ENJEKSİYON PARAMETRELERİNİN CAM ELYAF TAKVİYELİ POLİPROPİLEN (PP) ve NAYLON 6 (PA6) KOMPOZİTLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI

Transkript

1 Niğde Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt 5, Sayı 1. (2001, ENJEKSİYON PARAMETRELERİNİN CAM ELYAF TAKVİYELİ POLİPROPİLEN (PP ve NAYLON 6 (PA6 KOMPOZİTLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI Abdulkadir GÜLLÜ 1 Emin ÖZDEMİR 2 Halil DEMİR 1 1 Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi ANKARA 2 Plaset A.Ş. Topkapı İSTANBUL ÖZET Bu çalışmada, cam elyaf (E takviyeli plastik matris kompozit (PMK malzeme enjeksiyon tekniğiyle üretilmiştir. Cam elyaf, polipropilen (PP ve naylon 6 (PA6 matris içerisine, ağrılıkça % 15 ve % 30 oranlarında katılmıştır. Takviye elemanı ile enjeksiyon hızı, sıcaklık, arka basınç ve yolluk girişleri gibi enjeksiyon parametrelerinin üretilen PMK malzemelerin mekanik özelliklerine etkileri incelenmiştir. Üretilen numuneler çekme ve darbe deneylerine tabi tutulmuştur. Çekme dayanımının; enjeksiyon hızının artmasıyla azaldığı, besleme bölgesi sıcaklığı ve arka basıncın artmasıyla değişmediği, yolluk geçidinin büyümesiyle bir miktar artığı görülmüştür. Cam elyafın, çekme dayanımını önemli ölçüde (% artırdığı görülmüştür. Anahtar Kelimeler : Takviyeli Termoplastik, Kompozit, Polipropilen, Naylon 6, Cam Elyaf INVESTIGATION OF THE EFFECT OF GLA FIBER REINFORCEMENTS AND ENJECTION PARAMETERS ON PP AND PA 6 PLATICS ABSTRACT In this study, glass fibre (E reinforced plastic matrix composites (PMK materials have been synthesised by the injection moulding technique. Glass fibres were added into polypropylene (PP and nylon (PA6 plastics 15 to 30 wt %. The effects of glass fibre reinforcement and injection parameters, like injection speed, temperature, backpressure and runners on the mechanical properties of the composites were investigated. Tensile and impact tests were carried out on the composites. It was observed that glass fibre reinforcement led to the improvement in tensile strength of the composites by %. In addition, injection speed had a negative influence on the tensile strength while increased runner diameter resulted in a slight improvement. However, the feeding zone temperature and backpressure did not have any influence on the tensile strength. Key Words : Reinforced thermoplastic, Composites, Polypropylene, Nylon 6, Glass Fiber 1. GİRİŞ Enjeksiyonla yapılan baskılarda, termoplastik tasarımcıları üretim maliyeti ve malzemenin mekanik, fiziksel, kimyasal özellikleri arasında çok iyi denge sağlamaları gerekmektedir. Termoplastiğin sertliği ve mukavemeti zamana bağlı olarak yük taşımasına, sıcaklığa ve fabrikasyon metoduna bağlıdır. Malzemenin mukavemeti ve sertliği dolgu maddesi (Örneğin chalk, whiskes, cam, karbon, metal tel, vb. kullanmak suretiyle arttırabilmektedir. Takviye edilmiş plastiğin gösterdiği dayanıklılık, matris üzerine yapılan dış baskıların, takviye edici madde üzerine aktarılmasıyla gerçekleşmektedir. Çeşitli takviye edici maddelerle elde edilen dayanıklılık, takviye edici maddeye bağlı olarak değişmektedir [1]. Cam elyaf miktarı ve elyaf boyutunun, kalıplanan ürünün geometrisine bağlı olarak elyaf yönlenmesinin ve işlem şartlarının, kompozitin özelliklerini belirlemede önemli etkisi bulunmaktadır. Ayrıca kompozit özellikleri

2 A.KÜLLÜ,E.ÖZDEMİR,H.DEMİR (mukavemet ve sertlik kullanılan plastik, elyaf ve elyaf uzunluğuna bağlı olarak değişmektedir. Takviyeli kompozite uygulanan yük elyaflar tarafından taşınmaktadır. Kompozitde plastiğin rolü; uygulanan yükü, kayma kuvvetleri vasıtasıyla daha sert yapıda olan elyafa transfer etmektir [2]. Genelde tüm termoplastikler cam elyafı ile kuvvetlendirilmeye uygun olmalarına rağmen, bu amaçla en çok naylon, polipropilen, polistiren, ABS ve SAN kullanılmaktadır. Cam elyafıyla kuvvetlendirme plastiğin mekanik özelliklerini iki veya üç kat arttırmaktadır. Elyafın matris tarafından iyi ıslanma kabiliyeti, matris ile elyafın temas yüzeyinde kimyasal reaksiyonun olmaması ve elyafın iyi yüzey karakteristiklerine sahip olması önemli bir özelliktir. Eğer elyaf matris tarafından iyi ıslatılmazsa, temas yüzeylerinde boşluklar oluşmaktadır. Bu da temas yüzeyindeki bağları zayıflatmaktadır. Islatma yeteneğini iyileştirmek için elyaflar uygun bir malzemeden yapılan ince bir film ile kaplanmaktadır. Kaplamaların kimyasal bakımdan kararlı olmaları ve matrisle reaksiyona girmemesi gerekmektedir [3]. Aynı yönde yönlendirilmiş kısa elyaflarla doldurulmuş kompozitin çekme kuvveti, uygulanan kuvvetle elyaf ekseni arasındaki açı arttıkça azalmaktadır. Küçük açılı kuvvet uygulandığında kompozitteki bozulma elyaf çekme kuvvetiyle kontrol edilmektedir. Uygulanan kuvvetle elyaf arasındaki açı arttırıldığında; elyaf ve matris yüzeyinin her ikisinde de kesme kuvvetleri ve gerilmeler artmaktadır. Elyaf uzunluğu yük taşıma kapasitesinde kritik faktördür. Maksimum yük taşıma kapasitesini sağlamak için yük transfer uzunluğu olarak bilinen en azından kritik bir minimum uzunluk gerekmektedir [4]. Çekme kuvveti elyafların uç noktalarından merkeze doğru artmakta ve merkezde maksimum değere ulaşmaktadır. Kesme kuvveti elyaf ucunda maksimum değerde iken merkezde sıfır olmaktadır. Elyafların plastiğin akma şartlarından dolayı yönlenmesi kompozit özelliklerini etkiler. Buna rağmen enjeksiyon işlem parametreleri bu yönlenmeyi değiştirebilir. Yüzeysel akış, hemen hemen elyafları akış yönüne paralel yapmaktadır. Kompozitteki nem yumuşatıcı gibi hareket etmekte ve kompozitte nem, ufak çatlaklar, mikro çatlaklar ve şişme gerilmesi elyafın zayıflamasına sebep olmaktadır [5]. Polyolefinler yarı kristal ve mükemmel derecede darbeye dayanıklılık karakterine sahip malzemelerdir. Polyolefinlerin mekanik özelliklerini elyaf takviyesiyle yükseltmek mümkündür ve çok iyi elyaf-plastik uyumu sağlayan malzemelerdir. Polyamidler ise; çok kompleks mühendislik plastikleri olup yüksek kristal yapılı, mukavemetli ve yüksek ısıl direnç özelliği gösterirler. Yüksek nem absorplaması ise mukavemet açısından dezavantajdır. Elyaf matris kontağı elyafa veya matrise ya da her ikisine birden yapılan çeşitli işlemlerle artırılabilir. Elyafın matrise iyi yapışmasını sağlayan bağlayıcı katkı maddesi (coupling ajanı kullanılabilir. Bu özellik, kompozitlerde mekanik performanslarla ayrılmaktadır [6]. Elyafın kompozit içinde etkili olabilmesi için, minimum bir kritik uzunluğa sahip olması gerekmektedir. Eğer elyaf uzunluğu bu değerden az olursa çekme esnasında elyaf yerinden çıkar ve etkili olamaz. Kritik uzunlukta ve daha uzun elyaf ihtiva eden kompozitte, çekme esnasında elyaf kompozitle beraber kopmaktadır. Bu elyafın kompozitte pozitif etkisinden dolayıdır ki çekme kuvvetini artırmaktadır. Genel olarak elyaf çapı 10µm civarındadır. Çapı daha fazla küçültmek yüksek maliyetten ve çok ince elyaf kullanımının zor olmasından dolayı ticari olarak hiç tercih edilmezler. Bu yüzden dolayı araştırmalar, baskıdan çıkan kompozit içindeki elyaf uzunluğunu artırmaya ve elyaf-matris yapışmasını kuvvetlendirme yönünde yoğunlaşmıştır [7] 2.1. Deneylerde Kullanılan Malzemeler 2. DENEYSEL ÇALIŞMA ve İŞLEM ŞARTLARI İki çeşit plastik cam elyafla kuvvetlendirilmiştir. Bunlar Nylon 6 (PA6 ve Polipropilen (PP dir. Nylon 6 (PA6 Akromid B 33 ticari adıyla Ticona firmasından, Polipropilen Petoplan MH-48 ticari adıyla PETKİM firmasından temin edilmiştir. 13 µm çapında ve 6 mm boyundaki cam elyaflar ( E cam Cam Elyaf Sanayii firmasından temin edilmiştir Kompound Tekniği (Kompozitlerin hazırlanması Ağırlıkça %15 ve % 30 Elyaf PP ve PA6 ile karıştırılmış ve elyaflar PP ve PA6 içerisine ağırlıkça %15 ve % 30 oranında ilave edilmiştir. % 15 takviyeli 5 kg kompozit malzeme için, 0,75 kg Cam elyaf ile 4.25 kg plastik karıştırılmıştır. Yine 5 kg %30 takviyeli kompozit malzeme için 1.5 kg cam elyaf ile 3.5 kg plastik karıştırılmıştır. Brabender marka çift vidalı ekstrüzyon makinesi kompound yapmak için kullanılmıştır. Yüksek ocak sıcaklığında çalışılıp, özellikle beslemeye yakın arka bölge sıcaklığı yüksek tutulmuştur. Ayrıca akma 12

3 Eneksiyon Parametrelerin Polipropilen Tabanlı Kompozitlerinin Mekanik Özelliklerine Etkisi yönünde zorlanmayı (kayma-kesme gerilmeleri minimuma indirmek için büyük ekstrüzyon başlığı kullanılmıştır. Standard makine ayarları Tablo 1 de verilmiştir. Vida Hızı : 2 dev/dak, Basınç : 7,5-8 N/mm 2 PP için ocak sıcaklık ayarları Başlık ölçüleri: 5 mm çap 16 mm uzunluktadır. Naylon 6 için ocak sıcaklık ayarları 1V Bölge III Bölge II Bölge I Bölge 1V Bölge III Bölge II Bölge I Bölge 260 C 250 C 240 C 230 C 270 C 260 C 250 C 240 C Tablo 1. Standard makine ayarları Elyaf kırılmasını azaltmak için; arka bölge sıcaklığı yüksek N/mm 2 değere ayarlamasına rağmen ocaktaki gerçek sıcaklık ayarlanan sıcaklığa ulaşamamıştır. Bunun sebebi ocak ve soğuk plastik granülleri arasındaki devamlı ısı alışverişi ve ocağın ekstrüzyon bağlantı yerinde ki ısı kaybıdır. Düşük vida hızı ve büyük ekstrüzyon başlığı, elyaf kırılmasını azaltmak için kullanılmıştır. Ekstrüderde Naylon 6 ve PP kompozitleri peletler (iri taneli granül haline getirilmiştir. Granül halindeki Naylon 6 kompozitleri enjeksiyonla kalıplanmadan önce kurutma fırınında 80 C de 6 saat bekletilerek kurutulmuştur Enjeksiyonda Kullanılan İşlem Parametreleri ve Numunelerin Hazırlanması Her deneyde, bir parametre değiştirilip diğerleri sabit tutulmuştur. Test numuneleri Plaset A.Ş de Ningbo Haitian marka HT F80W3 model enjeksiyon makinasında basılmıştır. Makinadaki bilgisayar sistemi ile bütün işlem parametreleri üzerinde otomatik kontrol sağlanmıştır. İşlem parametreleri Tablo 2 de verilmektedir. PP için Ningbo Haitian marka Enjeksiyon makinasında Nylon 6 için Ningbo Haition Enjeksiyon makinasında III Bölge 280 C, II Bölge 260 C, I Bölge 240 C III Bölge 270 C, II Bölge 250 C, I Bölge 220 C Enjeksiyon hızı %30 Enjeksiyon hızı %30 Enjeksiyon basıncı 5 N/mm 2 Enjeksiyon basıncı 7 N/mm 2 Ütüleme basıncı 3 N/mm 2 Ütüleme basıncı 5 N/mm 2 Vida hızı 100 dev/dak. (%50 Vida hızı 100 dev /dak. (%50 Kalıp sıcaklığı 60 C Kalıp sıcaklığı 60 C 2.3. Mekanik Testler ve Ölçümler Tablo 2. İşlem parametreleri ve ocak sıcaklık ayarları Çekme deneyleri (Şekil 1 Zwick Z 010 marka çekme cihazında (Takviyesiz plastikler 5 mm/dak Hız B,Takviyeli Kompozitler 0,5 mm/dak- Hız A yapılmıştır. Darbe testi Zwick marka darbe test cihazı ile standart izod çentikli darbe deney numuneleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Her bir test 23 C de ve % 50 nem şartlarında yapılmıştır. Numuneler laboratuar ortamında kondüsyonlanmıştır. Her bir işlem parametresi için en az beş numune kullanılmış olup sonuçlar aritmetik ortalamaları alınmıştır [8-11]. 4 (Kalınlık 60±0,5 (işaret çizgisi 50±0,5 (işaret çizgisi 10±0,5 (genişlik 20±0, Şekil 1. Çekme deneyi numunesi [8] 13

4 A.KÜLLÜ,E.ÖZDEMİR,H.DEMİR 3. BULGULAR VE YORUMLAR 3.1. Kompozit Malzemelerde Elyaf Oranının Etkisi Kompozit malzemelerde elyaf oranları, kompozit malzemelerin mekanik özelliklerini önemli miktarda değiştirmektedir (Tablo 3. İzod Darbe Çekme Dayanımı Dayanımı (kj/m 2 (N/mm 2 Naylo 6 Virgin 10,98 0,42 64,70 3,29 51,53 Nylon 6 % 15 CT 8,575 0,36 112,38 1,53 8,83 Nylon 6 % 30 CT 11,98 0,23 136,61 3,06 8,18 PP Virgin 11,24 0,15 26,26 0,27 (700 PP % 15 CT 10,7 0,20 60,04 0,82 8,15 Kopmadaki Şekil Değiştirme (% PP % 30 CT 12,82 0,28 78,61 0,82 11,05 = Standard Sapma CT = Cam Takviyeli Tablo 3. Kompozitlerin elyaf oranları ve mukavemet değerleri Ağırlık olarak % 15 elyaf katkılı PA6 kompozitin çekme mukavemeti %73,69 ve % 30 elyaf katkılı PA 6 kompozitin çekme mukavemeti % 111,14 oranında artmıştır. PP ne katılan sırasıyla % 15 ve % 30 elyaf takviyesinde çekme mukavemeti % 128,63 ile % 199,35 oranında artırmıştır. Her iki kompozittede darbe dayanımı %15 takviye ilavesi ile azalmış, %30 takviye ilavesi ile artmıştır. Buna benzer davranışlar Tjong ve arkadaşlarının çalışmalarında da görülmüştür [12] Vida hızının Kompozit Özelliklerine Etkisi Vida hızının değişmesi ile kompozit içerisindeki takviye fazını oluşturan cam elyafların basıncın etkisiyle veya kalıp içerisine ulaşıncaya kadar çarpmalardan kaynaklanan kırılmaların olacağı bilinmektedir. Bu nedenle numuneler içerisindeki cam elyaf boylarının ve dağılımlarının belirlenmesi önemlidir. Kompozitde elyafların uzunluklarına göre dağılımını belirlemek için hareketli mikroskop kullanılıp, optik mikroskopla fotoğraf alınarak büyük oranda boyut dağılımı ölçülmüştür. Elyafların boylarının tespit edilmesi için kül testi yapılmalıdır. Bu işlem, kompozitteki matrisi yakarak elyafları ayırmaktır. Bunun için ilk olarak kompozit malzeme 800 C deki fırında 20 dakika bekletilmiştir. Matris yanmış fakat elyaflar yanmamış erimişlerdir. İkinci bir deneme yapılarak aynı işlemler tekrarlanmıştır. Yalnızca fırın sıcaklığı 600 C ye ayarlandığında, elyaflar gözle görülebilmiştir. Farklı oranlarda elyaf ihtiva eden PP ve Naylon 6 numunelerdeki elyaf uzunluklarını belirlemek için fotoğraflar alınmıştır. Hareketli mikroskop ile elyaf uzunlukları ölçülüp ortalama elyaf uzunluğu hesaplanmıştır (Şekil 2. Elyaf miktarını ve vida hızını arttırmak elyaf uzunluğunu azaltmıştır. Ayrıca aynı miktarda cam elyafı ihtiva eden PP ve Naylon 6 karşılaştırıldıklarında farklılıklar tespit edilmiştir. PP deki ortalama elyaf uzunluğu Naylon daki ortalama elyaf uzunluğundan fazla olduğu görülmüştür. Elyaf uzunluğundaki azalmadan dolayı çekme mukavemetindeki azalma normal görülmektedir. Çünkü kompozit malzeme üretmek için uygulanan kompound tekniği, başlangıçta 6 mm uzunlukta olan elyaf uzunluklarını mm nin altıda bir ölçüye küçültmektedir. Elyafın matris ile kompoundu; yüksek sıcaklıkta ve özellikle yüksek arka bölge sıcaklığında çift vidalı ekstrüderle yapılmıştır. Bu kompound yapma işlemi sonucu kompozitteki bazı elyafların boyları yine de oldukça uzundur (Yaklaşık 5-6 mm. Elyaf kırılmasının ana kaynağı çift vidalı ekstrüderdir. Ayrıca malzeme tipi ve sınıfları da elyaf kırılmasını azaltan bir faktör olarak bilinmektedir. 14

5 Eneksiyon Parametrelerin Polipropilen Tabanlı Kompozitlerinin Mekanik Özelliklerine Etkisi Cam elyaf sayısı Elyaf Uzunluğu Dağılımı %15 Naylon 6, x=2,51 mm %15 PP, x=3,09 mm %30 Naylon 6, x=2,27 mm %30PP, x=2,45 mm Cam elyaf boyu (mm Şekil 2. Kompozitlerdeki elyaf uzunluğu dağılımı Elyafla Takviye edilmiş Naylon 6 (% 15 ve PP de vida hızı 100 dev/dak dan 150 dev/dak ya çıkarıldığında çekme mukavemetlerinde; Naylon 6 %4,2 ve PP de %7,9 azalma gözlenmiştir. Aynı etki ağırlık olarak % 30 elyaf ihtiva eden Naylon 6 ve PP de gözlenmiştir. % 30 Cam Elyaflı Naylonda %5,4 çekme mukavemeti azalması olmuştur. % 30 Cam Elyaf katkılı PP de ise çekme mukavemeti %10,3 azalmıştır (Tablo 4. Elyaf miktarı arttığında elyaf kırılmasının da arttığı gözlenmiştir. Elyaf konsantrasyonu arttığında da elyaf uzunluklarında azalma miktarı artmıştır. Çünkü elyaflar plastik içinde iyi dağılmamıştır. Düşük oranda elyaf içeren plastiklerde, elyaflar birbirinden iyice ayrılmış ve plastik içine iyi dağılmış olduklarından yüksek vida hızında kırılma oranı azalmıştır. %15 Elyaf Takviyeli İzod Darbe Dayanımı (kj/m 2 Çekme Dayanımı (N/mm 2 Kopmadaki Şekil Değiştirme (% Naylon dev/dak 8,575 0,36 112,38 1,53 8,83 Naylon dev/dak 10,65 0,52 107,65 1,26 8,50 PP 100 dev/dak 10,7 0,20 60,04 0,82 8,15 PP 150 dev/dak 11,1 0,28 52,28 0,42 8,39 %30 Elyaf Takviyeli Nylon dev/dak 11,98 0,23 136,61 3,06 8,18 Nylon dev/dak 13,1 0,32 129,26 3,04 9,01 PP 100 dev/dak 12,82 0,28 78,61 0,82 11,05 PP 150 dev/dak 14,7 0,42 70,50 0,86 11,20 Tablo 4. Vida hızının kompozit özelliklerine etkisi (%15 Elyaf takviyeliler, % 30 Elyaf takviyeliler Burada elyaf kırılmasının kaynağını belirlemek önemlidir. Elyaf kırılması vidanın dönme hızıyla çok yakından ilgilidir. Örneğin vida tarafından elyafların sürtünmesi şüphesiz kırılmalarına sebep olmaktadır. Vida hızının artmasıyla plastiğin erimeye başladığı bölge vida önüne hareket etmektedir. Bu bölge kesme oranının yani sürtünmenin yüksek olduğu bir bölgedir. Bu da diğer çalışmalarla benzerlik arz etmektedir [2,13] Enjeksiyon Hızının Kompozit Özelliklerine Etkisi Enjeksiyon hızı; vidanın kalıbı doldurmak için ileriye doğru hareketinden kaynaklanan hız olarak ifade edilmektedir. İnce kesitli parçaların imalatında kalıba plastiği katılaşmadan doldurmak için yüksek enjeksiyon hızı gerekmektedir. 15

6 A.KÜLLÜ,E.ÖZDEMİR,H.DEMİR Kalın parçaların imalatında ise, yavaş enjeksiyon hızı ile daha iyi yüzey elde edilmektedir. Enjeksiyon hızının kompozit malzemelerin özelliklerine etkisi Tablo 5 de verilmektedir. İDD (kj/m 2 ÇD (N/mm 2 EH: % 30, Naylon 6 ( % 15 CT 8,575 0,36 112,38 1,53 8,83 EH: % 70 Naylon 6 ( % 15 CT 11,45 0,62 109,59 4,96 7,48 EH: % 30, Naylon 6 ( % 30 CT 11,98 0,23 136,61 3,04 8,18 EH: % 70, Naylon 6 ( % 30 CT 13,05 0,72 132,09 1,07 8,84 EH: % 30, PP ( % 15 CT 10,7 0,20 60,04 0,82 8,15 EH: % 70, PP ( % 15 CT 10,58 0,22 59,09 0,33 8,50 EH: % 30, PP ( % 30 CT 12,82 0,28 78,61 0,82 11,05 EH: % 70, PP ( % 30 CT 13,58 0,44 77,31 3,80 11,55 EH:Enjeksiyon Hızı, İDD: İzod Darbe Dayanımı, ÇD: Çekme Dayanımı, KŞD: Kopmadaki Şekil Değiştirme Tablo 5. Enjeksiyon hızının kompozit (Naylon 6, PP özelliklerine etkisi Enjeksiyon hızını arttırmak, kompozitin çekme mukavemetini her iki plastikte de azaltmasına (%2-3 rağmen darbe mukavemetleri artmıştır. Çekme mukavemetindeki farklılık, hızlı ve yavaş enjeksiyonda oluşan kompozit yapısından kaynaklanmaktadır. Hızlı enjeksiyonda baskının ortasındaki elyaflar plastik akış yönüne dik olarak yönlenmiştir. Bu alanın, alt ve üst bölgelerde elyaf oryantasyonu akış yönünü belirlemektedir. Ölçümler dambıl şeklindeki numunelerde yapılmıştır. Enjeksiyon hızının artışı elyaf kırılmasını arttırmıştır. Bu da çekme mukavemetini, yüksek enjeksiyon hızının arttırdığından daha fazla azaltmaktadır. Bundan dolayı; Tablo 5 de görüldüğü gibi enjeksiyon hızını değiştirerek çekme mukavemetinde büyük artış sağlanamamaktadır Besleme Bölgesi Sıcaklığının Kompozit Özelliklerine Etkisi İDD ÇD KŞD (kj/m 2 (N/mm 2 (% Naylon 6 (%15 CT, Normal Sıcakılk 8,575 0,36 112,38 1,53 8,83 Naylon 6 (%15 CT, YAKBS 8,23 0,32 119,51 3,84 6,90 Naylon 6 (%30 CT, Normal Sıcaklık 11,98 0,23 136,61 3,04 8,18 Naylon 6 (%30 CT, YAKBS 11,1 0,44 140,81 3,46 8,47 PP (%15 CT, Normal Sıcaklık 10,7 0,20 60,04 0,82 8,15 PP (%15 CT, YAKBS 10,55 0,26 62,01 0,78 10,98 PP (%30 CT, Normal Sıcaklık 12,82 0,28 78,61 0,82 11,05 PP (%30 CT, YAKBS 12,58 0,46 80,52 1,61 11,42 YAKS: Yüksek Arka Bölge Sıcaklığı, İDD: İzod Darbe Dayanımı, ÇD: Çekme Dayanımı, KŞD: Kopmadaki Şekil Değiştirme Tablo 6. Arka bölge sıcaklığının kompozit özelliklerine etkisi Besleme bölgesi (I. Bölge sıcaklığı termoplastiğin normal sıcaklığının 40 C fazlasına ayarlanmıştır. Fakat gerçek sıcaklık istenilen değerlere ulaşmamıştır. Bunun sebebi, soğuk plastik granülleriyle sıcak ocak arasındaki devamlı ısı alışverişi ve ocak ile enjeksiyon makine bağlantısında ki ısı kaybıdır. Besleme bölgesi sıcaklığını arttırmak tatminkar olmamıştır. Bu nedenle, II. Bölge sıcaklığı, III. Bölgeye yakın hatta eşit değerlere ayarlanmıştır. Bu işlem elyafların uzun kalmasına yardımcı olmuştur. Çekme mukavemetinde az miktarda artma ve çarpma mukavemetinde hafif bir azalma gözlenmiştir. Enjeksiyon ve ekstrüzyon makinasında besleme bölgesindeki sıcaklığın elyaf uzunluğuna büyük etkisi olduğu görülmüştür. Bu bölgenin sıcaklığı plastiğin erime sıcaklığına ayarlandığında elyaf uzunluğunda büyük artış olmaktadır (Tablo 6. KŞD (% 16

7 Eneksiyon Parametrelerin Polipropilen Tabanlı Kompozitlerinin Mekanik Özelliklerine Etkisi 3.5. Arka Basıncın (Geri Basınç Kompozit Özelliklerine Etkisi Arka basıncı kullanmak plastiğin iyi erimesine yardımcı olmaktadır. Bu işlemle vida dönme süresi uzatıldığından takviyeli malzemelerde elyaf uzunluğu azalmakta ve makinaya şok gerilim verilmektedir. Mümkün olduğunca geri basıncı düşük tutmak gerekmektedir. Geri basınç makinanın maksimum enjeksiyon basıncının % 20 sinin üzerine çıkarılmamalıdır. Arka basıncın mukavemete etkisi Tablo 7 de gösterilmiştir. Arka basınç 1 N/mm 2 1,5 N/mm 2 uygulanmıştır. Naylon ve PP nin çekme mukavemetinde ve kopma uzamasında dikkate değer bir etki oluşmamıştır. Naylon 6 Izod Darbe Dayanımı (kj/m 2 Çekme Dayanımı (N/mm 2 Kopmadaki Şekil Değiştirme (% %15 CT 1 N/mm 2 8,575 0,36 112,38 1,53 8,83 %15 CT 1,5 N/mm 2 9,83 0,22 114,95 2,37 9,15 %30 CT 1 N/mm 2 11,98 0,23 136,61 3,04 8,18 %30 CT 1,5 N/mm 2 11,44 0,32 140,02 3,53 8,59 PP %15 CT 1 N/mm 2 10,7 0,20 60,04 0,82 8,15 %15 CT 1,5 N/mm 2 9,88 0,33 61,75 0,46 8,37 %30 CT 1 N/mm 2 12,82 0,28 78,61 0,82 11,05 %30 CT 1,5 N/mm 2 12,63,37 79,75 0,67 11,07 Tablo 7. Arka basıncın kompozit özelliklerine etkisi (Naylon6, PP Yüksek arka basınç erimiş plastiğin homojenitesini arttırır. Arka basınç normal olarak vidanın geri dönüş süresini uzatmakta ve böylece baskı süresi de artmış olmaktadır. Bundan dolayı arka basıncı kullanmak gerekmemektedir. Çünkü plastiğin viskozitesi düşük olduğundan, yüksek arka basınç erimiş plastiğe çok az yüzeysel gerilim etkisi vermektedir. Baskı süresi uzun süreli vida dönüşüyle arttırabilir [13] Yolluk Geçitlerinin Kompozit Özelliklerine Etkisi Deneylerde kapı ölçüsü 2x1 ve 4x2 ebatına çıkarılmıştır. Küçük kapı, büyük kapıdan daha fazla sürtünme oluşmasına sebep olduğu bilinmektedir. Ayrıca küçük kapı plastiğin fışkırarak baskıyı doldurmasına sebep olur ki (jet flow bu da istenmeyen durumlar doğurmaktadır. Bunlar; plastiğin uç ölü noktalara ulaşamaması, kaynak izi, ve hava boşluğudur. Ama aynı zamanda baskının homojenliğini iyileştirmektedir [14]. Elyaf katkılı plastik, kalıbın dişi kısmına küçük bir kapıdan girdiğinde plastiğin kalıp boşluğunda yanlamasına genişlemesi sonucu, elyaflar plastik akış yönüne dik olarak aniden yönlenir. Buna rağmen erimiş plastik kalıp boşluğunda ilerlerken tabakalar halinde akması sonucu elyafları tekrar eski haline getirme eğilimindedir. Büyük kapının sürtünmeyi azaltmasıyla, plastik, kapıdan çıktıktan sonra daha az genişler. Bu yüzden elyaf oryantasyonu plastiğin akış yönüne doğru eğilimlidir. Ayrıca düşük sürtünme elyaf kırılmasını azaltarak çekme mukavemetini arttırır. Darbe mukavemetini ve % uzama oranını azaltır. Yine kapı bölgesindeki elyaf kırılması eriyik plastiğin dar bölgeden geniş bir bölgeye geçişi ile ilgilidir (convergence. Dar bölgeden geniş bir bölgeye plastik geçtiğinde genişleme yapar. Bu da elyafları akış yönüne dik yönde yönlendirmektedir [15]. Yolluk geçitlerinin kompozit ( Naylon 6 ve PP özelliklerine etkisi Tablo 8 de görülmektedir. 17

8 A.KÜLLÜ,E.ÖZDEMİR,H.DEMİR İDD ÇD KŞD (kj/m 2 (N/mm 2 (% Naylon 6 ( %15 CT Küçük Kapı 8,575 0,36 112,38 1,53 8,83 Naylon 6 ( %15 CT Büyük Kapı 8,06 0,26 116,95 3,12 9,15 Naylon 6 ( %30 CT Küçük Kapı 11,98 0,23 136,61 3,04 8,18 Naylon 6 ( %30 CT Büyük Kapı 11,62 0,30 148,47 4,02 8,63 PP ( %15 CT Küçük Kapı 10,7 0,20 60,04 0,82 8,15 PP ( %15 CT Büyük Kapı 10,28 0,26 66,58 1,01 8,84 PP ( %30 CT Küçük Kapı 12,82 0,28 78,61 0,82 11,05 PP ( %30 CT Büyük Kapı 12,40 0,43 85,05 1,6 11,67 İDD: İzod Darbe Dayanımı, ÇD: Çekme Dayanımı, KŞD: Kopmadaki Şekil Değiştirme Tablo 8. Yolluk geçitlerinin kompozit ( Naylon 6 ve PP özelliklerine etkisi. Deneylerde yolluk girişinin artmasıyla ; PA6 malzemesinin elyaf oranlarına %4 ile %8,7 artış, darbe deneyinde ise %6 ile %3 azalma olmuştur. PP malzemesinin elyaf oranlarına göre çekme mukavemetinde % 10,9 ile %8,2 artış, darbe deneyinde ise %3,9 ile %3,3 azalma olmuştur (Tablo 8 [16]. 4. SONUÇ VE ÖNERİLER Plastik işleme esnasında elyaf uzunluğunun azalmasının ana nedeni elyafların sürtünmeden oluşan kesme (kayma kuvvetlerine-gerilmelere, eğilmeye ve çekmeye maruz kalmasıdır. Bu çalışmada söz konusu kuvvet ve gerilmeleri nerede bulunduğu ve bunların üstesinden nasıl gelineceği belirlenmeye çalışılmıştır. Farklı plastiklerin belirlenen test şartlarında çeşitli kuvvet değerleri elde edilir. Kırılma karakteri darbe deneyinde tok veya gevrek yapı şeklinde ortaya çıkmaktadır. Burada istenen, parçanın tok veya gevrek kırılıp kırılmadığının görülmesidir. Amaçlanan kırılma ise tok kırılmadır. Malzemenin gevrek yapılı olması istenmeyen bir özelliktir. Darbe deneyindeki amaç herhangi bir malzemenin ufalanarak parçalandığı yani gevrek olduğu şartları belirlemektir. Buna rağmen darbe deneyleri aşırı büyük yüklerle yapılırsa malzeme gerçekçi olmayan gevrek yapı göstermektedir. Aranan kırılma özelliği ise, kırılma başlamadan önce malzemede esneme olmalıdır. Vida ve enjeksiyon hızının artması elyaf kırılmasını da arttırdığından çekme mukavemetini azaltmıştır. Küçük kapı veya yolluk girişi kompozitin homojenliğini arttırmıştır. Büyük kapıda elyaf kırılması az olmuştur fakat özellikle yüksek elyaf katkılı kompozitte homojenlik bozulmuştur. Bütün çekme testi deneyleri standart dambıl şeklindeki numunelerle yapılmıştır. Bunlardaki elyaf yönlenmesi numune boyu doğrultusundadır. Bu değerler karşılaştırma için faydalı değildir. Dizayn için uzunlamasına ve enlemesine çekme mukavemeti değerlerinin hesaba katılması gerektiği unutulmamalıdır. Deneylerde yolluk girişinin artmasıyla ; PA6 malzemesinin elyaf oranlarına %4 ile %8,7 artış, darbe deneyinde ise %6 ile %3 azalma olmuştur. PP malzemesinin elyaf oranlarına göre çekme mukavemetinde % 10,9 ile %8,2 artış, darbe deneyinde ise %3,9 ile %3,3 azalma olmuştur. Ağırlık olarak % 15 elyaf katkılı PA6 kompozitin çekme mukavemeti %73,69 ve % 30 elyaf katkılı PA 6 kompozitin çekme mukavemeti % 111,14 oranında artmıştır. PP ne katılan sırasıyla % 15 ve % 30 elyaf takviyeside çekme mukavemeti % 128,63 ile % 199,35 oranında artırmıştır. Genel olarak ejneksiyon parametrelerini değiştirmek elyafların uzun kalmasına dikkate değer şekilde yardımcı olmamıştır. Bunun yanında elyaf matris bağlantısını arttırmak için silan kaplı elyaflar kullanılmıştır. Bu da kompozit malzemenin mukavemetinin artmasını önemli ölçüde etkilemiştir. Çekme ve darbe testinden elde edilen sonuçlar farklı olmuştur. Bunun sebebi elyaf uzunluğundaki farklılıklar, bunların kompozit içerisindeki dağılımı ve kompozit içersinde yönlenmeleridir. Elde edilen değerler baz alınıp bir tasarım yapıldığında aynı sonuçlar alınmayabilir. Çünkü plastiğin özelliklerini birçok faktör (sıcaklık ve uygulanan kuvvetin süresi gibi etkilemektedir. Bu sonuçlar; diğer çalışmalarda da belirtildiği gibi yalnızca belirlenmiş test şartlarında geçerlidir. Karşılaştırma yapmak için faydalıdır. 18

9 Eneksiyon Parametrelerin Polipropilen Tabanlı Kompozitlerinin Mekanik Özelliklerine Etkisi 5. KAYNAKLAR 1. KAYA, F., Plastikler: Katkı Maddeleri ve İşleme Metodları, s , Kipaş Yayınları, İstanbul FOKES, M.J., Short Fibre Reinforced Thermoplastic, John Wiley & Sons Inc., New York. p , AKKURT, S., Plastik Malzeme Bilgisi, Birsen Yayınevi, İstanbu, s 55-61, GREENE, J.P., WILKES, J.O., Numerical Analysis of Injection Molding of Glass Fiber reinforced thermoplastics part 2 Fiber orientation, Polymer Engineering and Science,. v 37, n 6, p , New York BRLY, A.W., Heath R.J., Scott, M.J., Plastic Materials Properties and Aplication 1nd. Edition, John Wiley, New York, SAVAŞÇI, Ö.T., Uyanık, N., Akovalı, G., Ana Hatları ile Plastikler ve Plastik Teknolojisi, Çantay Kitabevi, İstanbul, Morton-Jones, D.H., Poymer Processing, Chapman and Hall, p , London PARRATT N.J., Fibre Reinforced Materials Technology,, John Wiley, p , New York ISO 527 (TS 1396, Plastic Determination of Tensile Properties, ISO, Switzerland, ISO 180 (TS 1005, Plastic Determination of Izod IN/mmct Strength of Rigid Materials, ISO, Switzerland, TS 720, Plastik deney örneklerinin koşullandırılması, TSE, Ankara, Tjong, S. C., Xu, S., Li., R. K. Y., Mai, Y. W., Mechanical behavior and fracture tougness evaluation of maleic anhydride compatibilized short glass fiber/sebs/polypropylene hybrid composites, Composites Science and Technology, v 62, p , WHELAN, T., Goff, J., Injektion Molding of Engineering Thermoplastics, p , AMI House, New York, Internatinonal Conference, Reinforced injection processing, Plastic and Rubber Instute (PRI, p 4/1-7/3, 1987, Londra 15. Ghosh, T., Grmela, M., Carreau, P.J., Rhelogy of Fiber Filled Thermoplastics, Polymer Composites, v 16, n 2, p , New York, ÖZDEMİR, E., Polipropilen (PP ve Naylon 6 (PA6 Plastiklerine Katılan Cam Elyafın Mekanik Özelliklere Etkisinin Deneysel İncelenmesi Gazi Üniverstesi Fen Bilimleri Enstitüsi, Yüksek Lisans Tezi, Ankara,