به گزارش روابط عمومی انجمن صنفی تولیدکنندگان لوله و اتصالات پلی اتیلن؛ هنگامی که الکساندر پارکز اولین ماده‌ی گرمانرم (thermoplastic) را در سال 1856 اختراع کرد، احتمالا نمی‌دانست که اختراع او در قرن‌های بعد تا چه اندازه فراگیر خواهد شد. امروزه، به لطف اختراع قالب‌گیری تزریقی، پلاستیک تقریبا در هر صنعتی که تصور کنید، از جمله تولید، بسته‌بندی، ساخت‌وساز، آموزش، حمل‌ونقل و مراقبت‌های بهداشتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از بیش از یک و نیم قرن پیش که پلاستیک به جهان معرفی شد، استفاده از آن در تولید به طور تصاعدی در حال گسترش بوده است. به‌عنوان مثال، تا سال 2018، تولید پلاستیک در مقیاس جهانی به تقریبا 360 تن رسید و پیش‌‌‌بینی می‌شود تا سال 2050 بیش از یک میلیارد تن پلاستیک تولید شود.
از اعداد بالا، مشخص است که پلاستیک هم‌چنان بخش مهمی از فرایند تولید خواهد بود. در نتیجه، فرایندهایی مانند قالب‌گیری تزریقی نیز نقش مهمی را برای کسانی ایفا خواهد کرد که می‌خواهند هزاران، اگر نگوییم میلیون‌ها، محصول با اجزای پلاستیکی تولید کنند.
قالب‌گیری تزریقی مقرون به‌‌‌صرفه‌‌‌ترین راه برای ساخت یک قطعه‌ی پلاستیکی در مقیاس است. فرایند تولید شامل تزریق پلاستیک مذاب به قالب و سپس خارج کردن قسمت جامد شده است. این فرایند به سرعت صدها یا هزاران بار تکرار می‌شود و هزینه‌ی قالب را مستهلک می‌کند و هزینه‌ی هر قطعه را به چند دلار یا کمتر می‌کاهد. علاوه بر این، از آن‌جایی که قالب‌گیری تزریقی از یک قالب برای هر قطعه استفاده می‌کند، فرایند تولید کیفیت ثابتی در هر تزریق خواهد داشت. قالب‌گیری تزریقی تنها برای پلاستیک استفاده نمی‌شود، بلکه می‌تواند با مواد دیگری مانند فلزات و شیشه‌ها نیز به کار گرفته شود. این فرایند هم‌چنین نسبت به ماشین‌کاری CNC یا حتی چاپ سه بعدی دارای تنوع گسترده‌تری از مواد، رنگ‌ها، تزیینات، پرداخت‌ها و بافت‌های سطحی است.
در این مقاله تاریخچه‌ی پلاستیک و قالب‌گیری تزریقی را دنبال می‌کنیم. با تمرکز بر رویدادهایی شروع می‌کنیم که منجر به اختراع پلاستیک شد؛ آن هم به گونه‌ای که امروزه می‌شناسیم. سپس به اختراع اولین ماشین قالب‌گیری پلاستیک و چگونگی پیشرفت فناوری از آن زمان تاکنون خواهیم پرداخت.
اولین بسپار تراکمی
ساخت اولین بسپار تراکمی که توسط جیکوب برزلیوس (Jacob Berzelius) در سال 1847 تولید شد، راه را برای توسعه‌ی پلاستیک مصنوعی تجاری در حدود 15 سال بعد هموار کرد. اولین بسپار تراکمی، پلی‌استری بود که از اسید تارتاریک و گلیسیرین ساخته شده بود.
جیکوب برزلیوس شیمیدانی سوئدی و یکی از بنیانگذاران شیمی نوین بوده است. برزلیوس «برای پدیده‌هایی که نام خود را مدیون او هستند، به‌ویژه تعیین وزن‌های اتمی، توسعه‌ی نمادهای شیمیایی نوین، نظریه‌ی الکتروشیمیایی‌اش، کشف و جداسازی چند عنصر، توسعه‌ی فنون تجزیه‌‌‌ای (classical analytical techniques) و نیز پژوهش‌هایش در خصوص همپارش (isomerism) و یاریگری (catalyst) کانون توجه است».
اولین پلاستیک مصنوعی تجاری
الکساندر پارکز (Alexander Parkes) حق اختراع اولین ماده‌ی گرمانرم را در سال 1856 در انگلستان به ثبت رساند. وی این ماده را پارکزین (Parkesine) نامید. این ماده‌ی ترانما با فراورش سلولز در نیتریک اسید و سپس حل کردن آن در الکل تولید شد. این فرایند منجر به تولید ماده‌ای انعطاف‌پذیر شد که قابلیت داشت آن را به هر شکلی در زمان گرم شدن قالب‌گیری کرد و سپس با سرد شدن سخت می‌شد.
با مشهورتر شدن پارکزین، کاربردهای آن نیز افزایش یافت. به تدریج محبوبیت و شهرت آن بیشتر نیز شد؛ زیرا برای مثال کار با آن ارزان‌تر و آسان‌تر از عاج، استخوان و چوب بود که در گذشته مواد اولیه برای ساخت وسایلی مانند دکمه‌ها، شانه‌ها و کلیدهای پیانو بودند.
به گزارش The Plastics Hall of Fame «کار قبلی پارکز در آمیزه‌سازی لاستیک طبیعی در تلاش‌های بعدی او به منظور توسعه‌ی نوعی نرم‌کننده برای نیترات سلولز مفید بود؛ او از انواع حلال‌ها و هم‌چنین کافور استفاده می‌کرد».
حدود چهار سال پس از ثبت اختراع پارکز، جان وسلی هایت (John Wesley Hyatt) سلولوئید (Celluloid) را کامل کرد. اگرچه پارکزین و جایگزین‌های آن هرگز از نظر تجاری موفق نبودند، اما کار پارکز مسیری را برای هایت فراهم کرد تا با نیترات سلولز نرم شده به‌عنوان جایگزینی برای توپ‌های بیلیارد از جنس عاج و سایر کاربردهای نوآورانه به موفقیت دست یابد.
اختراع اولین ماشین قالب‌گیری تزریقی پلاستیک
قدمت قالب‌گیری تزریقی پلاستیک به اواخر قرن نوزدهم برمی‌گردد که در آن اولین ماشین قالب‌گیری پلاستیک ثبت اختراع شد. جان هایت پس از تکمیل سلولوئید، با برادرش آیزایا هایت (Isaiah Hyatt) برای ثبت اختراع اولین ماشین قالب‌گیری تزریقی پلاستیک در سال 1872 شریک شد. در ابتدا از این ماشین برای تولید توپ‌های بیلیارد از جنس سلولوئید استفاده می‌شد. در مقایسه با ماشین‌های قالب‌گیری تزریق پلاستیک امروزی، ماشین اولیه ابتدایی بود.
با وجود این که اولین ماشین قالب‌گیری برادران هایت ابتدایی بود، فرایند ساخت وسایلی مانند توپ‌های بیلیارد، شانه‌های مو، دکمه‌ها و کلیدهای پیانو را بسیار آسان‌تر کرد.
ایده‌ای که برادران هایت آغاز کرده بودند، سرانجام در سال 1868 به نتیجه رسید؛ در آن زمان یک شرکت بیلیارد سازی از آن‌ها درخواست کرد راهی بیابند که امکان تولید توپ‌های بیلیارد را به روشی کارآمد با توپ‌های یکنواخت‌تر فراهم کند.
قالب‌گیری تزریقی پلاستیک به یک ماشین قالب‌گیری تزریقی، مواد پلاستیکی خام و یک ابزار قالب‌سازی معمولی نیاز دارد. مراحل کلیدی در فرایند قالب‌گیری تزریقی عبارتند از گیرش (clamping)، تزریق، خنک‌سازی و پرانش (ejection)./بسپار
مهندس زهرا آهنگ
Ahang.zahraa@gmail.com
