يحتوي PPS على هيكل صلب متماثل وهو جزء من بوليمر بلوري يتكون من حلقات بنزين متكررة مستبدلة وذرات كبريت.
كبريتيد البوليفينيلين نوع جديد من اللدائن الهندسية الوظيفية. تحتوي جزيئاته على وحدات هيكلية متكررة من كبريتيد البارافينيلين، وتحتوي السلسلة الرئيسية للجزيء على كبريتيد الفينيلين. يتراوح وزنه الجزيئي بين 10,000 و50,000. كبريتيد البوليفينيلين بوليمر خطي أو متفرع، ليس له نقطة انصهار بلورية. يكون تركيبه خطيًا قبل الترابط المتقاطع، ثم يصبح صلبًا بالحرارة بعد الترابط المتقاطع. يمكن تليينه إلى حد ما عند تسخينه وتبريده بالكامل.
يُكثَّف بولي فينيلين كبريتيد من كبريتيد الصوديوم وثنائي كلورو البنزين في مذيب قطبي قوي. تشمل طرق الإنتاج طريقة مايكل، وطريقة التكثيف الذاتي للثيوفينات الهالوجينية، وطريقة التكثيف المتعدد بمحلول بولي هاليد عطري وكبريتيد فلز قلوي، وغيرها.
تبلغ الكثافة النسبية لكبريتيد البوليفينيلين 1.36، وهو عبارة عن مسحوق أبيض أو حبيبات صلبة وهشة، ذات تبلور عالٍ ولزوجة انصهار عالية. يتميز كبريتيد البوليفينيلين بنوعين من الوزن الجزيئي: وزن جزيئي منخفض ووزن جزيئي مرتفع. نظرًا لارتفاع معدل تدفق الانصهار، يصعب تشكيله مباشرةً، لذلك، بالإضافة إلى الرش، يجب أن تخضع طرق التشكيل الأخرى لقدر معين من الترابط المتقاطع أثناء التشكيل، ويجب خلط كمية معينة من الألياف الزجاجية أو الراتنج غير العضوي المستخدم في عمليات التشكيل بالحقن والقولبة والبثق في الحشوة. لا يتطلب كبريتيد البوليفينيلين عالي الوزن الجزيئي الترابط المتقاطع، ويمكن استخدامه مباشرةً في معالجة المنتجات البلاستيكية.
يتميز راتنج PPS بهيكل صلب متماثل، وهو جزء من بوليمر بلوري يتكون من حلقات بنزين متكررة مستبدلة بارا وذرات كبريت. يُعد PPS بلاستيكًا هندسيًا خاصًا يتميز بأداء عالٍ ودرجة انصهار عالية تصل إلى 280 درجة مئوية، ويمكن استخدامه كبديل للمعادن. يقع في قمة هرم أداء البوليمر، كما هو موضح في الشكل 1. ولهذا السبب، وبفضل الأداء الممتاز لراتنج PPS، فإنه يلبي المتطلبات المادية لمشاريع البلاستيك الهندسي المعقدة.
1. خصائص راتنجات بولي فينيلين كبريتيد عالية الأداء
1. راتنج PPS عالي الأداء هو بوليمر بلوري ذو صلابة عالية، تبلغ نسبة البلورات فيه حوالي 65%. يتميز بسرعة تبلور عالية، وسيولة جيدة، ودورة صب قصيرة.
٢. مقاومة ممتازة للحرارة. تتراوح درجة انصهاره بين ٢٧٥ و٢٩١ درجة مئوية، ودرجة حرارة تشوهه الحراري بين ١٣٥ درجة مئوية، ودرجة حرارة تشوهه الحراري بعد تقوية الألياف الزجاجية بين ٢٦٠ درجة مئوية. في الهواء والنيتروجين، تبلغ درجة الحرارة الابتدائية ودرجة حرارة الضعف لكبريتيد البوليفينيلين حوالي ٤٠٠ درجة مئوية، ويتحلل في الهواء عند ٧٠٠ درجة مئوية، ويحتفظ بنسبة ٤٠٪ من وزنه في غاز خامل عند ١٠٠٠ درجة مئوية. تتراوح درجة حرارة الاستخدام طويل الأمد بين ٢٠٠ و٢٤٠ درجة مئوية، وتتفوق مقاومته الحرارية لحاجز الغاز واستقراره الحراري طويل الأمد على جميع المواد البلاستيكية الهندسية الحالية.
٣. يتميز بخصائص ميكانيكية ممتازة، وصلابة عالية جدًا، وصلابة سطحية عالية، وانخفاض طفيف في الصلابة في ظروف الرطوبة العالية، ومقاومة ممتازة للزحف والتعب والتآكل. يمكن تحسين مقاومته للتآكل عن طريق ملء مواد التشحيم مثل الفلوروريسين وألياف الكربون، مما يُحسّنه بشكل كبير.
٤. يتميز بمقاومة ممتازة للتآكل والتفاعلات الكيميائية. بالإضافة إلى أحماض الأكسدة القوية (مثل حمض الكبريتيك المركز وحمض النيتريك، إلخ)، فإنه يتحمل أيضًا تآكل الأحماض والقلويات والأملاح الأخرى، وهو غير قابل للذوبان في أي مذيب عضوي تحت ٢٠٠ درجة مئوية. مقاومته للتآكل تعادل تقريبًا مقاومة بولي تترافلوروإيثيلين. بالإضافة إلى ذلك، يتميز PPS بمقاومة جيدة للعوامل الجوية والإشعاع، ولا يتأثر أداؤه بالإشعاعات القوية المتعددة للأشعة فوق البنفسجية وأشعة جاما والإشعاع النيوتروني.
5. يتميز بمعدل امتصاص منخفض للماء والزيت (0.008%). انكماش القالب ومعامل التمدد الخطي صغيران، مما يجعل المنتج ثابتًا في الأبعاد وذو تشوه منخفض، ويحافظ على ثبات أبعاده حتى في البيئات الرطبة والزيتية والغازية المسببة للتآكل، مما يجعله مناسبًا للتشكيل الدقيق.
٦. خصائص كهربائية ممتازة. يتميز راتنج PPS عالي الأداء بتغير طفيف في مقاومته الحجمية عند درجات الحرارة والرطوبة العاليتين، كما أن ثابته العازل لا يتغير إلا قليلاً مع درجة الحرارة والتردد. بالإضافة إلى ذلك، يتميز بانخفاض نسبة الشوائب الأيونية، ويمكن غمره في حمام لحام عند درجة حرارة ٢٦٠ درجة مئوية، مما يجعله مقاومًا للصدمات الحرارية السطحية للمكونات الإلكترونية، وهو مناسب للمنتجات ذات المتطلبات الكهربائية العالية جدًا. يتميز بمقاومته العالية وخواصه العازلة المنخفضة.
٧. يتميز راتنج PPS عالي الأداء بلزوجة انصهار منخفضة للغاية وسيولة جيدة. يسهل تبليله وملامسته للألياف الزجاجية، مما يسهل تعبئته. تتميز حبيبات التشكيل بالحقن المقواة بألياف زجاجية أو ألياف زجاجية غير عضوية، المُحضرة باستخدامه، بمقاومة عالية للصدمات والانحناء والمرونة.
8. يتمتع راتنج PPS عالي الأداء بقوة التصاق عالية جدًا بالزجاج والألمنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ وما إلى ذلك. وتكون قوة التصاقه بالزجاج أكبر من قوة التصاقه بالزجاج.
2. نظرة عامة على أنواع البلاستيك الهندسي
البلاستيك الهندسي هو نوع من المواد البلاستيكية التي تتحمل الضغط الميكانيكي لفترات طويلة كمواد إنشائية، ويمكن استخدامها في نطاق واسع من درجات الحرارة وفي بيئات كيميائية وفيزيائية قاسية. بالمقارنة مع البلاستيك العادي، يتميز البلاستيك الهندسي بخصائص ميكانيكية وكهربائية وكيميائية ومقاومة للحرارة ومقاومة للتآكل وثبات أبعاد أفضل، بالإضافة إلى ذلك، يتميز بوزنه الخفيف وسهولة استخدامه في تصميم المنتجات المعقدة، وانخفاض استهلاكه للطاقة أثناء التشكيل، وغيرها من المزايا. يُستخدم البلاستيك الهندسي على نطاق واسع في القطاعات الصناعية مثل الإلكترونيات والبناء والسيارات والآلات والفضاء. ويُصنف البلاستيك الهندسي إلى فئتين: البلاستيك الهندسي للأغراض العامة والبلاستيك الهندسي للأغراض الخاصة، وذلك وفقًا للكمية والأداء ونطاق التطبيق.
من بينها، تشمل المواد البلاستيكية الهندسية العامة بشكل أساسي النايلون (PA)، والبولي كربونات (PC)، والبولي أوكسي ميثيلين (POM)، والبولي بوتيلين تيريفثالات (PBT)، وأكسيد البولي فينيلين (PPO)، وما إلى ذلك. يعد البولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA) تطبيقًا بلاستيكيًا سريع النمو.
3. استخدام راتنج PPS عالي الأداء في البلاستيك الهندسي
باعتبارها مادة بلاستيكية هندسية، تتمتع مواد صب PPS بالعديد من الخصائص الممتازة ويمكنها استبدال المعادن والراتنجات الحرارية الصلبة وما إلى ذلك، وتستخدم على نطاق واسع في مختلف المجالات لهذا السبب.
(1) تطبيق على قطع غيار السيارات
يُعد استخدام قطع غيار السيارات المجال الأكثر استخدامًا لـ PPS في المستقبل. كما هو موضح في الشكل 2، يُستخدم PPS في مكونات وحدة القيادة الكهربائية. ولأن PPS يتميز بمقاومة ممتازة للحرارة المستمرة، ومقاومة للمواد الكيميائية (البنزين، زيت المحرك، إلخ)،
في الوقت الحالي، بالإضافة إلى إمكانية استبدال PPS بالأجزاء المعدنية والراتنجات الفينولية المستخدمة سابقًا، يتزايد استخدام PPS في الأجزاء الجديدة، لا سيما في أجزاء القيادة والفرامل والوقود والإضاءة والتبريد في الآلات المرتبطة بالمحركات، بالإضافة إلى أجزاء التحكم التي تتحكم بهذه الآلات.
(2) التطبيق على المرافق السكنية/OA/المعدات الدقيقة
يُستخدم "PPS فائق الصلابة (40% GF)" بكثرة في المعدات المتعلقة بالمياه، مثل سخانات المياه المنزلية. ويرجع ذلك إلى أن "PPS فائق الصلابة (40% GF)" لا يتميز فقط بمقاومة الماء الساخن التي تتمتع بها PPS، بل يتميز أيضًا بمقاومة الضغط والمتانة العالية. وهو يحل تدريجيًا محل المواد المعدنية ومواد معدات الوقاية الشخصية المشوهة التي كان يمثلها النحاس الأصفر سابقًا.
"PPS مُعدّل (30%GF)"، يتميز بدقة أبعاد جيدة بفضل بلوريته المنخفضة، وهو مناسب لأجزاء المعدات الدقيقة. وفي الوقت نفسه، بفضل خصائصه الممتازة في انخفاض الاحتكاك والتآكل، فهو مناسب للمشاريع ذات المتطلبات الخاصة لخصائص الانزلاق، مثل التروس والمحامل.
في آلات النسخ والطابعات الليزرية، وغيرها، يُستخدم البولي بروبيلين (PPS) بكثرة ليس فقط لخصائصه المقاومة للحرارة والتثبيت، بل أيضًا في أنواع خاصة أخرى، مثل التروس أو المحامل المنزلقة، وتوصيل الكهرباء. ومن بين هذه التطبيقات، استخدام البولي بروبيلين في المرافق السكنية/الزراعة العضوية/المعدات الدقيقة.
(3) التطبيق على المكونات الكهربائية/الإلكترونية
بالإضافة إلى مقاومتها العالية للحرارة، ودقة صبها، وثبات أبعادها في عملية SMT، تتميز مادة PPS أيضًا بمقاومة عالية للهب تصل إلى UL-94V-0 دون الحاجة إلى إضافة مثبطات لهب. تُعتبر هذه الخصائص أفضل مواد صب للأجزاء الكهربائية/الإلكترونية، ممثلةً بالموصلات. تُستخدم بشكل رئيسي مادة PPS المقواة/غير المقواة المتشابكة بألياف زجاجية، والمادة الخطية منخفضة النتوءات PPS، التي تتمتع بخصائص PPS العامة وقابلية تشكيل مناسبة، وهي مناسبة للمنتجات المصبوبة المتطورة والمعقدة مثل الموصلات.
بالإضافة إلى ذلك، تُعدّ مواد PPS المتشابكة المملوءة بألياف زجاجية/معدنية، ومواد PPS الخطية، مناسبةً لأجهزة قياس الذبذبات البصرية، مثل متطلبات الاستقرار والصلابة البعدية. كما تُعدّ مواد PPS القابلة للتشكيل تحت ضغط منخفض للغاية مناسبةً لعزل الملفات الدقيقة والمكونات الإلكترونية.
(4) التطبيق في صناعة الآلات والصناعة الكيميائية
في السنوات الأخيرة، تم تعديل PPS كيميائيًا وخلطه مع الألياف الزجاجية أو الحشو المعدني أو ألياف الكربون لتشكيل مادة مركبة، والتي تستخدم أيضًا على نطاق واسع في صناعة الآلات والصناعة الكيميائية.
(5) التطبيقات في مجال بطاريات الليثيوم
بطارية الليثيوم هي بطارية تحتوي على الليثيوم في النظام الكهروكيميائي. ونظرًا للخصائص الكيميائية النشطة نسبيًا لمعدن الليثيوم، فإن المتطلبات البيئية لمعالجته عالية جدًا، ولذلك لم تُستخدم بطاريات الليثيوم على نطاق واسع. مع بزوغ عصر المعلومات، تطورت تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة التي تتميز بصغر الحجم وخفة الوزن والموثوقية العالية وسرعة العمل. ومع تزايد المعدات الصغيرة والمتطورة، تتزايد أيضًا متطلبات البطاريات. دخلت بطاريات الليثيوم مرحلة الاستخدام الواسع. يتميز كبريتيد البوليفينيلين (PPS) بمقاومة ممتازة للحرارة والعزل وخصائص كهربائية وغيرها من الخصائص، مما يلبي متطلبات المواد المستخدمة في مجال بطاريات الليثيوم، ويُعتبر الرفيق المثالي لبطاريات الليثيوم.
(6) التطبيق في مجال حماية البيئة
المصادر الرئيسية لانبعاثات غازات النفايات وغبار النفايات هي مصانع الحديد والصلب، ومحارق النفايات، ومحطات الطاقة الحرارية، ومصانع الأسمنت، ومصانع الكربون الأسود، وغيرها. يواجه غازات النفايات وغبار النفايات الناتجان مشاكل مثل ارتفاع درجة الحرارة والرطوبة والتآكل، مما يتطلب استخدام مواد لإزالة الغبار تتمتع بمقاومة عالية لدرجات الحرارة العالية والتآكل.
تتميز ألياف البولي بروبيلين (PPS) بثبات حراري عالي، ويمكن استخدامها بشكل مستمر عند درجة حرارة تتراوح بين 200 و240 درجة مئوية. حتى عند تعرضها لدرجة حرارة عالية تبلغ 260 درجة مئوية لمدة 1000 ساعة، فإنها تحافظ على 60% من قوتها. تُضاهي مقاومة التآكل لألياف البولي بروبيلين (PPS) مقاومة البولي تترافلوروإيثيلين، المعروف بـ"ملك البلاستيك". أما من حيث مقاومة اللهب، فإن منتجات ألياف البولي بروبيلين (PPS) غير قابلة للاشتعال، وتتوافق مع معيار UL-94V-0 دون إضافة مثبطات لهب. لذلك، فإن استخدام منتجات ألياف البولي بروبيلين (PPS) في المجالات المذكورة أعلاه يُحسّن بشكل كبير من عمر خدمة معدات إزالة الغبار. ومن بين هذه المنتجات، يُعد كيس فلتر الغبار المنتج الأكثر استخدامًا.
يستخدم راتنج كبريتيد البولي فينيلين عالي الأداء على نطاق واسع في مشاريع البلاستيك الهندسية مثل الأجهزة الإلكترونية والبناء والسيارات والآلات والفضاء وغيرها من الصناعات، ولكن يجب الانتباه إلى الجوانب التالية عند إجراء عمليات صب PPS:
(1) التجفيف المسبق. تحدث تغيرات في اللون والسيولة عند تجفيف الحبيبات بدرجة حرارة عالية جدًا أو تجفيفها لفترة أطول من اللازم.
(2) اضبط درجة حرارة البرميل. عادةً ما تكون درجة حرارة البرميل المعقولة بين 300 و340 درجة مئوية، ولا تتجاوز 350 درجة مئوية، خاصةً للمنتجات الممزوجة بـ PTFE (الفلورو راتنج). تتراوح درجة الحرارة بين 290 و320 درجة مئوية، ولا تتجاوز 330 درجة مئوية.
(3) مدة البقاء في البرميل. عادةً، يتم ضبطها خلال 60 دقيقة عند 300 درجة مئوية، وخلال 30 دقيقة عند 320 درجة مئوية.
(4) في حالة تحلل الراتنج أو ما شابه، من الضروري خفض درجة حرارة البرميل لتفريغ الراتنج المتبقي فيه. عند توقف عملية التشكيل، يُرجى إيقاف تشغيل السخان بعد تفريغ الراتنج المتبقي في الأسطوانة.
