POLİMER MALZEMELERiN AŞlNMA ÖZELLiKLE İNCELENMESİ

Transkript

1 5.Cilt,.Sayı (Eylül 00) Plimer Malzemelerin Aşınma Özelliklerinin İncelenmej H.Uzuner, V.Ll POLİMER MALZEMELERiN AŞlNMA ÖZELLiKLE İNCELENMESİ Hasan UZUNER, Vahdet UÇAR Özet Sn tuz yıl içerisinde plimer malzemelerin önemi artmıştır. Özellikle metallerin yerine kullanılan plimerlerin metallerden farklı özelliklere sahip lması nedeniyle,mekanik özelliklerinin tesbiti hangi plimerin nerede kullanılabileceğinin belirlenmesi için önemlidir.bu çalışmada bu knuya yönelik larak seçilen altı tür plimer malzemenin pirndisk tipi standart aşınma düzeneğinde aşınma davranışları, farklı yük ve farklı hız kşullarında incelenmiştir. Bu maksatla söz knusu plimer malzemelerden aşınma ya nıaruz bırakılmak üzere 6 mm çapında O mm byunda silindirik numuneler üretilmiş, aşındırıcı larak Ç 050 çeliğinden mamül disk kuijanılmıştır Deneyierin snucunda; Teflnun aşınma ranının düşük lduğu, Döküm pliamidin ise aşınma ranının hıza bağlı larak azaldığı, pliamid 66'nın ise aşınma ranının hızla bağıntılı larak arttığı snucu elde edilmiştir. Sabit bir aşınma yükü altında aşınma ranları incelendiğinde; PVC ile Pliamid 66 nın aşınma ranının hıza bağıntılı larak çk az miktarda arttığı, Plietilen looo'in aşınma ranının ise hızla bağıntılı larak önce azaldığı daha snra tekrar arttığı snucuna varıla bilir. ı. GİRİŞ Sn yıllarda plimer malzemeler büyük gelişme göstererek büyük randa kullamlmaya başlamıştır. En yaygın kullanılan ve sayıları yinni civarında lan klasik plimerlerin yanısıra, mühendislik uygulamalanna uygun özel bir grup mühendislik plimerleri günümüzde daha yaygın larak kullanılmaktadır[l ].Özellikle şekil verme, klay işlenebilir, hafıf, yüksek krzyn direncine sah.i; lması nedeni ile birçk endüstri ve sanayi alanındı yaygın larak kullanılan bu plimer malzemeleri mekanik özelliklerinin tesbit için yapılacak testleı ldukça güçtür []. Pliıner malzeme türlerinin çkluğ. karşılaştırma için kullanılabilecek test tekniklerini tanımlanmalarını ldukça güçleştirmektedir. Uygulana aşınma direnci testleri bu tekniklerden sadece b: tanesidir [3]. Pliınerik malzemelerin aşınma çk kmpleks bir knudur. direnç le Günümüzde sürtünme kuvvetleri, yük ve gerçek tema yüzeyleri ile ilgili pek çk teri geliştirilmiş lu; halihazırda da geliştirilmektedir [4]. Bu üç parametred gerçekleşen herhangi bir değişiklik, aşınınayı bü yül ölçüde etkilernektedir. Plimerik malzemelerin serdi.. aşınma karakteristiği üzerinde etkili lan diğer faktördür [5]. Örneğin rtalama pürüzlülük değeri yükse lan sert bir malzemeyle temasa geçtiği zaman b. malzeme üzerinde fark edilebilir yuklar, yivle: v: çizilcler meydana getireceği muhakkaktır [6]. Aşınm direnci, plimerik malzemelerin özellikleri,esnekliğ: eklenen plimerleştiricilerin ve katkı maddelerini miktarlan ve cinsi gibi faktörlerden de etkilenir.46.. Malzemenin aşınma direnci kaabiliyeti, b: aşındıncı karşısında aşınmaya maruz kaldığınd ağırlığındaki azalmanın ölçülmesi açısından en çl yapılan testlerden biridir[?]. ll. DENEYSEL ÇALIŞMALAR ll.l. Kullanılan deney cihazı ve malzemeler r H. Uzuner, 49 n cu İç Güv. Tug. Destek Kıtalan Knıutanlığı 00, Bingöl V.Uçar,Sakarya Üniversitesi Mühendislik fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Esentepe/Sakarya Şekil. Aşınma deney cihazı 7

2 :Ci lt,.sayı (Eylül 00) Plimer Malzemelerin Aşnma üzelliklerinin Incelenmesi H.Uzuner, V.Uçar Aşınma deneyleri Şekil ı 'de gösterilen DIN 5034 standardına göre dizayn edilmiş, pin ndisk prensibine göre çalışan aşınma cihazında yapılmıştrr. Aşındırıcı larak kullanılan disk, 53 Re sertliğe sahip (sertleştirilmiş) Ç ı 050 karbnlu çelik malzemeden imal edilmiştir. Altı farklı plimer malzeme aşınma deneyine tabi tutulmuş lup, bu malzemeler sırasıyla; Pliamid 66, Tefln, Döküm Pliamid, PVC(pli vinil klrür), Plietilen 000, Pliamid 6'dır.Aşınma deneylerinde,bu malzemelerin herbirinden hazırlanan 6 mm çapında nun byunda pim şeklindeki numuneler kullanılmıştır. ll O Numunelerin aşınma deneyine başlamadan önce aşınacak yüzeyleri, ÜJlm aşındıncı elmas partikül byutuna sahip elmas pasta ile parlatılmış, deney cihazında bulunan tutucuya yerleştirilmi ştir. Daha snra aşındıncı disk dğru akım mtru tarafından döndürülen ve yataklanmış başk a bir çelik diske vi da yardımı ile bağlanmı ştır. Disklerin yatağa uygun bir şekilde turmasına dikkat edilerek yüzeyi metil alkl ile temizlenmiştir. Numuneler her aşınma sathasında disk üzerinde daha aşınma yapılmamış yüzeylerde aşındırılmıştır. önce hiç QOCOO O,()W 0,005 :J 0,000 Q!,(; O,cr5 c( O,CXXXJ +rr. I&LQ\J.5 HZ (nfsu) Şekil. N yükte değişen hızlarda ağırlıkça kayıplar yüksek hıziara çıkıldığında arttığı, Döküm pliamidde ise yüksek hızlara çıkıldığında aşınma miktannın ldukça yavaş bir mahiyette arttığı görülmektedir. Pliamid 66, PVC ve Plietilen 000 pliınerlerinin ı N'luk aşınma yükünde artan hızlardaki ağırlıkça kayıpları Şekil 3 'te görülmektedir. II.. Deneyin yapılış şekli Deneyde kullamlacak herbir nwnune ve aşındıncı disk yüzeyi, önce alkl ile çk iyi bir şekilde temizleut.ffiş ve l'urutulmuştur. Numune, deney cihazına bağlanmadan önce hassas dijital terazide tartılmış ve ağırlığı tesbit edilmiştir. Deney cihazına numune tutucu parça yardımıyla bağlanmış,bu sırada aşındırıcı ve aşınan parça yüzeylerinin birbırine paralel lmasına özen gösterilmiş, bu husus su düzeci kullamlmak suretiyle kntrl edilmiş tir. QCD4 ı QIDt 0: QCD0 c >uam QCIIB...J QCIDı >C> <am QmDr.5 HZ(nts} Deneye tabi tutulacak herbir plimer çeşidi için,, ve 4 N'luk aşınma yükü seçilmiş ve m/sn.,.5 m/sn. ve nılsn larak seçilen üç değişik hızda er saatlik süre ile aşınınaya tabi tutulmuştur. Her bir saatin snunda numune tartılmış, böylece saat sürede ne kadar aşındığı, diğer bir deyişle ağırlıkça uğradığı kayıp ölçülmüş ve kaydedilmiştir. Her bir deney 3 kez tekrarlanmak suretiyle bulunan değerlerin rtalamalan alınmıştır. III. DENEY SONUÇLARI Şekil 3. N yükte degişen hızlarda ağırhkça kayıplar Şekilden de görüleceği üzere sabit bir yük altında, Pliamid 66'nın hızla bağıntılı larak aşınma mikta rmda düzenli bir artış, diğerlerinde ise yüksek hızlara çıkıldığında hızdaki artış ranından daha fazla randa aşınma miktanna ulaşılmaktadır. Mevcut plimerlerden Tefln, Döküm pliamid ve Pliamid 6, sadece N aşınma yükünde ve sırasıyla ı m/sn.,,5 m/sn, ve m/'sn lik aşınma hızında aşınınaya maruz bırakılmış lup bu plimerlere ait ağırlık kayıplan verilerine dayalı larak çizilen grafık Şekil'dedir. Şekil incelendiği zaman tüm hızlarda en az aşınan plimerin Tefln lduğu, Pliamid 6 'da aşınmanın Söz knusu plimerlerin N luk yük altındaki ağırlık kayıplarına göre hazırlanan grafık, Şekil 4 'tedir. Şekil 4 incelendiğinde Pliarnid 66 ile PVC nin N luk aşınma yükü altında değişen hızlarda dahi aşınma davranışları birbirlerine çk yakındır. Plietilen 000 plimerinde ise hızdaki artışın aşınınayı artırmadığı görülmektedir. 73

3 S.Cilt,.Sayı (Eylül 00) Plimer Malzemelerin Aşınma ÖzeUilderiin İncelenmtı H.Uzuner, V.UÇ( ;:no,o:oo > 0,005 0,000 <O,(Iffi 0, 00 ı.5 HZ (msrt (),(0)8.,., O,{m7 0,(0)6 = (),0003 ;,ı c 0,000 < 0,0000 +,,: 4 Şekil 4. N yükte değişen hızlarda ağtrlıkça kayıplar Şekil 6. m/sn hızda değişen yüklerde arhkça kayıplar Şekil 5'te ise aynı plimerlerin 4 N.luk yük altındaki ölçülen ağırhkça kayıplan gösteren grafık görülmektedir.... (\(9)...5(\{m; tml 005 :i 0,000 ",(3 (\Offi O,OOD +r. ı l5 HZ(nirl FOJETL.ENa:D Şekil S. 4 N yükte değişen hızlarda ağırhkça kayıplar Şekil 4 'te görüldüğü üzere aşınnaya direnç bakımından Plietilen ı 000 plimeri diğerlerine göre daha dayanık.lıdır,daha az aşınma değerlerine sahiptir. Artan aşınma hızı sözknusu plimerin aşınma davramşlarını lumsuz yönde etkilenmemektedir. Deneyde kullanılan plimerlerin aşınma davramşlannı belirli bir aşınma hızında yük miktarını artırmak suretiyle inceleyecek lursak ; deneye tabi tutulan plimerlerin belli hızlardaki aşınma miktarları ile aşınma yükü arasındaki bağıntlyı gözler önüne serecek snuca ulaşmak mümkün lacaktır Denye tabi tutulan plimerler ı, ı,5 ve m/sn. lik aşınma hızında, sırasıyla ı N, N ve 4 N luk aşınma yükü altında aşınınaya zrlanmış lup elde edilen snuçlan gösterir grafikler Şekil 6, 7 ve 8 de gösterilmiştir. ı m/sn'lik sabit aşınma hızında, Piamid 6 plimerindeki aşınma miktarının aşınma yükünde: etkilenmediği,l N, N 4 N'luk yük altında dahi ay: miktarda kayba uğradığı gözlemlenmiştir. Kısaca Pliamid 66 plimerinde, m/sn.lik aşınma hızınili aşınma yükündeki artışa rağmen kalmıştır. PVC (Plivinilklrür) plimeri ise aşınma aşınma miktan sabj yükündek artıştan dğrudan etkilenmiş ve hız sabit iken aşllith miktarında yük ile dğru rantılı larak aırc gözlemlenmiştir. Plietilen ı 000 plimerinde ı5 başlangıçta yükteki artışa bağlı larak aşınma miktannô az da lsa bir artma görülmüş, ancak artınlan yük ili nktalarda aşınınada azalmaya neden lmuştur. Söz knusu plimerlerin hızdaki artıştan nasl etkilendiğini incelemek maksadıyla daha snra sab[ tutulan aşınma hızı.5 m/sn larak seçilmiş ve bu aşınrn hızmda,değişen yüklerdeki aşınma davıanışlar. inclenmiştir.,5 m/sn aşınma hızmda değişen yüke gb: ağırlıkça kayıplan gösterir grafik Şekil 7 d görülmektedir. Q8 QCD6.. QCD4 QC0 QCD0 QCIIB Qrs QCIDı QCIIP QO:O:lt', 4 IP4: IFO.ElENCJD Şekil 7.,5 m/sn hızda değişen yüklerde ağırhkça kayıplar 74

4 5.Cllt,.Sayı (Eylül 00 I) Plimer Malzemelerin Aşınma Özelliklerinin incelenmesi H.Uzuner, V.Uçar Şekil 7 'deki grafık incelendiğinde; Pliamid 66 plimerinde aşınma yükündeki artışa bağlı larak aşııuna miktannda az da lsa bir artış sözknusu iken, PVC (Plivinilklrür) plimeri ise aşınma yükündeki artıştan dğrudan etkilenmiş ve hız sabit iken aşınma miktannda yük ile dğru rantılı larak artış gözlemlenmiştir. Plietilen 000 plimerinde ise başlangıçta yükteki artışa bağlı larak aşınma miktannda az da lsa bir aı tına görülmüş ancak artınlan yük üst nktalarda aşınma miktannda azalmaya neden lmuştur. m/sn aşınma hızmda, sırasıyla N, N, ve 4 N'luk aşınma yükü altında pliınerlerde meydana gelen ağırlıkça kayıplan gösterir grafık Şekil 8'dedir. Bu aşınma hızında da plimerler genel larak önceki aşınma hızlannda aşınma yükündeki değişime bağlı larak gösterdikleri davranışlan göstermişlerdir,sdd r ' :, 0DD :Q,SDD <( u.,0dd <( :i z,sım thı <,axm+ r iania;,5 HZ (msı) Şekil 9. N yük al tt nda, hızdaki degişimlere bağlı larak aşınma faktörlerindeki değişimi 'ıi<(n) 4,3JXI),. ı :::l tjl) ı:t: ' 0,8m) < 0ıtlm) LL,am QrA'D) V' J < r POLIA\0 66 POLiETLEN 000,5 HZ(nisr Şekil 8. m/sn hızda değişen yüklerde ağırlıkça ka)'lplar r itma; r 'ElllBi tm ' Deneyler snucunda elde edilen verilere dayanarak sözknusu plimerlerin değişik aşınma yükü ve aşınma hızı karşısında sergiledikleri aşınma faktörlerini inceleyecek lursak; Hacimsel kayıpların hesaplanmasından snra plimerlerin her bir hız ve yükteki aşınma faktörleri hesaplanmış ve; Şekil O. N yük altında, hızdaki değişimlere bağh larak aşınma faktörlerindeki değişimi Şekil 9 'da N yük altında, hızdaki değişimlere bağlı Şekil O' da N yük altında, hızdaki değişimlere bağlı Şekil 'de 4 N yük altında, hızdaki değişimlere bağlı Şekil 'de ml sn aşınma hızında yükteki değişimlere bağlı Şekil 3 'te,5 m/sn aşınma hızında yükteki değişimlere bağlı Şekil 4 'de m/sn aşınma hızında yükteki değişimlere bağlı görülmektedir. ı qaıı :::::> QBIID Q4]]]) cı: u. Q'YY :3 (YY'\(I) QIIO Qlm QO ll 0+.r4 ı +FQ.ltM:ıffi F\C,5 HZ (nsi Şekil I. 4 N yük altında, hızdaki değişimlere bağh larak aşınma faktörlerindeki değişimi 75

5 5.Cilt,.Sayı (Eylül 00) Plimer Malzemelerin Aşınma Özelliklerinin incelenmesi H.Uzuner, V.Uça IV. DENEY SONUÇLARININ IRDELENMESI 4 Tefln,döküm pliamid ve pliamid 6 sadece N aşiru yükünde ve sırasıyla ı m/sn.,,5 m/sn, ve ml sn'lı aşınma hızında gözlemlenmiştir. ı N aşınma yükünde üç değişik hızda aşınınaya maruz bırakılan üç çeşit plimere ait ağırlık kayıplan incelendiği zaman tüm hızlarda en aı ağırlık kaybına uğrayan plimerin Tefln lduğu, Pliamid 6'da ağırlık kaybının yüksek hızlara çıkıldığında arttığı, Döküm pliamidde ise yüksek hızlara çıkıldığında ağırlık kaybı hızdaki artışa nazaran daha az randa arttığı görülmektedir. RJIIfJim Şekil. m/sn aşınma hızında yükteki değişimlere bağlı,«d,a:.cxd O,tm <( U.Q 0) ct,.m,an, O,CXD +r,,i 4 Deneye tabi tutulan Pliamid 66,PVC ve Plietilen ı 000 plimerlerinin; yük ve hız artışlanndaki aşınnıa davramşlarını incelediğimizde; N luk aşınma yükünde artan hıza göre ağırlık kaybı miktanndaki değişiklikler incelendiğinde ; Pliamid 6t nın hızla bağıntılı larak ağırlık kaybı miktannda düzenlı bir artış, PVC ve Plietilen ı 'de ise, yüksek hızara çıkıldığında hızdaki artış ranından daha yüksek randa ağırlık kaybı görülmektedir. N luk aşınma yükü altında, üç değişik aşınma hızında sözknusu plimerlerde meydana gelen ağırlık kaybı miktarları incelendiğinde; Plianrid 66 ile PVC nin bu aşınma yükü altında değişen hızlarda dahi aşlilli davranışları birbirlerine çk yakındır. Plietilen 000 plimerinde ise hızdaki artışın aşınınayı artırmadığj görülmektedir. RJ.j8UN000 Şekil 3.,5 m/sn aşınma hızında yükteki değişimlere bağlı 4 N luk aşınma yükü altında, üç değişik aşınma hızın& sözknusu plimerlerde meydana gelen ağırlıkça kayıı: miktarlan incelendiğinde; Plietilen 000 plimerinin diğerlerine göre daha az ağırlıkça kayba uğradığ: görülmüştür. Artan aşınma hızı sözknusu plimerin aşınma davranışlannı lumsuz yönde etkilememekte ağırlıkça kayıp miktarında artış dır. t :::>.<m 0::,9Xl ct u. <,raj :E O,SX) ct 0, 4 FVC Şekil 4. m/sn aşınma hızında yükteki değişimlere bağlı larak aşınma faktörlerindeki değişim grafiği Deneyde kullanılan plimerlerin aşınma davranışlarını belirli bir aşınma hızmda yük miktannı artırmak suretiyle inceleyecek lursak ; deneye tabi tutulan plimerlerin belli hızlardaki aşınma miktarlan ile aşınma yükü arasındaki bağıntıyı gözler önüne serecek snuca ulaşmak mümkün lacaktır. Mevcut plimerler, ı,5 ve ınlsn'lik aşınma hızında, sırasıyla N, N ve 4 N'luk aşınma yükü altında aşınmaya zrlanmışlar ve ı m/sn lik hızda, Piamid 66 pliınerindeki aşınma miktarının aşınma yükünden etkilenınediği,l N,N 4K lük yük altında dahi aynı miktarda kayba uğradığ: gözlemlenmiştir. Kısaca, Pliamid 66 plimerinde. I ınlsn.lik aşınma hızmda aşınma yükündeki artışa rağme: aşınma miktan sabit kalmıştır. PVC (Plivinikıilr) plimeri ise aşınma yükündeki artıştan dğrudan etkilenmiş ve hız sabit iken aşınma miktarında yük ile dğru rantılı larak artış gözlemlenmjştir. Plietılen 76

6 5.Cilt,.Sayı (Eylül 00) Plimer Malzemelerin Aşınma üzelliklerinin Incelenmesi H.Uzuner, V.Uçar ı 000 p timerinde ise başlangıçta yükteki artışa bağlı larak aşınma miktannda az da lsa bir artma görülmüş ancak artınlan yük üst nktalarda aşınınada azalmaya neden lmuştur. Sözknusu plimerlerin hızdaki artıştan nasıl etkilendiğini incelemek maksadıyla daha snra sabit tutulan aşınma hızı.5 m/sn larak seçilmiş ve bu aşınma hızında,değişen yüklerdeki sürtünme ve aşınma davramşları inclenenmiştir. Pliamid 66 plimerinde aşınma yükündeki artışa bağlı larak aşınma miktarında az da lsa bir artış sözknusu iken, PVC (Plivinilklrür) plimeri ise aşınma yükündeki artıştan dğrudan etleilenmiş ve hız sabit iken aşımna miktarında yük ile dğru rantılı larak artış gözlemlenmiştir. Plietilen 000 plimerinde ise başlangıçta yükteki artışa bağlı larak aşınma miktarında az da lsa bir artma görülmüş ancak artırılan yük üst nktalarda aşınma miktannda azalmaya neden lmuştur. KAYNAKLAR (] LANSDOWN,A.R.,PRİCE, A.L., " Materials t Resist W ear, A Guide t Their Selectin and Use" University Cllage, Swansea, U.K., 986 ASHBY, M.F., JONES, D.R.H.," Engineering Materials,An Intrductin t Their Prperties and Aplicatins " Engineering Dept. Cambridge University, England [3] PALIN, G., "Teknljide Plastikler", Makine Mühendisleri Odası Yayınlan N 64,Ankara 97 [4] YILMAZ, S.,"Plastik Malzemelerin Mekanik Özelliklerinin incelenmesi",lisans Tezi, Dkuz Eylül Üniversitesi MühendislikMimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü,İzmir, 990 [5] BAIJAL, M., "Plastıcs Plymer tecnlgy", Technlgy and Cnsulting, Ohi, 98 Science and Management [6] MARK, H., "Encyclpedia f Plymer Science and Technlgy" Vlume 3 New Yrk,970 [7] YAŞAR, H. Mühendisleri Ankara, 99 "Plastikler Dünyası", Makine Odası Yayınları N 4, 77