المواد ذات درجة الانصهار المنخفضة الشائعة : أيها تختار؟

المواد منخفضة درجة الانصهار شائعة في العديد من الصناعات. ومع ذلك، لكل منها مزاياها وعيوبها.

بغض النظر عما إذا كنت تختار المعادن أو اللدائن الحرارية لمنتجاتك، يجب عليك مراعاة عوامل مثل القوة ومتطلبات التطبيق المحددة والتأثيرات البيئية.

دعونا نلقي نظرة على مقالتنا لفهم المزيد عن هذه المواد قبل اتخاذ قرار مستنير!

1. فهم المواد ذات نقطة الانصهار المنخفضة

تُعرف درجة الحرارة التي تتواجد عندها المادة في حالتها السائلة والصلبة معًا باسم نقطة الانصهار. عند هذه النقطة، ترفع الحرارة درجة حرارة المادة الصلبة، وعندها تتحول إلى سائل. وترتفع درجة حرارة السائل بالمزيد من الحرارة بعد ذوبان المادة تمامًا. ويعتمد تحديد المركبات والعناصر النقية على درجة انصهار المواد الصلبة البلورية.

عادةً ما تكون درجة إنصهار المادة الصلبة ونقطة تجمدها متماثلتين. ومع ذلك، نظرًا لاختلاف بنية البلورات والشوائب، قد لا تتطابق هاتين الدرجتين. لذا، فإن أفضل طريقة لوصف مادة ما هي استخدام درجة انصهارها.

بشكل عام، تذوب المواد ذات درجة الانصهار المنخفضة بسهولة. على سبيل المثال، يذوب الغاليوم عند درجة حرارة 30 درجة مئوية تقريبًا. أما بالنسبة للبلاستيك، فيتميز البولي إيثيلين بدرجة انصهار منخفضة (تتراوح بين 105 و 135 درجة مئوية تقريبًا).

يؤدي استخدام المواد ذات نقطة الانصهار المنخفضة إلى تحقيق العديد من الفوائد، بما في ذلك:

• درجة حرارة معالجة منخفضة: تُمكّن درجات حرارة الانصهار المنخفضة هذه المواد من معالجتها بسهولة دون الإضرار بالمكونات المجاورة. لذا، فهي مناسبة للتطبيقات الدقيقة.
• الموصلية الجيدة : الموصلية الحرارية والكهربائية الممتازة تجعل العديد من السبائك منخفضة الانصهار مثالية للتطبيقات الإلكترونية.
• تعدد استخدامات الصب: سهولة قولبتها أو تشكيلها تجعلها مثالية للتصاميم والعمليات المعقدة مثل الصب واللحام. كما أنها تُسهّل عملية التذرية بالموجات فوق الصوتية.
• الفوائد البيئية: بعض السبائك ذات نقطة الانصهار المنخفضة هي خيار أكثر بيئيًا حيث يمكن تصنيعها بدون مواد خطيرة مثل الرصاص.

2. الأنواع الشائعة للمواد ذات نقطة الانصهار المنخفضة

2.1. المعادن والسبائك

• الغاليوم (29.8 درجة مئوية)

من المواد منخفضة درجة الانصهار الغاليوم، وهو معدن لين وغير سام. لونه أبيض فضي، يشبه الألومنيوم. درجة انصهاره ٢٩.٨ درجة مئوية.

زرنيخيد الغاليوم بديلٌ للسيليكون، وهو جزءٌ أساسيٌّ من أشباه الموصلات ومصابيح ليد الحمراء. تستطيع هذه المادة تحويل الطاقة إلى ضوء، وقد استُخدمت في الألواح الشمسية لمركبة استكشاف المريخ.

نتريد الغاليوم هو شبه موصل متعدد الأغراض، يُستخدم في مستشعرات الضغط ذات المفاتيح اللمسية، ومصابيح ليد الزرقاء والخضراء، والهواتف المحمولة، بتقنية بلو راي. بفضل درجة غليانه العالية وسهولة خلطه مع معظم المعادن، وخاصةً في السبائك منخفضة الانصهار، فهو مثالي لتسجيل درجات الحرارة التي قد تؤدي إلى تبخر مقياس الحرارة.

• معدن الخشب (70 درجة مئوية)

معدن الخشب المعروف أيضًا باسم سبيكة ليبوفيتز، هو سبيكة معدنية تُستخدم في تصنيع المكونات المعدنية المخصصة واللحام. سُميت هذه السبائك القابلة للانصهار والانصهار باسم بارناباس وود.

يتكون تركيبه الرئيسي من 50% بزموت، و26.7% رصاص، و13.3% قصدير، و10% كادميوم. يتميز المعدن بمعامل مرونة يبلغ 12.7 جيجا باسكال، وقوة خضوع تبلغ 26.2 ميجا باسكال. وهو من المواد منخفضة درجة الانصهار، حيث تبلغ درجة انصهاره حوالي 70 درجة مئوية.

كما هو الحال مع معدن روز وغيره من السبائك القابلة للانصهار، يُمكن استخدام معدن الخشب كوسيط لنقل الحرارة في الحمامات الساخنة، مما يُتيح صنع قوالب مفاتيح يصعب تقليدها، وكتل وثقوب مُصممة خصيصًا للعلاج الإشعاعي الطبي. على الرغم من قلة استخدامها، تُستخدم هذه الحمامات الساخنة في درجات حرارة أعلى من 220 درجة مئوية.

يُعدّ معدن الخشب سامًا لاحتوائه على الرصاص. للحصول على بديل غير سام، لنلقِ نظرة على معدن فيلد.

• معدن فيلد (62 درجة مئوية)

معدن فيلد، المعروف أيضًا باسم سبيكة فيلد، هو سبيكة قابلة للانصهار مصنوعة من البزموت والإنديوم والقصدير. سُميت نسبةً إلى مخترعها، سيمون كويلين فيلد.

يتحول هذا المعدن إلى سائل عند درجة حرارة 62 درجة مئوية. ولأن معدن فيلد لا يحتوي على الرصاص أو الكادميوم، فهو أقل ضررًا من معدن وود. تشمل تطبيقاته الصب بالقالب بكميات صغيرة والنماذج الأولية السريعة. علاوة على ذلك، يهتم به العديد من الباحثين في مجال تكنولوجيا النانو، وقد استخدموه كمبرد معدني سائل في تصميم محطات الطاقة النووية.

• إنديوم (156.6 درجة مئوية)

عند الحديث عن المواد ذات درجة الانصهار منخفضة ، لا يمكننا تجاهل الإنديوم. اكتُشف الإنديوم عام ١٨٦٣، وهو عنصر أساسي في أشباه الموصلات، وسبائك المعادن منخفضة درجة الانصهار، وشاشات العرض المسطحة. وهو معدن أبيض فضي اللون، من معادن ما بعد الانتقال، وعدده الذري ٤٩، ورمزه In.

يشترك هذا العنصر في خصائص وسطية مع الثاليوم والغاليوم. وتُعد خامات السفاليريت وكبريتيد الزنك المصدرين الرئيسيين للإنديوم، الذي يُنتَج كمنتج ثانوي لمعالجة خامات معدنية أخرى. ورغم أن امتصاص مكوناته ضعيف بعد استهلاكها، إلا أنها سامة عند استنشاقها أو حقنها في الدورة الدموية.

2.2. البوليمرات

بالإضافة إلى المعادن، اللدائن الحرارية تُعدّ المعادن ذات درجات الانصهار المنخفضة شائعة في العديد من الصناعات. إليك أبرزها:

• بولي ايثيلين

ينتمي البولي ايثيلين (أو البولي إيثيلين) إلى مجموعة راتنجات البولي أوليفين الشهيرة، وهو مادة متعددة الاستخدامات تُستخدم في العديد من الصناعات. يتميز بدرجة انصهار منخفضة تبلغ حوالي 110 درجات مئوية.

تشمل استخدامات البولي إيثيلين أغلفة الطعام الشفافة، وأكياس التسوق  وزجاجات المنظفات  وخزانات وقود السيارات. علاوة على ذلك، يُمكن تحويله بسهولة إلى ألياف صناعية عن طريق الغزل أو التقطيع. كما يُمكن للبولي إيثيلين أن يُطوّر خصائص مرنة شبيهة بالمطاط مع التعديلات المناسبة.

• البولي إيثيلين منخفض الكثافة

البولي إيثيلين منخفض الكثافة يتميز بكثافة منخفضة ومرونة عالية، مما يجعله مثاليًا لمنتجات مثل أكياس التسوق و الأغشية البلاستيكية. تتراوح درجة انصهاره بين 105 و 115 درجة مئوية، مما يمنحه خصائص التمدد والتشكيل.

على سبيل المثال، تُصنع أغشية الانكماش من البولي إيثيلين منخفض الكثافة ، الذي يُسخّن إلى ما يقارب درجة انصهاره – عادةً حوالي 110 درجات مئوية. تُنتج هذه العملية غلافًا محكمًا وآمنًا للمنتجات.

بعد ذلك، يُبرَّد الفيلم بسرعة لتثبيت بنيته. يتقلص فيلم البولي إيثيلين منخفض الكثافة عند درجات حرارة تتراوح بين 90 و 110 درجات مئوية، مُشكِّلاً غلافًا محكمًا ومحميًا.

• البولي إيثيلين منخفض الكثافة الخطي

البولي إيثيلين منخفض الكثافة الخطي ينتمي هذا المنتج إلى مجموعة مواد ذات درجة الانصهار منخفضة ، إذ ينصهر عند درجة حرارة تتراوح بين ١٢٠ و١٣٠ درجة مئوية. درجة الانصهار هذه أعلى من درجة انصهار البولي إيثيلين منخفض الكثافة وأقل من البولي إيثيلين عالي الكثافة، مما يعكس توازن البولي إيثيلين منخفض الكثافة الخطي بين المرونة والقوة.

يوفر الهيكل الخطي ذو الفروع القصيرة حلاً وسطًا جيدًا، مما يجعل  البولي إيثيلين منخفض الكثافة الخطي مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات حيث تكون هناك حاجة إلى المرونة والقوة.

• البولي إيثيلين عالي الكثافة

يُعرف البولي إيثيلين عالي الكثافة على نطاق واسع بقوته ومتانته وتعدد استخداماته، مما يجعله نوعًا مميزًا من البلاستيك. يُصنف البولي إيثيلين عالي الكثافة كوبوليمر حراري من عائلة البولي إيثيلين، ويتميز بمقاومة استثنائية للرطوبة والمواد الكيميائية والصدمات. تُنتج هذه المادة المرنة والكثيفة من خلال عملية البلمرة، مما ينتج عنه مادة متينة ومتينة.

إنه من المواد متعددة الاستخدامات منخفضة درجة الانصهار، ويُستخدم في العديد من الصناعات، بما في ذلك التعبئة والتغليف والبناء والسيارات والزراعة. ينصهر عادةً عند درجة حرارة تتراوح بين 120 و180 درجة مئوية.

• بولي بروبلين

البولي بروبلين هو بلاستيك صناعي متعدد الاستخدامات، يندرج ضمن فئة اللدائن الحرارية. يتكون البولي بروبيلين من وحدات متكررة من مونومرات البروبيلين الفردية، متصلة ببعضها البعض بعملية كيميائية، وهو مركب جزيئي كبير.

تتميز هذه المادة بتبلور جزيئي فائق ومرونة  وصلابة فيزيائية  وتحمل كيميائي  و مقاومة عالية للحرارة مقارنةً بالبوليمرات الأخرى. ويمكن تسجيلها للإنتاج وإعادة التدوير، إذ تلين عند درجات حرارة قريبة من درجة الانصهار. وكثيراً ما تحمل منتجات البولي بروبيلين رمز ورمز الراتنج رقم 5، مما يشير إلى إمكانية إعادة تدويرها.

تتراوح درجة انصهار البولي بروبلين بين ١٦٠ و١٧٠ درجة مئوية. يتميز البولي بروبلين المتساوي التقارب بدرجة انصهار أعلى من البولي بروبلين اللاكتيكي، وذلك لأن الأول يتميز بتركيب جزيئي منتظم، بينما يتميز الثاني بترتيب جزيئي أكثر اضطرابًا.

3. العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار مادة ذات نقطة انصهار منخفضة

هناك العديد من المواد منخفضة درجة الانصهار، مما يجعل اختيار الخيار المناسب أمرًا صعبًا. ومع ذلك، يمكن للشركات مراعاة العوامل التالية:

• نطاق درجة الحرارة : يجب أن تتوافق درجة انصهار المادة المختارة مع نطاق درجة حرارة التشغيل للتطبيق. أفضل مادة هي التي تذوب أو تلين عند درجة الحرارة المناسبة مع الحفاظ على صلابتها في ظروف العمل الاعتيادية.
• الاستقرار الحراري: قد تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى فقدان المواد منخفضة الانصهار لخواصها الميكانيكية، خاصةً في الحالات التي تكون فيها درجة الحرارة مرتفعة لفترات طويلة. لذلك، من الضروري اختيار مواد ذات خصائص ثابتة، مثل القوة الميكانيكية والتوصيل الكهربائي، ضمن نطاق درجة حرارة التشغيل المطلوبة.
• سهولة المعالجة:اعتمادًا على أنواع منتجاتك وتقنيات الإنتاج (حقن القالب، البثق  والصب أو الطباعة ثلاثية الأبعاد)، تحتاج إلى اختيار المادة التي تتطلب طاقة ومعدات أقل للمعالجة.

• التكلفة والتوافر: يُعدّ هذا من أهم العوامل عند اختيار المواد منخفضة درجة الانصهار. قد لا تكون الخيارات باهظة الثمن، مثل الإنديوم، مناسبةً نظرًا لندرة وجودها وزيادة تكاليف إنتاجها.
• التطبيق البيئي:  على الشركات مراعاة الدورات الحرارية للمواد ونطاق درجة الحرارة التشغيلية. ما لم تكن درجة انصهارها أقل من ظروف التشغيل، فإن المواد منخفضة الانصهار قد لا تكون مناسبة لتغيرات درجات الحرارة الكبيرة. كما أن قدرة المادة على تحمل الصدمات الحرارية وقدرتها على الحفاظ على سلامتها أمران بالغا الأهمية.
• الاعتبارات البيئية والصحية : كما ذُكر سابقًا، قد تحتوي بعض السبائك منخفضة الانصهار على مواد خطرة كالرصاص، مما يستدعي تقييمًا دقيقًا لتأثيراتها على صحة الإنسان والبيئة. إضافةً إلى ذلك، هناك تحوّل في وعي الناس بإمكانية إعادة التدوير والاستدامة. لذلك، تُفضّل بعض الصناعات استخدام مواد منخفضة الانصهار، أكثر استدامةً وقابليةً لإعادة التدوير.

4. الخاتمة

هناك أنواع مختلفة من المواد ذات درجة الانصهار المنخفضة . ينبغي على المصنّعين مراعاة خصائصها الحرارية  ومتانتها الميكانيكية، وتأثيرها البيئي  وتكلفتها لاتخاذ القرارات الصحيحة.

اي يو بي ايجيبت شركة متخصصة في تصنيع الماسترباتش بخبرة ٢٠ عامًا. نقدم فيلر ماسترباتش ،المركبات البلاستيكية،إضافات وغيرها من المنتجات للشركات في أكثر من 90 دولة. بفضل جهودها المبتكرة ونهجها المُركّز على خدمة العملاء، تُعدّ اي يو بي ايجيبت شريكًا موثوقًا به في صناعة البلاستيك.

إذا كنت تختار فيلر ماسترباتش البولي ايثيلين و البولي بروبلين لمنتجاتك، فإن اي يو بي ايجيبت  لديها كل ما تحتاجه.اتصل بنا مزيد من التفاصيل!