ألواح الأكريليك مقابل ألواح الأكريليك مقابل ألواح البولي إيثيلين تيريفثاليت: أهم الفروق بين البلاستيك

مقدمة: الثورة الصناعية الحديثة للألواح البلاستيكية الشفافة

الصوب الزجاجية المصنوعة من البولي كربونات التي تعكس أشعة الشمس على قباب المباني، وأكشاك الأكريليك الرقيقة والشفافة في خزائن العرض في المتاحف، والفواصل الواقية من البولي إيثيلين تيريفثاليت (PETG) التي تضيء على الجدران المضادة للبكتيريا في المستشفيات - هذه الأنواع الثلاثة من البلاستيك الهندسي تعيد تشكيل مشهد التصنيع العالمي بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 12%. وفقًا لأحدث تقرير صادر عن Grand View Research، سيصل حجم سوق الألواح البلاستيكية الشفافة العالمية إلى $21.8 مليار دولار أمريكي في عام 2023، والتي يشكل البولي كربونات والأكريليك (PMMA) وPETG مثلث السوق الرئيسي. ستحلل هذه المقالة بعمق الاختلافات الثمانية الأساسية لهذه المواد الثلاث لتوفير أساس لاتخاذ القرار لاختيار المواد الهندسية.

1. مقارنة الأداء الفيزيائي: الرمز الميكانيكي من الزجاج المضاد للرصاص إلى أقسام غرف العمليات

1.1 قوة الصدمة: الاختبار النهائي للحماية من الصدمات

يُعرَف البولي كربونات باسم "الدرع الشفاف" وتصل قوة صدماته إلى 75 كيلو جول/م²، مما يجعله المادة المفضلة لزجاج السيارات المضاد للرصاص. يُظهر الاختبار القياسي للجمعية الأمريكية للاختبار والمواد (ASTM) D256 أن لوح الكمبيوتر الشخصي بسماكة 5 مم يمكنه تحمل تأثير بَرَد قطره 50 مم بسرعة 140 كم/ساعة.

على الرغم من أن الأكريليك أقوى 10 مرات من الزجاج، إلا أن مقاومته للصدمات تبلغ 2 كيلو جول/م² فقط. وفي حالة مستشفى بوسطن للأطفال، فإن معدل كسر الحواجز الواقية المصنوعة من الأكريليك بسبب الاصطدامات العرضية أعلى بـ 37% من معدل كسر مواد الكمبيوتر الشخصي (مصدر البيانات: مجلة تصميم الرعاية الصحية).

يعتبر PETG خيارًا متوازنًا مع قوة تأثير تبلغ 15 كيلو جول/م². بعد اعتماد حواجز الحماية في مترو أنفاق مدينة نيويورك على مادة PETG، انخفضت تكلفة الصيانة السنوية بمقدار 42%.

1.2 النفاذية والضبابية: لعبة تقنية للوضوح البصري

أكريليك أصبحت الخيار الأول لنوافذ عرض أحواض السمك مع نفاذية تبلغ 92% (ASTM D1003) وضبابية <1%. يستخدم نفق دبي تحت البحر لوح أكريليك بسمك 30 سم لتحقيق رؤية واضحة على عمق 50 مترًا تحت الماء.

يتميز البولي كربونات بنفاذية تبلغ 88% وضبابية تبلغ 0.5-2%. يقلل "الكمبيوتر الشخصي المستقر للضوء" الذي طورته شركة باير في ألمانيا من الضباب إلى 0.8% من خلال طلاء النانو وتم تطبيقه على نوافذ بوينج 787 (رقم براءة الاختراع US20180009632A1).

تتميز مادة PETG بنفاذية 90%، لكن الضبابية تزداد بسرعة بعد الاستخدام طويل الأجل. وقد زادت نسبة الضبابية في البولي إيثيلين تيرفثالات البولي إيثيلين تيرفثالات PETG المضاد للشيخوخة الذي طورته شركة Toray في اليابان بمقدار 0.3% فقط بعد 3 سنوات من الاستخدام الخارجي (معيار الاختبار: ISO 4892-2 ISO 4892-2).

2. القدرة على التكيف البيئي: اختبار البقاء على قيد الحياة من محطة أبحاث القطب الشمالي إلى المختبر الاستوائي

2.1 التحدي الشديد لمقاومة درجات الحرارة القصوى

يظل البولي كربونات مستقرًا عند درجة حرارة تتراوح بين -135 درجة مئوية و135 درجة مئوية (مصدر البيانات: دليل منتجات سابك). تستخدم قوس اللوح الشمسي لمركبة المريخ التابعة لناسا مادة البولي كربونات وتتحمل بنجاح اختبار فرق درجات الحرارة من -120 درجة مئوية إلى 70 درجة مئوية.

الأكريليك مناسب لنطاق درجة حرارة يتراوح بين -40 ℃ إلى 80 ℃، ولكن درجة حرارة التشوه الحراري هي 95 ℃ فقط (ASTM D648). في حرائق الغابات الأسترالية في عام 2022، وصل معدل تشوه اللافتات الخارجية المصنوعة من الأكريليك في بيئة مستمرة بدرجة حرارة 50 ℃ إلى 23%.

مادة PETG مقاومة للحرارة من -40 درجة مئوية إلى 70 درجة مئوية، ودرجة حرارة التحول الزجاجي (Tg) التي تبلغ 85 درجة مئوية تجعلها الخيار الأول لتغليف التعقيم الطبي. بعد أن اعتمدت شركة Johnson & Johnson صواني التعقيم المصنوعة من مادة PETG، انخفضت الشكاوى المتعلقة بالتشوه الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة بمقدار 68% (المصدر: تقرير الجودة الخاص بشركة J&J).

2.2 معركة القرن لمقاومة الأشعة فوق البنفسجية

يتميز البولي كربونات بمقاومة أصلية ضعيفة للأشعة فوق البنفسجية، ولكن من خلال البثق المشترك لطبقة الحماية من الأشعة فوق البنفسجية، يمكن أن يصل عمر الخدمة في الهواء الطلق إلى 15 عامًا. يعتمد سقف مطار دبي على هذه التقنية، ومؤشر الاصفرار لمدة 10 سنوات ΔY <2 (معيار CIELAB).

يتميز الأكريليك نفسه بمقاومة جيدة للعوامل الجوية. بعد إضافة ممتص الأشعة فوق البنفسجية، يمكن أن يصل عمر الخدمة الخارجي إلى 10 سنوات. كما أن لوح أكريليك على الجدار الخارجي لدار أوبرا سيدني لا يزال يحافظ على نفاذية الضوء 85% بعد 30 عامًا من الرياح والأمطار.

مادة PETG ضعيفة في مقاومة الأشعة فوق البنفسجية. تم تعديل سلسلة ألترادور من شركة BASF بواسطة ثاني أكسيد التيتانيوم النانوي لزيادة مقاومة الطقس إلى 5 سنوات. يعتمد سقف محطة تسلا سوبرتشارجر ستيشن على هذه المادة، ويُظهر الاختبار الذي استمر 3 سنوات أن مؤشر الاصفرار ΔY = 3.2.

3. المعالجة والتطبيق: ثورة تكنولوجية من أدوات ماكينات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي إلى المعالجة اليدوية

3.1 رمز درجة الحرارة للقولبة

وتبلغ درجة حرارة التشوه الحراري للأكريليك 105 ℃، ويمكن ثنيها وتشكيلها في حمام ماء ساخن يتراوح بين 80-100 ℃. أظهرت دراسة أجرتها جامعة طوكيو للفنون أنه يمكن تشكيل لوح أكريليك 2 مم في 30 ثانية تحت درجة حرارة 90 ℃ هواء ساخن.

يتطلب البولي كربونات درجة حرارة معالجة تتراوح بين 160 و180 درجة مئوية، ولكن معدل انكماش التبريد يتراوح بين 0.6 و0.81 تيرابايت فقط. يستخدم سقف سيارة BMW i8 تقنية الضغط الساخن للكمبيوتر الشخصي لتحقيق سطح منحني بدقة 0.1 مم.

تتراوح درجة حرارة المعالجة المثلى لغاز البولي إيثيلين تيريفثاليتات البولي إيثيلين تيريفثاليت 70-90 درجة مئوية، كما أن قوة ذوبانه العالية تجعله مناسبًا بشكل خاص لقولبة الفقاعة. بعد أن اعتمدت LEGO تغليف نفطة PETG، زادت سرعة خط الإنتاج بمقدار 25% (المصدر: تقرير الاستدامة الخاص ب LEGO).

3.2 الإمكانيات الفنية للمعالجة السطحية

يمكن معالجة الأكريليك بدقة مثل النقش الماسي والطلاء بالرش بالأشعة فوق البنفسجية بدقة 0.01 مم. وتستخدم صناعة الساعات السويسرية تقنية النقش الدقيق بالليزر لحفر أنماط مضادة للتزييف على أسطح الأكريليك.

صلابة سطح البولي كربونات هي درجة HB، والتي يسهل خدشها. يجب تقويته (مثل GE Lexan MR5) لزيادة الصلابة إلى 3H. بعد المعالجة بالتقوية، قلّت صلابة حامل العرض الخاص بمتجر Apple Direct Store من الخدوش بمقدار 83% خلال ثلاث سنوات من الاستخدام.

يتميز خيوط PETG بالقدرة على التكيف مع الطباعة ثلاثية الأبعاد. تتميز خيوط الطباعة PETG التي طورتها شركة Stratasys بقوة ترابط بين الطبقات تبلغ 58 ميجا باسكال (معيار الاختبار: ASTM D638) وقد تم استخدامها في تصنيع الأجهزة الطبية المخصصة.

4. الحماية الاقتصادية والبيئية: تقييم شامل من حساب التكاليف إلى البصمة الكربونية

4.1 التوازن الديناميكي لنظام الأسعار

سعر السوق الحالي (الربع الثالث من عام 2023):

• أكريليك $5-8/كغ $5-8/كغ
• PETG: $6-9/كجم
• بولي كربونات $8-12/كجم

ومع ذلك، وبالنظر إلى تكلفة دورة الحياة، فإن التكلفة الشاملة لمادة الكمبيوتر الشخصي في 10 سنوات أقل بـ 24% من تكلفة الأكريليك.

4.2 المسار الأخضر للتنمية المستدامة

تتطلب إعادة تدوير الأكريليك معدات احترافية لإزالة البلمرة، ويبلغ المعدل العالمي لإعادة التدوير 18% فقط.

يمكن أن يحقق البولي كربونات 99% تجديد المواد الخام من خلال إعادة التدوير الكيميائي (مثل تقنية التحلل الكيميائي من شركة تيجين للكيماويات)، وقد أنشأت BMW نظام إعادة تدوير مغلق الحلقة لقطع غيار السيارات من البولي كربونات.

أصبحت مادة PETG المادة المفضلة لبرنامج كوكا كولا "زجاجة بلا ملصق" بفضل شهادتها من الدرجة الغذائية (FDA 21 CFR 177.1630) وقابليتها لإعادة التدوير 100%.

الأسئلة الشائعة للألواح البلاستيكية المختلفة

الخلاصة: الصيغة الذكية لاختيار المواد

في مجال الحماية الطبية، يفوز البولي إيثيلين تيرفثالات البولي إيثيلين تيرفثالات بمقاومته للبكتيريا والمواد الكيميائية؛ والبولي كربونات هو الخيار الأول لحماية سلامة المباني؛ ولا تزال مشاهد العرض الراقية هي موطن الأكريليك. وفقًا لتوقعات شركة فروست آند سوليفان، بحلول عام 2028، ستكون الحصة السوقية للثلاثة هي PC 38%، وPMMA 35%، وPETG 27%. يتطلب الاختيار الحكيم مراعاة شاملة لتكاليف دورة الحياة والقدرة على التكيف البيئي وإمكانيات المعالجة. وكما يقول علماء المواد في كثير من الأحيان "لا توجد أفضل المواد، بل الحل الأنسب فقط." اتصل بنا سانيو أكريليك لمزيد من المعلومات الاحترافية لمشاريعك