مقاومة الصدمات لحبيبات البولي بروبيلين (PP) والأكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) المعاد تدويرها – السلامة، الاختبارات، والأداء في التطبيقات العملية
مصد سيارة يتكسر بشكل هش عند صدمة طفيفة، أنبوب يتعرض للتلف أثناء التركيب، أو مكون بلاستيكي يتصرف بشكل غير متوقع عند درجات الحرارة المنخفضة—هذه مشكلات يواجهها المستخدمون النهائيون أكثر مما يُفترض عادةً. في مثل هذه الحالات، المعلمة المادية الرئيسية هي مقاومة الصدمات، والتي تُعرَّف بأنها قدرة البوليمر على امتصاص طاقة الصدمة دون حدوث فشل هش مفاجئ.
في الوقت نفسه، يزداد عدد المكونات المستخدمة في المركبات وغيرها من المنتجات التقنية التي تُصنع الآن من مواد معاد تدويرها. بالنسبة للمستخدمين النهائيين، يثير ذلك تساؤلات حول السلامة والمتانة، بينما يخلق للمنتجين والمعالجين الحاجة إلى الاختبار المناسب والسيطرة على مقاومة الصدمات للـ regranulate، حتى يؤدي المادة وظيفتها وفقًا لمتطلبات التطبيق.
في الجزء اللاحق من هذا المقال، أنتقل إلى الجوانب التقنية ذات الصلة بمنتجي ومصنعي المواد المعاد تدويرها، بما في ذلك اختبارات الصدمات، المتطلبات المعيارية، و تفسير نتائج الاختبار في سياق التطبيقات المحددة.
هل تُستخدم المواد البلاستيكية المعاد تدويرها في السيارات والمصدات، وهل يؤثر ذلك على السلامة؟
نعم. تصنيع السيارات الحديث يستخدم على نطاق واسع البلاستيك المعاد تدويره، بما في ذلك في المكونات الخارجية للمركبة. ينطبق ذلك، من بين أمور أخرى، على المصدات، بطانات أقواس العجلات، الدروع التقنية، وكذلك أجزاء التشطيب والتزيين.
ومع ذلك، فإن الأهم هو ليس ما إذا كان المصدر من إعادة التدوير، بل ما إذا كان يفي بالمتطلبات التقنية، وخاصة تلك المتعلقة بـ مقاومة الصدمات وامتصاص طاقة الصدمة.
المصدات في السيارات لا تُصنع من ABS النقي. في الواقع، غالبًا ما يتم إنتاجها من:
- PP معدل بالإلاستومرات (PP/EPDM, PP/TD)—مواد مصممة خصيصًا لـ امتصاص طاقة الصدمة،
- أقل شيوعًا، خلائط البوليمرات المعدلة المصممة خصيصًا لـ مناطق الانهيار المحددة.
أما ABS، فيُستخدم على نطاق واسع في المكونات الخارجية وشبه الهيكلية، مثل:
- أغطية العجلات,
- الأغلفة التقنية,
- ألواح الحماية,
- أجزاء التصميم والانسيابية الهوائية.
في هذه التطبيقات، يوفر ABS توليفة متوازنة من الصلابة، مقاومة الصدمات، والمظهر السطحي.
ماذا عن السلامة؟
إذا كان regranulate (أي بلاستيك معاد تدويره):
- تم تعديلها بشكل صحيح,
- تتمتع بمقاومة صدمات مضبوطة,
- تم اختبارها وفقًا للمعيار المعمول به,
عندها لا تقلل من سلامة المركبة.
تظهر المشاكل فقط عندما:
- يتم استخدام regranulates ذات مقاومة صدمات غير كافية
- يتم إغفال الاختبار أو تفسير نتائج الاختبار بشكل خاطئ,
- يتم استخدام المادة خارج نطاق التطبيقات التي تم تأهيلها من أجلها.
لهذا السبب، تطبق شركات تصنيع السيارات متطلبات اختبار صدمات صارمة للغاية، والمواد المعاد تدويرها المستخدمة في المركبات لا يتم اختيارها عشوائيًا—بل يجب أن تلبي نفس المتطلبات الوظيفية للمواد البكر.
ماذا يعني ذلك لمستخدم المركبة؟
بالنسبة للسائق والركاب، لا يهم ما إذا كان المكون مصنوعًا من مادة بكر أو مادة معاد تدويرها. ما يهم هو ما إذا كان المكون:
- يتصرف بشكل متوقع عند التعرض للصدمات,
- لا يفشل بطريقة هشة,
- يمتص طاقة الصدمة بشكل صحيح.
لهذا السبب تحديدًا مقاومة الصدمات للمواد البلاستيكية تُعد واحدة من المعايير الرئيسية في تصميم واختيار المواد لمكونات السيارات.
طرق شاربي وإيزود، إعداد العينة، متطلبات المواصفة القياسية، والأهمية التكنولوجية
مقاومة الصدمة لإعادة تحبيب PP وABS هي معلمة تُستخدم عند تأهيل المواد للتطبيقات التي تتعرض فيها الأجزاء لأحمال صدمية، وإجهادات ديناميكية، وإجهادات مرتبطة بالتجميع. في الممارسة الصناعية، تحدد هذه المعلمة ما إذا كان يمكن استخدام regranulate معين في تطبيق محدد أو يجب استبعاده منه.
يتم إجراء اختبار الصدمة على عينات اختبار الصدمة (يشار إليها في الممارسة الإنتاجية غالبًا باسم "قضبان الاختبار")، والمعدة وفقًا لمتطلبات المواصفة القياسية المعمول بها. يتم تحديد الامتثال للمواصفة القياسية من خلال أبعاد العينة، وطريقة إعداد العينة، وظروف الاختبار.
طرق اختبار الصدمة: شاربي وإيزود
يتم استخدام طريقتين لاختبار الصدمة بشكل شائع لإعادة تحبيب PP وABS: شاربي و إيزود. تختلف هاتان الطريقتان في تثبيت العينة وتوزيع الإجهاد أثناء الصدمة وليستا متكافئتين.
في طريقة شاربي تُدعم العينة على سندين وتُضرب في منتصفها. أما في طريقة إيزود فتُثبت العينة ككابول وتُضرب من الطرف الحر.
تؤدي الاختلافات في تكوين التحميل إلى اختلاف آليات بدء وانتشار الشقوق. ولهذا السبب، لا يجوز مقارنة أو تحويل النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام طريقتي شاربي و إيزود. يجب تطبيق الطريقة المختارة بشكل متسق ضمن نظام مراقبة الجودة.
في الممارسة الصناعية الأوروبية، وخاصة بالنسبة لإعادة تحبيب PP وABS، فإن طريقة شاربي هي الأكثر استخدامًا لأنها أكثر حساسية لتدهور المادة وتفرق بشكل أفضل بين دفعات regranulate. وتُطبق طريقة إيزود عندما تتطلب المواصفات الفنية للعميل أو الأسواق المستهدفة ذلك.
المعدات المستخدمة لاختبار شاربي وإيزود
يتم إجراء اختبار الصدمة باستخدام شاربي و إيزود على أجهزة اختبار الصدمة بالبندول، والمهيأة لطريقة دعم أو تثبيت العينة المناسبة.
جهاز اختبار الصدم بالبندول:
- مزود بدعامات أو مشابك قابلة للتبديل لاختبار شاربي أو إيزود ،
- يتيح اختيار طاقة الصدم المناسبة للبوليمر المختبر،
- يسجل الطاقة الممتصة من قبل العينة أثناء الصدم.
لاختبار العينات المشقوقة، يلزم وجود قاطع شق لإنتاج شق ذو هندسة وأبعاد محددة بالمعيار. بدون شق مُشغل بشكل صحيح، لا يتوافق الاختبار مع المتطلبات المعيارية.
إذا تم إجراء الاختبار في درجات حرارة غير درجة حرارة الغرفة، يتم تكييف العينات في غرف محكومة حراريًا قبل الاختبار.
تحضير العينات لاختبار الصدم
في مراقبة جودة PP وABS regranulate، الممارسة المعيارية هي تحضير العينات عن طريق القولبة بالحقن باستخدام قالب متوافق مع المتطلبات المعيارية. تتم معالجة regranulate ضمن ظروف محددة وموثقة، بما في ذلك درجات حرارة الأسطوانة والقالب، سرعة الحقن، ضغط التثبيت، ووقت التبريد.
تؤثر هذه المعلمات بشكل مباشر على مقاومة الصدم المقاسة وتُعد جزءًا من شروط الاختبار. أي تغيير في معلمات المعالجة يُعتبر تغييرًا في شروط الاختبار وقد يؤدي إلى اختلافات كبيرة في قيم الصدم حتى لنفس دفعة المادة.
تتضمن الطريقة البديلة بثق صفائح وقص العينات منها؛ ومع ذلك، في الممارسة الصناعية يُستخدم هذا الأسلوب بشكل رئيسي للدراسات المقارنة أو التطويرية. أما في مراقبة الجودة الروتينية لـ regranulate، فيُستخدم بشكل أقل بسبب التغير الأكبر في النتائج.
الشق كأداة لتقييم جودة المادة
في اختبارات الصدم لـ PP وABS regranulate، تُستخدم العينات المشقوقة في الغالب. يحدد الشق نقطة بدء التشقق ويُمكّن من تقييم مقاومة المادة لانتشار التشقق.
يتيح اختبار العينات المشقوقة تقييم:
- آثار التحلل الحراري في PP،
- حالة الطور الإلاستومري في ABS،
- وجود التلوث وعدم تجانس المادة.
يجب أن يتم إنشاء الشق باستخدام قاطع شق مخصص ووفقًا للمتطلبات المعيارية. الشق المُنتج يدويًا أو باستخدام أدوات غير مناسبة يؤدي إلى بيانات اختبار غير متوافقة مع المعيار.
المتطلبات المعيارية وقابلية مقارنة النتائج
تعريف معيار اختبار الصدم:
- أبعاد العينة،
- هندسة الشق،
- طريقة دعم أو تثبيت العينة،
- درجة حرارة الاختبار،
- حساب وتقرير النتائج.
إذا كانت وثائق الاختبار تفتقر إلى معلومات حول الطريقة المطبقة أو المعيار أو درجة حرارة الاختبار أو إعداد العينة، فإن النتيجة المحصلة لا تكون قابلة للمقارنة بين دفعات المواد أو بين الموردين المختلفين.
تغيرات مقاومة الصدمات بعد إعادة التدوير
بالنسبة لـ PP، غالبًا ما يكون انخفاض مقاومة الصدمات نتيجة لتحلل سلاسل البوليمر وتغير توزيع الوزن الجزيئي الناتج عن التاريخ الحراري للمادة. قد يحقق regranulate متطلبات MFI مع إظهار أداء منخفض في مقاومة الصدمات في الوقت نفسه.
بالنسبة لـ ABS، فإن حالة الطور المطاطي حاسمة. تؤدي درجات الحرارة الزائدة أثناء المعالجة أو طول مدة البقاء أو تكرار دورات المعالجة إلى تقليل قدرة المادة على امتصاص طاقة الصدمة، مما يؤدي مباشرة إلى انخفاض مقاومة الصدمات.
أهمية مقاومة الصدمات في التطبيقات النهائية
تمكن مقاومة الصدمات العالية لـ PP أو ABS regranulate من استخدامها في المكونات المعرضة للصدمات الميكانيكية أو إجهادات التجميع أو ظروف درجات الحرارة المتغيرة. تؤدي مقاومة الصدمات المنخفضة إلى زيادة خطر تشقق الأجزاء وعدم استقرار الجودة وشكاوى العملاء.
من منظور المستخدم النهائي، يحدد هذا المعامل ما إذا كانت المادة مناسبة لتطبيق معين، بغض النظر عما إذا كانت بكرًا أو معاد تدويرها.
استنتاجات عملية
يكون التصريح بمقاومة الصدمات لـ PP وABS regranulate ذا معنى فقط عندما:
- يتم استخدام طريقة اختبار محددة بوضوح (شاربي أو إيزود)،
- يتم إعداد العينات وفقًا لمتطلبات المعيار،
- إعداد العينات وظروف الاختبار معروفة وقابلة للتكرار.
وإلا فإن نتيجة الاختبار لا تمثل معلومات فنية موثوقة سواء لمُنتِج regranulate أو للعميل.
مقاومة الصدمات في التطبيقات الصناعية المحددة
تتجلى أهمية مقاومة الصدمات في regranulate PP وABS بشكل خاص في التطبيقات التي تتعرض فيها المكونات لأحمال ديناميكية أو صدمات أثناء الخدمة.
بالنسبة لمصنعي أنابيب PP، تؤثر مقاومة الصدمات بشكل مباشر على أداء الأنبوب أثناء النقل والتخزين والتركيب، بالإضافة إلى سلوك المادة في درجات الحرارة المنخفضة. قد تؤدي مقاومة الصدمات المنخفضة إلى تشقق الأنبوب نتيجة الصدمات أو السقوط العرضي، حتى عندما تظل المعايير الأخرى مثل MFI ضمن المواصفات. عمليًا، يؤدي ذلك إلى تلف قبل تشغيل النظام ومشكلات أثناء قبول الجودة.
بالنسبة لمكونات ABS مثل المصدات، الأغلفة التقنية، والأجزاء الواقية، تحدد مقاومة الصدمات قدرة المادة على امتصاص طاقة الصدمة دون حدوث كسر هش. انخفاض مقاومة الصدمات بعد إعادة التدوير، الناتج عن تدهور الطور المطاطي، يزيد من قابلية التشقق تحت الصدمات الموضعية أو التصادمات منخفضة الطاقة أو ظروف الخدمة في درجات الحرارة المنخفضة. بالنسبة للمصنعين، يترجم ذلك إلى عدم مطابقة التطبيق وزيادة المطالبات بالضمان.
في كلتا الحالتين، لا تعتبر مقاومة الصدمات معيارًا مساعدًا بل خاصية تحدد ما إذا كان regranulate مناسبًا لتطبيق معين. المادة التي لا تتمتع بمقاومة صدمات كافية، حتى لو كانت المعايير الأخرى ضمن المواصفات، لا تلبي المتطلبات الوظيفية.
مقاومة الصدمات كمعيار ذي صلة للبوليمرات الأخرى
على الرغم من أن هذه المقالة تركز بشكل أساسي على regranulate PP وABS، إلا أن مقاومة الصدمات تعد أيضًا من المعايير الحاسمة للبوليمرات الأخرى المستخدمة في إعادة التدوير الميكانيكي.
في PS، غالبًا ما تحدد مقاومة الصدمات ما إذا كان يمكن استخدام المادة في المكونات التقنية بدلاً من المنتجات البسيطة للتغليف فقط. في PA، تعتبر مقاومة الصدمات، خاصة عند درجات الحرارة المنخفضة وفي وجود الرطوبة، ضرورية للمكونات الإنشائية والتقنية. في PET، تعتبر مقاومة الصدمات ذات صلة بالتطبيقات التي تتطلب مقاومة للتشقق وللمواد التقنية المعدلة المعاد تدويرها. في PVC، تؤثر مقاومة الصدمات بشكل مباشر على متانة القطاعات والأنابيب والعناصر الإنشائية، خاصة عند درجات الحرارة المنخفضة.
في جميع الحالات، تنطبق نفس المبادئ: يجب اختبار مقاومة الصدمات وفقًا للمعيار، باستخدام عينات محضرة حسب متطلبات المعيار، ويجب تفسير النتائج في سياق تاريخ المعالجة والغرض من التطبيق.
معلومات إضافية
أقوم حاليًا بإعداد منشور بعنوان “الإضافات في إعادة التدوير الميكانيكي للبلاستيك – تحسين جودة واستقرار المواد المعاد تدويرها”، والذي يناقش:
- معدلات مقاومة الصدمات في المواد المعاد تدويرها،
- المطاطيات والمبلمرات المشتركة كمراحل مقاومة للصدمات في المواد المعاد تدويرها،
- آليات تحسين مقاومة بدء وانتشار التشققات،
- تعديل مقاومة الصدمات لمواد ABS وPS وPA وPET المعاد تدويرها،
- تخصيص خصائص المواد المعاد تدويرها للتطبيقات الإنشائية.
المنشور في مرحلته النهائية وسيتم إصداره مطبوعًا قريبًا.
👉 اشترك في المدونة
إذا كنت مهتمًا بالبلاستيك وإعادة التدوير، اشترك في المدونة وفعّل الإشعارات