقاومة محدودة للأشعة فوق البنفسجية
التبلور والتشكل الهيكلي
SAN في الغالب عبارة عن بوليمر مشترك غير متبلور لا يحتوي على هياكل بلورية مميزة. هذه الطبيعة غير المتبلورة أساسية لفهم الخواص الميكانيكية للمادة. على عكس البوليمرات شبه البلورية شبه البلورية لا تحتوي SAN على نقطة انصهار محددةtولكنها تتميز بدرجة حرارة انتقالها درجة حرارة انتقاله الزجاجية تتميز بدرجة حرارة انتقالها الزجاجي. إن التبلور لها تأثير محدود ولكنه مع ذلك مهم على الاستقرار الميكانيكي لشبكة SAN.
ويؤدي التشكل غير المتبلور لشبكة SAN القياسية إلى شفافية عالية وثبات أبعاد ممتاز وخصائص ميكانيكية موحدة). في حالة وجود مناطق بلورية بسبب متغيرات البوليمر المشترك الخاصة أو التحكم في المعالجة، فإن ذلك يزيد من الصلابة والصلابة بشكل عام، ولكنه يؤدي إلى زيادة الهشاشة.
تأثيرات التبلور على الخواص الميكانيكية:
- تزيد المناطق البلورية من الصلابة والصلابة وثبات الأبعاد
- انخفاض قوة الصدم والقدرة على الاستطالة مع ارتفاع التبلور
- تضمن المناطق غير المتبلورة تخميدًا أفضل وسلوكًا ميكانيكيًا موحدًا
- هشاشة أقل مقارنةً بالبلاستيك البلوري
توجيه الجزيء أثناء المعالجة
يلعب التوجه الجزيئي دورًا محوريًا في الخواص الميكانيكية وجودة معالجة SAN. نظرًا لأن SAN عبارة عن بوليمر غير متبلور في الغالب وبما أن SAN هو بوليمر غير متبلور في الغالب، فإن الجزيئات الكبيرة تكون موجهة جزئيًا على طول اتجاه التدفق أثناء تقنية القولبة بالحقن والبثق. ويبرز هذا التوجه بشكل خاص في طرق المعالجة السريعة والمكونات رقيقة الجدران أو الممدودة.
يمكن زيادة الخواص الميكانيكية محليًا من خلال التوجيه الجزيئي المستهدف أو المرتبط بالعملية. وتتأثر قوة الشد والانحناء والصدمات على وجه الخصوص بشكل إيجابي على طول التوجيه. كما تضمن الجزيئات الكبيرة الموجهة أيضًا ثباتًا أفضل للأبعاد وتشوهًا أقل للمواد تحت الحمل، وهو أمر بالغ الأهمية للأجزاء الدقيقة. تشمل التأثيرات الإيجابية لتوجيه الجزيئات زيادة القوة الميكانيكية والصلابة في اتجاه التوجيه، وتحسين ثبات الأبعاد ودقة الشكل، وجودة السطح والشفافية الموحدة وخصائص التخميد الميكانيكية المحسنة.
ومع ذلك، يمكن أن يؤدي التوجيه المفرط إلى نشوء إجهادات داخلية، والتي يمكن أن تسبب تشققًا إجهاديًا تحت الضغط الكيميائي. هذا الخطر مهم بشكل خاص في ضغوط المعالجة العالية.
معلمات العملية للتحكم في اتجاه الجزيء
للتحكم على وجه التحديد في الاتجاه الجزيئي لشبكة SAN، تُستخدم تقنيات المعالجة بشكل أساسي التي تمارس قوى التدفق والقص المستهدفة على سلاسل البوليمر أثناء التشكيل (جامعة أوسنابروك للعلوم التطبيقية، 2023). الطريقة الأكثر أهمية هي القولبة بالحقن، والتي يتم فيها محاذاة الجزيئات الكبيرة في اتجاه التدفق من خلال سرعة الحقن العالية، وزيادة إجهاد القص والهندسة الخاصة للبوابات.
إن التحكم في درجة الحرارة، الذي يتكون من درجة حرارة القالب ودرجة حرارة الذوبان وكذلك إدارة الضغط، له تأثير قوي على درجة التوجيه. تتيح إجراءات التبريد المضبوطة والأدوات المحسّنة لدرجة الحرارة الاسترخاء المستهدف للتوجيه (JKU Linz، 2016).
معلمات العملية الحرجة:
- سرعة الحقن وضغط المعالجة
- درجة حرارة الأرض ودرجة حرارة العفن
- سُمك طبقة الجدار وهندسة القالب
- معدل التبريد ونظام التبريد والتلطيف
- سرعة التدفق وإجهاد القص
- سرعة البثق لإنتاج المظهر الجانبي
النُهج الخاصة بالعمليات:
- قولبة الحقن: إدارة الضغط وهندسة البوابة
- البثق: سرعة التفريغ بالنسبة لسرعة البثق
- إضافات التسليح: الألياف الزجاجية كمساعدات للتوجيه
التطبيقات التقنية وتحسين المواد
يُستخدم SAN في مجموعة واسعة من التطبيقات التقنية بفضل مزيجها الفريد من الخصائص مثل الوضوح وثبات الأبعاد والمقاومة الكيميائية. كما أن مقاومته لمواد التنظيف والأحماض والزيوت، إلى جانب ثبات أبعاده في التشكيل بالحقن ومظهره السطحي الممتاز، يجعل من SAN مادة متعددة الاستخدامات للتطبيقات الصعبة. تشمل الاستخدامات النموذجية أوعية المختبرات وأطباق بتري والمكونات الطبية التقنية بالإضافة إلى عبوات المواد الغذائية ومستحضرات التجميل. تُستخدم SAN أيضًا في قطع غيار السيارات مثل المكونات الداخلية وعناصر التحكم، وتستخدم في العلب الإلكترونية للأجزاء التقنية الشفافة وتستخدم في الأجزاء المقولبة الصناعية للمعدات المكتبية والأغطية الدقيقة.
ويرجع تنوع الدرجات بشكل أساسي إلى نسب الأكريلونيتريل والستايرين المختلفة بالإضافة إلى خلطات البوليمر المشترك الخاصة للتطبيقات الفردية. تعتبر الدرجات عالية الشفافية التي تحتوي على نسبة أقل من الأكريلونيتريل مناسبة بشكل خاص للمكونات البصرية، في حين أن محتوى الأكريلونيتريل العالي يزيد من المقاومة الكيميائية والصلابة.
الخاتمة
تُعد بلاستيك SAN مادة مثيرة للاهتمام للغاية للتطبيقات التقنية بسبب بنيتها غير المتبلورة وإمكانية التوجيه الجزيئي المستهدف. على الرغم من أن التبلور يؤثر على الخواص الميكانيكية، إلا أنه يظل محدودًا في SAN القياسي بسبب طبيعته غير المتبلورة. ويتيح التحكم المستهدف في التوجيه الجزيئي من خلال معلمات المعالجة المحسّنة تحسين الخواص الميكانيكية محليًا مع الحفاظ على الشفافية المميزة والمقاومة الكيميائية.
بالنسبة للمستخدمين، يعد فهم العلاقات بين معلمات المعالجة والتوجيه الجزيئي والخصائص الناتجة أمرًا ضروريًا لنجاح تنفيذ المشاريع الصعبة. إن الجمع بين ثبات الأبعاد والشفافية والمقاومة الكيميائية يجعل من SAN حلاً موثوقًا به لقولبة الحقن والبثق والتشكيل الحراري في المختبرات والتكنولوجيا الطبية والممارسات الصناعية.
قائمة المصادر
جامعة أوسنابروك للعلوم التطبيقية (2023). أطروحة في معالجة البلاستيك. متاحة على:
https://opus.hs-osnabrueck.de/files/6039/kup_9783737611602.pdf
JKU Linz (2016). تكنولوجيا البوليمر. متاح على:
https://epub.jku.at/obvulihs/download/pdf/1318154?originalFilename=true
لياو، ي. وآخرون. (2018). تخليق وخصائص خلائط ستايرين أكريلونيتريل/بولي بروبيلين جديدة ذات صلابة معززة. Chemistry Central Journal, 12(1), 78. متاح على الرابط:
