BAKIM-ONARIM İŞLEMLERİNDE EPOKSİ REÇİNELERİN YERİ

Transkript

1 BAKIM-ONARIM İŞLEMLERİNDE EPOKSİ REÇİNELERİN YERİ Tezcan ŞEKERCİOĞLU ÖZET Üretimde çalışan bir çok makine, alet ve teçhizat aşınma, korozyon veya yanlış kullanım gibi nedenlerle kullanılamaz hale gelmekte yada hurdaya ayrılmaktadır. Bilindiği gibi, ham maddeler, aşındırıcı toz partikülleri, çeşitli kimyasallar, çamur, deniz suyu ve pompalarda oluşan kavitasyon gibi olaylar en sağlam malzemeleri bile aşındırarak kullanılamaz hale getirmektedir. Bu şekilde aşınmış ve kullanılamaz hale gelmiş makine parçası yada cihazın yenisiyle değiştirilmesi, üretimin gereksiz yere durmasını ve dolayısıyla üretim maliyetlerini arttırmaktadır. Aşınmaya maruz kalmış bu şekildeki parçalar, aşınmadan önce veya aşındıktan sonra, uygun epoksi reçineleri kullanılarak, yüzey kaplaması ve dolgu işlemleri yapılarak, kullanım süreleri arttırılabilir. Aycıca döküm parçalardaki çatlaklar ve imalat esnasında meydana gelen gözenekler metal dolgulu epoksi ürünler kullanılarak tamir edilebilir ve dış görünümleri iyileştirilebilir. Bu bildiride epoksi yapıştırıcıların, kimyasal yapıları, uygulamada dikkat edilmesi gereken kurallar, mukavemet değerleri, kullanım alanları ve piyasada bulunan çeşitleri hakkında bilgi verilmeye çalışılmıştır. 1. EPOKSİ REÇİNELERİN GENEL ÖZELLİKLERİ Epoksi reçineleri ilk defa 1930 yılında İsveçli bilim adamı Paul Kastan tarafından sentez edilmiştir. Sanayide kullanımları ise 1948 yılında başlamıştır. Epoksi reçinelerine bu ismin verilmesinin nedeni, yapılarında epoksi halkalarının bulunmasından dolayıdır. Bu üç elemanlı epoksi halkanın yapısında iki karbon (C) atomu tekli bağlarla oksijen (O) atomuna bağlanmıştır. Epoksi halkalarının kendi aralarında homopolimerizasyonu veya anhidrid, amin, novolok gibi maddelerle reaksiyona girerek elde edilirler. En çok kullanılan ticari epoksi reçineleri epiklorohidrin ile bisfenol-a nın reaksiyonu ile aşağıda gibi elde edilirler [1]. Epoksi Halkası Epoksi Halkası Epoksi reçineler, tek bileşenli, iki bileşenli ve film olarak üç farklı formda olabilirler. Tek bileşenli sistemler ancak ısı altında sertleşirler. İki bileşenli sistem ise oda sıcaklığında katılaşmasına rağmen ısı ile çok daha iyi bir sonuç elde edilebilir. Sertleşme sonucunda çapraz bağlı termoset polimer yapı oluşur. Bu yapı sert ve rijit bir yapıdır. Katalizör ilavesi ya da ısı ile sertleşme zamanı hızlandırılabilir. Yüksek sıcaklıklarda sertleşen epoksiler daha yoğun çapraz bağlara sahip oldukları için son derece mukavemetli yapışmalar elde edilir. Ayrıca cam geçiş sıcaklıkları daha yüksek olur. 230 oc çalışma sıcaklıklarına kadar kullanılabilirler. Yaklaşık olarak 10 ile 30 N/mm2 arasında kesme dayanımlarına sahiptirler. Derinliğine sertleşme miktarları çok iyidir. Uzun süre sertleşme zamanı gerektirirler. Servis ömürleri sınırlıdır. Epoksi reçineleri, elektrik ve elektronik parçaların imalatında, açık havada ve korozif ortamda çalışan yüzeylerin kaplanmasında ve genel amaçlı yapıştırma işlemlerinde çok miktarlarda kullanılmaktadırlar [2, 3, 4]. 2. UYGULAMADA DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN KURALLAR

2 İyi bir epoksi reçinesi uygulamasında aşağıda belirtilen hususlara dikkat edilmelidir: Sıcaklığın Etkisi: Epoksi reaksiyonu ile sıcaklık arasında yakın bir ilişki vardır. Reaksiyonun başlayabilmesi ve devamı için gerekli bir sıcaklık değeri vardır. Bu değerler ürün kataloglarında belirtilmiştir. Kuruma sürecide direkt olarak sıcaklıkla ilgilidir. Yüksek sıcaklıkta sertleşmeye bırakılan bir numune, düşük sıcaklıkta tutulan numuneye göre daha çabuk zamanda kurur. Bu işlem, daha iyi bir yapışma ve daha iyi mukavemet değerleri elde edilmesini sağlar. Reçine Miktarının Etkisi: Karışım kütlesinin (reçine+sertleştirici) sertleşme reaksiyonu üzerinde önemli bir etkisi vardır. Epoksiler, reaksiyon başladığında dışarıya ısı yaymaya başlarlar. Bu durum reaksiyonu daha da hızlandırır. Büyük miktarlardaki epoksi karışımlarında, reaksiyonu hızlandırmak için daha yüksek ısı açığa çıkar. Bundan dolayı daha çabuk kuruma meydana gelir ve reçine ile çalışma süresi kısalır. Küçük miktarlardaki uygulamalarda ise tam tersi durum meydana gelir. Küçük miktarlardaki uygulamalarda karışımın yaydığı ısı miktarı reaksiyonun tamamlanması için yeterli olmayabilir. Bu gibi durumlarda sertleşme işlemi belirli sıcaklıklardaki fırınlarda yapılmalıdır. Çok büyük miktarlarda ve geniş alan uygulamalarında açığa çıkan ısı miktarı çok yüksek olacağı için, uygulama yüzeyinin eğilip çarpılmasına, çatlamasına neden olabilir. Karışım Oranının Etkisi: Epoksi reçinesi ve sertleştirici, imalatçı tarafından verilen oranlarda karıştırılmalıdır. Uygun oranlarda karışım sağlanmadığı takdirde, reaksiyon sonucunda bileşenlerden birinin miktarı artacağı için tam bir polimerizasyon işlemi gerçekleşmez. İstenilen fiziksel özellikler elde edilemez. Yetersiz Karıştırmanın Etkisi: Reçine ve sertleştirici uygun şekilde yapılmadan uygulama yapılırsa, reçine ile sertleştirici birbirleriyle tam olarak temas etmedikleri için reaksiyon, homojen bir şekilde meydana gelmez. Buda zayıf polimer ağları oluşmasına neden olur ve istenilen fiziksel özellikler elde edilemez. Yüzey Hazırlamanın Etkisi: Uygulamaya geçmeden önce pas, yağ ve pislik gibi şeylerin yüzey üzerinden uzaklaştırılması gerekir. İyi bir temizleme işlemi çeşitli kimyasal solventler yardımıyla yapılabilir. Ayrıca yüzeydeki korozyon ve oksit tabakalarını solventlerle uzaklaştırmak zor olabilir. Bu gibi durumlarda, yüzey değişik aşındırma metotları ile temizlenebilir. Kumlama ve asitle aşındırma gibi metotlarla bu işlem yapılabilir. Aşındırma işlemi yüzey alanını arttırarak epoksi ve yüzey arasında daha fazla temas alanı sağlar.ayrıca aşındırılmış yüzey pürüzlü olacağı için kama etkisi yaratır. Bu da epoksinin tutunabilme kapasitesini artırır. Hava Kabarcıklarının Önlenmesi: Homojen bir tabaka elde edebilmek için, karıştırma işlemi esnasında hava kabarcıklarının oluşması önlenmelidir. Uygulama Kalınlığı: Epoksi reçine uygulamalarında minimum kalınlık, 1,5 mm olmalıdır. Şartlar uygunsa en azından 3-4 mm gibi uygulama kalınlıkları tercih edilmelidir. Yarık ve çatlak tamiratında, tamir edilecek yüzey en az 1,5 mm derinlik ve 3 mm civarında genişlik olacak şekilde büyütülmelidir. Ön Isıtma: Tamir edilecek parçalara 60 oc civarında bir ön ısıtma işlemi yapılması, uygulama esnasında epoksinin viskozitesini azaltacağı için yüzey üzerinde düzeltme işlemi daha rahat yapılacaktır. Ayrıca ısı vakum etkisi yaparak epoksinin yüzeye absorbe olma kabiliyetini arttıracaktır. 3. KULLANIM YERLERİ Epoksi reçineleri, çok farklı tipte malzemeleri tamir etmek ve yapıştırmak için kullanılabilirler. Çelik, döküm, kompozit ve alüminyum malzemelerin tamiratında ve yapıştırılmasında, uzay ve uçak sanayisinde oldukça fazla kullanılmaktadırlar. Günümüzde en çok kullanılan epoksi reçineleri kullanım yerlerine göre aşağıda verilmiştir.

3 3.1 Metal Dolgulu Epoksi Ürünler Metal dolgulu epoksi ürünler aşınmış parçaların yüzey kaplamalarında yada model kalıp imalatı gibi yerlerde kullanılmaktadırlar. Epoksi reçine içerisinde genellikle çelik, alüminyum ve bronz malzeme tozları karıştırılmış şekilde kullanıma sunulmaktadırlar. Tek bileşenli veya iki bileşenli (reçine+sertleştirici) olarak üretilirler. Bu ürünlerin kimyasallara karşı dirençleri genellikle yüksektir. 175 oc çalışma sıcaklıklarına kadar kullanılabilirler. Özel cihaz ve donanım kullanımına gerek duyulmadan uygulama yapılabilir ve oda sıcaklığında sertleşirler. Şekil 1 de aşınmış pompa çarkının kanatçıklarında ve vana tamiratında metal dolgulu ürün kullanımı, Şekil 2 de ise aşınmış bir pompa gövdesinin bu ürünlerle tamir edilmesi görülmektedir. Şekil 1: Bir pompa çarkı ve vananın tamiratında metal dolgulu ürün kullanılması [5] Şekil 2: Aşınmış bir pompa gövdesinin tamiratında metal dolgulu ürün kullanılması [5] Şekil 3 de milin yatak içerisinde kalan aşınmış kısmı doldurulmaktadır. Şekil 4 de ise alüminyum alaşımından yapılmış dişli kutusunun tamiratı görülmektedir. Bu ürünler sertleştikten sonra üzerlerine tornalama, frezeleme delme gibi talaşlı işlemler uygulanabilmektedir. Ayrıca bu şekilde işlem görmüş yüzeyler boyanabilmektedir.

4 Şekil 3: Aşınmış bir mil ve çatlak dişli kutusu tamiratındaki kullanım [6] 3.2 Aşınma Önleyici Epoksi Ürünler Şekil 4: Çatlamış alüminyum alaşımı dişli kutusunun tamiratı [7] Genellikle metal dolgulu ürünler ile aynı özelliklere sahiptirler. Ancak aşınma direncini ve çalışma sıcaklığını arttırmak için yapılarına silisyum karbür, alüminyum oksit ve seramik gibi malzemeler ilave edilmiştir. 250 oc çalışma sıcaklıklarına kadar kullanılabilirler. Maden ocakları gibi yerlerde kullanılan makineler ve su besleme pompalarında yüksek hızlarda çalışma esnasında çeşitli partiküller aşınmalara neden olmaktadırlar. Pompa gövdeleri ve kanatçıklarının değiştirilmesi büyük maliyetlere neden olmaktadır. Aşınmayı önlemek için bu tür yerlerde çalışan cihaz ve makineler üretime alınmadan metal dolgulu epoksiler ile kaplandıklarında iyi sonuçlar alınmakta ve kullanım ömürleri artmaktadır. Şekil 5 de kaplan türbini kanadında böyle bir uygulama görülmektedir.

5 Şekil 5: Bir türbin kanadında koruyucu amaçlı dolgu ürünü kullanımı [5] Başka bir örnek verilmesi gerekirse pnömatik iletim yapılan bir maden ocağında kullanılan boru yüzeyleri kömür partikülleri ile çok sık aşınmalara maruz kalmaktadır. İki ay gibi kısa sürelerde değiştirilmesi gerekmektedir. Bunu önlemek için boru yüzeylerine yapılan uygulama Şekil 6 da görülmektedir. Şekil 6: Sık aşınan bir borunun tamiratında aşınma önleyici ürün kullanılması [6] 3.3 Hızlı Tamirat Ve Genel Amaçlı Kullanım Ürünleri Epoksi esaslı olup, bir dakika gibi kısa sürelerde sertleşebilirler. Islak ve nemli zeminlerde ve su altında dahi tamirat, delik, yarık ve çatlak onarımı için uygundurlar (Şekil 7). Birçok asit ve bazlara karşı dayanımları yüksektir. 150 oc çalışma sıcaklıklarında bile olumlu sonuçlar vermektedirler. Su depoları, mazot depoları, gaz tüpleri, kalorifer boru ve radyatörleri, su tesisatı, boru, vana, gemi ve tekne tamiratı ve su altı elektrik izolasyonu gibi yerlerde kullanılırlar. Bu ürünlerde sertleştikten sonra tesviye edilebilir, zımparalanabilir ve üzerleri istenilen şekilde boyanabilir. Ticari örnek olarak, Loctite 5070, Devcon Zip Patch, Devcon Magic Bond, Permabond E01 Repair Epoxy ve Permabond Fe Rapid verilebilir.

6 Şekil 7: Delinmiş bir bakır boru ve çelik bir malzemedeki delik tamiratında kullanım [8] 4. TAMİRAT ÜRÜNLERİ İÇİN TİCARİ ÖRNEKLER Günümüzde firmalar tarafından, yukarıda belirtilen amaçları karşılayabilecek çok değişik özelliklerde ve kullanım amacına yönelik ürünler üretilmektedir. Çizelge 1 de bu ürünlere ait örnekler ve kullanım yerleri verilmiştir. Çizelge 1: Bakım-onarım işlemlerinde kullanılan epoksi reçinelere ait ticari örnekler [9, 10] Ürün Adı Kullanıldığı Yerler Araldite GT 7014 Yüzey kaplama işlemlerinde, Araldite GY 6020 Araldite GZ 471 X 75 Loctite 3461 Sıvı Çelik Loctite 3465 Alüminyum Macun Weicon A Weicon B Weicon BR Weicon F Weicon WR Devcon A Plastik Çelik Macun Devcon B Plastik Çelik Sıvı Devcon BR Bronz Macun Devcon F Alüminyum Macun Loctite 7218 Aşınma Önleyici Loctite 7219 Yüksek Darbe Dirençli Aşınma Önleyici Loctite 7226 Pnömatik Aşınma Önleyici Yapıştırma ve model kalıplama işlemlerinde, Kaplama, inşaat ve deniz araçlarında, Çelik macunun sıvı halde olanı, kendiliğinden yayılıp şekil alma özelliğine sahip, Alüminyum parçaların tamirinde, Boru ve döküm parçaların tamiratında, Kalıp üretiminde mikro gözeneklerin doldurulmasında, Bronz, pirinç ve bakır parçaların tamiratında, Alüminyum parçaların tamiratında, Millerin ve aşınmış kalıpların tamiratında, Metal borular, vanalar, kazanlar, miller ve döküm parçaların tamiratında, Macunun sıvı hali, iyi yayılabilme özelliklerine sahip, Bronzdan yapılmış parçaların tamiratında ve bakımında kullanılan bronz içerikli epoksi, Alüminyum parçaların, alüminyum dökümlerdeki boşlukların tamiratında ve model kalıp yapımında, Kanal, oluk, pompa gövdesi gibi yerlerde koruma ve yenileme amaçlı olarak, Hem sürtünme hem de darbeye maruz kalan yerlerde, İnce partiküllerin aşındırmasını engelleyen ve kolay uygulanabilen macun,

7 Çizelge 1(devamı): Bakım-onarım işlemlerinde kullanılan epoksi reçinelere ait ticari örnekler [9, 10] Ürün Adı Kullanıldığı Yerler Loctite 7227 Seramik Boya Pompa pervanesi gibi parçaların korozyondan ve aşınmadan korunması için, Loctite 7234 Yüksek Sıcaklık İçin Seramik Boya Düşük sürtünme fakat yüksek çalışma sıcaklığına maruz kalan yerlerde, Devcon WR Aşınmaya Dayanıklı Sıvı Kesici aletlerin yataklarının dökümü ve tamiratında, Devcon WR2 Aşınmaya Dayanıklı Macun Aşınmış kama yuvalarının tamiratında, pompa ve valfların yeniden kaplanmasında, Permabond E04, E32, ESP110 Loctite 3607, 3609, 3106, 3611, 3380 Genel amaçlı kullanımlar için. Devcon One-Minute Epoxy Gel, HP SONUÇ Yukarıda özellikleri açıklanmaya çalışılan epoksi reçineleri, bakım ve tamirat işlemlerinde kullanıcı açısından çok büyük avantajlar sağlamaktadır. Bu ürünler aracılığıyla tamirat işlemleri daha kısa sürede gerçekleşmektedir. Üretimde kullanılan makine yada cihazın işletmeye alınma zamanları önemli oranlarda azalmaktadır. Bu tamirat imkanları sayesinde işletmelerde daha az yedek parça stoklama sağlanabilmektedir. Yeni yatırım maliyetleri azalmaktadır. Hasara uğramış parçalar uygun ürün kullanılarak tamir edildiğinde veya kaplama yapıldığında, daha uzun çalışma saatlerine erişilebilmektedir. 6. KAYNAKLAR [1] Adams, R.D., Comyn, J. and Wake, W.C., Structural Adhesive Joints in Engineering, Chapman&Hall, London, [2] Akkurt, S., Plastik Malzeme Bilgisi, Birsen Yayınevi, İstanbul, [3] ASM, Engineered Materials Handbook, Adhesives and Sealants, vol. 3, 893 p., [4] Loctite Corporation, Loctite Worldwide Design Handbook Second Edition, on CD, [5] [6] [7] [8] [9] Şekercioğlu, T., Metal Tamiratında Yapıştırıcı Kullanımı, Makine Magazin, 72, 50-55, [10] Çeşitli Firmaların Ürün Katalogları.