Transkript

1 POLİMER MALZEMELER Polimer (çok mer )in, kelime anlamı çok parçalıdır. Bir polimer malzeme, kimyasal olarak birbirine bağlı bir çok parça veya birimi içeren bir katı olarak veya başka bir deyişle birbirine bağlanarak bir katı meydana getiren parçalar veya birimler olarak düşünülebilir.

2 POLİMER MALZEMELER Polimerler, en basit tanımıyla çok sayıda aynı veya farklı atomik grupların kimyasal bağlarla az veya çok düzenli bir biçimde bağlanarak oluşturduğu uzun zincirli yüksek molekül ağırlıklı bileşiklerdir. Polimer, birden fazla mer in (molekülün) ısı ve basınç altında birleşerek uzun zincirlerin meydana gelmesiyle oluşur. Plastik malzeme olarak da bilinen suni polimerler,son yıl içinde büyük gelişme göstererek günümüzde hacim olarak metallerle hemen hemen eşit oranda kullanılmaya başlanmıştır. Bunun başlıca nedenleri; bu malzemelerin nispeten ucuz, kolay işlenebilir, hafif, yüksek kimyasal ve korozyon direncine sahip olmalarıdır. Ayrıca yüksek ısıl ve elektriksel özelliklere ve yeterli mekanik özelliklere sahiptirler.

3 POLİMER MALZEMELER Cam, karbon vb. gibi liflerle kuvvetlendirilen plastik malzemeler, daha yüksek mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olurlar. Takviyeli plastikler özellikle içten yanmalı motorların ve uçakların yapımında kullanılır. Diğer bir örnek de; plastik-beton karışımından elde edilen rijit ve çok iyi sönümleme kabiliyetine sahip olan kompozit malzemeler, tezgah ve diğer ağır makine gövdelerinin yapımında kullanılır.

4 POLİMER MALZEMELER Son yüzyıl özellikle sentetik polimerlerle ilgili bilim ve teknolojisinin çok hızlı gelişimine tanık olmuştur. Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde polimer teknolojisi büyüme hızı %10 dan fazladır. Önümüzdeki yıllarda dünyada yıllık polimer üretiminin milyon ton olması ve polimerik malzemelerin birçok uygulamalarda diğer malzemelerin yerine alternatif malzemeler olarak kullanılması beklenmektedir. Halen büyük kapasitelerde üretilen ve günlük hayatta kullanımı yüzlerce tonu bulan PE, PP, PS, PVC gibi klasik polimerlerin yanı sıra mühendislik polimerleri de spesifik ve üstün özellikleri nedeniyle uygulamalarda önemli yer tutmaktadırlar.

5 POLİMER MALZEMELER Epoksi reçineleri: Kapalamalarda, kompozit yapımında, yapışkan yapımı Poliester: Gazlı içecekler ve su şişeleri, yağ, şampuan ve deterjan kaplamaları ABS polimer: Bavul, çanta yapımı, kanalizasyon ve atık su ve havalandırma boruları, telefon, elektrik süpürgesi parçaları, direksiyon kılıfı, bilgisayar kabini, otomobil far yuvası Polikarbonat: Şişeler, hayvan kafesleri, biberon, ilaç şişesi, koruma amaçlı gözlükler, dürbün, mikroskop parça yapımı

6 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Değişik sınıflandırmalar yapılmaktadır. 1-ELDE EDİLİŞLERİNE GÖRE Polimerler elde edilişlerine göre doğal, sentetik ve yarı sentetik olmak üzere üçe ayrılır. Doğal polimerler : örn.odundaki ligninin ayrılmasıyla elde edilen selüloz - bilindiği gibi selüloz kağıt in ham maddesidir-. Doğal polimerlerin bazıları ise farklı yapıda değişik birimlerin bir araya gelmesiyle oluşmuştur. Biyopolimer olarak isimlendirilen ve yaşamla ilgili bir çok önemli faaliyetin yürütülmesinde rol alan proteinler, nükleik asitler (DNA, RNA) ve enzimler doğal polimerlere örnek olarak verilebilir. Bu karmaşık yapıdaki yüksek molekül ağırlıklı bileşikler çoğu zaman daha uygun bir sözcük olan " Makromoleküller " olarak da isimlendirilirler.

7 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Sentetik polimerler Genellikle çok sayıda tekrarlanana ' mer ' veya ' monomer ' denilen basit birimlerden oluşur. ' Poli ' latince bir sözcük olup çok sayıda anlamına gelir ki ' mer ' sözcüğü ile birleştirilerek, bu yüksek molekül ağırlıklı moleküllerin adlandırılmasında kullanılır. En basit sentetik polimer olan polietilen örnek verilebilir.

8 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Burada n ' polimerizasyon derecesi olup bir polimer zincirindeki monomer sayısını ifade eder. Polimerizasyon derecesi n= hatta daha büyük değerlerde olabilir. PE için polimerizasyon derecesi (DP), ila g/mol arasında değişen ortalama molekül ağırlığına bağlı olarak arasında değişir. Molekül ağırlığı g/mol. civarında olan poilmerlere oligomer adı verilir.

9 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Bir polimerin yeterli fiziksel özelliklere sahip olabilmesi için molekül ağırlığının 10 4 g/mol. den fazla olması gerekir g/mol. ve daha büyük molekül ağırlıklı polimerler için bazen yüksek polimer sözcüğü de kullanılabilir.

10 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Yarı sentetik polimerler Doğal polimerlerin modifikasyonu ile elde edilirler. Örn. doğal selülozdan elde edilen rejenere selüloz ve diğer selüloz türevleridir, örn. selüloz asetat ( bu madde malzemeleri iç yapılarının metalografik incelemesinde replika yönteminde kullanılır).

11 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Berlin ve Parini polimerleri; polimerlerin doğal yada sentetik olup olmadığına bakmaksızın polimerleri kimyasal bileşimlerine göre sınıflandırmışlardır

12 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Organik polimerler Yapılarında başta karbon atomu olmak üzere hidrojen, oksijen,azot ve halojen ( F,Cl,Br,I gibi) atomları içerir. Eğer polimer zinciri üzerinde dizili atomların hepsi aynı türden ise bu polimerlere ' homo zincir ', farklı atomlar ise ' heterozincir' polimer olarak adlandırılır. Bir atomun polimer ana zinciri üzerinde yer alabilmesi için en az 2 değerlikli olması gerekir. Bu nedenle örn.hidrojen ve halojenler ana zincir üzerinde yer almazlar. Organik polimerler, diğer organik maddelerin aldıkları isimlere göre sınıflandırılabilirler. Örn. alifatik, aromatik gibi.

13 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI

14 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI İnorganik polimerler Organik polimerler kadar yaygın kullanılmazlar. Polimer ana zincirinde karbon atomu yerine periyodik cetvelde yer alan 4. ve 6. grup elementleri bulunur. Örn. Si, B, Ge.

15 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Alümina silikat, doğal ve sentetik zeolitler tipik inorganik polimerlerdir. Zeolit suyun arıtılmasında kullanılır.

16 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI 2-YAPILARINA GÖRE Homopolimer : Tek bir monomer biriminin tekrarlanması ile oluşan polimerlerdir.örn.etilen grubunun tekrarlandığı polietilen ( PE ) Kopolimer : İki monomer karışımından oluşan polimerdir. Kendi içinde sınıflanabilir, a- Ardışık (alternatif) polimer.örn.stiren-maleikanhidrit A-B-A-B-A-B-A-Bb- Blok (düzenli) polimer.örn.stiren-izopren -A-B-B-B-A-B-B-B-A c- Gelişigüzel polimer. örn.stiren-metilmetakrilat -A-A-B-A-B-B-A d-graft ( aşılı ) polimer : Ana zincire başka bir monomerin tekrarlandığı yan gruplar takılmış polimerdir. Örn.Stiren -metilmetakrilat -A-A-A-A-A-A-A- B B B B

17 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI 3-BAĞ YAPILARINA GÖRE Doğrusal (lineer ) polimer : örn.yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE veya HDPE) -A-A-A-A-A-A-A-A- Dallanmış polimer : örn. alçak yoğunluklu polietilen (AYPE veya LDPE) -A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A- A A A

18 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Çapraz bağlı polimer : örn.vulkanize kauçuk -A-A-A-A-A-A-A-A-A-A- B B -A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-

19 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI 4-SENTEZ YÖNTEMLERİNE GÖRE Kondenzasyon polimerleri : İki tane monomerin reaksiyona girerek su açığa çıkması ile oluşan polimer.

20 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Zincir ( katılma ) polimerleri : Sentez reaksiyonu bir çift bağın açılması ve monomerlerin birbirine zincirin halkaları gibi katılması ile oluşan polimerlerdir.

21 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI 5-SON KULLANIŞ YERLERİNE GÖRE Plastikler, kauçuklar, fiberler, kaplamalar, yapıştırıcılar 6-İŞLEME ŞEKİLLERİ ve/veya ÇÖZÜCÜLERE KARŞI GÖSTERDİKLERİ DAVRANIŞA GÖRE Yapılarındaki kimyasal bağa bağlı olarak plastikler, termoplastik ve termoset olmak üzere ikiye ayrılır.

22 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Termoplastikler ( Isıl plastikler- Isıl yoğruk plastikler TP) Bu plastikler özelliklerinde önemli değişiklikler olmadan defalarca ısıtılarak yeniden şekillendirilebilirler. Bu plastiklerin çoğu birbirine kovalent bağlı (ortaklaşım bağı) çok uzun karbon atomları zincirlerine sahiptir. Bazen azot, oksijen yada kükürt atomları da ana molekül zincirlerine kovalent bağ ile bağlanırlar Isı ve basınç altında yumuşayarak akarlar ve böylece çeşitli formlarda şekillenebilirler. Doğrusal yapıdadırlar. Ayrıca uygun çözücülerde çözünebilir ve ' çözücü döküm ' adı verilen yöntemlerle çeşitli şekillere dönüştürülebilirler. Örn.PE, Nylon, PVC

23 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Termoset plastikler ( Isıl sertleşen plastikler- Isıl dengeli plastikler- TS ) Bu plastikller kalıcı bir biçimde şekillendirilip kimyasal bir tepkimeyle olgunlaştıktan veya sertleştikten sonra ısıtılarak yeniden yumuşatılamaz veya diğer (başka) bir şekle sokulamazlar. Ancak çok yüksek sıcaklıklara ısıtılınca bozunurlar. Dolayısıyla termoset plastikler yeniden üretim çevrimine girmezler yani diğer bir deyişle geri dönüşümleri yoktur. Isıl sert denmesinin nedeni, plastiğin kalıcı olarak şekillendirilebilmesi için ısıya ihtiyaç olması ve sertleştikten sonra ısı ile sertliğini kaybetmemesidir.

24 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Bazı araştırmacılar iç yapılarına göre plastik malzemeleri sınıflandırmıştır. Termoplastik Polimerler Termoset Plastikler Elastomerler Tabii ve sentetik lastiklerdir. Termoplastik malzemelerin bir grubudur. Çok düşük yükler altında yüksek deformasyon veren düşük elastiklik modülüne sahiptirler.yük kaldırıldıktan sonra orjinal boyutlarına dönerler. Lineer polimer yapışma ve çok az miktarda moleküller arası çapraz bağ yapısına sahiptirler. Bir çok durumda hezoni yaylar gibi davranırlar. Yükün kaldırılmasından sonra eski boyutlarına dönmelerinin nedeni çapraz bağlardır. Fluidplastlar Macunsu uzayarak akan, yapışkanımsı olan çözücülerde kolay çözünen plastiklerdir.örn. Poliester, poliüretean, silikon, epoksi gibi termoset malzemeler

25 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI 6- Fiziksel Durumlarına Göre Molekül zincirlerinin birbirlerine göre tertiplenme şekilleri plastiklerin fiziksel yapısını meydana getirir. Bu bakımdan amorf ve kristalin olmak üzere iki esas yapı vardır,

26 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Amorf polimerler : Molekül zincirleri birbirlerine göre gelişigüzel şekilde birbiri içine girmiş yün yumakları şeklindedir. Moleküller kendi aralarında rasgele bağlanmış olup, kristalleşme yada çapraz bağlar yoktur. Bunu en güzel spagettiye benzetebiliriz. Bu tip polimerler cama benzer ve saydamdırlar.örn. metilmetakrilat. Amorf yapıya sahip plastiklerin çoğunda çekme zorlamaları etkisi altında, molekül zincirleri çekme yönünde bir yönlenme göstermektedir. Bu nedenle çekme mukavemetleri yüksektir.

27 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Kristalin polimerler : Polimer zincirlerinin tamamı belli bir düzene girmiş veya kristalleşmiştir. Diğer bir deyişle, Molekül zincirleri birbirlerine göre üç boyutlu bir düzeni andıran düzenli bir yapıdadır. Kristalin yapı, genellikle polimer eriğin veya çözeltisinin soğutulmasıyla elde edilir. Kristalin yapının oluşması, molekül zincirlerinin şekline (lineer, dallanmış ve çapraz bağlı) ve moleküller arasındaki kuvvetlere bağlıdır.

28 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Kristalin polimerler; soğutma yoluyla eriyik durumundan kati duruma geçildiğinde lineer zincirler birbirlerine daha çok yaklaşabilirler ve dolayısıyla kristalin bir düzen oluşturabilirler. Bu nedenle lineer molekül zincirlerine sahip plastikler oldukça büyük kristalleşme kabiliyeti gösterirler. Dallanmış zincirler birbirine çok yaklaşamadığından kolay bir şekilde kristalleşme gösteremezler. Bunlar genelde amorf yapı oluştururlar. Aynı şekilde çapraz bağlı molekül zincirleri amorf yapı meydana getirirler. Bazı plastiklerde ise çekme etkisi altında kristalin yapı oluşabilir.

29 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Kristalin yapının özellikleri; Amorf yapının özelliklerinden farklılıklar gösterebilir. Kristalin yapı daha rijit olmakla birlikte, daha yüksek ve daha belirgin ergime sıcaklığına, daha büyük çekme, sürünme ve ısı mukavemetine ve de daha yüksek yoğunluğa sahiptir. Yüksek ergime sıcaklığı ve yüksek ergime viskozitesi nedeniyle teknolojisi zordur. Ayrıca kalıplama da büyük bir şekil değiştirme gösterir. Cam lifleri veya başka katkı maddeleri ilave edildiğinde kristalin yapının özellikleri önemli oranda değişir.

30 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Yarı kristalin ( kısmi kristalin ) polimerler Polimerik yapının bazı bölümleri kristalin bazı bölümleri amorf yapıdadır. Aynı kimyasal bileşime sahip fakat lineer ve dallanmış molekül zincirleri olan polimerlerdir. Örn. PE, amorf ve kristalin yani yarı kristalin yapı gösterirler. Bu plastiklerin özellikleri yapıda mevcut olan kristalin faz yüzdesine bağlıdır. Bu yüzden Kv (kristalinite derecesi) denilen bir faktör ile ifade edilir.

31 Yarı kristalin polimerler

32 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Polimerlerde Kristalinite ( Kristallik Oranı ) ρv -ρa Kv = x 100 ρk -ρa ρv = kristalinite derecesi tayin edilen polimer yoğunluğu ρa = tamamen amorf polimer yoğunluğu ρk = tam kristalin polimer yoğunluğu

33 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Plastiklerde Kv yükseldikçe malzeme kristalin yapı, azaldıkça amorf yapı özelliklerini kazanır. Kristalinite derecesi (Kv), kopolimerizasyon ve soğuma hızı ile kontrol edilir.

34 POLİMERLERİN SINIFLANDIRILMASI Kopolimerizasyon; genellikle polimerizasyon zincirinin simetrisini bozarak kristalleşme kabiliyetini artırmaktadır. Bu şekilde daha esnek bir malzeme meydana gelmektedir. Soğutma hızı; hızlı soğutma da kristalleşme önemli oranda azalır ve kristalleşme hızı düşük olan bazı plastikler tamamen amorf hale gelebilir.

35

36 Moleküler Ağırlık ve Kristalinite Moleküler ağırlık ve kristallilik Molecular weight, Mw: Mass of a mole of chains. Tensile strength (TS): --often increases with Mw. --Why? Longer chains are entangled (anchored) better. % Crystallinity: % of material that is crystalline. --TS and E often increase with % crystallinity. --Annealing causes crystalline regions to grow, i.e., % crystallinity increases. crystalline region amorphous region

37 Molekül Ağırlığı Örn: Vinil asetat (PVA) polimerinin, CH2 = CH- COO.CH3 atom ağırlıkları C:12, H:1 ve O:16 ve ortalama polimerizasyon derecesi 550 olduğuna göre ortalama molekül ağırlığı nedir? Cevap: Vinil asetatın molekül ağırlığı: (12 x 4) + (1 x 6) + (16 x 2) = polimerizasyon (n = 550 veya DP = 550) ortalama değeri için ortalama molekül ağırlığı: 86 x 550 = g

38

39

40

41

42

43 Molekül Ağırlığı-T G Genellikle tüm amorf polimerlerde Tg molekül ağırlığıyla artar. Daha sonra yada daha büyük molekül ağırlığında sabit kalır. Tg polimerin yapısına bağlı olup polimer zincirinin esnekliği ve moleküller arasındaki etkileşim enerjisi veya çekim kuvveti Tg'yi önemli oranda değiştirir. Ayrıca Tg'yi etkileyen başka bir faktör de plastikleştiricidir. Plastikleştiricilerin girmesiyle önemli ölçüde düşürülebilir. Tg'nin yeterince altında malzeme katı ve gerilimi taşıyacak durumdayken üstündeyse lastiksi hal alır.

44 Molekül Ağırlığı-T G

45 Kristalinite-T G Polimerler katı haldeyken % 100 kristalin yapı yerine amorf ve kristalin yapı karışımı gösterirler. Kristal bölgeler katılığı oluştururken, amorf bölgeler tokluğu artırır. Kristal polimerlerin özellikleri Tg'den çok kristallik derecesiyle ilgilidir. Kristallik, yapıya sertlik, ısı ve mekanik özellikler sağlar. Buna karşın polimerin çözünürlüğü, geçirgenliği, boyanabilirliği, plastikleştiriciyi kabul etme gibi özelliği kristallik derecesiyle ters orantılıdır.

46 Kristalinite-Mekanik Özellikler % 5-10 kristallikte malzeme esnektir. % kristallikte ise malzeme toktur. %60-80 kristallikte ise yapı sert ve dayanıklıdır. Bu kristal polimerler belli bir ergime sıcaklığına sahiptirler. Tg üstünde ısıtıldıklarında dahi kristalleşme kaybolmaz ve yüksek sıcaklıklarda lastiksi hale gelmezler. Bu polimerin kristalleşme kabiliyeti polimerlerin dizenine bağlıdır. Çapraz bağlı polimerlerde zincirler arasında vandervals bağları yerine kovalent bağlar vardır. Malzemenin özelliklerini belirleyen çapraz bağ sayısı kontrol edilerek viskoz sıvıdan rijit katılara kadar değişik malzemeler elde edilir. Çapraz bağ artarsa polimerlere daha fazla sertlik, daha büyük sıcaklık aralığında kullanılabilirlik özelliği verir.

47 Molekül Ağırlığı-Mekanik Özellikler MOLEKÜLER AĞIRLIK ( MW ) Bütün termoplastikler,makromoleküler malzemelerdir. Örn.POM (-(CH2O)- monomerlerinden meydana gelir.delrin 500 de monomer sayısı n=1500=dp,monomer sayısı arttıkça molekül ağırlığı artar. Bir polimerin molekül ağırlığı ve dağılımı, polimerik malzemenin özellikleri yönünden büyük önem kazanmaktadır.

48 Molekül Ağırlığı-Mekanik Özellikler Polimerlerin molekül ağırlığı, küçük moleküllerinkinden çok farklıdır. Bir polimerik yapı, farklı uzunluktaki polimer zincirlerinden oluşur. Başka ifadeyle bunlar "polidispers sistemlerdir". Buna karşılık biyopolimerler ise "monodispers " sistemlerdir. Monodispers polimerlerin sentetik olarak eldesi çok zordur. Molekül ağırlığının yanısıra polimerlerin bu heterojen yapısı da polimer sonuç ürününün bütün özelliklerini önemli oranda değiştirmektedir. Özetlenirse; MW arttıkça mekanik değerler artar, akışkanlık azalır, viskozite azalır.

49 Molekül Ağırlığı-Mekanik Özellikler Genellikle molekül ağırlığının artmasıyla, yapıda griftlik ve moleküller arası çekim kuvveti artar ve buna bağlı olarak polimerik yapının mekanik ve ısıl özellikleri başta olmak üzere işlenebilirliği,elektriksel, optik ve kimyasal özellikleri önemli oranda değişir. Molekül ağırlığının artmasıyla polimerik yapının özellikle de- çekme gerilmesi, çarpma direnci, erime ve yumuşama sıcaklıkları, ısıl direnç önce hızlı artar sonra değişmez,sabit kalır. Buna karşın polimerik yapının erime viskozitesi önce yavaş sonra hızlı bir artış gösterir.diğer bir deyişle,yüksek molekül ağırlıklı polimer yapının mekanik özellikleri iyileşirken,işlenebilirlikleri zorlaşmaktadır. Hem işlenebilir hem de yeterli mekanik özelliklere sahip ticari polimerik ürünlerde molekül ağırlığının molekül arasında olması istenir. Sentetik polimerlerde molekül ağırlığı 10 milyona kadar olan ürünler hazırlanabilir. Doğal polimerlerin ve bio- polimerlerin molekül ağırlıkları ise bu değerlerin çok üzerindedir.

50 Molekül Ağırlığı-Mekanik Özellikler

51 Ortalama Molekül ağırlığı ORTALAMA MOLEKÜL AĞIRLIĞI Polimerlerde ortalama molekül ağırlığından söz edilir. Polimerlerin molekül ağırlığını ölçmek için çeşitli fiziksel yöntemler geliştirilmiştir. Her yöntem aynı molekül ağırlığı ortalama değerini vermez. Çeşitli ortalama molekül ağırlığı tanımları ve yöntemleri vardır. Bunlarda en yaygın yöntemler şunlardır 1. Sayıca Ortalama Molekül Ağırlığı (Mn)

52 Ortalama Molekül Ağırlık Bunlarda en yaygın yöntemler şunlardır 1. Sayıca Ortalama Molekül Ağırlığı (Mn) M değerinin bulunabilmesi için; uç grup analizi ve kolligatif özelliklerin değişiminin (örn. ozmotik basınç, kaynama noktası yükselmesi, donma noktası alçalması, buhar basıncı düşmesi gibi) ölçülmesi esasına dayalı yöntemler kullanılır

53 Ortalama Molekül Ağırlığı 2. Ağırlıkça Ortalama Molekül Ağırlığı (Mw).

54 Ortalama Molekül Ağırlığı 3. Ortalama Molekül Ağırlığı (Mz) Yaygın olarak kullanılmayan bu molekül ağırlığı tayini için ultrasantrifigürasyon yöntemi kullanılır.

55 Ortalama Molekül Ağırlığı 4. Viskozite Ortalama Molekül Ağırlığı (Mη) Polimerlerin uygun bir çözücüdeki çözeltisinde viskozite sayısı ile molekül ağırlığı arasındaki ilişki aşağıdaki eşitlikle verilebilir.

56 Ortalama Molekül Ağırlığı Hesaplama UÇ Grup Analizi : Uygulanabilmesi için polimer moleküllerinde tayin edilecek karboksil, hidroksil, amino, ester gibi uç grupların bulunması gerekir. Bu yöntemde polimerlerdeki uç grup sayısının kesin bilinmesi gerekir. Doğrusal polimerlerde bu sayı bilinir ancak dallanmış polimerde ise dallanma noktası sayısı hesaplanabilirse molekül ağırlığı hesaplanabilir.

57 Ortalama Molekül Ağırlığı Hesaplama Işık Saçılması Yöntemi :Bir ortam şeffaf veya bulanık olabilir. Bulanık ortamda olan partiküllerin ışığı saçmasından kaynaklanır. Işığın saçılma şiddetinden yararlanarak molekül ağırlığı bulunur.

58 Molekül Ağırlığı Dağılımı Molekül ağırlığı dağılımı Heterojenlik İndeksi ile ifade edilir. Heterojenlik İndeksi = H.I. = Mw / Mn H.I = 1 ise; monodispers polimerik yapılar (doğal polimer). Monodispers polimerik yapılara sentetik olarak ulaşılamaz. H.I 1 dar bir dağılımı, H.I = 3-10 geniş bir dağılımı gösterir. H.I. = 2-5 Dar bir molekül ağırlığına sahip polimerlerde H.I. = geniş bir molekül ağırlığına sahip polimerlerde

59 Molekül Ağırlığı Dağılımı Polimerlerin özellikleri sadece ortalama molekül ağırlığının değerine bağlı olmayıp, polimeri oluşturan zincirlerin molekül ağırlıklarının dağılımına da bağlıdır. Dar dağılımlar polimer malzemenin özelliklerini iyileştirmektedir.

60 Molekül Ağırlığı Dağılımı Molekül ağırlığı dağılımının bulunabilmesi için; Çöktürme Santrifüjleme Ultrafiltrasyon Ekstraksiyon Çözücü buharlaştırma Büyüklükçe ayırma kramatografisi kullanılır. Molekül ağırlığı ve dağılımının bulunmasında kullanılan yöntemler; Kolligatif özelliklerin ölçülmesine dayanan yöntemler Ozmotik basınç Uç grup analizi Işık saçılması yöntemi Viskozite yöntemi Büyüklükçe ayırma kramatografisi

61 Plastik Malzeme Çeşitleri Elastomerlerin (kauçuklar) mühendislikte kullanımlarında aşağıdaki gibi sınıflandırmalar yapılabilir: Titreşimin önlenmesi ve yalıtımı (a) Şok emiciler (b) Titreşimi önleyici makine bağlantıları (c) Ses yalıtımı Şekil değişimine uğrayan sistemler (a) Esnek kaplinler gibi elemanlar ile eksenel kaymaların doğrultulması (b) Kayışlar, esnek hortumlar, kaplanmış tekerler, lastik vb. elemanların şekillerinin değiştirilmesi (c) Maskeler ve tüm contalar (d) Kauçuk hidrolikleri Koruyucu sistemler (a) Aşınmaya karşı koruma (b) Korozyona karşı koruma (c) Elektrik yalıtımı.

62 Plastik Malzeme Çeşitleri Termoplastikler Amorf Termoplastikler PVC PS SAN PMMA PC PVK : Poli Vinil Karbozol PVAC : Poli Vinil Asetat PPE : Polifenilen Oksit PSU : Polisülfon PEI : Polieter Imid PES : Polieter Sülfon PA 6-3-T

63 Plastik Malzeme Çeşitleri Kısmen Kristalli Termoplastikler PE PB : Poli buten PVDF : Polivinil di florür PP PA POM : Poli oksi metilen PA 11 PVDC : Poli vinil di klorür PCTFE: Poliklor Triflor Etilen PA 6 PA 6, 10: PA6/PA10 kopolimeri PA 6,6 PET : Poli Etilen Tereftalat E/TFE : Etilen / Teraflor Etilen Kopolimer PVF : Polivinil Florür PEEK : Poliaril eter keton * PUR Lineer: Lineer poliüretan Polimer Karışımları Farklı TP karışımlarıdır. Poliblend adı da verilir. Aşaınma dayanımları yüksektir. Amorf yapılılar: PVC + PE_C : PVC + klorlu PE PVC + ABS PVC + MBS : PVC + Metil akrilat_butadien_stiren PC + ABS

64 Plastik Malzeme Çeşitleri Kısmen Kristal Yapılılar: PA66 + PE PA6 + PE PP + EPM : PP + Etilen Propilen kopolimeri PC + PBT : PC + Polibütilen Tereftalat * Unsaturated Polyester : Doymamış Polyester

65 Plastik Malzeme Çeşitleri MF : Melamin formaldehit VE : Vinil ester SI : Silikon Elastomerler SIR : Silikon kauçuğu BR : CiS-1-4 Polibutadien kauçuğu IR = NR: CiS 1-4 poliizopen kauçuğu EPM (EPDM): Etilen-Propilen kopolimeri CR : Kloropren kauçuğu PUR : Poliüretan SBR : Stiren Butadien kauçuğu NBR : Nitril kauçuğu (Nitril butadien kauçuğu)

66 Plastik Malzeme Çeşitleri Termoset Plastikler UP: Doymamış poliester EP: Epoksit reçinesi PF : Fenol formaldehit

67 Plastik Malzemelerin Ticari İsimleri

68 Plastik Malzemelerin Özellikleri Plastiklerin Görünüşü Plastiklerin çoğu renksizdir. Bu yüzden istenilen rengi elde etmek için renk verici maddeler kullanılır. Pigmentlerle opak görünüş elde edildiği gibi çözünür organik boyalarla, şeffaf bir görünüş de elde edilebilir. Polimetilmetakrilat gibi bazı polimerler çok berraktırlar. Bu özelliğinin yanı sıra polimetilmetakrilat hafif de olduğu için, hem optik camın yerine hem de uçak gibi araçlarda kullanılır.

69 Plastik Malzemelerin Özellikleri Plastiklerin Yüzey Sertliği Plastik malzemelerin bir dezavantajı, yüzeylerinin yumuşaklığı ve çizilmeye karşı direncinin az olma-sıdır. Plastikler cam, seramik ve metallere göre daha az serttirler. Opak, renklendirilmiş plastikler, yüzeyi boya ile kaplanmış plastiklerden daha serttir. Termoplastiklerin sertliği sıcaklık ve katılan plastifiyan miktarının artmasıyla azalır. Termosetler dolgu maddeleri ilave edildikten sonra sert bir hal alırlar; bunlarda sıcaklık artırılırsa sertliğin azalması yok denecek kadar azdır.

70 Plastik Malzemelerin Özellikleri Plastiklerin Yoğunluğu Plastik malzemeler, odun hariç diğer tüm malzemelere göre ağırlık bakımından üstündürler. Plastiklerin yoğunluğu g/cm 3 arasındadır. Bundan dolayı ağırlığın önemli olduğu yerlerde plastikler kullanılmaktadır..

71 Plastik Malzemelerin Özellikleri Isısal Özellikler Plastiklerin ısısal özelliği en önemli özelliklerinden biridir. Her ne kadar bazı plastikler C aralığında uzun süreli kullanım için tavsiye edilebilir ve örneğin PTFE ve polifenilen sülfid gibi, başka plastikler, 250 C a kadar servis ömrüne sahip iseler de, çoğu plastikler geniş bir sıcaklık aralığında yumuşama gösterirler.

72 Plastik Malzemelerin Özellikleri Yüksek sıcaklıklarda plastiklerin kullanabilmelerini tayin eden yöntem yumuşama ve eğilme sıcaklığıdır. Bu amaçla kullanılan standart test, ASTM D648 veya BS 2782 Kısım 121 dir. Ancak bu sıcaklıkların malzemenin maksimum kullanma sıcaklıkları olmadığını hatırlatmakta fayda vardır. Bununla beraber düşük zorlamalarda veya uzun aralıklı yüklemelerde, plastikler bu veya daha yüksek sıcaklıklarda dayanabilirler. Yumuşama sıcaklığı esasen sadece malzemenin ön seçiminde bir bilgi vermektedir.

73 Plastik Malzemelerin Özellikleri Isıl İletkenlik Plastiklerin önemli bir ısısal özelliği ısı iletkenliğidir. Genellikle plastiklerin ısı iletkenliği kötüdür. Metallerin ısıl iletkenlikleri cal/cm.san. C x 10 4 arasında iken, plastiklerin ısıl iletken-likleri 2,0 8,0 cal/cm. san." C x 10 4 arasındadır. Plastiklerin ısıl iletkenliklerinin düşük olmasından dolayı, sürtünme veya tekrarlanan gerilmelerin sebep olduğu sıcaklık büyümesi, malzeme içerisinde ısı birikmesine neden olur. Bu olay ısıl yorulmaya yol açar.

74 Plastik Malzemelerin Özellikleri Isıl yorulmayı azaltmak için, plastik malzemelere katkı maddeleri ilave edilir. Bu amaçla en çok kullanılan katkı maddeleri metal tozları (alüminyum, bakır, vb.) veya çeşitli elyaflar (karbon elyafı, cam elyafı vb.). Katkılı plastiklerin ısıl iletkenlikleri en az 10 kat daha yüksektir, Örn değerinde olan epoksilerin ısıl iletkenleri katkı mad-deleri ile takviye edildiklerinde değerlerine kadar çıkabilmektedir

75 Plastik Malzemelerin Özellikleri Plastiklerin ısıl iletkenlikleri molekül ağırlığının yanı sıra, kristalinite derecesi ve yönlenme gibi yapısal faktörlere bağlıdır. Kristalinite derecesi ve yönlenme artarsa, ısıl iletkenliği de artar. Başka bir ısısal özellik ısıl genleşmedir. Plastik malzemelerin işlenmesinde önemli bir problem olan ısıl genleşme katsayısı, metallere göre çok daha büyüktür ve değer olarak 2 20 x 10 5 (cm/cm C) arasında değişir.

76 Plastik Malzemelerin Özellikleri Takviye malzemelerinin ilavesi örn.fiberler (elyaflar), plastiklerin ısıl genleşmelerini önemli derecede azaltmaktadır, örneğin polistirene % 60 oranında cam elyaf ilavesiyle ısıl genleşme katsayısı yarıya indirilmektedir. Isıl iletkenlik gibi ısıl genleşmede molekül ağırlığı ve yapısal faktörlerle değişir. Polimerin kristalinite derecesinin ve çapraz bağ yoğunlunun artmasıyla ısıl genleşme katsayısı azalır. Yönlenme yönünde katsayı azalırken, dik yönde artar. Bunların yanı sıra ısıl genleşme değerleri plastiklerin (Tg) camsı duruma geçiş sıcaklığının ve Tm ergime sıcaklığının üzerinde veya altında farklıdır.

77 Plastik Malzemelerin Özellikleri Plastiklerin ısıya karşı dayanıklılığı çok önemli bir faktördür. Genellikle termoplastikler yük uygulanmadığı zaman (kendi ağırlıkları altında) C da, bazı çeşitleri ise 260 C gibi yüksek sıcaklıklarda bozulurlar. Bu yüzden yüksek sıcaklıklarda düşük bir yük altında kullanılmalıdırlar. Termosetler daha sert ve ısıya daha dayanıklıdırlar. Sıcaklık artarsa belirli bir sıcaklığa kadar sert kalırlar fakat yüksek sıcaklıklarda kömürleşir, bozulurlar. Genellikle termosetler 150 C -230 C arasındaki sıcaklığa devamlı maruz kalabilirler; bazı özel termoset çeşitleri 260 C ye kadar dayanabilir. Asbest ve cam dolgu gibi dolgu malzemeleri plastiklerin ısıl dirençlerini artırır

78 Plastik Malzemelerin Özellikleri Kimyasal Özellikler Plastikler, metal malzemelere göre kimyasal ajanlara daha dayanıklıdırlar. Genellikle termoplastikler zayıf asit, alkali ve tuzların sulu çözeltilerinden etkilenmezler, örneğin polietilen ve polipropilen asit depolama kabı imalinde kullanılmaktadır. Politetrafluoretilen gibi fluor içeren plastikler kimyasal olarak son derece inert malzemelerdir. Diğer taraftan, termo plastiklerin çoğu organik çözücülerin etkisi altında çözünme veya şişme gösterirler ve kuvvetli asit veya alkalilerden kimyasal olarak etkilenir

79 Plastik Malzemelerin Özellikleri Kimyasal çevre ile birlikte gerilmenin etkisi, plastik malzemenin yüzeyinde gerilmenin yoğun olduğu zayıf bölgeler oluşturur. Örneğin eğilme ve benzeri gerilmeler malzeme yüzeyinde çatlaklar oluş-turabilir. Kimyasal madde bir çatlak içine sızar ve kimyasal etki yaparak bozunmayı başlatır. Termosetler, termoplastiklere göre kimyasal çevreye daha az duyarlıdırlar.

80 Plastik Malzemelerin Özellikleri Polimerlerin kimyasal dirençleri reaktif maddenin cinsine ve yoğunluğuna, polimerik yapıya, sıcaklığa, uygulanan gerilmeye, yüzey pürüzlüğüne ve morfolojisine bağlıdır. Kısa süreli polimer-kimyasal çevre etkileşmeleri çekme deneyleriyle, uzun sürekli etkileşmeler ise sürünme deneyleriyle belirlenirler.

81 Plastik Malzemelerin Özellikleri Alevlenme (Yanma) Özellikleri Plastikler aleve karşı çok hassastırlar. Genellikle termoplastiklerin çoğu alevle veya aşırı ısı ile temas ettikten sonra kullanılmaz hale gelirler. Yanan plastiklerin yanma hızı, aditif (yanmadan koruyan madde) kullanarak yavaşlatılabilir. Bununla beraber, birçok plastik, alev uzaklaştırıldıktan sonra yanmaya devam etmez. Bir plastik malzemenin alevlenme kabiliyeti ölçülebilir, fakat genellikle bu özellik yanmanın özel şartlan ile ilgili birçok faktöre bağlıdır, örneğin plastikleştirici ihtiva etmeyen katı PVC, alev uzaklaştırıldığında kendi kendini söndürür; hâlbuki plastikleştiricisiz köpük PVC havada yanmaya devam eder.

82 Plastik Malzemelerin Özellikleri Çok sayıda deney metodları ortaya çıkmasına rağmen, son yıllarda kabul edileni Kritik Oksijen İndeksi (COI) kavramına dayanan yöntemdir. ASTM 2863Tte standartlaştırılan bu deney, plastiklerin yanma özelliklerinin mukayesesinde en çok kullanılan yöntemdir. Bu deneyde bir tüp içerisinde yukarıya doğru akan oksijen-azot karışımında bir şerit plastik tutuşturulur ve aşağıya doğru yanan, kararlı, mum gibi bir alev tayin edilir. Alev sönene kadar gaz karışımının oksijen-azot oranı yavaş yavaş azaltılır.

83 Plastik Malzemelerin Özellikleri Sabit yanmayı devam ettirebilen minimum oksijen miktarına Kritik Oksijen İndeksi denir. Bu sebepten, COI daha düşük olursa, malzeme daha kolay alevlenebilir. Hava %21 O2 ihtiva ettiğine göre COI değeri 0.21 den daha büyük olan polimerler kendi kendini söndürürler. Malzeme geometrisi de dikkate alınırsa yukarıdaki değerin yalnız fikir verici olduğu anlaşılmaktadır. Deney şartlarından farklı koşullarda, COI nin daha yüksek değeri (0.27 civarında) başlangıç noktası olarak kabul edilir. COI deneyinin kolaylıkla yapılabilmesi, polimerlerin alevlenme özelliklerinin karşılaştırılmasında sıkça kullanılmasına neden olmuştur

84 Plastik Malzemelerin Özellikleri

85 Plastik Malzemelerin Özellikleri

86 Plastik Malzemelerin Özellikleri Hava Etkisiyle Bozulma Polimerlerin gamanla yıpranmasına malzemenin kimyasal bozulması neden olmaktadır. Bu olay bir veya birçok faktörün etkisi altında meydana gelmektedir. Bunların arasında en önemli olanlar termik, mekanik, fotokimyasal, radyasyon, biyolojik ve kimyasal faktörlerdir. Çoğu defa şartlar, farklı şekilde oluşan yıpranmaların aynı anda meydana gelmesini sağlar. Örneğin açıkta bulunan bir polimer, UV radyasyonu, oksijen ve atmosfer yayımlarının etkisine maruz kalmaktadır. Aynı şekilde, polimer iş-lenme esasında yıpranma başlatabilen ısı, mekanik kuvvetler ve oksi-jenin etkisi altında bulunmaktadır.

87 Plastik Malzemelerin Özellikleri Hava etkisiyle plastiklerin yıpranması; radyasyon, uçan parçacık-ların meydana getirdiği aşınma, yağmur veya dolu erozyonu ve hava kirliliğinin kimyasal etkisinin bir neticesidir. Bu faktörlere karşı termoplastiklerin dayanıklılığı çok iyiden (örneğin akrilik ve PVC) zayıfa kadar (örneğin polistiren ve selüloz asetat) değişir. Su absorbsiyonu, plastikleştirici etkisinden dolayı, termoplastiklerin dayanıklılığını zayıflatır. Ancak en önemli faktör UV radyasyonunun etkisidir. Her iki durumda da, plastik malzeme gevrekleşir; ayrıca ultraviyole etkisiyle renk kaybı meydana gelir. UV ışınlarına en dayanıklı plastikler akriliklerdir. Diğer plastikler aynı dayanıklılığı göstermezler, fakat bunların özellikleri karbon siyahı gibi uygun katkı maddeleriyle iyileştirilebilir. Havanın etkisi en çok, uzun süre güneş ışığına maruz kalan borularda rastlanır.

88 Plastik Malzemelerin Özellikleri Genelde iklim şartlan plastiğin görünüşünü değiştirir, özellikle renginin solmasına veya bozulmasına neden olur. Plastik malzemelerin gerek hava gerekse iklim etkilerine karşı dayanımını artırmak için antioksidant ve stabilizatör gibi katkı maddeleri ilave edilir

89 Plastik Malzemelerin Özellikleri Elektriksel Özellikler Elektriksel özellik bakımından en önemli faktör elektriksel iletkenliktir. Genelde plastiklerin elektrik iletkenlikleri zayıftır. Polimerlerin elektrik iletmesi için yapıda serbest elektronlar veya serbest iyonların bulunması ve bunların yapı içinde hareket etmesi gereklidir. Polimerin yapısında zincirlerin sert ve bükülmez olması, zincirlerin birbirini kuvvetli etkilemesi, yüksek kristalinite ve yönlenme olayları elektronların serbest hareketlerini engellemekte ve plastiklerin düşük elektrik iletkenliğine neden olmaktadır. Elektrik iletkenliğini ifade etmek için bunun tersi olan elektrik direnç terimi de kullanılmaktadır.

90 Plastik Malzemelerin Özellikleri Plastiklerin hacim elektrik dirençleri 10 7 ohm. m den ohm.m ye kadar değişir. Herhangi bir plastik için hacim elektrik direnç değeri zamanla artar fakat sıcaklık ve nem miktarı ile azalır. Sıcaklığın artmasıyla elektriksel iletkenlik üstel bir şekilde artar. Polietilen ve PTFE gibi bazı plastiklerin dielektrik kayıp faktörleri çok düşüktür ve bu nedenle bunlar yüksek frekanslı elektronik tertibatlarda kullanılırlar. PVC gibi yüksek dielektrik kayıp faktörüne sahip plastikler kablo kaplaması gibi düşük frekanslı uygulamalarda yalıtkan olarak kullanılmaktadırlar.

91 Plastik Malzemelerin Özellikleri Mükemmel yalıtkanlık özelliğinin bir neticesi olarak polimerler çoğu defa elektrostatik olarak yüklenirler ve elektrostatik yükleri uzun süre muhafaza ederler. Elektrostatik yüklenme bazı uygulamalarda yangın çıkmasına neden olabilir. Ayrıca elektrostatik yüklenme bazı durumlarda tozu çekebilir plastiğe el koyana elektrik şoku verebilir, havada kıvılcım çıkarabilir. Yüzeylerin işlenmesi ile malzemeye, elektrostatik yükün yere akmasını sağlayan düşük bir iletkenlik verilebilir.

92 Plastik Malzemelerin Özellikleri Ancak bu kaplamalar zamanla yavaş yavaş bozulur ve aralıklarla yenilenmesi gerekir. Elektrik direncinin düşürülmesi için kullanılan bir başka yöntem, yapıya iletken dolgu maddelerinin ilave edilmesidir. % 15 veya daha fazla karbon lifleri ile kuvvetlendirilmiş plastikler yüzey dirençlerinin neden olduğu statik yükü etkili bir şekilde dağıtılabilirler. Örneğin otomobil motorlarında kaplama maddesi olarak kullanılan silikon kauçuğun elektriksel direnci ohm.cm dir. Bu malzemeye ağırlık olarak % 15 karbon siyahı ilave edilirse, malzemenin direnci 10 4 ohm.cm, % 60 ilave edilirse 10 ohm.cm olur. Karbon siyahı yerine gümüş kaplı metal tozları dolgu maddesi olarak kullanılırsa, malzemenin elektrik direnci 10-4 ohm.cm değerlerine kadar düşürülebilir

93