POLİMER MALZEMELER DOÇ. DR. N. SİNAN KÖKSAL
KONULAR 1. Polimer Teknolojisinin Esasları 2. Termoplastik Polimerler 3. Termoset Polimerler 4. Elastomerler 5. Polimerlerin Malzemelerin İmalatı
Polimer Her bir molekülünün, birbirine bağlanan ünitelerin tekrarından oluştuğu, uzun zincir moleküllerinden oluşan bir bileşiktir. Tek bir polimer molekülünde binlerce, hatta milyonlarca ünite olabilir. Polimer sözcüğü, eski Yunanca da çok anlamına gelen poli ve parça anlamına gelen (ve mer olarak kısaltılan) meros kelimelerinden türetilmiştir. Çoğu polimerler karbona dayanır ve bu nedenle organik kimyasal madde olarak kabul edilir.
Polimerlerin Türleri Polimerler plastikler ve lastikler olarak ayrılabilir: Mühendislik malzemeleri olarak aşağıdaki üç kategoriye bölmek daha uygundur: 1. Termoplastik polimerler (plastik) 2. Termoset polimerler (plastik) 3. Elastomerler (lastik)
1. Termoplastik Polimerler (Termoplastikler) Oda sıcaklığında katı olan ancak sadece birkaç yüz derece ısıtıldıklarında viskoz akışkan haline gelen malzemelerdir. Bu özellikleri, kolayca ve ekonomik şekilde ürün haline getirilmelerini sağlar. Önemli bir bozulma olmaksızın tekrar tekrar ısıtma-soğutma çevrimine maruz bırakılabilirler. TP şeklinde kısaltılırlar.
Isı etkisiyle yumuşayabilirler Polimerizasyon reaksiyonu ile imal edilirler Daha çok lineer yapı özelliği gösterirler Sıcaklık artışıyla viskoz sıvı sonunda durumuna geçerler Camlaşma sıcaklığının altında çok gevrek davranırlar Sürtünme katsayıları düşüktür Pres enjeksiyon, haddeleme, ekstrüzyon gibi imalat yöntemlerine uygundur
2. Termoset Polimerler (Termosetler) Tekrarlı ısıtma çevrimlerine maruz bırakılamazlar zira: Başlangıçta ısıtıldıklarında yumuşayıp kalıbın içine akabilirler. Yüksek sıcaklıklar, malzemeyi erimeyen bir katı kütle halinde sertleştiren kimyasal bir reaksiyon oluşturur. Tekrar ısıtıldıklarında ise, termosetler bozunur ve yumuşamak yerine kömürleşir. TS şeklinde kısaltılırlar.
Isı etkisiyle yanarak kömürleşir, dolayısıyla yeniden şekillendirilemezler. Genelde polikondasasyon ile üretilir, yan ürün verirler. Molekül zincirleri ağ yapısında bulunur, Camlaşma sıcaklığını altında ve üstünde gevrekleşirler. Daha çok kompozit üretiminde kullanılırlar. Epoksi, polyester, bakalit gibi.
3. Elastomerler (Lastikler) Nispeten düşük mekanik gerilmelere maruz bırakıldıklarında son derece büyük elastik uzama kabiliyeti gösteren polimerlerdir. Bazı elastomerler başlangıç boyunun 10 katına kadar gerilebilir ve tekrar başlangıçtaki boyuna dönebilir. Özellikleri termosetlerden oldukça farklı olmasına rağmen, molekül yapıları termoplastiklerden çok termosetlerinkine benzerdir.
Çok yüksek elastikiyet gösterirler. Doğal kauçuk ve lateks gibi. Vulkanizasyon yardımıyla molekül zincirleri arasında çapraz bağ oluşturulur ve lastik içinde üretilerek dayanımı artırılır. Silikon lastik gibi.
Sıcaklık Etkisi
Pazar Payları Üç tür arasında ticari olarak en önemli olanı termoplastiklerdir. Üretilen tüm sentetik polimerlerin tonajının yaklaşık % 70 ini oluştururlar. Termosetler ve elastomerler, geriye kalan % 30 un yarıdan fazlası termosetlerden ve kalanı da elastomerlerden oluşur. Hacimsel oran olarak polimerlerin yıllık kullanımı metallerden fazladır.
Polimerlerin Önemi Plastikler genellikle ilave işlem gerektirmeyen kesin parça şekilleri halinde kalıplanabilirler. Net şekil (kayıpsız) işleme yöntemleriyle son derece rekabet edebilir. Hacimsel olarak polimerler: Metallerin rakibidir. Metallere göre genellikle daha az enerji gerektirirler. Bazı plastikler, bazı uygulamalarda camların rakibi olmasını sağlayacak şekilde şeffaftır.
Polimerlerin Genel Özellikleri Metallere ve seramiklere göre daha düşük yoğunluk. Belirli polimerler için (tümü değil) dayanım/ağırlık oranı iyidir. Yüksek korozyon direnci Düşük elektrik ve ısıl iletkenlik
Polimer Örnekleri Termoplastikler: Polietilen, polivinilklorür, polipropilen, polistiren ve naylon Termosetler: Fenolikler, epoksiler ve belirli polyesterler Elastomerler: Doğal lastik (kauçuk) (vulkanize edilmiş) Tonajları doğal lastikten fazla olan sentetik lastikler
Polimerlerin Sınırlamaları Metallere ve seramiklere göre düşük dayanım Düşük elastisite modülü (katılık) Servis sıcaklıkları sadece birkaç yüz dereceyle sınırlıdır. Kuvvet ileten uygulamalarda belirgin bir sınırlama olabilen viskoelastik özellikler Bazı polimerler güneş ışığına ve diğer radyasyon formlarına maruz kaldıklarında bozunurlar.
Polimerlerin Sentezi Mühendislikte kullanılan hemen tüm polimerler sentetiktir. Kimyasal işlemlerle oluşturulurlar. Polimerler, zincir benzeri bir yapı oluşturan ve makromolekül olarak adlandırılan, çok sayıda küçük molekülün birleştirilmesiyle sentezlenir. Monomer denilen küçük birimler genellikle, Etilen C2H4 gibi doymamış organik moleküllerdir.
Polietilen Etilen monomerlerinden polietilenin sentezi: (1) n etilen monomerleri, (2a) n zincir boyundaki polietilen; (2b) n zincir boyundaki polimer yapısını gösteren özlü notasyon
Örnekler Ekleme polimerizasyonu ile üretilen polimerler: Polietilen, polipropilen, polivinilklorür, poliizopren Adım polimerizasyonu ile üretilen polimerler: Naylon, polikarbonat, fenol formaldehit
Polimerizasyon Derecesi (DP) Belirli bir polimerize olmuş parti malzemedeki moleküller boyca değişik olduğundan, o parti için n, ortalama bir değerdir. İstatistiksel dağılımı normaldir. n nin ortalama değeri, o parti için polimerizasyon derecesi (DP) olarak adlandırılır. DP, polimerin özelliklerini etkiler. Yüksek DP, mekanik dayanımı arttırır ancak aynı zamanda işlenmesini zorlaştıran sıvı haldeki viskoziteyi de arttırır.
Çapraz Bağlanmanın Özelliklere Etkisi Termosetler yüksek seviyede bir çapraz bağlanmaya sahiptir; elastomerler ise düşük seviyede bir çapraz bağlanma gösterirler. Termosetler sert ve gevrek iken elastomerler elastik ve darbe sönümleyicidir. Çapraz bağlanma, polimerlerin kimyasal olarak bütünleşmesine neden olur. Reaksiyon tersinmezdir. Polimer yapısı kalıcı olarak değişir; ısıtıldığında ise erimeyip bozunur veya yanar.
Polimerlerin Kristalinliği Kristalleşme eğilimi metallere ve cam dışı seramiklere oranla çok daha az olmasına rağmen hem amorf hem de kristalin yapılar oluşabilir. Polimerlerin tümü kristalin oluşturamaz. Oluşturabilenler için kristalinite derecesi (kütlede kristalin haline gelmiş malzeme oranı) her zaman için % 100 den küçüktür.
Kristalin Polimer Yapı Bir polimerdeki kristalinleşmiş bölgeler: (a) amorf malzeme içinde bu malzemeyle rastgele karışmış durumda kristalin oluşturmuş uzun moleküller ve (b) kristalin bölgenin tipik bir şekli olan katlanmış zincir tabakaları.
Kristalinlik ve Özellikler Bir polimerdeki kristalinite derecesi arttıkça, Yoğunluk artar, Katılık, dayanım ve tokluk artar, Isıl direnç artar. Polimer, amorf durumdayken şeffafsa, kısmen kristalin haline geldiğinde matlaşır.
Kristalinliğe Etkiyen Faktörler Soğumanın yavaşlaması, kristalin oluşumunu ve büyümesini destekler Isıtılmış bir termoplastiğin gerilmesinde olduğu gibi, mekanik şekil değişimi yapının hizalanmasını ve kristalinliğin artmasını teşvik eder. Plastikleyiciler (polimeri yumuşatmak için katılan kimyasallar) kristalinliği azaltır.
Polimerlerin Isıl Davranışı Özgül hacmin (yoğunluk)-1 sıcaklıkla değişimi
Katkılar Bir polimerin özellikleri, katkılarla karıştırılarak çoğu kez belirgin şekilde değiştirilebilir Katkılar, moleküler yapıyı değiştirir ya da polimeri bir kompozit malzemeye dönüştürme etkisi yapacak şekilde bir ikinci faz ekler.
Fonksiyonlarına Göre Katkı Türleri Dolgular polimeri sertleştirir veya maliyetini düşürür Plastikleştiriciler polimeri yumuşatır ve akıcılığını geliştirir Renklendiriciler pigmentler veya boyalar Yağlayıcılar sürtünmeyi azaltır ve akıcılığını geliştirir Alev geciktiriciler polimerin yanabilirliğini azaltır Çapraz bağ katkıları termosetler ve elastomerler için Ultraviyole ışın sönümleyicileri güneş ışığının bozucu etkisini azaltır Antioksidanlar oksitlenme zararını azaltır
Düşük Yoğunluklu ve Yüksek Yoğunluklu Polietilen
Termoplastik Polimerler (TP) Termoplastik polimerler katı halden viskoz sıvı hale ısıtılabilir ve ardından katı hale soğutulabilirler. Isıtma ve soğutma, plastiği bozmadan pek çok kez tekrarlanabilir. Nedeni: TP polimerler ısıtıldıklarında çapraz bağ oluşturmayan doğrusal ve/veya dallı makro moleküllerden oluşur. Termosetler ve elastomerler ısıtıldıklarında, bu polimerlerin molekülleri çapraz bağlandığı ve kalıcı olarak bütünleştiği için kimyasal olarak değişirler.
Termoplastiklerin Mekanik Özellikleri Düşük elastiklik modülleri (katılık=rijitlik) E değeri metallerden ve seramiklerden çok daha düşüktür. Düşük çekme dayanımı. Çekme dayanımı, metallerin yaklaşık % 10 udur. Metallerden ve seramiklerden çok daha düşük sertlik Ortalama olarak çok büyük süneklik Polistiren için % 1 den Polipropilen için % 500 e uzanan çok büyük değer aralığı
Dayanımın Sıcaklıkla Değişimi Polimerlerin deformasyon direncinin (dayanımının) sıcaklıkla değişimi
Termoplastiklerin Fiziksel Özellikleri Metallere ve seramiklere göre daha düşük yoğunluklar Seramiklere (~ 2.5) ve metallere (~ 7) kıyasla polimerlerin tipik özgül kütlesi 1.2 dir Çok daha yüksek ısıl genleşme katsayısı Kabaca, metallerden 5 ve seramiklerden 10 kat daha büyük değerdedir Çok daha düşük erime sıcaklıkları Elektriksel olarak izole edici özellikler Metaller ve seramiklere göre daha yüksek özgül ısı değerleri
Ticari Termoplastik Ürünler ve Hammaddeler Termoplastik ürünler arasında: Kalıplanmış ve ekstrüde edilmiş parçalar Elyaflar ve flamanlar Film ve tabakalar Ambalaj malzemeleri Boyalar ve vernikler Başlangıç plastik malzemesi imalatçıya genellikle kamyon veya vagonlar içinde paketler, metal kutular veya daha büyük ambalajlar içinde toz veya pelet halinde sağlanır.
Termoset Polimerler (TS) TS polimerler, yüksek çapraz bağlanmış üç boyutlu kovalent bağlı yapısı ile ayırt edilir. Çapraz bağlanmayla ilgili kimyasal reaksiyonlar sertleşme veya bütünleşme olarak adlandırılır. Gerçekte oluşturulan parça (örn.: cezve sapı, elektrik priz kapağı vs.) büyük bir makromolekül haline gelir. Her zaman amorfturlar ve camlaşma geçiş sıcaklıkları yoktur.
Termosetlerin Genel Özellikleri Rijit elastisite modülleri termoplastiklerinkinden iki veya üç kat daha büyüktür. Gevrek, fiilen sıfır süneklik. Termoplastiklere göre yaygın çözücüler içinde daha az çözünebilirlik. Termoplastiklere göre daha yüksek servis sıcaklıklarına sahiptirler. Yeniden eritilemezler - bunun yerine bozunur veya yanarlar.
TS Polimerlerdeki Çapraz Bağlanma Üç kategori: 1. Sıcaklıkla aktifleşen sistemler 2. Katalizörle aktifleşen sistemler 3. Karışık aktifleşen sistemler Sertleşme, başlangıç malzemelerini imalatçıya sağlayan kimyasal tesislerde değil, parçayı oluşturan imalat tesislerinde gerçekleştirilir.
Sıcaklıkla Aktifleşen Sistemler Parçayı şekillendirme işlemi (örn.: kalıplama) sırasında sağlanan ısının neden olduğu sertleşmedir. Başlangıç malzemesi, kimyasal tesis tarafından sağlanan taneli formdaki bir doğrusal polimerdir. Isı eklendikçe malzeme kalıplama için yumuşar ancak ısıtmanın sürmesi çapraz bağlanmaya neden olur. En yaygın TS sistemleri Termoset terimi en çok bu tür polimerlere uygundur.
Katalizörle Aktifleşen Sistemler Sıvı haldeki polimere küçük miktarlarda katalizör eklendiğinde çapraz bağlanma oluşur. Katalizör yoksa, polimer kararlı ve sıvı halde kalır. Katalizörle bir kez karıştırıldığında sertleşir ve katı hale dönüşür.
Karışık Aktifleşen Sistemler İki kimyasalın karıştırılması, çapraz bağlı bir katı polimer oluşturan bir reaksiyona neden olur. Bazen reaksiyonların hızlandırılması için, yüksek sıcaklıklar kullanılır. Epoksilerin çoğu, bu sistemlerin örnekleridir.
TS ve TP Polimerlerin Karşılaştırılması TS plastikler TP ler kadar yaygın kullanılmamaktadır. Bunun bir nedeni, üretim maliyetleri ve sertleşme sırasında oluşan zorluklardır. TS nin en büyük pazar payı = toplam plastik pazarının % 6 olan fenolik reçinedir. TS Ürünler: Tezgah, kontrplak yapıştırıcıları, boya, kalıplanmış parçalar, baskılı devre kartları ve diğer elyaf takviyeli plastik.
Elastomerler Nispeten düşük gerilmelere maruz kaldıklarında büyük elastik şekil değişimi gösterebilen polimerler Bazıları % 500 veya daha fazla uzayabilir ve tekrar başlangıç şekline dönebilir İki kategorisi: 1. Doğal lastik: Biyolojik bitkilerden elde edilir. 2. Sentetik polimerler: Termoplastik ve termoset polimerlerde kullanılanlara benzer polimerizasyon yöntemleriyle üretilirler.
Elastomerlerin Karakteristikleri Elastomerler (tıpkı termoset polimerler gibi) çapraz bağlı uzun zincir moleküllerden oluşur. Önemli elastik özelliklerine iki nedenle sahiptirler: 1. Moleküller gergin değilken sıkı şekilde dolaşıktır. 2. Çapraz bağlanma derecesi termosetlerinkinden önemli oranda düşüktür.
Elastomer Molekülleri Düşük çapraz bağ dereceli uzun elastomer molekülleri modeli : (solda) gerilmemiş ve (sağda) çekme gerilmesi altında
Elastomer Molekülünün Elastik Davranışı Gerildiğinde moleküller çözülür ve düzleşir. Çözülmeye doğal direnci, kümelenmiş malzemenin başlangıç elastiklik modülünü oluşturur. İlave şekil değiştirdiğinde, çapraz bağlı moleküllerin kovalent bağları modülünde önemli rol oynamaya başlar ve rijitlik artar. Daha büyük çapraz bağlanma halinde, elastomer katı hale gelir ve elastiklik modülü daha doğrusal olur.
Lastiğin Katılığı (Rijitliği) Katılığın şekil değiştirme ve lastik türüyle değişimi: Doğal lastik (kauçuk), vulkanize lastik ve sert lastik
Vulkanizasyon Çoğu elastomerin çapraz bağ oluşturarak sertleştirilmesi. Vulkanizasyon: Doğal lastiğin durumunda (ve belirli sentetik lastikler durumunda) sertleşme için kullanılan terim. Lastikteki tipik çapraz bağlanma, istenen katılığa bağlı olarak doğrusal polimer zincirindeki her yüz karbon atomu başına bir ila on bağdır. Termosetlerdeki çapraz bağlanmaya göre son derece azdır.
Doğal Lastik (NR) (Kauçuk) NR = Yüksek bir moleküler ağırlığa sahip izopren polimeri (C5H8) olan poliizopren En önemlisi, tropikal iklimde yetişen kauçuk ağacı olan değişik bitkilerden elde edilen sütümsü bir madde olan latex ten türetilir. Lateks, poliizopren in (ağırlıkça yaklaşık 1/3 ü olan) sulu emülsiyonundan ve ayrıca bazı katkılardan oluşur. Kauçuk, lateks teki suyu değişik yöntemlerle uzaklaştırarak elde edilir.
Vulkanize Doğal Lastik Özellikleri: Elastomerler arasında yüksek çekme dayanımı, sıyrılma dayanımı, rezilyans (şekil değiştirme kapasitesi), aşınma ve yorulma direnci bakımından dikkat çeker. Zayıflıkları: Isıya, güneş ışığına, oksijene, ozona ve yağa maruz kaldığında çözünür. Bu sınırlamalardan bazıları, katkılarla azaltılabilir. (Doğal artı sentetik) toplam lastik hacminde NR nin pazar payı % 22 dir.
Doğal Lastik Ürünleri NR için en büyük tek market otomobil lastikleridir. Diğer ürünler: Ayakkabı tabanları, burçlar, mühürler ve amortisör bileşenleri Lastiklerde karbon karası önemli bir katkıdır. Çekme dayanımını, yırtılmaya ve aşınmaya direnci arttıracak şekilde lastiği güçlendirir. Diğer katkılar: Kil, kaolin, silisyum, talk ve kalsiyum karbür; ayrıca vulkanizasyonu hızlandırmak ve teşvik etmek için kimyasallar.
Sentetik Lastikler Sentetik lastiklerin gelişimi, büyük oranda dünya savaşları sırasında doğal lastiklerin elde edilmesinin zorlaşmasından kaynaklanmıştır. Günümüzde sentetik lastiklerin tonajı, NR ninkinin üç katından daha fazladır. En önemli sentetik lastik, (C4H6) butadien ve (C8H8) stiren in bir kopolimeri olan Stiren-Butadien Lastiği (SBR) dir. Çoğu polimerde olduğu gibi sentetik lastiğin ana hammaddesi de petroldür.
Termoplastik Elastomerler (TPE) Elastomer gibi davranan bir termoplastik. Elastomerik özellikler, kimyasal çapraz bağlardan değil, malzemedeki sert ve yumuşak fazların arasındaki fiziksel bağlardan ileri gelir. Yüksek sıcaklıklarda ve sürünme dayanımı olarak geleneksel elastomerlerle uyumlu değildir. Ürünler: Ayakkabı, lastik bantlar, extrüze borular, tel kaplama, kalıplanmış otomotiv parçaları.
Plastik Numaraları 1. PETE veya PET PETE veya PET Polyethylene Terephthalate in kısaltmasıdır. Çok yumuşak, şeffaf ve gıdalarda Tek kullanım için güvenli olduğu kabul edilir. Çoğu su, meşrubat ve diğer içecek şişeleri bu malzemeden imal edilir. Dondurulmamalı, bulaşık makinesinde yıkanmamalı ve mikrodalga fırında kullanılmamalıdır. İçinde bulunan gıda maddesine herhangi bir zararlı madde sızdırmaz. Ancak tekrar kullanım için yeterince temizlenemez ve tekrar kullanıldığında zararlı bakteriler ürer. 2. HDPE HDPE High-Density Polyethylene (Yüksek Yoğunluklu Polietilen) in kısaltmasıdır. Gıdalarla kullanımının güvenli olduğu kabul edilir. BPA içermez. Bulaşık makinesinde yıkanabilir, mikrodalga fırında kullanılabilir. 3. V veya PVC PVC Polyvinyl Chloride in kısaltmasıdır. Gıdalarla kullanılmamalıdır. İçindeki zararlı maddeleri gıdalara sızdırır. 4. LDPE LDPE Low-Density Polyethylene (Düşük Yoğunluklu Polietilen) in kısaltmasıdır. Bu malzeme de HDPE gibi gıdalarla birlikte kullanılabilir. Bulaşık makinesinde yıkanabilir, mikrodalga fırında kullanılabilir.
5. PP veya PE PE Polietilen in kısaltmasıdır. En güvenli plastik türü olarak kabul edilir. 2 ve 4 numara bu maddenin düşük ve yüksek yoğunluklu halidir. İçinde barındırdığı gıdalara sızdırdığı bilinen herhangi bir zararlı madde yoktur. Bulaşık makinesinde yıkanabilir, mikrodalga fırında kullanılabilir. 6. PS PS Polystyrene in kısaltmasıdır. Çay ve kahve gibi sıcak içecekler için kullanılan köpük bardaklarında, hazır satılan yiyeceklerdeki tabaklar gibi. Ya da kolilerin içindeki elektronik cihazları darbeden korumak için kenarlara koyulan birbirine yapışık o küçük yuvarlak köpükleri. Çoğumuz o köpüğün bir tür plastik olduğunu bile bilmeyiz. Bu malzeme, Benzen denen bir maddeden imal edilir. Benzen, insan için kanserojen bir maddedir. 7. DİĞER 7 numara belirli bir tür malzemenin numarası değildir. İlk 6 tür haricindeki malzemeler anlamına gelir. Genellikle BPA denen o zararlı maddeyi içerirler. Ancak içermiyor da olabilir. Bir malzemenin üzerinde 7 işareti varsa, cam gibi parlak ve sertse, büyük ihtimalle BPA içeriyordur ve güvenli değildir. Kaynak: www.herbal-howto-guide.com/plastic.html ve sinanilyas.com
1 numara: PET veya PETE polietilen anlamına gelir. Genelde su, iki litrelik alkolsüz içecekler ve yağların konduğu pet şişelerde kullanılır. Genelde tek kullanımlık ürünler için geçerlidir. Zararsızdır. 2 numara: HDPE ve polietileni işaret eder. Genelde deterjan ambalajları ve pet sütlerde bulunur. Bu da sağlığa zararlı değildir. 3 numara: PVC polivenil klorid içerir. Streç folyo, dış mekan eşyaları, plastik zemin malzemesi, duş perdesi ve de plastik ambalajlarda kullanılır. Zararlıdır. Yiyeceklerinizi folyoya sararken bir kere daha düşünün. 4 numara: LDPE az yoğunluklu polietilendir. Kuru temizleme, çöp torbaları, yemek saklama kaplarında bulunur. Zararsızdır. 5 numara: PE Polietilen'in kısaltmasıdır. En güvenli plastik türü olarak kabul edilir. Bulaşık makinesinde yıkanabilir, mikrodalga fırında kullanılabilir. 6 numara: PS polistirendir. Yemek paketleri, plastik bardak ve tabaklar, kaşık gibi maddeler. Market etlerini satın alırken konulan plastik kaplar, köpük tabaklar ve fast food ürünlerin konulduğu tabaklar. Bu kadar çok kullanılan bir şey olmasına rağmen zararlıdır. 7 numara: Yemek saklama kapları ve bazı pet şişelerde bulunur. Kullanılması oldukça zararlıdır. Plastikte sağlık için en önemli tehlike Bisphenol A (diğer adıyla BPA) denen maddedir. Bu madde polikarbonatı çok sert ve cam gibi parlak hale getirmek için kullanılıyor.
Bir termoplastik malzemenin şekillendirilebilmesi için ısıtılarak sıvı faza dönüştürülmesi gerekmektedir. Polimerin bu formuna, eriyik polimer denilmektedir. Polimerin eriyik haldeki bazı karakteristik özellikleri dikkate alınacaktır.
ŞEKİL 12.1 Newtonyen akışkan ve eriyik polimer için viskozite ve kayma hızı değişimi
Viskoelastisite Viskozite
ŞEKİL 12.3. Ekstrüzyonla şişirme yönteminde eriyik polimerin viskoelastik davranışı bir ekstrüzyon kalıbından çıkış durumunda gösterilmektedir.
EKSTRÜZYON Polimer ekstrüzyonunda, hammadde granül veya toz şeklinde olmaktadır. Ham maddenin ısıtıldığı ve eritildiği bölüme kovan denilmektedir. Huniden kovana verilen malzemenin kovan içerisinde eritilirken ilerlemesi söz konusudur.
ŞEKİL 12.4 Plastikler ve elastomerler için tek vidalı ekstrüzyon makinesi bileşenleri ve özellikleri
ŞEKİL 12.5 Kovan içindeki ekstrüzyon vidası detayı
Enjeksiyon Kalıplamada İşlemi Sırası Kalıp, malzeme ve cihaz hazırlıklarının yapılması başta gelir. Plastik malzeme nemli ise kurutulur (genelde 60 C-70 C de 2 saat kurutma için yeterlidir). Renklendirme ve dolgu maddeleri katkısı gerekiyorsa bunlar yapılır. Kalıp soğuk olmamalıdır, orta yumuşama sıcaklığındaki plastikler için, kalıp sıcaklığının 50-70 C olması iyi sonuç verir.
Granül, plastik besleme hunisinden cihaza verilir. Kontrollü bir ısıtma ile eriyen madde istenen sıcaklığa gelince, istenen hızda ve basınçta kalıba enjekte edilir. Erimiş plastik cihaz silindirinde fazla tutularak yakılmamalı ve kalıba soğuk halde de enjekte edilmemelidir.
Transfer (İletmeli) Kalıplama Kalıplama için yeterli miktarda reçine ayrı bir kalıba (iletme odasına) konur ve 140-200 0C a ısıtılarak malzeme eritilir. İletme odası bir yollukla kalıp iç boşluğuna bağlanır. Erimiş plastik 40-90 MPa basınçla kalıp içine basılır. Kalıp içinde malzemede çapraz bağlar oluşuncaya kadar yani malzeme katılaşıncaya kadar bekletilir ve daha sonra parça kalıptan çıkarılır.
Ekstrüzyon ürünleri, kalıp kesitine göre sınıflandırıldığında: 1) Dolu profiller 2) İçi boş parçalar, tüpler gibi 3) Kaplanmış kablo ve tel 4) Plaka ve film 5) Filamentler olarak farklı ürünler görülmektedir.
ŞEKİL 12.8 (a) Dairesel stok gibi katı düzenli şekiller için ekstrüzyon kalıp kesitinin yan görünümü; (b) Kalıbın ekstrüde edilmiş profille önden görünüşü.
ŞEKİL 12.10 Tüp ve boru gibi içi boş parçalar için kalıp kesitinin önden görünüşü
Elektrik kablosunun ekstrüzyon yöntemi ile polimerle kaplanması.
Ekstrüzyonda Haddeleme İle Şekillendirme (Kalıpsız Ekstrüzyon) Günlük yaşamda görülen duvar kağıtları, gösteri ekranları, çeşitli ambalaj malzemeleri, reklam panoları, kredi kartları, kalıpsız ekstrüzyon yönteminin tipik örnekleridir. Esnek ve rijit PVC bileşimleri ile ABS, PE, PC gibi polimerler bu yöntemde kullanılan başlıca malzemelerdir. Kalıpsız ekstrüzyon süreci, karıştırıcılı bir eritme cihazından alınan termoplastik hamurunun gittikçe sıkılaşan merdane çiftleri arasından geçirilmesi ve sabit gergili bir sarma mekanizması ile elde edilen ince levha filmin sarılmasından ibarettir.
Kullanılan merdane çapları 70-80 cm, merdane boyu 213-254 cm olup merdaneler arası basınç cm başına 200-900 kg arasındadır. Merdaneler dökme demirden, iç kısımlarında sıcaklığın kontrol altında tutulabilmesi için akışkan dolaşacak şekilde kanallar açılarak yapılmıştır. PVC için merdane yüzey sıcaklığı 160-230 0C arasında tutulur. Merdane hızları ve güç, esnek PVC için 100-110 m/dak. ve 750 HP dir. Kalıpsız ekstrüzyon ile 0,05-1,3 mm kalınlık, 200 cm eninde film ve levha yapmak mümkündür. 0,05 mm kalınlığın altındaki filmlerin üretimi de mümkün olmakla beraber cidar değişimi tolerans dışına çıkar.
Ekstrüzyon ürünlerinde çok sayıda hata görülebilmektedir. Bunlardan en sık rastlanan hatalardan biri eriyik kırılmasıdır.
ŞEKİL 12.12 Keskin bir şekilde azaltılmış kalıp girişinden ötürü malzemede meydana gelen türbülans ve kırılma
ŞEKİL 12.13 (a) Köpekbalığı sırtı (b) Bambulanma hatalarına neden olan açık kalıp boyunca akan eriyiğin hız profili
Yarık kalıplı plaka ve film ekstrüzyonu Şişirme film ekstrüzyonu Kalenderleme
ŞEKİL 12.14 Plaka veya film ekstrüzyonu için birçok kalıp konfigürasyonundan biri
ŞEKİL 12.15 Ekstrüzyondan sonra eriyik filmin hızlı katılaştırmanın başarılması için (a) Su banyosunda soğutma (b) Soğutucu makaralar ile soğutmanın kullanımı
ŞEKİL 12.17 Kalenderlemede kullanılan tipik bir merdane konfigurasyonu
Kaplama işleminde üç farklı kategori görülmektedir : 1) Kablo ve tel kaplanması 2) Düzlemsel filmler ile kaplamada uygulanan planar kaplama 3) Üç boyutlu objelerin kaplanmasında uygulanan çevre (kontur) kaplama.
ŞEKİL 12.19 Düzlemsel polimer kaplama yöntemleri: (a) Haddeleme yöntemi (b) Doktor bıçağı metodu.
Enjeksiyon kalıplama yöntemi, ısıtılan polimerin eriyik fazda iken yüksek basınç altında kalıp boşluğuna doldurulması ve burada katılaştırılması esasına dayanmaktadır.
ŞEKİL 12.22 Tipik enjeksiyon kalıplama çevrimi: (1) Kalıp kapanır, (2) Kalıba polimer enjekte edilir, (3) Vida geri çekilir, ve (4) Kalıp açılır ve parça dışarı alınır.
Termoplastik Köpük Enjeksiyonu Çoklu Enjeksiyon Kalıplama Termosetlerin Enjeksiyon Kalıplanması Reaksiyon Enjeksiyon Kalıplama
Sıkıştırma kalıplama ve transfer kalıplama yöntemleri, termoplastiklerden ziyade termoset polimerler ve elastomerler için kullanılan yöntemlerdir.
Devamı var
Basınçlı Kalıplama Yöntem ısıtılabilen ve soğutulabilen kalıp alt ve üst parçaları arasında polimer toz veya tabletlerin ısı ve basınç altında belirli bir süre preslenmesinden ibarettir. Basınç kalıplama yönteminde kalıba alınan malzemenin; biçimlendirme sıcaklığı, basıncı ve süresi malzeme cinsine ve biçimlendirilecek parçanın büyüklüğü ile konstrüksiyonuna göre değişir. Genelde bu değerler; basınç için 7-80 MPa, sıcaklık için 135-200 0C ve polimerizasyon süresi için 1-20 dakika olarak verilebilir. Granül veya toz halindeki malzeme presleme ile ön şekillendirilerek tablet haline getirilir. Önceden ısıtılmış kalıba konur ve erkek kalıp tarafından basınç uygulanır. Yoğunlaşma polimerizasyonu ile reçine rijit hale gelir. Daha sonra kalıp açılarak koniklikten yararlanmak sureti ile parçalar bazen çıkarıcı millere gerek olmadan bazen ise çıkarıcı miller kullanılarak dışarıya alınır. Her defasında kalıp iyice temizlenerek gereğinde yapışmayı önleyici yağlama yapılır.
Basınçlı Kalıplama
ŞEKİL 12.28 Termoset plastikler için sıkıştırma kalıplama yöntemi: (1) şarj yüklenmesi; (2) ve (3) şarj sıkıştırma kürlenme; (4) parçanın alınması.
ŞEKİL 12.29 (a) Potalı transfer kalıplama (b) Dalgıç tipli transfer kalıplama. Her iki işlemin çevriminde: (1) şarj yüklenir, (2) yumuşayan polimer kalıp boşluğu içinde preslenir ve (3) parça alınır.
Şişirme kalıplama iki aşamadan meydana gelmektedir: (1) Parison denilen eriyik plastik tüpün üretimi (cam şişe imalatına benzer şekilde) ve (2) İstenilen nihai şeklin eldesi için tüpün şişirilmesi.
ŞEKİL 12.30 Ekstrüzyon şişirme kalıplama
Parizyon makinesi ( Şişirme Makinesi ) plastik prisonlar kalıp başlığının boşluğundan düşerken sıcaklık ve basıncın etkisiyle bozucu statik yükün etkisi altında kalır. Bu yük prisonun makine parçalarına yapışmasına neden olarak üretim hatalarına neden olacaktır. Ayrıca çoklu prison makinelerinde bozucu statik yükten dolayı birbirleri ile çekme/itme eğilimi göstererek ürün üzerinde bozulmalara neden olacaktır.
Şekil 12.33 Gerdirmeli şişirme kalıplama (1) parisonun enjeksiyonu (2) gerdirme (3) şişirme
Vakum ısıl şekillendirme, 1950 li yıllarda geliştirilmiş olan ilk ısıl şekillendirme yöntemi olup kısaca vakum şekillendirme de denilmektedir.
Polimer köpükler, gözenekli ve hücresel yapısı olan polimer ve gaz karışımıdır. Polimer köpükler için hücresel polimer, şişirilmiş polimer ve genişletilmiş polimer de denilmektedir.
Faydalı Bilgiler (Linkler) http://www.yildiz.edu.tr/~akdogan/lessons/plastikmalzeme/plastiklerin_sekillendirme_yontemleri_son.pdf http://www.plastikciyiz.biz/index.php?s=makaleler&t_tum=1 http://www.demircelikstore.com/-1-5659-plastik-parca-uretim-giderlerinin--sayisal-metodlar-ile-dusurulmesi.html https://mustafackmkmetalurji.wordpress.com/2015/04/13/106/ https://mustafackmkmetalurji.wordpress.com/2015/03/25/94/ http://www.turkchemonline.com/haber/dogal-fiber-ve-biyoplastik-kullanarak-cevreci-cozu.html http://esd.com.tr/parizyon-makinelerinde-statik-uygulamasi/ http://www.teknikvideo.net/plastik-malzeme-uretimi.html http://www.polyesterimalat.net/ http://teknolojikarastirmalar.com/e-egitim/yapi_malzemesi/icerik/plastik.htm