معرفی رزین پلی استال (POM) یا استال

معرفی رزین پلی استال (POM) یا استال

پلی استال و یا استال از لحاظ شیمیایی و تجاری با نامهای به عنوان پلی اکسی متیلن (POM) و یا پلی‌فرمالدئید شناخته می‏شود و به طور کلی دو گونه پلی استال از لحاظ تجاری به صورت گونه‏های هموپلیمر و کوپلیمر وجود دارد.

همو پلی استال از طریق پلیمریزاسیون فرمالدئید بدون آب تولید شده که طی این واکنش منومر‏های تکراری اکسی‌متیلن (O_۲CH) حاصل می‏گردند. همو پلی استال در واقع خواص مکانیکی و شیمیایی بهتری نسبت به نوع کوپلیمر دارا می‏باشد.

کو پلی استال از طریق کوپلیمریزاسیون تری اکسان (منومر سه‏گانه سیکلی فرمالدئید) با یک اتر سیکلی مانند اتوکسی یا اتر اکسی آلکن حاصل شده باعث تشکیل زنجیره پلیمری حاوی اکسی متیلن O)_۲CH) یا اکسی‌اتیلن (O-_۲CH-_۲CH) می‏گردد. کوپلیمر‏های پلی استال زمان ماندگاری، خواص مکانیکی دراز‏‏‏مدت و مقاومت شیمیایی و سایشی بهتری نسبت به نوع همو دارند و در برابر حرارت نیز پایداری قابل توجهی از خود نشان می‏دهند. مناسب پلی‌استان از افزودنی‌های خاصی همراه با پلی استان استفاده شده تا از اکسیداسیون حرارتی آن جلوگیری شود.

رزین‏های پلی استال و یا پلی اکسی متیلن (POM) برای نخستین بار بوسیله شرکت Dupont در سال ۱۹۶۰ و تحت عنوان نام تجارتی Delrin به بازار عرضه شد. Delrin در واقع یک هموپلی استال می‏باشد که از تکرار واحدهای اکسی متیلن(پلی فرمالدئید) حاصل می‏گردد. در سال ۱۹۶۱ شرکت هوخستCelanese یک کوپلیمر رزین پلی استال را با نام تجاری Celcon به بازار عرضه کرد که بر مبنای وجود ۵% وزنی اکسی اتیلن در زنجیره‏ پلیمری اکسی متیلن تولید گردید. در سال ۱۹۷۱، پلی استال Ultraform توسط شرکتی با سرمایه‏گذاری مشترک  BASFو Degussa بر مبنای منومرهای اکسی اتیلن و اکسی بوتیلن به صورت کو پلی استال به بازار عرضه شد. رزین پلی‌استال در واقع پلیمر بسیاری بلوری کرده که در گروه پلاستیکهای سخت و دارای استحکام و پایداری مناسب طبقه‏بندی می‏گردد. علاوه بر این، رزین‏های پلی استال خواص روان‏کنندگی خوبی تحت شرایط محیطی با حرارت و رطوبت متفاوت از خود نشان داده و همچنین مقاومت شیمیایی خوبی نسبت به اغلب حلال‏ها دارا می‏باشند.

رزین پلی استال به عنوان یک رزین مهندسی ترموپلاستیک به لحاظ خواص مکانیکی مطلوب و قیمت پایین، جایگزین بسیار مناسبی برای فلزات می‏باشد و از این رو در بسیاری موارد مانند قطعات فلزی با جنس روی، برنج، آلومینیوم و فولاد این جایگزین اتفاق افتاده است. نمونه خواص عمومی و مکانیکی رزین‏های پلی استال در جدول (۱-۱) آورده شده است:

خواص رزین‏های پلی استال

همانگونه که عنوان گردید، رزین‏های پلی استال از لحاظ کلی به دو دسته هموپلیمر و کوپلیمر تقسیم می‏شود. رزین‏های پلی استال همو وکو در حدود ۸۵% از مصرف عمومی رزین‏های پلی استال را دربرگرفته، در حالیکه ۱۵% مابقی مربوط به انواع خاص و پرشده رزین‏های کوپلیمر می‏باشد.

به طور کلی، پلی‌استال هموپلیمر دارای استحکام کششی ‏بالاتر، مقاومت سایشی حرارتی بهتر بوده، در حالیکه پلی‌استال کوپلیمر دارای وضعیت عملیاتی وسیعتر، خواص جریانی بهتر و مقاومت شیمیایی مناسبتر می‏باشد. به هر حال پیشرفت‏های فناوری رزین پلی استال عمدتاً بر روی هموپلیمر به منظور بهینه‌سازی فرآیندپذیری آن و بر روی کوپلیمر برای بهبود خواص مکانیکی آن بوده است.  انواع گونه‏های مختلف رزین‏  پلی استال کوپلیمر عرضه شده که توسط تولیدکنندگان جهانی به شرح ذیل می‏باشند:

– پر شده با الیاف شیشه

– پرشده با مواد معدنی

– کم سایش و کم اصطکاک

– پایدار شده در برابر اشعه ماوراء بنفش

– آنتی استاتیک و هادی الکتریسیته

– تقویت شده

– قابل ورقه شدن برای کاربرد در الکترود

افزودن الیاف شیشه به پلی استال باعث تقویت استحکام کششی آن می‏گردد. درحدود ۱۲ تا ۱۵% سهم بازار جهانی از مصرف رزین‏های پلی استال به نوع پرشده یا تقویت شده آن مربوط می‏گردد به منظور دستیابی به پلی استال کم سایش، از پلی تترافلورو اتیلن (PTFE)، روغن سیلیکون و یا دی سولفیدمولیبدن در فرمولاسیون کو پلی استال تولیدی استفاده می‏شود. این نوع پلی استال کم سایش در ساخت بوش‏ها و بلبرینگ‏ها به‏‏کار رفته که در حدود ۴۰% از سهم بازار جهانی این نوع کاربردها را به خود اختصاص داده است.

پلی استال مقاوم در برابر اشعهUV  ( جهت تولید قطعات در معرض نور خورشید) در صنایع خودروسازی، آبیاری، لوله‏کشی و لوازم ورزشی با سهم بازار جهانی حدود ۵% به کار برده می‌شود. پلی استال هادی الکتریسیته در صنایع الکترونیکی و به منظور محافظت اجزا حساس در برابر الکتریسیته ساکن با سهم بازار جهانی حدود ۵% به کار برده می‌شود. عمده پیشرفت فنی در زمینه رزین‏های پلی استال کوپلیمر در دهه اخیر، پیرامون بهبود خواص الاستومری و اصلاح شده آن بوده که در نتیجه منجر به تولید پلی استال‏های جدید از طریق ادغام با الاستومرهای ترموپلاستیک مانند پلی یورتان با پلی استال گردیده است.

 معرفی کاربردهای جهانی پلی استال

 کاربردهای صنعتی

استفاده از رزینهای پلی‌استال در کاربردهای صنعتی، بسیار گسترده می‌باشد ( ۱۳% از کل تقاضای جهانی در سال ۲۰۰۴). پلی‌استالها می‏توانند در موارد لغزندگی یا چرخش،که عواملی چون: لیزی، مقاومت سایشی، سفتی و پایداری ابعادی اجزاء مکانیکی، از عوامل مهم در عملکرد ماشین می‏باشند، کاربرد صنعتی داشته باشند. اکثر این اجزاء، قالبگیری تزریقی شده، اگر چه می‏توانند به صورت دمشی قالبگیری و یا اکسترود شوند.

دنده‏ها، دندانها، یاتاقانها، اهرمها، قرقره‏ها، چرخ دنده‏ها، بوشها، نمونه‏هایی از کاربرد صنعتی رزینهای پلی‌استال می‏باشند. پلی استالها، مواد تحمل پذیر خوبی می‏باشند که در مقایسه با فلزات یا نایلونها، ضریب اصطکـــاک کمتـری دارند. برخی گونه‏های خاص آنها، با افـزایش تترافلوئـور و اتیلـــن (TFE) سیلیـکون و روان کننده‏های شیمیایی دیگر، خاصیت لیزی بیشتری از خود نشان می‏دهند.

در برخی کاربردهای صنعتی،رزینهای پلی استال با رزین‏های پلی استر و نایلونها، رقابت می‏کنند. مقاومت در برابر هیدرولیز شدن، در پلی استالها بهتر از نایلونها است و لذا در دستگاهها و ماشینهای محصولات غذایی و لبنی، در جایی که استریلیزه کردن تجهیزات با بخار صورت می‏گیرد، کاربردهای وسیعی دارند. در کاربردهای دیگر صنعتی، پلی استالها بخاطر مقاومت در برابر برخی مواد، مثل مواد نفتی، سوختها یا حلالهای الکلی، استفاده می‏کردند. استالها، در برخی شرایط دشوار خواص خود را حفظ کرده و برای دوره‏های طولانی، نسبت به رزین‏های مهندسی دیگر کارایی بهتری دارند. پلی استالها، در برابر خستگی بسیار مقاوم بوده و در کاربردهای مکانیکی که برای دوره‏های طولانی از زمان، به خاصیت ارتجاعی بالا نیاز دارند، بسیار برتر از نایلونها و پلی استرها عمل می‏کنند. در کاربردهای دیگر، مقاومت بالا در برابر فرسودگی ، اطمینان و سهولت  به کارگیری پلی استال را نزد تولیدکنندگان باعث شده است.

یکی از کاربردهای صنعتی مهم برای پلی استالها، سیستم‏های نقاله و حمل ونقل مواد است. اتصالات زنجیر و نیز غلتکهای نقاله‏ها که از پلی استال ساخته شده‏اند، دوام بهتری نسبت به نوع فلزی خود داشته و نیز خورندگی ندارند و می‏توانند برای جلوگیری از نشست گرد و غبار، بصورت آنتی استاتیک ساخته شوند. این سیستم‏ها بخاطرکاهش وزن تسمه نقاله‏ها، نیاز به انرژی کمتری دارند .پلی استالها در شیرهای اندازه گیری دقیق، مانند دبی سنجهای پمپ بنزین و دبی سنجهای آب بکار می‏روند. برخی از اجزاء پمپها که در آب غوطه ورند، از پلی استال ساخته می‏شوند. برخی از نمونه‏های صنعتی دیگر شامل: مته‏های اختلاط شیمیایی، قالب پرس سوسیس، سخت افزارهای داربستها، باتوم پلیس و مخازن شیر می‏باشند. در طول ۵ سال آینده، رشد کاربردهای صنعتی با نرخ ۵% در سال، افزایش خواهد یافت. این پیش بینی بر پایه رشد مورد نظر در بخش صنعتی آمریکا است.

بخش خودرو

۲۴% کل تقاضای جهانی رزینهای پلی استال در سال ۲۰۰۴ در قطعات خودرو نظیر اجزاء الکتریکی، اجزاء سیستم سوخت، و اجزاء مکانیکی کوچک مصرف گردید. جدول (۱-۲) یک طبقه بندی از الگوی مصرف نهایی آن در ایالات متحده را ارائه می‏دهد:

میزان مصرف رزینهای پلی استال در صنعت خودروی آمریکا در سال ۲۰۰۴ (درصد)

منبع: برآورد CEH در سال ۲۰۰۵

اگر چه امروزه، رزینهای پلی استال کمتر از ۳ % پلاستیکهای بکار رفته در خودرو می‏باشند، اما در سال ۲۰۰۴، صنعت خودرو ، ۲۴% کل تقاضای جهانی پلی استال را در بر داشت. برخی از انواع خاص (مانند قطعاتی که قابلیت آبکاری داشته، مقاوم در برابر آب و هوا، بسیار چقرمه و تقویت شده در برابر ضربه می‏باشند) برای مصرف در قسمتهای داخلی خودرو گسترش یافته‏اند.

در مقایسه با دیگر ترموپلاستیکها (نظیر: پلی اولفین‏ها- پلی کربنات‏ها- پلی استر‏ها و نایلونها)، پلی استالها، همچنان مقدار کمتری از کل وزن پلاستیکهای بکار رفته در خودروهای جدید را  شامل میشوند، که این مقدار تقریباً ۸ پوند (۶/۳ کیلوگرم) برای هر خودروی جدید درآمریکا و اروپای غربی می‏باشد. پلی استالها بخاطر مقاومت گرمایی و رنگ پذیری نسبتا پائین و نیز هزینه زیاد، در قسمتهای حجیم و بزرگ خارجی خودرو، استفاده نمی‏شوند، اما در چندین کاربرد مکانیکی کوچک استفاده می‏گردند. نایلونهای تقویت شده و رزین‏های مهندسی پلی استر ترموپلاستیک از رزینهای عمده جایگزین شده بجای فلز روی ریخته‏گری شده با قالب، می‏باشند که در دستگیره درب و شیشه بازکن پنجره‏ها بکار می‏روند، اما انتظار می‏رود که رزینهای پلی استال همچنان، یک سهم بزرگتر از بازار را به خود اختصاص دهند. پلی استالها به تنهایی یا همراه با نایلونها برای حرکت دادن قسمتهای شیشه بازکن پنجره که نیاز به روغن کاری ندارند، بکار می‏روند. خواص مکانیکی عالی، دوام و ضریب اصطکاک کم از مهمترین دلایل استفاده پلی‌استالها در برف پاکن شیشه جلوی خودرو و نیز مکانیزم بالا و پایین بردن شیشه پنجره، می‏باشند. مکانیزم‏های جابجایی شیشه پنجره با فولاد سنگین، که نصب آن پیچیده می‏باشد با مکانیزم‏های پلاستیکی سبکتر و آسانتر جایگزین می‏شوند. برای این جایگزینی، نایلونها، و پلی استالها با هم رقابت می‏کنند. در مکانیزم‏های برف پاکن، پلی‌استالها با نایلونها در رقابت می‏باشند. اگر چه پیش بینی می‏شود، بازار این دو رزین توسط رزینهای پلی استر، که قابلیت دفع گرمای بیشتری را دارند، محدود شود. رزینهای پلی استال استفاده شده در کاربردهای داخلی و خارجی خودرو، تحت تاثیر نامطلوب اشعه فرابنفش (uv) قرار می‏گیرند که باعث سفید شدن، شکاف، تورم و خواص نامطلوب دیگر می‏شود. رزین‏های تقویت شده در برابر ضربه و نیز پایداری در مقابل uv، برای استفاده در دستگیره‏های درب، شیشه بازکن پنجره، قلاب کمر بند ایمنی و نیز گیره کمر بند و سایرسخت افزارهای داخلی و خارجی، بکار می‏روند. رزین‏های پلی استال از مقاومت بسیار عالی در برابر روغن و سوخت بر خوردارند و لذا در اجزاء سیستم سوخت بکار می‏روند که شامل، ساختن بدنه پمپهای سوخت، فیلتر‏ها و همزنها، شیرهای rollover، اجزای داخلی تانکها (مخزن‏های ذخیره، اتاقکها و فرستنده‏ها) و کلاهک گاز در اجزای بازیافت بخار در on-board، پلی‌استالها رشد چشمگیری دارند. دیگر کاربردهای این ماده شامل بخش‏های مختلف کلید برق، بست‏ها، خارها، جعبه آینه، اجزاء فن صفحات گرم کن خودرو، خارهای میل تعادل فرمان و جعبه‏های کنترل می‏شود.

در شبکه‏های بلندگو قطعات تزریقی پلی استال جایگزین شبکه‏های فلزی با وزنی دو برابر نوع پلاستیکی آن، شده‏اند. پلی استال تطابق رنگ پذیری نسبتا خوبی در محصولات تزریقی داشته در حالیکه قطعات پلی کربناتی نیاز به رنگ کاری دارند. همچنین پلی استال ضربه پذیری و انعطاف خوبی از خود نشان می‏دهد.

پلی استال به عنوان اولین اتصالات سیستم تعلیق پلاستیکی در خودروهای تولیدی در آمریکای شمالی و اروپای غربی و آسیا ، از سال ۱۹۹۳ بجای فولاد بکار گرفته شده است. این اتصالات (به ازای هر خودرو، ۲ اتصال) در حدود ۷۰۰ گرم پلی استال در هر خودرو مصرف می‏کنند. که این جایگزینی، خود باعث کاهش هزینه‏های مونتاژ و تولید قطعه و همچنین حذف سیستم  رنگ کاری قطعه می‏گردد.

رشد مصرف پلی استال در این صنعت (خودرو)، به رشد این صنعت نیز بستگی خواهد داشت، همانطوریکه به ادامه جایگزینی آن بجای بخشهای فلزی نیز بستگی دارد. بکارگیری پلی استال در سیستمهای سوخت، قسمت داخلی و نیز شاسی خودرو، بخشی است که بیشترین رشد را دراین بازار دارد.

 لوازم خانگی و مصرفی

در لوازم خانگی و مصرفی، تنوع گسترده‏ای از رزینهای پلی استال وجود دارد.. طبقه بندی از مصارف نهایی در جدول زیر آمده است:

 میزان مصرف رزینهای پلی استال در لوازم خانگی و مصرفی در آمریکا- ۲۰۰۴

منبع: برآورد CEH و نشریات جهانی معتبر

بطور عمده رزینهای مورد نظر در این مقوله، در ساخت کاستهای صوتی و ویدیویی (Platforms و توپی قرقره‏های کاست) بکار میرود. امروزه، بزرگترین بخش از کالاهای مصرفی پلی‌استالها وسایل کوچکی چون همزنها و  مخلوط کن‏ها می‏باشند.

لوازم ورزشی شامل قطعاتی از چوبهای اسکی روی آب و برف، تخته اسکی، قایقهای بادی و تخته‏های موج سواری روی آب، اجزاء تفنگ و ملزومات فرعی آن، در تجهیزات صخره نوردی و گیره‏ها و قلاب‏های بکار رفته در کوله پشتـی‏ها، می‏باشند. در وسایل خانگی کاسه‏ها، لوازم آشپزخانه، دسته چاقو و اسبابهای کنترل زمانی دما، را می‎توان نام برد. دیگرکاربردهای رزین‏های پلی استال در کالاهای مصرفی برای مواردی چون چرخ دنده‏های ریز ساعت ، زیپ‏ها و گیره‏ها می‏باشد.

 لوله کشی و آبیاری

پلی استالها بخاطر مقاومت طولانی در معرض آب داغ، خواص مکانیکی و ظاهر شفاف یکی از انتخاب‏های رزین‏های مهندسی در کاربردهای لوله کشی است. این رزین‏ها همچنین در شناورهای ثابت نگهدارنده سطح آب، سر دوشها، مکانیزم شیرهایی که آب سرد و گرم را مخلوط می‏کنند و مکانیزم قطع و وصل در شیرها استفاده می‏شوند. آنها همچنین برای اتصال لوله‏های پلی بوتادین نیز بکار می‏روند. بدلایل مشابه، پلی استالها بطور وسیعی برای سیستمهای آبیاری کشاورزی و سیستمهای آب  پاشی چمن بکار می‏روند. در این مورد از مصرف نهایی، پلی استال در رقابت با برنج قرار می‏گیرد. اجزاء پلی استال بخاطر عدم خوردگی و نیز عدم نیاز به تعمیر و راه اندازی مجدد برای زمانهای طولانی، در حال جایگزینی بجای برنج می‏باشند. در تولید برنج، از سرب به عنوان ماده روان کننده در موقع بریدن مفتول‏های نازک، به میله‏های برنجی استفاده می‏شود. بحث آلایندگی سرب در آب آشامیدنی هنوز هیچ جایگزینی را در بر نداشته است. به هر شکلی اگر این بحث آلایندگی بطور جدی در مجامع عمومی دنبال شود مصرف پلی استال بعنوان یک جایگزین مناسب به سرعت مطرح خواهد شد.

قطعات و ابزار صنعتی

رزین پلی‌استال بطور گسترده‏ای در وسایل و ابزار صنعتی، توپی (چرخها)، یاتاقانها، یراق و فنرها و دیگر اجزاء مکانیکی بکار می‏روند. اغلب، یک سری از اجزاء فلزی، توسط یک قطعهء چند کاره از پلی‌استال جایگزین می‏شوند. این رزینها در ماشین‏های لباسشویی و خشک کن‏های لباس، وسایل آشپزخانه و پنکه‏ها استفاده می‏شوند. کاربرد آنها در ابزار‏ها شامل اجزای اسپری رنگ و ابزارهای باغبانی می‏باشد.

 برق و الکترونیک

پلی استال در این بازار، عمدتا در سه بخش استفاده می‏گردند:

۱- چرخهای ضامن دار داخلی، دنده‏ها و قسمتهای متحرک دیگر

۲- دکمه‏های فشاری صفحه کلید

۳- کلیدها

کاربردها شامل: تلفن ها، ماشینهای اداری، چاپگرهای کامپیوتر، پلاترها و ابزارهای دقیق می‏باشند. کاست‏های نواری ذخیرهء کامپیوتری، مثل ویدئو کاست‏ها از پلی‌استال به عنوان یاتاقان در اجـــزای قرقرهای استفاده می‏کنند. مـصرف پلی استال در این کاربرد، همراه با افزایش تقاضا برای ویدئو‏ها و دوربین‏های ویدئویی، افزایش خواهد یافت.

 سایر کاربرد ها

مصارف دیگر رزینهای پلی استال شامل قطعات اکستروژنی نظیر صفحه، میله و لوله و کاربردهای جزئی دیگر است. همچنین، رزینهای پلی استال در محصولات پزشکی نظیر دستگاههای تنظیم ضربان قلب، شیرهای قلب مصنوعی و اجزاء مصنوعی دست و پا کاربرد دارد، اگر چه تعدادی از تولیدکنندگان بخاطر سوء استفاده‏های شخصی، پلی استال را برای مصارف پزشکی تولید نمی‏کنند.

 معرفی انواع گرید رزین‏های پلی استال تولیدی

در جدول زیر مشخصات مربوط به پرمصرف‏ترین انواع گریدهای پلی استال ۶ شرکت مطرح جهان و به خصوص در آسیا آورده شده است.

 معرفی گریدهای پلی استال در جهان

GP=General Purpose

WR=Weather Resistant

HV= High Viscosity

HF= High Flow

در بخش مقالات به معرفی دسته ای از محصولات  شیمیایی پرداخته شده است.شایان ذکر است محصولات نام برده شده شامل مطالعات امکانسنجی می باشد. در گزارشات امکانسجی به وضعیت بازار،فرایندهای تولید و اطلاعات سرمایه‌گذاری مورد نیاز پرداخته شده  که تمامی این اطلاعات قابل ارائه به مشتریان می باشد.

این مقالات توسط شرکت آلما شیمی پاسارگاد برای شما تهیه شده است.