انواع مواد پلیمری مهندسی (2)

پلی کربنات (PC)

بازار دیسک های نوری مهم ترین مشتری استفاده از PC می باشد و با توجه به علم مواد بایر، باید گفت که بازار جهانی این ماده از 800000 تن به 2.4 میلیون تن رسیده است. در انگلیس، دیسک های فشرده (CD) و دیسک های ویدئویی دیجیتال (DVD) به طور روز افزون مورد استفاده قرار می گیرند و فیلم شرک 2 به میزان 40 میلیون نسخه ی الکترونیکی، به فروش رسید. این فیلم بر روی دیسک های نوری ضبط شده است.
اجزای PC تولید شده از روش قالب گیری تزریقی، نقش مهمی در الکترونیک و الکترونیک ایفا می کنند زیرا این ماده صلب است و از لحاظ ابعادی نیز پایدار است. این ماده دارای مقاومت ضربه ای خوبی است و در گستره ی دمایی بالایی، استفاده می شود. این ماده مقاومت خوبی در برابر مواد شیمیایی دارد و مزیت دیگر، شفاف بودن آن است. این ماده خاصیت عایق کاری بسیار خوبی دارد. علاوه بر این، در برخی کاربردها، PC یک جایگزین شیشه محسوب می شود و حدود 80 % از چراغ جلوی خودروها، از این ماده ساخته می شوند.
در حالی که PC مقاومت خوبی در برابر اسیدهای معدنی، هیدروکربن های آلیفاتیک اشباع، پترول، گریس ها و روغن، دارند، مقاومت این ماده در برابر حلال ها، بنزن، مواد قلیایی، استون و آمونیاک، پایین است. ترک های تنشی ممکن است بعد از برخود مواد شیمیایی بر روی این قطعات ایجاد شود. طبقه بندی این ماده از لحاظ اتشگیری، در رده ی V0 تا V2 است. در شرکت Idemitsu Kosan ژاپن، یک PC توسعه یافته است که بر اساس ادعای آنها، دارای بالاترین مقاومت حرارتی در جهان می باشد. این ماده برای کاربردهای الکترونیک و نوری، استفاده می شود. با داشتن دمای T_g برابر با 250 درجه ی سانتیگراد، ادعا شده است که این پلیمر، بهترین شفافیت در میان هم نوعانش را دارا می باشد. علاوه بر این، این نوع از PC را می توان لحیم کاری کرد و می توان آن را به صورت لایه های نازک، تولید نمود. این ماده حلالیت بالایی دارد و می تواند به عنوان مواد پایه در رنگ های مقاوم در برابر حرارت و جوهرهای مقاوم در برابر حرارت، استفاده شود.
تقویت باالیاف کربنی ممکن است موجب بهبود صلبیت این پلیمر شود و شرکت Asahi Fiber Glass Co. Ltd ژاپن یک الیاف شیشه ی خاص توسعه داده است که با استفاده از آن، میزان شفافیت PC کاهش نمی یابد. کاربردهای این ماده در کامپیوترهای شخصی و سایر وسایل خانگی مانند سنسورهای فروسرخ و کاورهای نمایش شفاف می باشد.
PC را می توان با ABS ترکیب کرد و یک ماده ی صلب ایجاد کرد که دارای ظاهر و خواص جریانی خوبی است. در ژاپن، استفاده از آمیزه های PC و ABS به صورت گسترده در حال افزایش است و این آمیزه، در تولید دیسک های نوری و کاربردهای خانگی، استفاده می شود. میزان مصرف PC در سال 2004، به 255800 تن رسیده است. این میزان نسبت به سال 2003، 10.2 % افزایش داشته است. شرکت شیمیایی تیجین در سال 1982، اولین شرکت دنیا بود که از PC با خلوص بالا در تولید CD استفاده کرد. امروزه، این شرکت یکی از شرکت های پیشگام در زمینه ی تولید رزین پلی کربناتی است که برای تولید دیسک های ویدیویی دیجیتال (DVDs) استفاده می شود.
از نظر شرکت Teijin، بازار فروش PC به دو بخش عمده، تقسیم بندی می شود: یکی اهداف عمومی و دیگری، محصولات با اهداف پیشرفته. این شرکت تصمیم گرفته است تا بخش محصولات پیشرفته را ارائه دهد که شامل تلفن های همراه، پلیرهای DVD و صفحات نمایش کریستال مایع می باشد.
چین از ابتدا تغییر داشت و به عنوان یک کشور بی طرف در زمینه ی تولید و استفاده مطرح می شود. شرکت شیمیایی Teijin به فروشندگان پیشگام PC آسیایی کمک کرد و از لحاظ تولید، در رتبه ی سوم جهانی، قرار دارد. در آوریل 2005، شرکت تولید پلی کربنات چین، با کمک Teijin تأسیس شد. این شرکت توانایی تولید 50000 تن از این پلیمر در سال را داشت. یک خط تولید مشابه نیز بوسیله ی این شرکت تأسیس شد و بدین صورت، ظرفیت تولید این ماده در دسامبر 2006، دو برابر شد. در جای دیگری در چین، شرکت Shanghai نیز با کمک Teijin تأسیس شد و توانست تولیدی برابر 20000 تن در سال را داشته باشد. این شرکت نیز در اکتبر 2005، ظرفیت خط تولید خود را دو برابر کرد.
در طی سال های 2001 تا 2003، تولیدکننده های آسیایی این ماده، در مورد نصب تأسیسات جدید تولید نگران بودند. در این زمان، 40 % افزایش تولید منجر به تغییر واردات 300000 تنی این ماده و ایجاد صادرات 200000 تنی در سال شد. کارخانه های سرمایه گذاری صنعتی در سال 2005، به دلیل افزایش 7 تا 9 % تقاضای سالیانه در سال 2009، ایجاد شد، این در حالی است که رشد تقاضای واقعی این ماده در بازه ی زمانی بین سال 1988 تا 2004، در حدود 11 % بوده است. این وضعیت منجر شد تا LG-Dow Polycarbonate در سال 2005، یک مطالعه ی امکان سنجی بر روی ساختار یک خط تولید جدید برای پلی کربنات را انجام داد.
آمیزه های PC/ABS شامل دو جزء با کیفیت عالی بود. این ماده به طور خاص، برای تولید سریع و تولید نمونه های آزمایشی، توسعه یافت. این آمیزه، برای تولید اجزای کامپیوتری مناسب است و بدین صورت، استفاده از آن در تولید محصولات کامپیوتری، بیشتر شد.

پلی اتیلن ترفتالات (PET)

PET پلیمری است که در سال های اخیر، رشد قابل توجهی در تقاضا داشته است. در واقع این افزایش رشد، احتمالا به دلیل جایگزینی این ماده با شیشه در تولید بطری های نوشیدنی می باشد. PET ممکن است با حدود 30 % الیاف شیشه تقویت شده و در مدارهای چاپی انعطاف پذیر، استفاده شود. در سایر کاربردها که نمونه دماهای بالاتر را دریافت می کند، PET مقاوم در برابر شعله، مورد استفاده قرار می گیرد.
پل اتیلن با دانسیته ی بالا (HDPE) به طور نمونه وار برای تولید کلیپس های خاص مورد استفاده در سوراخ کاری مورد استفاده قرار می گیرد. پلی اتیلن نیز به عنوان بوش های قالب مورد استفاده قرار می گیرد.
برای برطرف کردن نیازهای روزافزون برای لایه هی ضخیم تر و تمیز PET در تولید صفحات نمایش مسطح، Teijin یک تأسیسات جدید در ژاپن تأسیس کرد. این خط تولید در سال 2006 وارد چرخه ی تولید شد.

پلی ایمیدیها (PI)

اگر چه پلی ایمیدها، از واکنش دی انیدریدها و دی آمین ها در سال 1908، تولید شد، این ماده در دهه ی 1960، وارد بازار شد. تولیدکننده ی عمده ی این ماده، شرکت DuPont است و نام تجاری این ماده، Kapton و Vespel می باشد. ویژگی اصلی PI، خواص مقاومت به حرارت آنها، استحکام مکانیکی بالا، خواص الکتریکی عالی و مقاومت استثنایی در برابر عوامل شیمیایی می باشد. دمای کاری مناسب این مواد در گستره ی -269 تا +400 درجه ی سانتیگراد می باشد.
اگر چه این ماده گران قیمت است و ممکن است فرآوری مشکل تری داشته باشد، این مواد به صورت گسترده در کاربردهای الکترونیک، استفاده می شوند (مخصوصا در تولید PCB ها). در واقع در زیرلایه های PCB انعطاف پذیر، خازن های، ترانسفورماتورها و کاربردهای عایق کاری، از این ماده استفاده می شود. PI های ترموست، با مقاومت بالا در برابر حلال، نیز توسعه یافته است.

پلی پروپیلن (PP)

پروپیلن یک ماده ی ارزان قیمت و در دسترس است که در گریدهای مختلف وجود دارد. این ادعا وجود دارد که این پلیمر ترموپلاست است و رابطه ی مناسبی میان تافنس، سفتی و سختی آن وجود دارد. این ماده دارای مقاومت به حرارت بالا، مقاومت استثنایی در برابر عوامل شیمیایی، جذب آب پایین و دانسیته ی پایین می باشد. برخی از انواع PP قادرند تا در کاربردهای الکترونیکی و الکتریکی مانند تولید محفظه های باتری، کلیپس های محافظ سیم، پیچ، مهره و واشر مورد استفاده قرار گیرند.

پلی فتالامید (PPA)

PPA دماهای عملیاتی بالاتری به استفاده کننده می دهد و همچنین خواص فیزیکی از پلیمر نیز از فوق العاده می باشد. این خواص به گونه ای هستند، که این ماده، جایزین برخی فلزات آلیاژی شده است.

پلی فنیل سولفید (PPS)

PPS یک پلاستیک مهندسی کریستالی است که به طور خاص، به دلیل کارایی حرارتی بالا و دماهای انحراف گرمایی تا 260 درجه ی سانتیگراد، معروف می باشد. این ماده دارای قابلیت فرآوری بسیار خوبی در سیستم قالب گیری تزریقی دارد. این ماده همچنین ثبات ابعادی بسیاری خوبی دارد به نحوی که برای تولید قالب های دقیق مناسب می باشد. این ماده جایگزین ترموست ها و فلزات خواهد شد، مخصوصا فلزاتی چون برنج.
PPS در اصل برای تولید اتصال های مانت شده ی سطحی و واحدهای برداشت نوری (optical pick-up units) مورد استفاده قرار می گرفته اند، اما امروزه، این ماده برای تولید کاربردهای متداولی همچون تولید گوشی های موبایل و سایر وسایل اطلاعاتی سیار نیز، کاربرد دارند.

پلی استایرن (PS)

ظرفیت تولید جهانی پلی استایرن در حدود 20.4 میلیون تن در سال 2004 بوده است. چین، هم اکنون بزرگترین مصرف کننده ی این پلیمر می باشد و میزان مصرف آن در سال 2004، به 3.8 میلیون تن رسیده است.
پلی فنیلن اکسید اصلاح شده با PS (PPO)
PPO یک پلیمر صلب و با تافنس بالاست که ثبات ابعادی خوبی در زمان برخورد آن با رطوبت و دمای بالا، دارد. به هر حال، به دلیل فرآوری مشکل این پلیمر، این ماده با PS مخلوط می شود و بدین صورت، قالب گیری تزریقی آن تسهیل می شود. برخی اوقات، این ماده به عنوان جایگزینی برای ریخته گری قالبی فلزی، مطرح می شود.
این ماده بوسیله ی شرکت GE plastics توسعه یافته است و تحت نام Noryl به بازار فرستاده شده است. کاربردهای این ماده، عبارتست از: بردهای PCB ضد آتش و پایه های رله های خاص. در مورد رله ها، استفاده از این ماده، موجب می شود تا کار در ولتاژ 600 V و دمای کاری 110 درجه مقدور شود.

پلی سولفون (PSU)

پلی سولفون یک ماده ی جامد است که بوسیله ی Solvay Advanced Polymers و با نام Udel و همچنین بوسیله ی BASF و با نام Ultrason S به بازار روانه شده است. این ماده، یک پلیمر پر شده با الیاف شیشه است و می توان آن را به صورت بادی و یا قالب گیری تزریقی، اکستروژن و یا شکل دهی گرمایی، شکل دهی کرد.این ماده یک پلاستیک صلب، با تافنس و استحکام بالاست که دمای انحراف حرارتی آن، 174 درجه ی سانتیگراد، است. پلی سولفون (PES) یک پلیمر با ترکیب متغیر است و می تواند تا 30 درصد الیاف شیشه در خود جای دهد. این پلیمر، یک پلیمر بسیار گران است و مقاومت شیمیایی و مقاومت در برابر حرارت آن، بسیار خوب است. این پلیمر، پایداری ابعادی بسیار خوبی دارد و خواص الکتریکی و مکانیکی آن نیز استثنایی است. کیفیت سطحی PSU موجب شده است تا سطح این ماده به طور مستقیم فلزی شود.
آزمون های مقایسه ای آشکار ساخته است که خواص مکانیکی مربوط به PSU و PES در دماهای بالاتر از 140 درجه ی سانتیگراد، مورد بررسی قرار گیرد.

پلی تترافلئورواتیلن (PTFE)

پلی تترافلئورواتیلن یک فلئوروپلیمر است. بازار جهانی این پلیمر در حدود 100000 تن گزارش شده است و مقدار مصرف در کشوری مثل آمریکا، 40 % و در کشوری مثل ژآپن، در حدود 10 % است. این پلیمر، 70 % تقاضای مربوط به فلئوروپلیمرهاست.
فلئوروپلیمرها، در میان پلیمرها و به دلیل پایداری شیمیایی و گرمایی فوق العاده، زیست سازگاری، مقاومت در برابر آب و خواص دی الکتریکی عالی، منحصربفرد می باشند. سایر اعضای خانواده ی تفلن، شامل یک پلیمر از تترافلئورواتیلن و هگزا فلئوروپروپیلن (FEP) و یک پلیمر از تترافلئورواتیلن و پرفلئورووینیل اتر (PFA) می باشد. نقطه ی ذوب برابر 327 درجه ی سانتیگراد مربوط به PTFE ، یکی از بالاترین نقطه ذوب ها، در میان سایر پلیمرهای آلی است. نقطه ی ذوب FEP و PFA به ترتیب، 260 درجه و 305 درجه ی سانتیگراد می باشد.
PTFE در اتصالات الکترونیکی و در مدارهای چاپی، مورد استفاده قرار می گیرد، مخصوصاً در محیط های سخت و خورنده و برای مدول های با وظایف مهم. این ماده همچنین برای تولید پکیج های کامپیوتری و واشرهای محافظ استفاده می شود.
انتخاب مواد PCB بوسیله ی کاربرد نهایی آنها، تعیین می شود و برای حصول کارایی مورد نیاز، کامپوزیت های سرامیک – PTFE (با یا بدون الیاف شیشه) مورد استفاده قرار می گیرد. PTFE ممکن است همچنین در اتصالات الکتریکی با کارایی بالا، استفاده شود. این ماده در جاهایی استفاده می شود که اتصالات بر روی کابل ها، ثابت شده باشند.

پلی یوریتان (PU)

برخلاف سایر پلیمرها، این پلیمر، به طور گسترده، مورد استفاده قرار می گیرد. این پلیمر، بوسیله ی تولیدکننده های مختلف، تولید می شود.
پلی یوریتان مورد استفاده برای اجزای الکترونیک، نوع خاصی از پلی یوریتان است که ادعا می شود، دقت ابعادی بالا، قابلیت ایجاد شکل های پیچیده، ضخامت قابل تنظیم و سطح صاف و هموار، دارد. رزین های پلی یوریتان و اپوکسی، برای کپسوله کردن وسایل الکترونیکی و اجزای آنها، استفاده می شود. با استفاده از این پلیمرها، ثبات الکتریکی و مکانیکی قطعه افزایش می یابد و از این قطعات در برابر رطوبت، شوک های حرارتی و فیزیکی و نوسان، محافظت می شود.
یکی از کاربردهای جالب توجه برای پلی یوریتان، ایجاد دیوارهای عایق صدا می باشد. سیستم های چند لایه ای از این ماده توسعه یافته است که موجب می شوند میزان صدای انتقال یافته، بسیار کم شود.

پلی وینیل کلراید (PVC)

PVC یکی از پلیمرهای است که توجه بسیاری را به خود اختصاص داده است. علت این مسئله، استفاده از سرب به عنوان پایدار ساز در تولید این پلیمر می باشد. البته مواد جایگزین سرب، کلسیم/ روی استئارات می باشد.

پلی وینیلیدین فلوراید(PVDF)

پلی وینیلیدین فلوراید یک پلیمر ترموپلاست شبه کریستالی و فلئور دار است که دمای سرویس دهی آن، تا 150 درجه ی سانتیگراد می باشد. این ماده ثابت دی الکتریک بسیار پایینی دارد.

استیرن / اکریلونیتریل (SAN)

کوپلیمرهای استایرن/ اکریلونیتریل دارای خاصیت شفافیت و تافنس بالا می باشد. این ماده، یک رزین سفت است که دارای مقاومت شیمیایی خوب، مقاومت به حرارت بالا و پایداری ابعادی استثنایی است. این ماده همچنین سطح نهایی مناسب و قابلیت فرآوری خوبی دارد. SAN در تولید اجزای الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد. SAN همچنین به صورت آمیزه با سایر پلیمرها، از جمله، ABS، PA و PC نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

الاستومرها

رشد سریعی در بازار الاستومرهای ترموپلاست (TPE) مشاهده می شود. این مورد از زمانی آغاز شد که مزیت های رابرهای ولکانش یافته و ویژگی های آنها، شناخته شد.
الاستومرهایی که برای عایق کاری اتصالات الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرند، عبارتند از پلی کلروپرن ها، سیلیکون ها، فلئورو- سیلکون ها و ترکیبات با گیرش گرمایی، می باشند. این مواد موجب ایجاد ویژگی های قابل توجهی می شود برای مثال، استفاده از آنها، موجب ایجاد مقاومت در برابر شعله، سمیت پایین و میزان دود پایین می باشد. نئوپرن ها، به عنوان مواد جداکننده مورد استفاده قرار می گیرند و همچنین از آن برای جاهایی استفاده می شود که بخواهیم، بخشی را آب بندی کنیم. این ماده مقاومت به ترک خوبی دارد و انعطاف پذیری آن در دمای پایین، از جمله مزیت های دیگر آن است.
رابرهای سیلیکونی به عنوان پدهای کلیدی در وسایل دستی، کنترلرهای فرایند، پنل های کنترل دسترسی، ارتباطات نظامی و سایر ادوات، کاربرد دارد. سایر گزینه ها، عبارتند از ترکیب دو بخش پلاستیکی و رابری با همدیگر.
مخلوط کردن، آلیاژسازی و ترکیب، از جمله راه کارهای مهم در تولید مواد و برطرف نمودن نیازها می باشد. این کار با افزودن انواع مختلف پرکننده ها و تقویت کننده ها، انجام می شود. مثلا می توان از الیاف شیشه به منظور ایجاد خواص ساختاری مناسب، در این مواد استفاده کرد. استفاده از پلیمرها در ساخت اجزای الکترونیکی، یک تجارت خاص و مختص گروه خاصی از شرکت ها، می باشد.

مواد رسانا

این نیاز وجود دارد که برخی اجزای الکترونیکی به صورت الکترواستاتیک یا الکترومغناطیس، غربال گری شوند و این مسئله در واقع می تواند از چند روش انجام شود مثلا استفاده از رنگ های رسانا، الکترولس، رسوب دهی تحت خلأ و یا استفاده از پوشش های فلزی. گزینه ی دیگر، تولید یک ترکیب می باشد که حاوی کربن بلک یا الیاف کربنی است. یک ترکیب اپتیکی این چنینی از لحاظ الکتریکی رساناست.
شرکت Cabot یکی دیگر از ترکیبات رسانا به نام Cabelec را به بازار ارائه کردند که در آن، کربن بلک، در زمینه ای رزینی از جنس پلی پروپیلن اصلاح شده، پراکنده شده است. خاصیت رسانایی دائمی و زیبایی آن، تحت تأثیر رطوبت و یا سایر شرایط محیط زیستی نیست. این ترکیب می تواند از طریق قالب گیری تزریقی، شکل دهی شود و بدین وسیله، اجزای مختلف تولید شود.
راه حل مورد استفاده بوسیله ی شرکت مهندسی پلاستیک LNP در مورد ایجاد یک ترکیب رسانا، در واقع استفااده از الیاف فولاد ضد زنگ می باشد. این ترکیب مقاومت در برابر آتش و عاری از مواد هالوژنی، موجب می شود تا حفاظت EMI خوبی در گستره ی 20 dB تا 60 dB ایجاد شود.
یکی دیگر از غربال گری های EMI، استفاده از پلیمرهای رسانای ذاتی (ICP)مانند پلی آنیلین و پلی پیرول است. این مواد موجب تولید کامپوزیت هایی می شود که ویژگی های قابل توجهی دارند. سایر پلیمرهای رسانا مانند پلی استیلن، پلی تیوفن و پلی – پی فنیلن می باشند. مزیت ICP ها عبارتند از مقاومت به خوردگی، وزن نسبتاً سبک، قابلیت فرآوری و رسانایی قابل تنظیم.
برخی کاربردهای این پلیمرها، استفاده از آنها در تولید چسب های رسانا می باشد.

افزودنی ها

یک استفاده ی نامتداول از افزودنی های با قابلیت بالقوه در بیمارستان ها و سایر محیط هایی که تمیزی حرف اول را می زند، استفاده از تکنولوژی ضد باکتری میکروبان (Microban antimicrobial technology) است. این تکنولوژی قابلیت کشتن انواع مختلف باکتری مانند باکتری های Staphylococcus aureus و Escherichia coli 0157 را دارا می باشد. آزمایش های انجام شده، نشان داده است که این تکنولوژی، قابلیت کشتن 99 % از میکروارگانیزم ها را دارا می باشد.
منبع این تکنولوژی جدید، در واقع MacDermid Autotype است که در آن، محافظت ضد میکروبی در لایه های پوشش سخت ایجاد شده است. این تکنولوژی قابلیت محافظت در صفحات نمایش مسطح سنتی، کی پدهای غشایی، صفحات نمایش لمسی و پانل های fascia، را ایجاد می کند. ساختار مورد استفاده از یک پایه ی پلی استری انعطاف پذیر، لایه های به هم چسبیده از جوهر، چاپ جوهر افشان و پوشش ایجاد شده از یک لایه ی سخت تشکیل شده است.
لایه ی سخت خراشیده می شود و عامل مقاوم در برابر عوامل شیمیایی به سهولت وارد بخش می شود. این مسئله می تواند به صورت انتخابی جلا داده شود و پنجره ها و یا اثرات گرافیکی خاص، ایجاد گردد. این لایه ها، به خودی خود، دارای شفافیت کل 92 % می باشند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Polymer in electronic/ Keith Cousins