البلاستيك الهندسي

تُعتبر المواد البلاستيكية الهندسية ^{[ 1 ]} مجموعة من المواد البلاستيكية التي تتمتع بخصائص ميكانيكية أو حرارية أفضل من المواد البلاستيكية التجارية الأكثر استخدامًا (مثل البوليسترين ، وكلوريد البولي فينيل ، والبولي بروبيلين، والبولي إيثيلين ).

تُعدّ المواد البلاستيكية الهندسية أغلى ثمناً من المواد البلاستيكية العادية، لذا تُنتج بكميات أقل وتُستخدم عادةً في صناعة الأشياء الصغيرة أو التطبيقات ذات الأحجام المنخفضة (مثل الأجزاء الميكانيكية)، بدلاً من استخدامها في التطبيقات واسعة النطاق وذات الأحجام الكبيرة (مثل الحاويات والتغليف). تتميز المواد البلاستيكية الهندسية بمقاومة حرارية أعلى من المواد البلاستيكية العادية، ويمكن استخدامها بشكل مستمر في درجات حرارة تصل إلى حوالي 150 درجة مئوية (300 درجة فهرنهايت) .  

يشير هذا المصطلح عادةً إلى المواد البلاستيكية الحرارية، وليس المواد المتصلبة بالحرارة . ومن أمثلة البلاستيك الهندسي: البولي أميدات (PA، النايلون)، المستخدمة في صناعة الزلاجات وأحذية التزلج ؛ والبولي كربونات (PC)، المستخدمة في صناعة خوذات الدراجات النارية والأقراص الضوئية ؛ وبولي (ميثيل ميثاكريلات) (PMMA، الأسماء التجارية الرئيسية: زجاج الأكريليك والبلكسي جلاس)، المستخدمة، على سبيل المثال، في صناعة المصابيح الخلفية والدروع الواقية. أما البلاستيك الهندسي الأكثر استهلاكًا حاليًا فهو أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS)، المستخدم في صناعة مصدات السيارات ، وزخارف لوحة القيادة ، ومكعبات الليغو، على سبيل المثال .

حلت المواد البلاستيكية الهندسية تدريجياً محل المواد الهندسية التقليدية كالمعادن والزجاج والسيراميك في العديد من التطبيقات. فإلى جانب تفوقها عليها في القوة والوزن والخصائص الأخرى، تتميز المواد البلاستيكية الهندسية بسهولة تصنيعها، لا سيما في الأشكال المعقدة. وقد بلغ استهلاك المواد البلاستيكية الهندسية في جميع أنواع المنتجات أكثر من 22 مليون طن على مستوى العالم في عام 2020. ^{[ 2 ]}

يتميز كل نوع من أنواع البلاستيك الهندسي عادةً بمجموعة فريدة من الخصائص التي تجعله الخيار الأمثل لبعض التطبيقات. على سبيل المثال، يتميز البولي كربونات بمقاومته العالية للصدمات، بينما يتميز البولي أميد بمقاومته العالية للتآكل. تشمل الخصائص الأخرى التي تتميز بها مختلف أنواع البلاستيك الهندسي: مقاومة الحرارة، والقوة الميكانيكية، والصلابة، والاستقرار الكيميائي، والتشحيم الذاتي (المستخدم بشكل خاص في تصنيع التروس والزلاجات)، ومقاومة الحريق.

• أكريلونيتريل بوتادين ستايرين
• نايلون 6
• نايلون 6-6
• البولياميدات
• بولي بيوتيلين تيريفثالات
• البولي كربونات
• بولي إيثر إيثر كيتون
• بولي إيثر إيميد
• بولي إيثر كيتون كيتون
• بولي إيثر كيتونات
• بوليكيتون
• بولي إيثيلين تيريفثالات
• البوليميدات
• بلاستيك بولي أوكسي ميثيلين (أسيتال)
• كبريتيد البوليفينيلين
• أكسيد البوليفينيلين
• بوليسلفون
• بولي تترافلوروإيثيلين (تفلون)
• بولي (ميثيل ميثاكريلات)

يشهد سوق البلاستيك الهندسي نموًا سريعًا على مستوى العالم نتيجةً للتحول من المواد التقليدية كالسبائك والمعادن إلى البوليمرات عالية الأداء ذات الخصائص الميكانيكية والحرارية والكيميائية المتميزة. وقد بلغت قيمة السوق 146.80 مليار دولار أمريكي في عام 2024، مع توقعات بوصول الإيرادات إلى 230.64 مليار دولار أمريكي في عام 2030. ^{[ 3 ]} ويشهد السوق نموًا في قطاعات الأتمتة والنقل، والكهرباء والإلكترونيات، والبناء والتشييد، والسلع الاستهلاكية والأجهزة المنزلية، والطب، والفضاء. استحوذ قطاع السيارات والنقل على الحصة السوقية الأكبر بنسبة تزيد عن 34.85% في عام 2023. ^{[ 3 ]} ومن أبرز الشركات المصنعة في هذا السوق التنافسي: شركة جراند باسيفيك للبتروكيماويات، وشركة ميتسوبيشي للهندسة البلاستيكية، وشركة سيلانيز. ^{[ 3 ]} أما من حيث نوع الراتنج، فقد استحوذت بوليمرات الستايرين، ABS وSAN، على الحصة الأكبر بنسبة 33.7% في عام 2023. ^{[ 3 ]} يُعد أكريلونيتريل بوتادين ستايرين من أنواع البلاستيك الهندسي عالي الطلب، ويُستخدم بكثرة في الإلكترونيات وقطع غيار السيارات، مثل المصدات والزخارف الداخلية، نظرًا لخفة وزنه ومتانته. ^{[ 3 ]}

بالإضافة إلى ذلك، ومع تزايد المخاوف بشأن النفايات البلاستيكية وتأثيرها على البيئة، زاد المصنعون من استثماراتهم في البلاستيك الهندسي القابل لإعادة التدوير والتحلل الحيوي، مما يعكس الطلب المتزايد على المواد المستدامة في السوق المستقبلية. ^{[ 3 ]}

تُقدّر المواد البلاستيكية الهندسية لخصائصها الميكانيكية الفائقة، بما في ذلك قوة الشد العالية، ومقاومة الصدمات، ومقاومة الإجهاد، ودرجة الانصهار العالية، مما يجعلها مناسبة للعديد من التطبيقات. ^{[ 4 ]} ومع ذلك، فإن هذه الخصائص تُشكّل تحديات في نهاية دورة حياة المنتج.

بالمقارنة مع المواد التقليدية والسبائك والمعادن، فإن العديد من أنواع البلاستيك الهندسي لا يمكن إعادة تدويرها بسهولة. ^{[ 4 ]} بالإضافة إلى ذلك، أدى الاستخدام المكثف للبلاستيك الهندسي في الصناعات إلى كميات كبيرة من النفايات. ^{[ 5 ]} غالبًا ما تكون عمليات إعادة التدوير معقدة ومكلفة، مما يؤدي إلى التخلص من المواد في مكبات النفايات، حيث قد تستغرق مئات السنين لتتحلل. ^{[ 4 ]} ومع ذلك، نظرًا لخصائص الأداء العالي للبلاستيك الهندسي، يتمتع البلاستيك الهندسي المعاد تدويره بخصائص فائقة مقارنة بالبلاستيك التجاري، وبسعر أقل من الراتنج الخام، يصبح الخيار الأمثل لبعض التطبيقات الصناعية. ^{[ 5 ]}

على الرغم من أن الصناعة تسعى إلى حلول مستدامة، مثل التحول إلى المواد الحيوية، إلا أن هناك بديلاً يتمثل في إنتاج البلاستيك من مصادر متجددة، مثل المواد النباتية، بدلاً من الوقود الأحفوري. سيؤدي ذلك إلى إنتاج بوليمرات قابلة للتحلل الحيوي بدرجة عالية (تُعرف أيضاً باسم بوليمرات الهندسة الحيوية، أو البوليمرات الحيوية، أو البلاستيك الحيوي) مثل بولي هيدروكسي ألكانوات (PHA)، وحمض البولي لاكتيك (PLA)، وبولي بيوتيلين سكسينات (PBS)، مما يقلل من كمية النفايات المتولدة بمرور الوقت. ^{[ 5 ]}

يُمكن ملاحظة مثال على استخدام البلاستيك الحيوي في صناعة السيارات. فباستخدام أنواع البلاستيك المتقدمة، تُصنع مركبات أخف وزنًا وأكثر كفاءة في استهلاك الوقود وصديقة للبيئة. ^{[ 5 ]} في صناعة السيارات، يرتبط استهلاك الطاقة في المركبات بوزنها. تُشير الأبحاث إلى أن ما يقرب من ثلث انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون يأتي من سيارات الركاب، وأن حوالي 50  % من استهلاك وقود المركبات يعتمد على كتلتها. لذلك، يُعدّ استخدام البلاستيك الهندسي والتصميم خفيف الوزن فرصةً لتقليل استهلاك الوقود، وبالتالي تقليل انبعاثات الغازات. ^{[ 5 ]}

مع ذلك، بالمقارنة مع البلاستيك الهندسي القديم، تفتقر أنواع البلاستيك الحيوي، مثل PLA وPHA، إلى الخصائص الميكانيكية اللازمة لصناعة السيارات. علاوة على ذلك، يتحلل بعضها حراريًا، مما يعني أنها قد تُصدر روائح كريهة أو تتشوه في الأيام المشمسة. ومع ذلك، يمكن تقويتها باستخدام بوليمرات أخرى لتحسين خصائصها. ^{[ 5 ]}

• البلاستيك عالي الأداء
• أب