آلیاژ پلیمری چیست؟ انواع + کاربردهای آن

پلیمرها به تنهایی، پاسخگوی نیازهای صنایع نیستند. برای همین، همواره این سوال مطرح است که چگونه می‌توانیم خواص پلیمرها را بهبود بخشیم و آن‌ها را برای کاربردهای پیشرفته‌تر آماده کنیم؟ در واقع، می‌توان با ترکیب دو پلیمر مختلف، ماده‌ای جدید با استحکام بیشتر، انعطاف‌پذیری بالاتر و مقاومت حرارتی بهبود یافته به دست آورد. این دقیقاً همان چیزی است که در آلیاژسازی عنصر پلیمر مورد بحث قرار می‌گیرد. در ادامه، به بررسی آلیاژ پلیمری چیست؟ می‌پردازیم. با میهن فولاد همراه باشید.

آلیاژ پلیمری چیست؟

ترکیبی از دو یا چند پلیمر مختلف را آلیاژ پلیمری می‌نامیم. این ترکیب، مانند فولاد آلیاژی، با هدف بهبود خواص و ایجاد ویژگی‌های بهتر انجام می‌شود. در واقع، با ترکیب پلیمرهایی که خواص مکمل هم دارند، می‌توان نقاط ضعف هر یک را پوشش داد و ماده‌ای با عملکرد بهتر ایجاد کرد. برای مثال، یک پلیمر ممکن است استحکام بالایی داشته باشد اما شکننده باشد. با ترکیب آن با پلیمری انعطاف‌پذیر، می‌توان متریالی با استحکام و انعطاف‌پذیری مطلوب به دست آورد.

خواص یک آلیاژ پلیمری به عوامل متعددی بستگی دارد. نوع پلیمرهای مورد استفاده، نسبت ترکیب آن‌ها و شرایط فرآیند آلیاژسازی، همگی در خواص آن مؤثرند. تمایل ترمودینامیکی پلیمرها به یکدیگر نیز نقش مهمی در تشکیل یک آلیاژ همگن و پایدار دارد. ویسکوزیته پلیمرها نیز بر روند اختلاط و پراکندگی آن‌ها تأثیر می‌گذارد و خواص مکانیکی آلیاژ را تحت تأثیر قرار می‌دهد. 

انواع آلیاژهای پلیمری

همان‌طور که می‌دانید، انواع مختلفی از آلیاژها مثل آلیاژ آهنی و غیرآهنی، آلیاژ تیتانیوم و… وجود دارد. آلیاژ پلیمری، به دلیل تنوع در ساختار و خواص، به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شود. یکی از مهم‌ترین عوامل در دسته‌بندی آلیاژهای پلیمری، میزان امتزاج‌پذیری یا انحلال‌پذیری اجزای تشکیل‌دهنده آن‌ها است.

آلیاژهای تک فاز (انحلال‌پذیر)

در آلیاژهای تک فاز، پلیمرهای مختلف به‌طور کامل در یکدیگر حل می‌شوند و یک فاز همگن ایجاد می‌کنند. تصور کنید دو مایع را با هم مخلوط کنید و یک محلول یکنواخت به‌دست آورید. آلیاژهای تک‌فاز نیز رفتاری مشابه دارند. خواص این آلیاژها به‌صورت مستقیم به نسبت ترکیب پلیمرها بستگی دارد. با تغییر این نسبت، می‌توانیم خواص مکانیکی و حرارتی ماده را تنظیم کنیم.

آلیاژهای چند فاز (انحلال‌ناپذیر)

برخلاف آلیاژهای تک‌فاز، در آلیاژهای چند فاز، پلیمرها به‌صورت کامل در یکدیگر حل نمی‌شوند. در نتیجه، ماده حاصل از چند فاز متمایز تشکیل می‌شود. این فازها می‌توانند ساختارهای مختلفی مانند کروی، لایه‌ای یا رشته‌ای داشته باشند. وجود سطح مشترک بین این فازها، نقش مهمی در خواص مکانیکی آلیاژ ایفا می‌کند.

آلیاژهای چند فاز سازگار و ناسازگار

آلیاژهای چند فاز بر اساس میزان تعامل بین فازها به دو دسته سازگار و ناسازگار تقسیم می‌شوند. در آلیاژهای سازگار، به‌دلیل شباهت ساختاری بین پلیمرها، چسبندگی خوبی بین فازها وجود دارد. این چسبندگی باعث بهبود خواص مکانیکی آلیاژ می‌شود. در مقابل، در آلیاژهای ناسازگار، به‌دلیل عدم چسبندگی مناسب، خواص مکانیکی معمولاً ضعیف‌تر است. 

فاز اصلی و فاز فرعی

در آلیاژهای چند فاز، فازی که بیشترین نسبت را دارد، فاز اصلی یا ماتریس نامیده می‌شود. سایر فازها به‌عنوان فاز فرعی یا دیسپرس شناخته می‌شوند. در صورتی که نسبت فازها نزدیک به هم باشد، فازی با ویسکوزیته کمتر، نقش ماتریس را بر عهده می‌گیرد. اندازه، شکل و نحوه توزیع فاز دیسپرس در ماتریس، تاثیر قابل توجهی بر خواص آلیاژ دارد. برای مثال، افزودن لاستیک به یک پلیمر شکننده، به‌عنوان فاز دیسپرس، می‌تواند چقرمگی ماتریس را افزایش دهد.

مزایای آلیاژهای پلیمری

1. بهبود خواص: با ترکیب پلیمرهای مختلف، می‌توان خواص مکانیکی، حرارتی و شیمیایی ماده را بهبود بخشید. برای مثال، می‌توان استحکام، انعطاف‌پذیری، مقاومت به ضربه و مقاومت حرارتی را افزایش داد.
2. کاهش هزینه: تولید آنها، نسبت به سنتز پلیمرهای جدید، هزینه‌ی کم‌تری دارد. 
3. سهولت فرآیند: فرآیند تولید آلیاژ پلیمری نسبتاً ساده است و به تجهیزات پیچیده‌ای نیاز ندارد.
4. تنوع کاربرد: در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، بسته‌بندی، لوازم خانگی و پزشکی کاربرد دارند. 

معایب آلیاژ پلیمری

1. ناسازگاری برخی پلیمرها: برخی از پلیمرها به‌طور کامل با یکدیگر سازگار نیستند و تشکیل آلیاژ همگن و پایدار دشوار است. 
2. پایداری حرارتی: برخی از آلیاژهای پلیمر در دماهای بالا پایداری کافی ندارند و ممکن است دچار تخریب شوند.
3. مقاومت شیمیایی: برخی از آنها در برابر مواد شیمیایی خاص مقاومت کافی ندارند و ممکن است دچار خوردگی یا تخریب شوند.

کاربردهای آلیاژ پلیمری

در صنعت خودروسازی، آلیاژهای پلیمری مثل آلیاژهای آلومینیوم، به‌طور گسترده در تزئینات داخلی استفاده می‌شوند. داشبورد، رودری‌ها، کنسول و طاقچه‌ی عقب، نمونه‌هایی از قطعاتی هستند که با استفاده از این مواد ساخته می‌شوند. به‌عنوان مثال، آمیزه‌های پلی‌پروپیلنی به‌دلیل مقاومت به خراش و ضربه‌پذیری بالا، جایگزین مناسبی برای مواد سنتی در تزئینات داخلی خودرو هستند. گریدهایی مانند DAYAPLAST 010 و DAYAPLAST 020، به‌دلیل جریان‌پذیری و خواص مکانیکی مطلوب، در قطعات تزریقی مهندسی مانند پنل‌ها و کنسول‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

علاوه‌بر صنعت خودروسازی، آلیاژ پلیمری در صنایع دیگری نیز کاربرد دارد که عبارتند از:

1. صنعت بسته‌بندی: فیلم‌ها، ورق‌ها و ظروف بسته‌بندی با استفاده از این آلیاژها با خواص مناسب مانند مقاومت به رطوبت و نفوذ گازها تولید می‌شوند.
2. صنعت پزشکی: در ساخت ایمپلنت‌ها، لوازم یکبار مصرف و بسته‌بندی داروها از آلیاژ پلیمری زیست‌سازگار استفاده می‌شود.
3. صنعت ساختمان: لوله‌ها، اتصالات و پوشش‌های ساختمانی با با مقاومت بالا در برابر شرایط جوی تولید می‌شوند.
4. صنعت الکترونیک: در ساخت قطعات الکترونیکی و عایق‌های الکتریکی با خواص دی‌الکتریک مناسب استفاده می‌شود.

بررسی عوامل مؤثر بر خواص آمیزه‌های پلیمری

خواص آمیزه‌های پلیمری، تحت تأثیر عوامل متعددی قرار می‌گیرد. برای مثال:

نوع پلیمرهای تشکیل‌دهنده

هر پلیمر ویژگی‌های خاصی دارد و ترکیب آن‌ها با یکدیگر می‌تواند باعث ایجاد ماده‌ای با خواص بهبود یافته شود. برای مثال، افزودن پلی‌کربنات (PC) به اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) می‌تواند مقاومت گرمایی آن را افزایش دهد. یا استفاده از پلیمرهایی مانند SMA، SAN و SBS می‌تواند استحکام ضربه پلیمرهای اصلی مانند PC، PE و PP را بهبود بخشد.

ترکیب درصد اجزا

نسبت پلیمرهای مختلف در آمیزه، نه تنها بر میزان تاثیر هر جزء در خواص تأثیر می‌گذارد، بلکه مورفولوژی آمیزه را نیز تعیین می‌کند. مورفولوژی، به نحوه‌ی آرایش فازهای مختلف در آمیزه اشاره دارد و نقش مهمی در خواص مکانیکی و حرارتی آن ایفا می‌کند.

سازگاری و چسبندگی بین فازها

سازگاری بین پلیمرهای مختلف در آمیزه، عامل دیگری است که بر خواص تأثیر می‌گذارد. در صورتی که چسبندگی مناسبی بین فازها وجود نداشته باشد، آمیزه حاصل عملکرد ضعیفی خواهد داشت. برای بهبود سازگاری بین فازها، از روش‌های مختلفی مانند استفاده از سازگارکننده‌ها استفاده می‌شود.

مورفولوژی آمیزه

مورفولوژی آمیزه، به شکل، اندازه و توزیع ذرات فاز دیسپرس در فاز ماتریس اشاره دارد. پیوسته بودن فازها یا متفرق بودن یک فاز در فاز دیگر، تاثیر زیادی بر خواص آمیزه دارد. عواملی مانند ویسکوزیته و الاستیسیته فازها، خواص بین سطحی، ترکیب درصد اجزا و شرایط فرآیند، بر مورفولوژی آمیزه تأثیر می‌گذارند.

جرم مولکولی و ویسکوزیته

جرم مولکولی و ویسکوزیته پلیمرهای مورد استفاده نیز از عوامل مؤثر بر خواص آمیزه هستند. جرم مولکولی بالا می‌تواند آلیاژسازی را دشوار کند. همچنین، اختلاف زیاد در ویسکوزیته فازها، رسیدن به مورفولوژی بهینه را با چالش مواجه می‌کند.

ترکیب درصد کوپلیمر

در صورتی که یکی از اجزای آمیزه کوپلیمر باشد، ترکیب درصد کوپلیمر مورد استفاده نیز مهم است. برای مثال، در آلیاژ PVC/NBR، درصد اکریلونیتریل موجود در کوپلیمر NBR بر سازگاری و خواص آمیزه تأثیر می‌گذارد.

در آخر، آلیاژهای پلیمری، افق‌های جدیدی را در صنایع مختلف گشوده‌اند. با وجود چالش‌هایی مانند سازگاری بین فازها و کنترل مورفولوژی، مزایای منحصربه‌فرد این مواد، از جمله بهبود خواص مکانیکی و کاهش هزینه، آن‌ها را به گزینه‌ای جذاب برای کاربردهای گوناگون تبدیل کرده است. این تحولات، می‌توانند به رفع نیازهای صنایع و بهبود کیفیت زندگی کمک کنند. علاوه‌بر تمامی موارد گفته شده، می‌توانید برای دریافت مشاوره تخصصی درمورد آلیاژها و حتی اطلاع از قیمت فولاد آلیاژی با کارشناسان ما تماس بگیرید.

سوالات متداول

1. آلیاژ پلیمری چیست؟
   آلیاژ پلیمری ترکیبی از دو یا چند پلیمر مختلف است که در آن حداقل یکی از اجزا، یک پلیمر ترموپلاستیک است و فازهای مختلف در مقیاس ماکروسکوپی قابل تشخیص نیستند. 
2. آلیاژهای پلیمر چه تفاوتی با ترکیب پلیمری دارد؟
   ترکیب پلیمری مخلوطی از پلیمرها و افزودنی‌های دیگر مانند پرکننده‌ها، رنگدانه‌ها و تثبیت‌کننده‌ها است. در ترکیبات پلیمری، افزودنی‌ها به‌صورت ذرات ریز در ماتریس پلیمری پخش می‌شوند و هدف اصلی، بهبود یا تغییر خواص ماده پلیمری است. تفاوت اصلی در این است که در آلیاژ پلیمری، تمام اجزا پلیمر هستند، در حالی که در ترکیب پلیمری علاوه‌بر پلیمر، مواد دیگری نیز وجود دارند.
3. چرا از آلیاژ پلیمری استفاده می‌کنیم؟
   با ترکیب پلیمرهای مختلف، می‌توان خواص مطلوب هر پلیمر را در ماده جمع کرد. برای مثال، می‌توان استحکام یک پلیمر را با انعطاف‌پذیری پلیمر دیگر ترکیب کرد و ماده‌ای با هر دو خاصیت تولید نمود. همچنین، آلیاژسازی می‌تواند به کاهش هزینه، بهبود فرآیندپذیری و افزایش مقاومت شیمیایی منجر شود. 
4. مهم‌ترین عوامل مؤثر بر خواص آلیاژهای پلیمری کدامند؟
   نوع پلیمرهای تشکیل‌دهنده، نسبت ترکیب آن‌ها، سازگاری بین فازهای پلیمری، مورفولوژی آمیزه و شرایط فرآیند، از جمله مهم‌ترین این عوامل هستند. به‌عنوان مثال، سازگاری بین فازها نقش مهمی در خواص مکانیکی آلیاژ دارد. همچنین، مورفولوژی آمیزه، یعنی شکل، اندازه و توزیع فازها در یکدیگر، بر خواص حرارتی و رئولوژیکی آلیاژ تأثیر می‌گذارد.