انتخاب ماده، درست به‌اندازه طراحی قالب روی نتیجه نهایی قطعه اثر می‌گذارد. قیمت، ظاهر، انعطاف‌پذیری، مقاومت حرارتی و سایشی، وزن قطعه و حتی نحوه و مراحل ساخت قالب، همه به جنس ماده وابسته‌اند.
در این مطلب چند مورد از موادی را که در کارهای تزریق پلاستیک بیشتر با آن‌ها سروکار داریم مرور می‌کنیم و بعد به یک سؤال کاربردی می‌رسیم: اگر یک قطعه پلاستیکی داشته باشیم و جنس آن را ندانیم، چطور می‌توانیم حدس بزنیم از چه ماده‌ای ساخته شده؟
البته تشخیص تجربی با تشخیص آزمایشگاهی فرق دارد. وقتی قرار است قالب ساخته شود و جنس و گرید ماده مشخص نیست، بهتر است این موضوع قبل از نهایی شدن طراحی قالب بررسی شود.
ABS؛ ظاهر خوب و استحکام مناسب
ABS یکی از پرکاربردترین مواد در تزریق پلاستیک است. قطعات ABS معمولاً سخت و مستحکم‌اند و اگر سطح قالب پولیش خوبی داشته باشد، ظاهر بسیار تمیزی پیدا می‌کنند.
یکی از ویژگی‌های مهم این ماده، قابلیت استفاده در قطعاتی است که بعد از تزریق، آبکاری تزئینی (کروم یا طلایی) می‌شوند؛ مثل بعضی دستگیره‌های کیف و کفش، درب عطر و قطعات تزئینی. البته فقط انتخاب ABS کافی نیست. طراحی قطعه، کیفیت سطح قالب، شرایط تزریق و آماده‌سازی سطح هم نقش مهمی دارند.
پلی‌پروپیلن (PP)
PP تقریباً همه‌جا دیده می‌شود؛ از اسباب‌بازی و لوازم آشپزخانه گرفته تا ظروف و بسیاری از قطعات مصرفی. سبک، نسبتاً انعطاف‌پذیر و فرآیندپذیر است و در بیشتر کاربردها قیمت مناسبی دارد.
نکته مهم برای قالب‌ساز این است که جمع‌شدگی (شرینکیج) PP معمولاً از ABS بیشتر است و باید از همان مرحله طراحی در نظر گرفته شود.
پلی‌اتیلن (PE)
پلی‌اتیلن فقط یک ماده با رفتار ثابت نیست. گریدهای مختلف آن از نسبتاً نرم و انعطاف‌پذیر تا انواع سخت‌تر وجود دارد.
برای مثال HDPE در بسیاری از محصولات مصرفی و صنعتی استفاده می‌شود و خواص آن با سایر گریدهای پلی‌اتیلن یکسان نیست. بنابراین نمی‌توان به‌صورت کلی گفت پلی‌اتیلن همیشه از PP ارزان‌تر یا انعطاف‌پذیرتر است؛ این موضوع کاملاً به نوع گرید و کاربرد بستگی دارد.
اگر کسی فقط بگوید «این قطعه پلی‌اتیلن است»، هنوز اطلاعات کافی برای طراحی قالب نداریم. نوع و گرید ماده اهمیت دارد.
کریستال (GPPS)
در بازار ایران به پلی‌استایرن معمولی یا GPPS معمولاً «کریستال» می‌گویند. این ماده می‌تواند شفاف باشد و در قطعاتی که ظاهر شفاف اهمیت دارد استفاده شود.
جمع‌شدگی آن در بسیاری از کاربردها به ABS نزدیک است، اما رفتار واقعی به گرید و شرایط فرآیند بستگی دارد. در قطعات کریستال، کیفیت سطح قالب، پولیش و طراحی درست سیستم پران اهمیت زیادی پیدا می‌کند. اگر قطعه هنگام پران به سطح قالب گیر کند یا تنش زیادی به آن وارد شود، احتمال ایجاد خط، ترک یا آسیب ظاهری بیشتر می‌شود.
اکریلیک (PMMA) و پلی‌کربنات (PC)
وقتی شفافیت و کیفیت ظاهری اهمیت بیشتری پیدا می‌کند، PMMA و PC از گزینه‌های اصلی هستند.
PMMA شفافیت و ظاهر نوری بسیار خوبی دارد. پلی‌کربنات علاوه بر شفافیت، مقاومت ضربه‌ای و حرارتی بالاتری دارد و در قطعات برقی، الکترونیکی و بسیاری از قطعات فنی استفاده می‌شود.
در بعضی کاربردهای الکتریکی، انتخاب ماده بر اساس الزامات آزمون‌های مشخصی مثل آزمون سیم داغ یا آزمون‌های مرتبط با رفتار در برابر شعله انجام می‌شود. بنابراین نمی‌توان صرفاً به شفاف بودن یا نبودن ماده برای انتخاب آن اکتفا کرد.
انتخاب بین PMMA و PC فقط به شفافیت بستگی ندارد؛ باید دید قطعه قرار است چه کاری انجام دهد.
PBT
PBT از خانواده پلی‌استرهای مهندسی است و در قطعات فنی، برقی، کانکتورها و بعضی قطعات صنعتی کاربرد دارد. گریدهای مختلف آن می‌توانند با الیاف شیشه تقویت شوند یا برای کاربردهای خاص خواص متفاوتی داشته باشند. همچنین ممکن است در قالب آلیاژهایی مثل PC/PBT استفاده شود.
به همین دلیل گرید دقیق ماده در این دسته اهمیت زیادی دارد.
پلی‌آمید (نایلون / PA)
PA یا پلی‌آمید که در بازار بیشتر با نام نایلون شناخته می‌شود، در قطعات خودرویی و فنی کاربرد زیادی دارد. PA6، PA66 و انواع تقویت‌شده با الیاف شیشه بسته به نیاز پروژه انتخاب می‌شوند.
مقاومت مکانیکی، حرارتی و سایشی از دلایل اصلی استفاده از این خانواده مواد است. رفتار PA ساده با نوع تقویت‌شده با الیاف شیشه می‌تواند تفاوت زیادی داشته باشد؛ بنابراین نوع گرید برای طراحی و تولید اهمیت دارد.
POM (هستافورم)
POM یا پلی‌استال برای چرخ‌دنده، بوش و قطعاتی که اصطکاک و سایش در آن‌ها مهم است، یکی از مواد مهم مهندسی به حساب می‌آید. مقاومت سایشی و اصطکاکی مناسب باعث شده در بسیاری از قطعات مکانیکی کوچک و دقیق از آن استفاده شود.
«هستافورم» نام تجاری خانواده‌ای از گریدهای POM است، نه ماده‌ای جدا.
PVC
PVC طیف گسترده‌ای از نرم تا سخت را پوشش می‌دهد. بسته به فرمولاسیون و گرید، می‌تواند برای کاربردهای مختلفی استفاده شود. بعضی قطعات انعطاف‌پذیر و محصولات مصرفی با گریدهای مناسب PVC تولید می‌شوند.
فقط گفتن «PVC» کافی نیست؛ گرید و فرمولاسیون آن باید مشخص باشد.
TPU (پلی‌یورتان ترموپلاستیک)
وقتی نرمی، کشسانی و برگشت‌پذیری اهمیت داشته باشد، TPU گزینه مناسبی است. سختی این ماده معمولاً با مقیاس Shore بیان می‌شود؛ مثلاً Shore A 85 یا 95. گریدهای مختلف از نظر شفافیت، انعطاف‌پذیری و مقاومت سایشی با هم تفاوت دارند.
برای هر کاربرد، کدام ماده مناسب‌تر است؟
| نیاز اصلی قطعه | موادی که معمولاً بررسی می‌شوند |
|---|---|
| ظاهر خوب و امکان آبکاری تزئینی | ABS |
| قطعه سبک و نسبتاً انعطاف‌پذیر | PP، PE |
| شفافیت و ظاهر مناسب | GPPS (کریستال)، PMMA |
| شفافیت همراه با مقاومت ضربه‌ای و حرارتی بالاتر | PC |
| چرخ‌دنده، بوش و قطعات سایشی | POM |
| قطعات فنی و خودرویی | PA، PBT و سایر مواد مهندسی |
| قطعه نرم و کشسان | TPU |
| کاربردهای متنوع نرم تا سخت | PVC (بسته به گرید) |
این جدول فقط یک راهنمای اولیه است. انتخاب نهایی باید بر اساس کاربرد واقعی قطعه، گرید ماده و شرایط تولید انجام شود.
اگر جنس یک قطعه را ندانیم، چطور تشخیص بدهیم؟
گاهی مشتری یک قطعه نمونه دارد، اما نمی‌داند با چه ماده‌ای تولید شده. اینجا تجربه قالب‌ساز و تزریق‌کار می‌تواند کمک زیادی کند.
اولین کار همیشه نگاه کردن است. روی خیلی از قطعات علامت بازیافت یا نام ماده (مثل PP، PE یا ABS) حک شده. اگر چنین علامتی وجود داشته باشد، همان می‌تواند سرنخ بسیار خوبی باشد.
اگر علامت نبود، از ظاهر، وزن، سختی، انعطاف، رفتار در برابر ضربه و حتی صدایی که هنگام برخورد ایجاد می‌کند، می‌توان گزینه‌ها را محدود کرد. قالب‌ساز باتجربه معمولاً با دیدن و دست گرفتن قطعه، گزینه‌های احتمالی را کم می‌کند.
اما باید یک نکته را جدی گرفت:
تشخیص تجربی با اطمینان صددرصدی یکی نیست. وجود رنگدانه، پرکننده، الیاف شیشه، افزودنی‌ها یا مخلوط شدن چند پلیمر می‌تواند رفتار ماده را تغییر دهد.
آزمون شعله؛ یک سرنخ سریع کارگاهی
آزمون حرارت و شعله از روش‌های قدیمی و تجربی برای مقایسه بعضی پلاستیک‌هاست. در کارگاه ممکن است رفتار ماده در برابر حرارت، میزان دود، نحوه ادامه پیدا کردن شعله و سایر نشانه‌ها به تشخیص اولیه کمک کند.
اما این روش را نباید یک روش قطعی شناسایی ماده در نظر گرفت. افزودنی‌ها، رنگدانه‌ها، پرکننده‌ها و ترکیب چند پلیمر می‌توانند نتیجه را تغییر دهند.
ضمن اینکه سوختن پلاستیک می‌تواند دود و محصولات خطرناک ایجاد کند؛ به‌خصوص در مورد موادی مثل PVC. بنابراین انجام این نوع آزمون برای کاربر عمومی توصیه نمی‌شود و اگر هم در محیط حرفه‌ای انجام شود، باید با تجهیزات مناسب، تهویه کافی و رعایت کامل الزامات ایمنی باشد.
جدول زیر را باید فقط راهنمای تجربی در نظر گرفت، نه روش قطعی شناسایی:
| ماده | نشانه‌های تجربی هنگام حرارت/شعله |
|---|---|
| PVC | معمولاً تمایل به خاموش شدن پس از حذف منبع شعله؛ دود و محصولات احتراق می‌توانند تند و تحریک‌کننده باشند |
| پلی‌اتیلن (PE) | معمولاً به سوختن ادامه می‌دهد و در حالت مذاب می‌تواند چکه کند؛ رفتار پارافینی از نشانه‌های تجربی آن است |
| پلی‌پروپیلن (PP) | معمولاً قابلیت ادامه سوختن دارد و در حالت مذاب می‌تواند چکه کند؛ از نظر تجربی به PE نزدیک است |
| پلی‌استایرن (GPPS) | معمولاً شعله زرد و دود نسبتاً زیاد ایجاد می‌کند و به سوختن ادامه می‌دهد |
| ABS | معمولاً شعله زرد و دود قابل توجه دارد و می‌تواند به سوختن ادامه دهد |
| PET | رفتار حرارتی متفاوتی دارد و نشانه‌های شعله‌ای آن به گرید و افزودنی‌ها وابسته است |
| نایلون (PA) | بعضی گریدها تمایل بیشتری به خاموش شدن پس از حذف منبع شعله دارند و رفتار آن به گرید وابسته است |
| پلی‌کربنات (PC) | بسیاری از گریدها تمایل به خاموش شدن پس از حذف منبع شعله دارند و ممکن است باقی‌مانده زغالی ایجاد کنند |
در عمل یک نشانه به‌تنهایی کافی نیست. اگر چند علامت با هم بررسی شوند، تجربه فرد می‌تواند گزینه‌های احتمالی را محدود کند.
برای مثال PE و PP از نظر رفتار حرارتی به یکدیگر نزدیک‌اند و فقط با این روش همیشه نمی‌توان آن‌ها را با اطمینان از هم جدا کرد. برای تشخیص دقیق‌تر باید از نشانه‌های دیگری مثل مشخصات قطعه، ظاهر، خواص مکانیکی یا در صورت نیاز آزمایش مواد کمک گرفت.
این روش‌ها تجربی هستند، نه قطعی و دقت آن‌ها به تجربه فرد و نوع دقیق ماده بستگی دارد.
وقتی جنس ماده واقعاً مهم است
اگر قرار است برای یک قطعه مهم قالب بسازیم و جنس آن مشخص نیست، بهترین کار این است که نمونه برای آنالیز مواد به آزمایشگاه فرستاده شود.
روش‌هایی مثل FTIR می‌توانند برای شناسایی خانواده پلیمر و مقایسه آن با نمونه‌های مرجع استفاده شوند. در صورت نیاز، روش‌های دیگری مثل DSC یا TGA نیز اطلاعات بیشتری درباره ماده و رفتار حرارتی آن می‌دهند.
در کارهای خودمان هم وقتی تشخیص تجربی کافی نباشد، نمونه را برای بررسی آزمایشگاهی می‌فرستیم.
جنس پلاستیک چه ارتباطی با طراحی قالب دارد؟
وقتی جنس ماده عوض می‌شود، فقط اسم ماده عوض نشده است. شرینکیج، جریان مواد، شرایط تزریق، خنک‌کاری، زمان سیکل و حتی نحوه پران می‌توانند تغییر کنند.
مثلاً نمی‌توان مقادیر طراحی مربوط به ABS را بدون بررسی روی PP اعمال کرد. حتی در یک خانواده مواد هم گریدهای مختلف می‌توانند رفتار متفاوتی داشته باشند.
به همین دلیل قبل از شروع طراحی قالب، تا جایی که امکان دارد باید جنس و گرید ماده مشخص باشد.
اگر دنبال مقادیر و جدول شرینکیج مواد مختلف هستید، در مقاله جداگانه‌ای جدول شرینکیج مواد رایج را بررسی کرده‌ایم.
جمع‌بندی
- برای قطعات سخت با ظاهر مناسب و امکان آبکاری ← ABS
- برای قطعات سبک و نسبتاً انعطاف‌پذیر ← PP و PE
- برای شفافیت و ظاهر براق ← کریستال (GPPS)
- برای شفافیت همراه با خواص مکانیکی بالاتر ← PMMA یا PC (بسته به نیاز)
- برای چرخ‌دنده و قطعات سایشی ← POM
- برای قطعات فنی و خودرویی ← PA و PBT
- برای قطعات نرم و کشسان ← TPU
- PVC هم بسته به گرید، طیف وسیعی از کاربردها را پوشش می‌دهد.
مهم‌تر از حفظ کردن اسم مواد این است که انتخاب ماده از کاربرد واقعی قطعه شروع شود.
اگر قطعه یا نمونه‌ای دارید و می‌خواهید برای ساخت قالب تزریق پلاستیک بررسی شود، نمونه یا فایل سه‌بعدی را برای ما بفرستید تا از همان اول با جنس واقعی ماده جلو برویم، نه با حدس.