Polimer Teknolojisi Kimya Mühendisliği Bölümü Yrd.Doç.Dr.Eylem Yalçınkaya II.BÖLÜM 2015 (Bu dersin notları Prof.Dr.Mehmet SAÇAK ın Polimer Teknolojisi kitabından derlenmiştir.) 1
Bölüm 2: Termoplastik Teknolojisi 2.1 Bazı Termoplastikler 2.1.1 Polietilen 2.1.2 Polipropilen 2.1.3 Polistiren 2.1.4 Poli(vinil klorür) 2.1.5 Polikarbonat 2.1.6 Poli(metil metakrilat) 2.1.7 Akrilonitril-Bütadien-Stiren Terpolimeri 2.1.8 Politetrafloroetilen 2
Bölüm 2: Termoplastik Teknolojisi (Devamı) 2.2 Termoplastiklerin Şekillendirilmesi 2.2.1 Ekstruzyon 2.2.2 Enjeksiyon 2.2.3 Vakum Kalıplama 2.2.4 Şişirerek Kalıplama 2.2.5 Dönerek Kalıplama 3
2.1 Termoplastik Teknolojisi Termoplastik, ısı etkisiyle eritilerek yeniden şekillendirilebilen polimerler için kullanılan bir kavramdır. Polietilen, polistiren, poli(vinil klorür), poli(etilen terafthalat), poli(hekzametilen adipamit), polipropilen; termoplastik davranışlı ticari polimerlerden bazılarıdır. Termoplastik polimerlerin zincirleri doğrusal veya dallanmış yapıda olabilir, ancak zincirler arası çapraz bağ gözlenmez. Polimer zincirlerini küçük moleküllerde de gözlenen London kuvvetleri (0-1,5 kcal/mol), polar etkileşimler (1,5-3 kcal/mol) ve hidrojen bağları (3-7 kcal/mol) gibi ikincil etkileşimler bir arada tutar. 4
2.1 Termoplastik Teknolojisi (Devamı) Polimer zincirlerinin kendi içindeki veya farklı zincirler arasındaki fiziksel dolaşmalar ayrıca zincirlerin ilişkilerini güçlendirir. Sözü edilen zincirler arası ikincil etkileşimler ve dolaşmalar çözücü veya ısı etkisi ile kırılabileceğinden, termoplastikler uygun çözücülerde çözünürler ve ısıtıldıklarında erirler. Günlük eşya ve malzemelerin yapımında en fazla kullanılan polimerler polietilen, polistiren, poli(vinil klorür) ve polipropilen termoplastikleridir. Fiyatları düşük olan bu polimerlere temel plastikler (genel amaçlı, standart plastikler) adı verilir. 5
2.1 Termoplastik Teknolojisi (Devamı) En çok kullanılan termoplastikler; Polietilen (PE), Polipropilen (PP), Polistiren (PS), Polivinilklorür (PVC), Polietilen Tereftalat (PET), Polibütilen Tereftalat (PBT), Stiren Akrilonitril (SAN), Naylon, Akrilonitril Bütadien Stiren (ABS), Diğer termoplastikler. Polietilen en fazla tüketilen termoplastiktir. 6
2.1.1 Polietilen (PE) Etilen gazının polimerizasyonuyla sentezlenen polietilen (PE), toplam plastikler içerisinde en fazla tüketilen ticari polimerdir. n[ch 2 = CH 2 ] etilen [ CH 2 CH 2 ] n polietilen (PE) PE nin endüstriyel üretiminin başlama tarihi 1939 dur. İlk üretimi yapılan PE zincirlerdeki yoğun dallanmalar nedeniyle düşük yoğunlukludur ve aynı polimer günümüzde de alçak yoğunluklu polietilen (AYPE, LDPE) adı altında üretilmektedir. Ana zincirdeki dallanmalar, zincir içi transfer tepkimelerinden kaynaklanır. Yan dalların boyları kısadır ve genelde etil, propil, bütil vb alkil gruplarıdır. AYPE üretimi 3000 atm gibi yüksek basınçlarda yapıldığından polimere ayrıca yüksek basınç polietileni de denir, mol kütlesi 5000-40000 aralığında değişir. 7
2.1.1 Polietilen (PE) (Devamı) 1957 de, Ziegler-Natta katalizörleri kullanarak koordinasyon polimerizasyonu üzerinde 1-10 atm gibi düşük basınçlarda yüksek yoğunluklu polietilen (düşük basınç polietileni, YYPE, HDPE) sentezlenmiş ve bu gelişme PE için önemli bir sıçrama noktası olmuştur. PE üretimindeki bir diğer önemli gelişme ise doğrusal alçak yoğunluklu PE üretimidir (DAYPE, LLDPE). DAYPE düşük basınçta sentezlenir, kristalitesi düşüktür ve zincirlerindeki dalların boyu AYPE den daha kısadır. Bü üç farklı PE türü nedeniyle günümüzde kristaliteleri (yoğunlukları) ve mol kütleleri farklı değişik özelliklerde PE çeşitleri üretilir ve kullanılır. PE ayrıca mol kütlesi göz önüne alınarak düşük, orta, yüksek, ultra yüksek mol kütleli PE ler şeklinde de gruplandırılır. 8
2.1.1 Polietilen (PE) (Devamı) Ultra yüksek mol kütleli PE nin mol kütlesi 6.10 6 kadar yüksek olabilmektedir ve yüksek mol kütlesi nedeniyle polimer erime noktası 130 C üzerinde sıvıdan çok derimsi bir haldedir. Dış ortamda kullanıma uygundur, özellikle fiziksel aşınmaya dirençli, kimyasal maddelere karşı dayanıklı ve vurma dayanımı iyidir. Genel olarak PE; düşük fiyatlı, kimyasallara dayanıklı, farklı yöntemlerle işlenebilen ve farklı yoğunluklarda üretilebilen bir polimerdir. Bu özelliklerinden dolayı değişik yerlerde kullanılır. PE nin uygulamaları arasında ev eşyaları, oyuncak, boru, hortum, tüp, şişe vb malzemelerin yapımı, kablo kılıflama, kumaş ve merallerin kaplaması sayılabilir. En önemli yeri kullanım yeri ise polimerik film üretimidir. 9
2.1.1 Polietilen (PE) (Devamı) Sera örtüsü, ambalaj filmi, alışveriş poşetleri gibi ürünler PE filmlerinden yapılır. YYPE daha çok kap, kutu, plastik şişe, gaz tankı, film vb ürünlerin yapımında kullanılır. PE, dikümil peroksit gibi peroksitlerle çapraz bağlı hale getirilir. Şekillendirilmiş parçaların sonradan ışınlanması bir başka çapraz bağlı PE ürün hazırlama tekniğidir. Çapraz bağlı PE nin ısıl dayanımı ve bazı kimyasal çzellikleri termoplastik PE den daha iyidir. Çapraz bağlı PE nin şekillendirilmesinde en sık dönerek kalıplama yöntemi kullanılır. 10
2.1.2 Polipropilen (PP) Polipropilen (PP), propilenin polimerizasyonu ile üretilen sert, şeffaf, kolay şekillendirilen, pahalı olmayan bir polimerdir. Propilen Polipropilen PP nin kimyasal direnci iyidir. Bazların, asitlerin ve tuzların sulu çözeltilerinden etkilenmez, alkollere ve deterjan çözeltilerine karşı dayanıklıdır. Deniz suyundan etkilenmediği için denizcilikte kullanıma uygun bir polimerdir. 11
2.1.2 Polipropilen (PP) (Devamı) Aromatik ve halojenli hidrokarbonlarda, yüksek sıcaklıkta yağlarda şişer. Görünür bölge ışınlarına dayanıklı olmakla birlikte, UV-ışınları PP den yapılan malzemelerin yüzeylerini bozar. Polimerin oksidasyonu sıcaklıkla yükseklir, oksidasyonu önlemek amacıyla içlerine kayılan karbon siyahı ise polimerin ısıl yaşlanmasını hızlandırır. PP daha çok; valiz, bavul, çanta, tıraş kremi, diş macunu vb tüpleri, steril sağlık gereçleri, akü kutuları, plastik raf, hava filtresi, plastik kaplar, şişeler, gösterge tabloları, güneşlik, test tüpleri, taşıma kapları, depolama kapları, kasa, bant, şeffaf 12 ambalaj, bahçe mobilyası, termos yapımında kullanılır.
2.1.3 Polistiren (PS) PS kırılgan, sert, şeffaf, pahalı olmayan, kokusuz ve işlenmesi kolay bir polimerdir. Stirenin polimerizasyonu ile elde edilir. Stiren Polistiren PS nin ticari üretimi genelde, yığın veya süspansiyon yöntemleri kullanılarak radikalik mekanizma üzerinden yapılır. 13
2.1.3 Polistiren (PS) (Devamı) PS üretim girdisi olan stiren ise petrol ürünleri olan benzen ve etilenden çıkılarak üretilir. 14
2.1.3 Polistiren (PS) (Devamı) Saf PS, kristal polisitren olarak da adlandırılır. Bu tür bir adlandırma polimerin kristalitesinin yüksekliğinden değil, polimerden yapılan ürünlerin görünüşünün parlak olmasından dolayı yapılır. Gerçekte PS kristalin değildir ve parlaklığı, amorf yapısının sonucudur. Amorf yapı, ayrıca polimerin işlenmesi için gereken enerjiyi azaltır, kalıplama sırasındaki büzülme oranını düşürür. 15
2.1.3 Polistiren (PS) (Devamı) PS nin şekillendirilmesinde ekstruzyon, enjeksiyon, vakum şekillendirme, dönerek kalıplama gibi yöntemler kullanılır. PS nin zayıf noktalarından birisi vurma dayanımının düşüklüğüdür. PS üretimi sırasında polimerizasyon ortamına küçük parçalar halinde elastomerler (polibütadien gibi) karıştırılarak vurma dayanımı arttırılır. Bu şekilde hazırlanan polşmere, yüksek vurma dayanımlı polistiren veya antişok polistiren denir. PS, bazlara ve su çözeltilerine dayanıklı bir polimerdir; eterler, ketonlar, aromatik ve klorlu hidrokarbonlar, esterler ise polimeri çözerler veya etkilerler. 16
2.1.3 Polistiren (PS) (Devamı) UV-ışınları PS nin bozunmasına neden olur ve bu özelliğinden dolayı uzun süreli dış ortamda kullanıma uygun değildir. Dış ortamda, UV-ışınları ve nem etkisiyle belli bir süre sonra parlaklığını kaybeder, rengi sararır, mekanik özellikleri de zayıflar. PS den yoğurt kapları, mücevher kutuları, yemek tabakları, bölmeli plastik kaplar, taşıma kasaları, oyuncak, teyp bantları, mutfak aletleri, röle parçaları, hoparlör parçaları, yiyecek saklama kapları, emniyetli jiletler, buzdolabı kapları, elbise askıları yapılır. PS köpükler, PS nin bir başka uygulama alanıdır. PS köpükler yaygın olarak ambalajlama, ses ve ısı yalıtımı vb yerlerde 17 tüketilirler.
2.1.4 Poli(vinil klorür) (PVC) Poli (vinil klorür), Vinil klorür Poli(vinil klorür) tepkimesiyle, vinil klorür monomerinden elde edilen önemli ticari bir polimerdir. PVC üretildiği haliyle işlenmeye yatkın bir polimer değildir, içerisine ısıl stabilizatörler, dolgu maddesi, alevlenmeyi önleyici, renklendirici, plastikleştirici vb katkı maddeleri katıldıktan sonra şekillendirilirler. 18
2.1.4 Poli(vinil klorür) (PVC) (Devamı) Plastikleştiriciler, PVC açısından en önemli katkı maddesidir. Farklı miktarlarda plastikleştirici katılarak yumuşatılan polimer, değişik malzemelerin yapımında kullanılır. Bu nedenle PVC ürünlerin özellikleri, mol kütlesi ve üretim tekniği yanında içindeki plastikleştirici miktarına da yakından bağlıdır. Uygulamada sert PVC ve yumuşak PVC (plastikleştirici katılmış) şeklinde iki gruba ayrılırlar. PVC, daha çok sert haliyle tüketilmektedir. PVC nin şekillendirilmesinde kullanılan en yaygın yöntemler ekstruzyon, vakum şekillendirme, dönerek kalıplama yöntemleridir. 19
2.1.4 Poli(vinil klorür) (PVC) (Devamı) PVC, kimyasal direnci iyi sayılabilecek bir polimerdir ve orta derişimdeki asit ve bazlardan, yağlardan, tuz çözeltilerinden etkilenmez. Ancak, alkollere, eterlere, esterlere, aromatik hidrokarbonlara, kuvvetli asit ve bazlara karşı dayanıklı değildir. Plastikleştirici katılmış polimerin kimyasal direnci daha da azalır. UV-stabilizatörleri PVC de kullanılan diğer önemli bir katkı malzemesidir. Sert PVC; atık su boruları, ızgara, oluk, su tesisatı parçaları, pencere çerçeveleri ve kasaları, basınç boruları, havalandırma boruları, vantilatör, yağ ve içecek kapları gibi malzemeler yapılır. 20
2.1.4 Poli(vinil klorür) (PVC) (Devamı) Yumuşak PVC; priz, oyuncak, fiş, boru, el çantası, conta, yapışkan film, top, büro gereçleri, kırtasiye malzemesi, hortum yapımında ayrıca ısı ve izolasyonu, kablo kılıflaması ve kaplama amacıyla kullanılır. 21
2.1.5 Polikarbonat (PC) Polikarbonatlar, karbonik asitten türemiş poliesterlerdir ve önemli mühendislik plastiklerinden birisidir. Polikarbonatın Bisphenol A ve fosgen (karbonil klorür)'den sentezlenmesi PC zincirlerinde ester grupları, aromatik gruplarla birbirlerine bağlanmıştır. Bu nedenle erimiş polimerin viskozitesi yüksektir ve ısıl kararlılığı iyidir. Uzun süreli su ile temasta bazı özellikleri bozunabilir, sıcak su ise polimeri belli derecede kimyasal bozunmaya uğratır ve vurma dayanımını azaltır. 22
2.1.5 Polikarbonat (PC) (Devamı) Polikarbonatlar, termoplastiklerin özel bir grubudur. İşlenmesi, kalıplanması, ısıl olarak şekillendirilmesi kolaydır, bu tip plastikler modern imalat sektöründe çok geniş kullanım alanı olan plastiklerdir. Polikarbonatlar olarak isimlendirilmişlerdir, çünkü uzun moleküler zincirleri içinde karbonat grupları (-O-CO-O-) tarafından bağlanmış fonksiyonel gruplara sahiptirler. En yaygın polikarbonat plastik tipi, Bisfenol A grupları ile bağlanmış karbonat gruplarının oluşturduğu polimer zincirlere sahip olanıdır. Bu tip polikarbonat çok dayanıklı bir malzemedir, kurşun geçirmez cam yapımında kullanılır. 23
2.1.5 Polikarbonat (PC) (Devamı) Polikarbonatların karakteristikleri polimetil metakrilat a (PMMA ; akrilik) oldukça benzer, fakat polikarbonat daha güçlü ve daha pahalıdır. Ayrıca bu polimer oldukça şeffaf ve ışığı geçiren bir yapıdadır. Birçok cam türünden daha iyi ışık geçirgenlik karakteristiğine sahiptir. CR-39 özel bir polikarbonat malzeme olup iyi optik ve mekanik özelliklere sahiptir ve sıklıkla gözlük camı yapımında kullanılır. 24
2.1.5 Polikarbonat (PC) (Devamı) PC ilk mühendislik plastiklerinden birisidir. Genel termoplastik işleme yöntemlerinin çoğu ile şekillendirilebilir. Asitlere, yükseltgenmeye, indirgenmeye, tuz çözeltilerine, çoğu yağlara, metil alkol dışındaki alkollere dayanıklıdır. Bazlardan, amonyaktan, benzen toluen gibi aromatik hidrokarbonlardan, aminlerden, ozon ve etilen klorürden etkilenirler. Aseton ve karbon tetraklorür ise PC yi şişirir. 25
2.1.5 Polikarbonat (PC) (Devamı) PC nin optik özellikleri iyidir. Lens, mikroskop parçaları, panjur, CD kabı, sokak ve araç lambaları koruyucusu, projektör parçaları, çakmak, kahve filtresi, beyaz eşya parçaları, koruyucu kask, alet koruyucuları, trafik işaretleri, gözlük, biberon gibi malzemelerin yapımında kullanılır. PC nin % 80 optik alanında, plastik cam yapımında ve elektrikelektronik sanayinde tüketilmektedir. 26
2.1.6 Poli(metil metakrilat) (PMMA) PMMA, yüksek saydamlıkta termoplastik bir polimer olup metilmetakrilat monomer in polimerizasyonuyla elde edilir. Saydamlığı, estetik ve çizilme dayanıklılığından dolayı, PMMA, cama göre hafif bir alternatiftir. Bazen akrilik cam olarak da adlandırılmaktadır. Eğer daha yüksek saydamlık, UV direnci ve/veya çizilmeye karşı dayanıklılığa ihtiyaç duyuluyorsa ve yüksek darbe özellikleri hayati öneme haiz değilse, PMMA, Polikarbonata (PC) bir alternatif olarak kullanılabilir. 27
2.1.6 Poli(metil metakrilat) (PMMA) (Devamı) PMMA, ilk olarak Rohm ve Haas Şirketi tarafından 1933 yılında üretildi. Başlıca PMMA markaları şunlardır: Altuglas, Plexiglas ve Diakon. PMMA kimyasal formülü 28
2.1.6 Poli(metil metakrilat) (PMMA) (Devamı) PMMA nın temel özellikleri şunlardır: Olağanüstü optik özellikler. Saydamlık ve parlak görünüm. Rijitlik ve boyutsal sağlamlık. Sertlik ve çizilmeye karşı dayanıklılık. Güneş ışınlarına (ultraviyole radyasyonu) ve hava etkisiyle aşınmaya karşı direnç. 29
2.1.6 Poli(metil metakrilat) (PMMA) (Devamı) Polimerin optik özellikleri çok iyidir ve cam şeffaflığına yakındır, ışığın % 92 sini geçirir. Ayrıca, atmosfer koşullarına dayanıklı, su absorpsiyonu düşük, boyutsal kararlığı iyi, mekanik dayanımı yüksek ve serttir. Bu özellikleri nedeniyle camın yerine kullanılır ve uçak camları, gözlük camları, lens, mercek, otomobillerin sinyal lambaları, abajur vb ürünler yapılır. PMMA daha çok enjeksiyon, ekstruzyon, vakum şekillendirme, döküm şişirerek kalıplama yöntemleri ile şekillendirilir. 30
2.1.7 Akrilonitril-Bütadien-Stiren Terpolimeri (ABS) Akrilonitril bütadien stiren veya kısaltılmış ismi ile ABS, kalıp yolu ile üretilen ürünlerde çok yaygın olarak kullanılan hafif ve sert bir polimerdir. ABS polimerin içindeki monomerler 31
2.1.7 Akrilonitril-Bütadien-Stiren Terpolimeri (ABS) (Devamı) Sözü edilen monomerlerin oranları değiştirilerek farklı yapı ve özelliklerde ABS polimeri hazırlanır. Akrilonitril bileşeni polimere kimyasal direnç ve ısıl karalılık, bütadien vurma dayanımı, stiren ise sertlik özellikleri kazandırır. ABS, stiren polimerleri grubunda değerlendirilir. Stiren plastiğe parlaklık ve iyi yüzey verir. Bütadien, kauçuk özelliklerini, düşük sıcaklıkta esnek olabilmeyi sağlar. ABS, 25 C ve 60 C arasında kullanılabilir. 32
2.1.7 Akrilonitril-Bütadien-Stiren Terpolimeri (ABS) (Devamı) ABS, genel polimer kalıplama yöntemleri ile şekillendirilebilir. Borular, otomotiv parçaları, koruyucu kasklar, oyuncaklar (örneğin: Lego), su tesisatı malzemeleri, yiyecek kapları, telefon, otomobil gözde parçaları, koruma amaçlı kaplar, deniz araçları gövdesi ABS ürünlerin kullanıldığı bazı alanlardır. 1 kg ABS üretimi için, hammadde olarak 2 kg petrol e ve enerjiye ihtiyaç vardır. Dünyadaki en büyük ABS hammadde üreticisi Tayvan dadır. 33
2.1.8 Politetrafloretilen (PTFE) Teflon, politetrafloroetilen (PTFE) polimerin ticârî adıdır. Teflon, florlanmış etilen polimeri olan bir politetrafloroetilendir. 1938'de Du Pont firmasından Roy J. Plunkett tarafından bulunmuş ve 1946'da ticari olarak piyasaya sürülmüştür. Teflonun kimyasal yapısı 34
2.1.8 Politetrafloretilen (PTFE) (Devamı) Bir termoplastik floropolimerdir. Flor atomlarıyla doymuş uzun ve düz bir karbon zincirinden meydana gelmiş moleküler yapı, atomlar arasındaki kuvvetli bağlar sebebiyle oldukça inert özelliklere sahiptir. PTFE nin önemli özelliklerinden birisi geniş bir sıcaklık aralığında kimyasallara karşı dayanıklı olmasıdır. Polimerin önemli diğer özellikleri arasında UV-ışınlarına dayanıklılığı, yanmaması ve aşınmaya karşı üstün direnci sayılabilir. 35
2.1.8 Politetrafloretilen (PTFE) (Devamı) Kimyasallarla etkileşime girmemesi nedeniyle yapışkan değildir, soğuk veya sıcak sudan etkilenmez. Bu üstünlüklerine karşın PTFE yeterince sert olmayan, mekanik dayanımı zayıf ve sürtünmeye yatkın bir polimerdir. PTFE ile kaplanmış spatula, tava, tencere gibi mutfak eşyaları sık kullanılan ürünlerdir. PTFE; boru, conta, filtre vb ürünlerin ve vana, pompa vb aletlerin parçalarının yapımında kullanılır. 36
2.2 Termoplastiklerin Şekillendirilmesi Termoplastikler, üretimlerinin yapıldığı fabrikalarda genelde granül (veya pelet, tanecik, talaş, kırpıntı) veya toz halinde 25 kg lık paketler halinde paketlenirler ve satışa sunulurlar. Polimer işleyicisi, polimer granüllerini eriterek şekillendirir ve kullanılabilir bir malzeme haline getirir. Termoplastiklerden yapılan ürünlerin fiyatını belirleyen temel unsurlar, polimerin fiyatı ve polimer işlemetekniğinin getireceği maliyettir. Pol(vinil asetat) emülsiyonları gibi üretildiği haliyle kullanılan termoplastik polimerler de bulunmaktadır. 37
2.2 Termoplastiklerin Şekillendirilmesi Termoplastikler daha çok, -Ekstruzyon (ekstrüzyon) -Enjeksiyon -Şişirerek kalıplama -Vakum şekillendirme -Dönerek kalıplama adları verilen yöntemlerle işlenerek son ürüne dönüştürülürler. Bu yöntemlerin bazıları ile termosetler ve elastomer karakterli polimerler de şekillendirilmektedir. 38
2.2 Termoplastiklerin Şekillendirilmesi (DEVAMI) Termoplastiklerin erime sıcaklıkları genelde yüksektir ve işlenmeleri sırasında erime sıcaklıkları üzerinde ısıtılırlar. Isı enerjisi, termoplastikleri belli derecede etkileyerek mekanik ve fiziksel özelliklerini zayıflatır. Bu nedenle termoplastikler, ısıl bozunma tepkimeleri ile ilk kez işlenmeleri sırasında karşılaşırlar. Termoplastiklerden yapılmış malzeme atıkları (su ve kola şişeleri gibi) toplanmakta ve öğütülerek küçük parçalar haline getirildikten sonra eritilerek yeniden şekillendirilmektedir. 39
2.2 Termoplastiklerin Şekillendirilmesi (DEVAMI) Bir termoplastiğin eritilerek yeniden şekillendirilmesi, ikinci bir bozunma sürecinin başlaması anlamına gelir. Her yeni şekillendirme adımında polimerin bozunma derecesi artar ve önceki şekillendirme adımlarındaki bozunma izleri de malzeme üzerinde kalır. Bu olaya ısıl geçmiş adı verilir. İkinci kez şekillendirme yapılacak termoplastiklerin içerisine, ısıl bozunmanın toplam ürün içerisindeki payını azaltmak amacıyla, kütlece yaklaşık % 50 veya daha fazla yeni polimer karıştırılır. 40
2.2 Termoplastiklerin Şekillendirilmesi (DEVAMI) Termoplastikler ekstruzyon gibi bazı işleme tekniklerinde daha uzun süre yüksek sıcaklıkların etkisinde kalırlar. Isınmaya bağlı olarak polimer eriyiği içerisinde bölgesel çapraz bağlanma tepkimeleri ilerleyebilir ve termoset karakterli, küçük, katı, sert tanecikler oluşur. Bu tür istenmeyen tanecikler, erimiş polimerle birlikte akarak kalıp boşluğuna gider ve son ürünün kalitesini düşürür. 41
2.2 Termoplastiklerin Şekillendirilmesi (DEVAMI) Termoplastiklerin ve termoset yapıdaki polimerlerin şekillendirilmesi bazı noktalarda birbirinden ayrılır. Bu farklılıklar aşağıda sıralanmıştır. Termoplastikler genelde kalıplanmadan önce toz veya granül halindedir, eritilerek kalıplanır. Termosetler ise genelde düşük mol kütleli sıvı, toz ya da hamur halinde şekillendirilirler. 42
2.2 Termoplastiklerin Şekillendirilmesi (DEVAMI) Her iki tür polimer genelde birden fazla parçalı kalıplar içerisinde şekillendirilirler. Eski ya da hatalı kalıplarda, kalıp parçalarının birbiri üzerine kapandığı yerlerde çapak denilen ve daha sonra tıraşlanarak polimerik üründen uzaklaştırılan atık kısımlar oluşur. Benzer şekilde kalıpların girişinde, yolluklarda her zaman atık polimer kalacaktır. Termoplastiklerin atıkları toplanarak öğütülür ve yeniden eritilerek şekillendirilebilir, termoset polimerin atıklarının yeniden işlenmesi ve başka bir ürüne dönüştürülmesi söz konusu değildir. 43
2.2 Termoplastiklerin Şekillendirilmesi (DEVAMI) Termoplastiklerin kalıplanmaları sırasında ileri kimyasal tepkimeler gerçekleşmez. Erimiş termoplastik şekillendirildikten sonra soğutularak yeniden katılaştırılır. Termosetler, kalıplama sırasında gerçekleşen ileri polimerizasyon ve çapraz bağlanma tepkimeleri sonucu sertleşir (kalıp çoğu kez ısıtılır). Termoplastikler üretildikleri haliyle genelde renksizdirler ve işlenmeleri sırasında içlerine karıştırılan boyalarla istenilen renkler verilir. Enjeksiyon ve ekstruzyon gibi yöntemlerle işleme sırasında ayrıca iyi bir karıştırma yapıldığından, boya polimer içerisinde homojen dağılır ve kaliteli boyanmış ürünler elde edilir. Termosetlerin bazı türleri dışında boyanmaları zordur. 44
2.2 Termoplastiklerin Şekillendirilmesi (DEVAMI) Termosetlerin kalıplanması sırasında şekillendirme yöntemine bağlı olarak belli düzeyde zincir yönlenmeleri gerçekleşebilir. Termosetlerde zincir yönlenmesi önemsizdir. 45
2.2.1 Ekstruzyon Ekstruzyon işlemi genel anlamda, akışkan hale getirilen bir maddenin, amaca uygun şekillendirilmiş bir kafadan (başlık, kalıp), basınç altında süreki geçirilerek biçimlendirilmesidir. Ekstruyon uzun yıllardır özellikle metal boruların yapımında kullanılmış, daha sonraları polimerlere uyarlanmış ve polimerlerden belli geometrilerde sürekli ürünlerin hazırlanmasında yararlanılan önemli ve yaygın bir yöntem olmuştur. 46
2.2.1 Ekstruzyon (Devamı) Ekstruzyon işlemi, ekstruder denilen makinelerde yapılır ve başlıca, Film (kalınlığı yaklaşık 0,04-0,4 mm arasında değişen düz plastik tabaka) Levha (kalınlığı 0,4 mm den büyük düz plastik tabaka) Boru Çubuk Profil (farklı kesit geometrilerinde ürünler) Ürünler hazırlanır. 47
2.2.1 Ekstruzyon (Devamı) Ekstruzyon Makinaları 48
2.2.1 Ekstruzyon (Devamı) Termoplastikler ekstruzyonla şekillendirilmeye en uygun polimerlerdir, termoplastik karakterli tüm polimerler ekstruzyon yöntemi ile işlenebilir. Polietilen, polistiren, poli(vinil klorür), polipropilen ekstruzyonla şekillendirilen önemli ticari polimerlerdir. Polietilen özellikle boru, hortum ve film yapımında kullanılır. Poli(vinil klorür), su ve atık su boruları, binalarda yağmur suyu olukları ve boruları, pencere kasaları yapımında kullanılır. Ayrıca içerisine plastikleştirici katılarak esnek ürünler elde edilir. 49
2.2.2 Enjeksiyon Enjeksiyon yönteminde, akışkan haldeki polimer basınç altında kapalı bir kalıp içerisine doldurulur ve soğutma işleminden sonra kalıp açılarak ürün alınır. Sözü edilen adımlar sürekli yinelenerek karmaşık geometrilerdeki parçalar, kısa sayılabilecek sürelerde üretilirler. Enjeksiyon yöntemi, ekstruzyonla birlikte termoplastik polimerlerin şekillendirilmesinde kullanılan en yaygın yöntemdir. Ayrıca bazı değişikliklerle, termosetlerin, kauçukların ve kompozitlerin şekillendirilmesinde de kullanılmaktadır. 50
2.2.2 Enjeksiyon (Devamı) Enjeksiyon kalıplama, enjeksiyon makinesi adı verilen sistem kullanılarak yapılır. 51
2.2.2 Enjeksiyon (Devamı) Termoplastiklerin tamamı enjeksiyonla şekillendirmeye yatkın polimerlerdir. Özellikle erimiş hallerinde yüksek akış hızı gösterebilen polimerlerden kaliteli ürünler elde edilir. Enjeksiyonla üretilen malzeme yelpazesi çok geniştir. Gözlük çerçeveleri ve tıraş bıçakları, plastik tabak, kaşık, çatal ve bıçaklar, plastik kalemler, oyuncaklar, spor ayakkabısı tabanları bazı örneklerdir. Yöntem özellikle küçük parçaların üretimine yatkındır ve elektronik sanayinde, saatlerde vb yerlerde kullanılan mikro boyuttaki parçalar hazırlanabilir. 52
2.2.3 Vakum Kalıplama Vakum kalıplama yöntemi, özellikle film veya ince levha halindeki termoplastik polimerlerin şekillendirilmesine uygundur. Yöntem, polimerin ısıtılıp yumuşatılması, kalıp üzerinde vakumla şekillendirilmesi ve parçanın kalıptan alınması şeklinde üç adıma ayrılır. Vakum şekillendirmede kullanılan kalıplar normalde dişi ya da erkek kalıp şeklinde tek parçalıdır. 53
2.2.3 Vakum Kalıplama Dişi kalıplar kullanıldığında, yumuşamış polimer kalıbın iç yüzeyinde şekillenir. Bu nedenle ürünün dış yüzey görüntüsünün önemli olduğu hallerde dış kalıplardan yararlanılır. Erkek kalıplar ile ürünün iç yüzey örgüsü kontrol edilir. Kalıp yüzeylerine yapılacak desenler doğrudan ürün yüzeyine geçer. Vakum şekillendirme yönteminin ilk yatırım maliyeti düşüktür. Ancak, polimer levhaların ısıtılması aşaması fazla enerji tüketir ve maliyeti arttırır. İri parçaların şekillendirilmesi sırasında enerji tüketimi daha fazladır. Isıtma genelde elektrikle çalışan ısıtıcılarla yapılır. 54
2.2.3 Vakum Kalıplama (Devamı) Vakum kalıplama ile akrilonitril-stiren-bütadien kopolimeri, yüksek ve alçak yoğunluklu polietilen, polipropilen, poli(metil metakrilat), polistiren, poliesterler, polikarbonat vb çoğu termoplastik şekillendirilebilir. Akrilik ve selülozikler, şeffaflığın önemli olduğu alanlarda; nitril polimerleri koruyucu ambalajlarda kullanılır. Amorf polimerler camsı geçiş sıcaklıkları üzerindeki geniş bir sıcaklık aralığında elastikiyetlerini korudukları için vakum şekillendirmeye daha yatkındırlar. 55
2.2.3 Vakum Kalıplama (Devamı) Yüksek yoğunluklu polietilen, naylonlar vb kristalin polimerlerin bu yöntemle şekillendirilmesi zordur. İçerisindeki ürünü gösteren, şeffaf, hafif ambalaj malzemeleri vakum şekillendirme yöntemi ile hazırlanan en önemli ürünlerdendir. Bu ambalaj malzemeleri, birden fazla parçanın bir arada paketlendiği oyuncaklar, iş takımları, parfümeri malzemeleri, yiyecekler, mutfak eşyaları vb ürünlerin ambalajında kullanılır. 56
2.2.3 Vakum Kalıplama (Devamı) Büyük paneller, otomobil iç kısımlarında kullanılan bazı parçalar, kullanıldıktan sonra atılan kaplar, buzdolabı iç paneli, bazı aletlerin parçaları, çit veya korkuluk yapımında kullanılacak malzemeler, işaret levhaları vb vakum kalıplama ile üretilebilecek melzemelerdir. 57
2.2.4 Şişirerek Kalıplama Şişirerek kalıplama, içi boş kapların (plastik, şişe, bidon vb) ve parçaların üretilmesinde kullanılan önemli bir polimer işleme tekniğidir. Enjeksiyon şişirerek kalıplama daha çok küçük şişelerin, ekstruzyon şişirerek kalıplama büyük şişelerin üretiminde kullanılır. Şişirerek kalıplamada kullanılan en önemli polimerler polietilen, poli(etilen terafthalat), polipropilen ve poli(vinil klorür)dür. 58
2.2.4 Şişirerek Kalıplama (Devamı) Şişirme ile kalıplamanın temel ürünü, tartışmasız plastik şişe ve kaplardır. Polietilen ilk kez; sıvı sabun, deterjan, beyazlatıcı türü temizlik malzemelerinin konduğu kapların yapımında kullanılmış, daha sonraları süt, ayran şişeleri vb kaplar da polietilenden yapılmaya başlanmıştır. İri ve hacimli malzemeler, ultra-yüksek mol kütleli polietilenden yapılabilir. 59
2.2.4 Şişirerek Kalıplama (Devamı) Lif üretiminde kullanılan poli(etilen terafthalat)tan aynı zamanda şişirerek kalıplama ile su şişeleri yanında kola, gazoz türü gazlı içeceklerin konduğu plastik şişelerde yapılmaktadır (PET şişe). Yöntemle ayrıca; basınç kapları, gaz tankları, silecek suyu kapları, depolama tankları, oyuncaklar vb ürünler yapılır. 60
2.2.5 Dönerek Kalıplama Dönerek kalıplama, içinde boşluk bulunan parçaların üretilebildiği bir diğer polimer işleme yöntemidir. Bebek, top gibi oyuncaklar, bot, kano gibi yüzebilen malzemeler; özellikle iri ve karmaşık geometrili parçaların üretimine uygundur. Yarı boş parçalar, kalıptan alınan ürünün ikiye kesilmesiyle elde edilebilir. 61
2.2.5 Dönerek Kalıplama (Devamı) Dönerek kalıplamada genelde toz halindeki termoplastikler kullanılır. Poli(vinil klorür) tozları plastikleştirici katılarak boya kıvamına getirilir (plastisol) ve kalıplamaya alınır. Polietilen toz halinde kalıba konur. Isı etkisinde kalıp çeperlerinde polimer eriyerek kalıp şeklini alır. Bu yöntemle ayrıca, polipropilen, poli(metilen oksit), polikarbonat vb polimerler de kalıplanırlar. 62