دستگاه اکستروژن: انتقال نور، خواص و کاربردهای پلیمرهای شفاف

از بطری‌های شیر گرفته تا لنزهای اپتیکی، تلویزیون‌ها یا تلفن‌های همراه ... فهرست کاربردهای پلاستیک‌های شفاف بی‌پایان است. امروزه، ما با انواع مختلفی از مواد پلاستیکی شفاف یا شفاف اصلاح‌شده احاطه شده‌ایم که محصولات را جذاب‌تر و قابل حمل‌تر از شیشه‌های سنتی می‌کنند.
اکنون، چندین تولیدکننده از کیفیت و ثبات رنگ مواد پلاستیکی شفاف برای کاربردهای متنوع بهره می‌برند:
۱. تولید محصولات سبک، بادوام و نشکن؛
۲. کاهش هزینه‌های تولید؛
۳. تولید هندسه‌های پیچیده و اجزای با شکل منحصر به فرد؛
۴. به عبور نور مرئی و/یا ضریب شکست نوری قابل مقایسه با شیشه دست می‌یابد.
و به همین ترتیب ...

برخی از حوزه‌های کاربردی محبوب که از مزایای فوق بهره‌مند می‌شوند عبارتند از:

۱. بسته‌بندی (مواد غذایی، لوازم آرایشی و بهداشتی .....)
۲. محصولات مصرفی (قوطی‌های غذا، محصولات ذخیره‌سازی داده‌ها، لنزها .....)
۳. شیشه‌های معماری (آکواریوم‌ها، محفظه‌های ایمنی .....)
۴. قطعات خودرو و قطعات الکتریکی (LED، پوشش چراغ‌های جلو ......)
۵. مراقبت‌های بهداشتی (سرنگ‌ها ……)
۶. فیلم کشاورزی
با این حال، شایان ذکر است که علیرغم طیف گسترده کاربردها، تنها تعداد کمی از پلیمرها چنین مشخصات مواد مورد نیاز را برآورده می‌کنند.
بیایید نگاهی به این دسته از پلاستیک‌های «براق» بیندازیم و خواص و کاربردهای رایج برخی از پلیمرهای شفاف (PC، PMMA، PET، SMMA، COC و غیره) را بررسی کنیم!
با توجه به فضای محدود، PS/SBC/ASA/MBS/PCTA+PCTG/PMP (پلی متیل پنتن) و سایر پلیمرهای شفاف جدید در این مقاله تکرار نخواهند شد.

پلی کربنات (PC)
پلی کربنات (PC)یک پلیمر ترموپلاستیک آمورف، سخت و شفاف با کارایی بالا است که ترکیبی منحصر به فرد از مقاومت ضربه بالا، پایداری ابعادی و خواص مکانیکی خوب را ارائه می‌دهد. این پلیمر بیش از ۹۰٪ نور را از خود عبور می‌دهد و مانع از تابش اشعه ماوراء بنفش می‌شود و ۱۰۰٪ از پوست در برابر اشعه‌های مضر ماوراء بنفش خورشید محافظت می‌کند.

دستگاه اکسترودر ورق/لوله پلی کربناتدر انواع کاربردهای روزمره استفاده می‌شود:
محصولات الکتریکی و الکترونیکی (چراغ‌های LED، کانکتورها، تلفن‌های همراه و ...)
خودرو (قاب چراغ جلو، دستگیره در، جلوپنجره رادیاتور و لنزهای داخلی)
کشاورزی (مواد پوشش گلخانه)
محصولات مصرفی (عینک، لوازم خانگی، مواد غذایی در تماس با ...)
پزشکی (ابزار جراحی، تجهیزات …)
ورق‌های شفاف ساخته شده از پلی کربنات در آزمایش‌های ضربه ۲۰۰ برابر قوی‌تر از شیشه با ضخامت مشابه هستند و به راحتی برش داده می‌شوند.
نایلون شفاف (PA TR)
با تغییر نوع دی‌آمین، دی‌اسید یا اسید آمینه، می‌توان انواع نایلون با خواص فیزیکوشیمیایی مختلف از جمله نایلون عمومی، نایلون با زنجیره کربنی بلند، نایلون مقاوم در برابر دمای بالا، نایلون شفاف و الاستومر نایلونی را به دست آورد. نایلون شفاف یک نایلون ترموپلاستیک آمورف یا میکروکریستالی با قابلیت عبور نور تا ۹۰٪ است که نزدیک به PMMA می‌باشد.
از آنجا که نایلون شفاف نسبت به سایر پلاستیک‌های شفاف مقاومت بهتری در برابر روغن، خوردگی، سایش و خراش دارد، به طور گسترده در زمینه‌های خودرو، برق و الکترونیک، مکانیک، اپتیک، ورزش و سایر زمینه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اکریلیک PMMA
PMMA یک ماده ترموپلاستیک سفت و شفاف است که به طور گسترده به عنوان جایگزین "نشکن" شیشه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این پلیمر مزایای فنی متعددی نسبت به سایر پلاستیک‌های شفاف (PC، PS) ارائه می‌دهد، مانند:

مقاومت بالا در برابر اشعه ماوراء بنفش و آب و هوا.
با حداکثر ۹۲٪ انتقال نور و خواص نوری، گزینه‌های رنگ‌آمیزی نامحدود.
این مزایا، اکسترودر ورق PMMA را برای معماری و ساخت و ساز جهت ساخت گلخانه‌ها، مراکز دریایی، شیشه‌های خودرو، آباژورها، چراغ‌ها، نمایشگرهای تجهیزات الکترونیکی، مبلمان طراحان و غیره مناسب می‌سازد.
پلی اتیلن ترفتالات (PET)
PET یک پلیمر ترموپلاستیک شفاف و همه کاره است که با ترکیبی عالی از خواص مکانیکی، حرارتی، شیمیایی و پایداری ابعادی مشخص می‌شود. PET بسته به ساختار بلوری و آمورف خود، ممکن است مات، سفید و شفاف به نظر برسد.
ویژگی‌های مطلوب PET (شفافیت، وزن سبک، استحکام بالا، سختی، مقاومت شیمیایی بالا، خواص بازدارندگی و قیمت پایین) آن را به ماده‌ای انتخابی برای موارد زیر تبدیل کرده است:
بطری آب
ظروف نوشابه گازدار
الیاف
فیلم سینمایی

PET به دلیل هزینه کمتر، زیبایی‌شناسی بهتر و قابلیت حمل آسان‌تر، نسبت به پلی‌کربنات (PC) ترجیح داده می‌شود.
کوپلی استر آمورف (PETG)
کوپلی‌استرهای آمورف مانند PETG همه‌کاره هستند و می‌توانند برای طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار گیرند. کوپلی‌استرهای آمورف، شفافیت و چقرمگی عالی را با مقاومت حرارتی و شیمیایی فوق‌العاده ترکیب می‌کنند.
PETG می‌تواند به عنوان جایگزینی مستقیم برای PC، PMMA و PC/پلی‌استر با تغییرات جزئی یا بدون تغییر استفاده شود.

پلی وینیل کلراید (PVC)
پی‌وی‌سی یک ترموپلاستیک آمورف با شفافیت عالی است. ورق‌های پی‌وی‌سی شفاف، خواص مکانیکی عالی و مقاومت در برابر ضربه را با شفافیتی شفاف در برابر آب و مقاومت شیمیایی و مقاومت در برابر آتش فوق‌العاده ترکیب می‌کنند.
همچنین، لوله‌های PVC شفاف به طور ویژه برای جلوگیری از اشعه‌های مضر UV فرموله شده‌اند. این لوله‌ها به طور گسترده برای کاربردهای فضای باز که در معرض نور خورشید هستند و نیاز به شفافیت دارند، توصیه می‌شوند.

خواص نوری محصولات PVC شفاف از انتقال نور بالا گرفته تا شفافیت بالا و سطوح ضد تابش و مقاومت بالا در برابر ضربه متغیر است و آنها را برای کاربردهای خارجی مناسب می‌کند. کاربردهای کلیدی برای ورق‌های PVC شفاف، لوله‌ها و خط اکستروژن فیلم‌های شفاف عبارتند از:
معماری - نور، شیشه ایمنی، گلخانه ...
بسته‌بندی - بسته‌بندی تاول‌زده، فیلم چسبنده، بسته‌بندی شفاف ...
پزشکی - کیسه‌ها، لوله‌ها، قطره‌چکان‌ها، رابط‌ها، شیرها ...
لاستیک سیلیکونی مایع (LSR)
لاستیک سیلیکون مایع یک ترکیب الاستومر ترموست شفاف با ویسکوزیته پایین است که دارای خواص زیر می‌باشد:
وضوح نوری عالی (94٪ عبور نور)
دوام (مقاومت در برابر دمای بالا تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد)
قابلیت پردازش عالی
آزادی طراحی

این ماده سبک وزن است که با موفقیت جایگزین شیشه و سایر ترموپلاستیک‌ها در کاربردهای متنوعی مانند روشنایی LED با توان بالا، الکترونیک، روشنایی خودرو، محصولات مصرفی، مراقبت‌های بهداشتی و غیره شده است. در این کاربردها، شفافیت بالا، مقاومت در برابر حرارت/UV و دوام طولانی مدت از الزامات کلیدی هستند.
کوپلیمر اولفین حلقوی (COC)
کوپلیمر اولفین حلقوی (COC) یک ترموپلاستیک آمورف و شفاف است که از طریق کوپلیمریزاسیون زنجیره‌ای مونومرهای حلقوی با اتان تولید می‌شود. این ماده در مقایسه با کالاهایی مانند پلی‌پروپیلن و پلی‌اتیلن، دسته‌ای نسبتاً جدید از پلیمرها است و به دلیل شفافیت نوری عالی، خواص مکانیکی خوب و مقاومت در برابر رطوبت شناخته شده است.

خواص نوری عالی COC آن را برای فیلم‌های بسته‌بندی مواد غذایی، دیسک‌های داده نوری، لنزهای با دقت بالا، فیلم‌های نوری و موارد دیگر ایده‌آل می‌کند. علاوه بر این، کوپلیمرهای الفین حلقوی در برابر رطوبت، حلال‌ها و استریلیزاسیون مقاوم هستند و این امر آنها را در کاربردهای پزشکی و علوم زیستی مانند بسته‌بندی بلیستر، سینی‌های پزشکی و موارد دیگر مفید می‌سازد.
پلی اتیلن (PE)
پلی‌اتیلن یک ترموپلاستیک بسیار بادوام است که به طور گسترده در بازارهای مختلف (بسته‌بندی، خودرو، لوازم الکتریکی و غیره) برای تولید فیلم، لوله، قطعات پلاستیکی، لمینت و موارد دیگر استفاده می‌شود. این پلاستیک بیشترین میزان تولید را در جهان دارد و تقریباً هر روز از آن استفاده می‌کنید.

خط تولید پلاستیک LDPE: LDPE انعطاف‌پذیر، چقرمه و شفاف است و به طور گسترده در کیسه‌های پلاستیکی، فیلم‌های شفاف، تجهیزات آزمایشگاهی و سایر زمینه‌ها استفاده می‌شود.

پلی‌پروپیلن شفاف (PP)
پلی‌پروپیلن یک رزین عالی با خواص فیزیکی خوب، مقرون به صرفه بودن و قابلیت بازیافت است، اما به دلیل ماهیت بلوری آن، تهیه ورق‌های PP شفاف دشوار است. با این حال، امروزه به لطف افزودنی‌های شفاف‌کننده بسیار مؤثر جدید (که به عنوان شفاف‌کننده نیز شناخته می‌شوند)، پیشرفت‌های قابل توجهی در پلی‌پروپیلن شفاف (PP) حاصل شده است، زیرا این پلیمرها انعطاف‌پذیری در طراحی، قابلیت‌های پردازش آسان‌تر، رنگ‌پذیری/خواص تزئینی بهتر و صرفه‌جویی در هزینه از طریق وزن سبک را ارائه می‌دهند.

علاوه بر این، ترکیبی از کوئنچ سریع و عملیات حرارتی مناسب می‌تواند شفافیت ورق‌های اکسترود شده پلی‌پروپیلن را بهبود بخشد. مزایای دیگری که PP شفاف را به جایگزینی مناسب برای مواد شفاف گران‌تر مانند شیشه و پلاستیک‌های شفاف (PS، PC، PETG) تبدیل می‌کند عبارتند از:
تعادل خوب بین سفتی و ضربه؛
رطوبت/مانع رطوبتی خوب
اتیلن پروپیلن فلوئوردار (FEP)
اتیلن پروپیلن فلوئوره شده (FEP) از نظر شیمیایی کوپلیمری از هگزافلوئوروپروپیلن و تترافلوئورواتیلن است. این پلیمر درصد بالایی از نور ماوراء بنفش و مرئی را از خود عبور می‌دهد. FEP به شکل فیلم، تقریباً ۹۶٪ نور روز را عبور می‌دهد. فیلم FEP نسبت به شیشه معمولی، اشعه ماوراء بنفش، مرئی و مادون قرمز بیشتری را منتقل می‌کند.
استایرن متیل متاکریلات (SMMA)
SMMA یا استایرن متیل متاکریلات (SMMA) یک کوپلیمر استایرن-اکریلیک اسید بسیار شفاف با سطح براق عالی است. این ماده مزایای پردازش عالی و جذابیت هزینه پلیمرهای استایرن را با درخشندگی و وضوح بالا ترکیب می‌کند. سایر مزایای SMMA عبارتند از:
پایداری حرارتی عالی؛
مقاومت بهتر در برابر الکل نسبت به اکریلیک؛
خواص مکانیکی برتر از GPPS؛
مقاومت در برابر خراش؛
شکایت سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA)

در مقایسه با PMMA، PC و PET، SMMA ارزان‌تر است و کیفیت سطحی مشابهی دارد.
SMMA برای کاربردهایی که نیاز به خواص قوی، سفت و سخت و شفاف در برابر آب دارند، مانند محصولات خانگی، لیوان، ظروف شیشه‌ای، بسته‌بندی لوازم آرایشی و بهداشتی، تجهیزات پزشکی، محصولات بهداشت شخصی و غیره مناسب است.
پلی استایرن (مصارف عمومی – GPPS)
پلی استایرن همه منظوره (GPPS)، که با نام پلی استایرن شفاف نیز شناخته می‌شود، پلیمری شفاف با خواص زیر است:
سفتی بالا؛
پایداری ابعادی خوب؛
وزن مخصوص پایین و مقاومت حرارتی عالی
خواص عایق الکتریکی خوب

به دلیل ماهیت آمورف، از نظر شفافیت، هزینه کم و سهولت پردازش، نسبت به سایر پلیمرها مزایایی دارد. برخی از کاربردهای GPPS شامل اسباب‌بازی‌ها، جعبه‌های سی‌دی، چوب‌لباسی، جعبه‌های سبزیجات یخچال، پنل‌های دوش، تجهیزات فناوری اطلاعات، جعبه‌های جواهرات شفاف، قفسه‌ها و کشوهای یخچال و فنجان‌های پلاستیکی است. همچنین در ساخت محصولات پزشکی یکبار مصرف مانند لوله‌های آزمایش، محفظه‌های کیت آزمایش، محصولات تشخیصی، ظروف پتری و غیره استفاده می‌شود.
MABS (ABS شفاف)
ABS یک ترموپلاستیک مهندسی مقاوم در برابر ضربه است که از سه مونومر اکریلونیتریل، بوتادین و استایرن تشکیل شده است. کوپلیمرهای استایرن-اکریلونیتریل سختی را فراهم می‌کنند، در حالی که بوتادین مقاومت در برابر ضربه را فراهم می‌کند.
تولیدکننده، مونومر متیل متاکریلات را به فاز SAN اضافه می‌کند تا رزین ABS بسیار شفافی به نام MABS (متیل متاکریلات اکریلونیتریل بوتادین استایرن) تولید کند. MABS خواصی مانند موارد زیر را ارائه می‌دهد:

انتقال نور بالا؛
مه کم؛
رنگ ثابت و پایدار؛
بهبود ویژگی‌های جریان.
ABS شفاف مقاومت ضربه بهتری نسبت به پلی استایرن، SAN و PMMA دارد و فرآیندپذیری خوبی ارائه می‌دهد. گونه‌های MABS با ویژگی‌های جریان بهبود یافته می‌توانند به عنوان جایگزین جالبی برای پلی کربنات (PC) استفاده شوند. ABS شفاف در لوازم خانگی، کاربردهای پزشکی، کالاهای ورزشی، تجهیزات پزشکی و غیره استفاده می‌شود.