الأكريليك مقابل زجاج شبكي: 8 اختلافات واستخدامات رئيسية

الخلاصة:

في التصميم الصناعي والتطبيقات الحياتية، غالبًا ما يتم الخلط بين الزجاج العضوي والأكريليك. يقارن هذا المقال بين ثمانية أبعاد مثل نفاذية الضوء، وتركيب المواد، ومقاومة الصدمات، بالإضافة إلى بيانات المختبرات الدولية وحالات التطبيقات الصناعية، للكشف عن حدود أداء الاثنين. يؤكد البحث الذي أجرته الجمعية الكيميائية الأمريكية أن معدل حجب الأشعة فوق البنفسجية للأكريليك يبلغ 12 ضعف معدل حجب الزجاج، بينما لا يزال الزجاج العضوي يحتل مكانة لا يمكن الاستغناء عنها في المجالات الحساسة من حيث التكلفة.

1. الاختلافات الأساسية في المواد: مقارنة التركيب الكيميائي والمواد الخام

الصيغة الجزيئية لـ أكريليك (PMMA) هو (C5O2H8)n، وهو عبارة عن بوليمر متجانس من البولي ميثيل ميثاكريلات (المصدر: الجمعية الكيميائية الأمريكية). الزجاج العضوي (الأكريليك) عبارة عن نظام مركب يحتوي على بولي ميثيل ميثاكريلات الميثيل (PMMA) والبوليسترين (البوليسترين) والكمبيوتر الشخصي (البولي كربونات). ووفقًا لدراسة أجراها مختبر المواد الألماني BASF، تبلغ كثافة أكريليك PMMA النقي 1.18 جم/سم مكعب، وهو أخف وزنًا بمقدار 17% من الزجاج العضوي القائم على PS (رابط مرجعي: www.basf.com/material-science).

2. عرض الأداء البصري: نفاذية الضوء وحجب الأشعة فوق البنفسجية

تبلغ نفاذية الضوء في الأكريليك 92% (معيار ASTM D1003)، ونفاذية الأشعة فوق البنفسجية 73% فقط، بينما تبلغ نفاذية الأشعة فوق البنفسجية في الزجاج العادي أكثر من 90% (مصدر البيانات: الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد). تُظهر تجارب شركة ميتسوبيشي للكيماويات في اليابان أنه في اختبار الشيخوخة المتسارع للأشعة فوق البنفسجية المعجلة، يكون مؤشر الاصفرار لصفائح الأكريليك بسمك 3 مم ΔY <2 لمدة 5000 ساعة، وهو أفضل من ΔY=4.7 للزجاج العضوي (رابط مرجعي: www.m-chemical.co.jp).

3. قياس الأداء الميكانيكي: قوة الصدم 7 مرات مختلفة

وفقًا لبيانات اختبار الصدمات لمختبر DuPont، تبلغ قوة صدمة العارضة الكابولية الأكريليكية 16 كيلو جول/م²، وهو ما يعادل 7 أضعاف الزجاج العادي. حالة نموذجية: تعتمد نوافذ طائرة ركاب بوينج 787 على هيكل مركب من الأكريليك متعدد الطبقات، والذي يمكنه تحمل فرق ضغط يبلغ 340 كيلو باسكال (المصدر: ورقة بيضاء تقنية من بوينج). تبلغ قوة صدمة زجاج شبكي قائم على PS 2 كيلو جول/م² فقط، ويستخدم في الغالب في مشاهد العرض الثابتة.

4. مقارنة تكنولوجيا المعالجة: يصل الفرق في درجة حرارة التشكيل الساخن إلى 40 درجة مئوية

درجة حرارة التشوه الحراري للأكريليك هي 95 ℃ (معيار ISO 75)، ويجب أن يكتمل التشكيل بالثني الساخن عند 160-180 ℃؛ ويمكن خفض درجة حرارة تشكيل الزجاج الشبكي القائم على الكمبيوتر الشخصي إلى 120 ℃ (المصدر: الدليل الفني لشركة كوفيسترو). يُظهر القياس الفعلي لماكينة القولبة بالحقن من Arburg في ألمانيا أن معدل التدفق الذائب (MFR) للأكريليك هو 3.5 جم/ 10 دقائق، وهو أقل بمقدار 22% من زجاج شبكي وهو أكثر ملاءمة لقولبة الحقن الدقيقة (الرابط المرجعي: www.arburg.com).

5. مقارنة مقاومة الطقس: عمر الخدمة في الهواء الطلق أسوأ 3 مرات

يُظهر اختبار التعرض في فلوريدا أن معدل احتفاظ لوح الأكريليك باللمعان >85% بعد 10 سنوات، بينما يتشقق زجاج شبكي قائم على البوليسترين بعد 5 سنوات (بيانات ASTM G154). تشترط لوائح البناء في الولايات المتحدة أن تستخدم اللافتات الخارجية أكريليك مثبت بالأشعة فوق البنفسجية (الرابط المرجعي: www.ansi.org).

6. التحليل الاقتصادي للتكلفة: يصل فرق السعر إلى 45%

يُظهر تقرير سوق أخبار البلاستيك لعام 2023 أن متوسط سعر لوح الأكريليك من الدرجة العامة هو $6.5T/كجم، في حين أن زجاج شبكي قائم على PS هو $3.8T/كجم فقط. ومع ذلك، يمكن أن يصل العمر التشغيلي للأكريليك إلى 15 عامًا، وتقل تكلفة دورة الحياة الكاملة بمقدار 60% (الرابط المرجعي: www.plasticsnews.com).

7. مقارنة الأداء البيئي: معدل إعادة التدوير أسوأ 18 مرة

ووفقًا لإحصائيات جمعية البلاستيك الأوروبية، يمكن أن يصل معدل إعادة التدوير الكيميائي للأكريليك إلى 92%، في حين أن معدل إعادة التدوير الميكانيكي للزجاج الشبكي القائم على PS هو 5% فقط (الرابط المرجعي: www.plasticseurope.org). كشف تقرير الاستدامة لشركة Apple لعام 2022 عن أن 100% من مواد ديكور متاجر التجزئة الخاصة بها مصنوعة من الأكريليك القابل لإعادة التدوير (الرابط المرجعي: www.apple.com/environment).

8. تقسيم سيناريو التطبيق النموذجي

الفضاء الجوي: تستخدم طائرة إيرباص A350 زجاجاً أمامياً مركباً من الأكريليك مكوناً من 7 طبقات (راجع الوثائق الفنية لشركة إيرباص)
المجال الطبي: تستخدم نافذة مراقبة معدات التصوير المقطعي المحوسب الطبي من جنرال إلكتريك أكريليك مقاوم للإشعاع
زخرفة معمارية: لوحة توجيه الإضاءة في برج خليفة بدبي تستخدم أكريليك بمستوى النانو
حماية صناعية: درع 3M المقاوم للانفجار يستخدم زجاج شبكي معدّل مقاوم للصدمات

ملخص وتوصيات الشراء

الأكريليك له مزايا كبيرة في الأداء البصري والمتانة، ولكن التكلفة أعلى 45%. التوصيات:

اختر الأكريليك المستقر للأشعة فوق البنفسجية للعروض الراقية والمشاهد الخارجية
يمكن استخدام زجاج شبكي قائم على PS للاستخدام قصير الأجل والمشروعات الحساسة من حيث التكلفة
يجب استخدام PMMA من الدرجة الطبية في المجالات الطبية والطيران (راجع معيار ISO 7823-2 لتحديد درجة المادة)

وفقًا لـ Grand View Research، سيصل حجم سوق الأكريليك العالمي إلى $8.2 مليار دولار أمريكي في عام 2025، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 5.3%، مما يدل على مكانته التكنولوجية التي لا يمكن الاستغناء عنها (رابط مرجعي: www.grandviewresearch.com).