|
Termoplastik
Nedir
Termoplastikler; ısıtıldıklarında
yumuşayan, soğutulduklarında tekrar sertleşen plastik grubu. Zincir
içinde kovalent, zincirlerarası van der walls bağlara sahiptir.
TERMOPLASTİKLER
Bütün polimerler düşük sıcaklıklarda
yüksek bir katılık (elastik modülü ve kayma modülü yüksektir)
gösterirler ve gevrektirler. Termoplastlar tekrar tekrar eritebilirler
ve çözülebilirler. Bu da çevre koruma açısından özel bir anlam taşır.
Münferit türleri birbirleri ile karıştırılmazlarsa, termoplastlar
yeniden kazanım için mükemmel uygunluktadırlar. Yani teorik olarak
birkaç bin yoğurt kasesinden, bir çamurluk imal edilebilir.
Bir başka avantajları da çatlak ve
kırıkların ısı ile kaynatılabilmeleridir. Camlaşma sıcaklığı Tg (donma
sıcaklığı) denilen belirli bir sıcaklık bölgesinin üzerinde zincir
molekülleri belirli bir ısıl hareketlilik kazanırlar.
Böylece madde daha kolay bükülebilir
hale gelir ve sünekleşir. Ancak sekonder bağlar ve hareket sonucu
meydana gelen düğümlenmeler kaymayı engeller. Malzeme termo-elastik
duruma geçer.
Termoplastlar sıcaklığa bağlı olan
özelliklere sahiptir:
- Elastik modülü,
- Mukavemet,
- Süneklik.
Sıcaklık daha da yükselirse, primer
bağlar teker teker çözülmeye başlar, molekül zincirleri parçalanır ve
düşük moleküllü maddeler haline geçer. Malzeme hasara uğrar
Termoplastik Matrisler;
Termoplastik polimerlerinin
çeşitlerinin çok fazla olmasına rağmen matris olarak kullanılan
poılimerler sınırlıdır. Termoplastikler düşük sıcaklıklarda sert halde
bulunurlar ıstıldıklarında yumuşarlar. Termosetlere göre matris olarak
kullanımları daha az olmakla birlikte üstün kırılma tokluğu, hammaddenin
raf ömrünün uzun olması, geridönüşüm kapasitesi ve sertleşme prosesi
için organik çözücülere ihtiyaç duyulmamasından dolayı güvenli çalışma
ortamı sağlaması gibi avantajları bulunmaktadır.
Bunun yanısıra şekil verilen
termoplastik parça işlem sonrası ısıtılarak yeniden şekillendirilebilir.
Oda sıcaklığında katı halde bulunan termoplastik soğutucu içinde
bekletilmeden depolanabilir. Termoplastikler yüksek sertlik ve çarpma
dayanımı özelliğine de sahiptirler. Yeni gelişmelerle termoplastiğin
sağladığı bu artı değerleri son dönem termoset matrislerinden 977-3
Epoksi ve 52450-4 BMI reçineleri de sağlamaktadırlar.
Termoplastiklerin kompozit malzemelerde
matris olarak tercih edilmemelerinin başlıca nedeni üretimindeki
zorlukların yanısıra yüksek maliyetidir. Oda sıcaklığında düşük işleme
kalitesi sağlarlar, bu onların üretimde zaman kaybına yol açmasına neden
olur. Bazı termoplastikleri istenilen şekillere sokabilmek için
çözücülere ihtiyaç duyulabilir. Termoplastikler termosetlere kıyasla
hammaddesi daha pahalıdır. Devamlı kullanım sıcaklıkları 60ºC ile 245ºC
arasında değişebilen termoplastik reçine çeşitleri bulunmaktadır.
Başlangıçta amorf yapılı reçinelerden
polietersulfon (PES) ve polieterimid (PEI) matris olarak
kullanılmaktaydı. Sonraki dönemde ise havacılık sektörü uygulamaları
için çözücülere karşı dayanım önemli bir kriter olarak ortaya çıkmıştır.
Bu ihtiyaç sonrasında Polietereterketon (PEEK) and Polifenilen sulfid (PPS)
gibi yarı-kristal yapılı plastik malzemeler geliştirilmiştir. Ayrıca
sınırlı oranlarda Poliamidimid (PAI) ve Poliimid gibi plastiklerde
kullanılmaktadır.
Bu polimerler diğer termoplastiklerden
farklı olarak polimerizasyonlarını kür aşamasında tamamlarlar. En yoğun
çalışmalar ise PA, PBT/PET ve PP gibi düşük sıcaklıklarda kullanılan
polimerlerin üzerine yapılmıştır. Tüm bu polimerlerin haricinde ABS,
SAN, SMA (StirenMaleikAnhidrit), PSU (Polisülfon), PPE (Poifenilen Eter)
matris olarak kullanılır.
Termoplastik reçineler malzemenin çekme
ve eğilme dayanımlarının artırılması için kullanılırlar. Otomotiv
sektöründe yaygın olarak kullanılan termoplastikler uçak sanayisinde de
yüksek performanslı malzeme çözümlerinde kullanılmaktadırlar. Çoğunlukla
enjeksiyon ve ekstrüzyon kalıplama yöntemleri ile üretilen
termoplastiklerin üretiminde GMT (Glass Mat Reinforced Thermoplastics /
Preslenebilir Takviyeli Termoplastik) olarak ta üretilmektedir (Bkz.
kompozit malzeme üretim yöntemleri). Bu yöntemle hazırlanan takviyeli
termoplastikler soğuk plakaların preslenebilmesi ve geri dönüşüm
sürecine uygunluğundan dolayı özellikle otomotiv sektöründe tercih
edilmektedir.
Termoplastikler termal enerji (ısı) ve
basınç uygulandığında kolaylıkla yumuşuayan, deforme olabilen, akan bu
durumda herhangi bir şekilde alabilen ve soğutulduğunda sertleşebilen
malzemelerdir. Bu özelliklerinden dolayı geri dönüşüm yolu ile tekrar
tekrar kullanılabilirler. Bu şekillendirme sırasında herhangi bir
kimyasal değişikliğe uğramazlar. Bu özellikleri esasen termoplastiklerin
molekül yapısından ileri gelmektedir.
Termoplastikler lineer moleküllere
sahiptirler. Lineer moleküllerde zinciri oluşturan ünitelerin arasında
çok kuvvetli kovalent bağlar bulunmaktadır. Moleküller arasında ise
fiziksel bir bağ bulunmamaktadır. Sadece molekülleri bir arada tutan
zayıf elektrostatik çekme kuvvetleri vardır. Bu moleküller arası kuvvet
zincirlerinin birbirine göre hareketlerini engelleyen, ısıya karşı
duyarlı bir kuvvettir. Dolayısıyla lineer molekül zincirlerinden oluşan
bir termoplastik ısıtıldığında moleküller arsındaki kuvvet zayıflar,
molekül zincirleri birbirlerine göre hareket bakımından sıvılara benzer
şekilde serbest haline gelir ve malzemeye bir kalıpta kolayca şekil
verilebilir.
Malzeme soğutulduğunda, moleküller
arası kuvvet büyür ve molekül zincirlerini verilen yeni şekilde
dondurur. Ancak çok ısı verilirse molekül zincirleri kopar ve malzeme
özelliklerinde bir yıpranma meydana gelir.Termoplastikleri, buharlaşma
ile bileşimlerinin değişmemeleri şartıyla ile tekrar tekrar
şekillendirmek ve kaynak yapmak mümkündür.
Bugün Dünyada en çok üretilen ve çok
sayıda kullanım alanı bulunan termoplastiklerdir. Yedinci Beş Yılllık
Kalkınma Planı Plastik özel İhtisas Komisyonu raporunda başlıca
termoplastik çeşitleri olarak aşağıda belirtilen plastikler
verilmektedir.
• Alçak ve yüksek yoğunluklu polietilen
• Lineer alçak yoğunluklu polietilen
• Yüksek molekül ağırlıklı polietilen
• Polivinilklorür ve vinil kopolimerleri
• Polistiren
• Polipropilen
• Termoplatik poliamid
• Poliamid
• Sulfon polimerleri
• Polimetil penten
• Fenilen oksit kökenli reçine
• Asetal Hopolimerleri
• Asetal kopolimerleri
• Polikarbonat
• Termoplastik polyester
• Polibütilen
• Poliüretan
• Selülozikler
• Stiren akrilonitril
• ABS
• Poliakrilat
• Naylon
• Nitril reçine
• Polifenilen sülfit
• Termoplastik elastomerler
Termoplastik Çeşitleri
1. Sellüioz Türevleri
Sellüloz birçok bitkilerde bulunan
doğal bir polimerdir ve genellikle pamuk ya da ağaçtan elde edilir.
Sellülozun yapısı şöyle belirlenebilir:
Ham sellüloz suda erir hale
getirilerek; saflaştırılır. Bundan sonra uygun bir kimyasal reaksiyonla
rejenere edilir. İşlem, plâstik bir fiber veya tabaka seklinde çekilmek
üzere düzenlenir. Hidrojen bağları dolayısıyla moleküller arası
kuvvetler bir hayli yüksektir; plâstik suda erimez, çok kristalsidir ve
ergimeden önce kömürleşir. Rejenere selülozdan yapılan fiberler büyük
bir endüstrinin temelini meydana getirirler. Çeşitli fiberler
yapılabilir ve bunlar reyon olarak sınıflandırılır. Fiberlerin dayanımı
çekme ile arttırılabilir.
Ham sellüloz tabakanın bükülebilirliği
kullanılamayacak kadar az olduğundan plâstikleştirilmesi gerekir. En iyi
plâstikleştirici sudur ve plâstik tabakanın gliserine daldırılması ile %
1 oranında bünyeye girer. Gliserinin plâstikleştirici bir etkisi vardır,
fakat su da soğurarak plastiğin bünyesinde tutar. Başka
plâstikleştiriciler de kullanılabilir. Plâstikleştirilmemiş tabaka su
buharına geçirgendir ve paketlemede geçirmez hale getirilmek üzere
kaplanır.
En çok kullanılan kaplama malzemesi
süellüloz nitrat esaslı bir verniktir. Kaplama sonunda elde edilen ısı
geçirmez film paketlemede kullanılır ve selofon adı ile bilinir. Başka
bir kaplama metodu da sellülozun polietilen gibi iki film tabaka arasına
konmasıyla elde edilen “sandviç” filmdir.
Sellüloz nitrat nitrik asidin
sellülozla reaksiyonundan elde edilir. Bu reaksiyonda sellülozdaki
hidroksil gruplarının bir kısmı ya da tamamı yer değiştirirler:
Sellüloz nitrat yanıcılığı dolayısıyla
enjeksiyon veya basınçlı kalıplamaya uygun olmamakla beraber özel üfleme
metodları ile masa tenisi topları yapılır. Malzemenin bu şekline
genellikle sellüloid adı verilir. Yanıcı olmayan ısılplastiklerin
geliştirilmeleri sellüoidin uygulama alanlarını oldukça sınırlamıştır.
Sellüloz nitrat tabaka uzun süre açık havada kaldığı takdirde çatlama ve
renk bozulması görülür.
Bu plastik çeşitli çimentolarla
birleştirilebilir. Bu amaçla en çok kullanılan eritkenler aseton, eter
alkol karışımı ve amil asetattır. Sellüloz asetatın nitrata üstünlüğü
yanıcı olmayışıdır. Sellülozun asetilleştirilmesinin ilk ürünü tri
asetattır ve hidroksil grupları tamamıyla yer değiştirmişlerdir. Bu
malzeme eritkenlerin çoğunda erimez. Hidroliz işleminden sonra
bileşimleri di asetatla tri asetat arasında değişen çeşitli ürünler
haline gelir. Bu tip plastikler plastikleştirici ile kuru halde
karıştırıldıktan sonra tabaka haline getirilirler ve kalıp pudrası elde
etmek için öğütülürler veya standart profiller haline getirilirler.
Ayrıca kokusuz ve tatsız olup ses
dalgalarını yutabilme özellikleri vardır. Kaynak edilebilir ve
parlatılabilirler. Alet sapları, şarter kolları, möble, direksiyon
kaplaması, oyuncak, gözlük çerçevesi, yazı cihazları ... vb. yerlerde
kullanılabilir.
2. Polietilen Tereftalat
Yoğunlaşma polimerleştirmesi ile
yapılan doğrusal bir polyesterdir.
Polimerin yapısı;ile belirlenir.
Plastik kristalsidir ve normal sıcaklıklarda cam geçiş noktasının
oldukça altındadır. Ergimiş halden cam geçiş noktasının altına hızla
soğutulduğunda amorf bir plastik elde edilir. Bu amorf plastik cam geçiş
noktasının üzerine ısıtıldığında tekrar kristalleşir.
Polietilen tereftalat fiber halinde çok
kullanılır. Fiber ergimiş plastiğin ekstrüzyonu ile elde edilir. Fiber
malzeme halat ve filtre gibi özel uygulamalarla kumaş yapılmasında
kullanılır. Polietilen tereftalat film halinde de bulunur. film ergimiş
plastikten ekstrüzyonlar elde edilerek amorf bir şekil elde etmek için
hızla soğutulur ve sonra gerilerek cam geçiş noktasının hemen üzerine
ısıtılır. Germe önce bir yönde ve sonra da buna dik yönde uygulanır.
Bundan sonra film bir miktar daha ısıtılarak kristalitlerin film
düzleminde yönleşmeleri sağlanır. Bu film yüksek dayanımlı, geçirgen ve
ısıl kararlıdır. Elektriksel özellikleri de oldukça yüksektir.
Elektrik ve elektronik endüstrisinde
pek çok uygulama alanları vardır. Conta ve konveyör bantı gibi mekanik
uygulamalarda da kullanılır. Dekorasyon, ciltleme, daktilo şeridi,
fotoğraf filmi diğer uygulama alanları arasında sayılabilir. Ayrıca
kanalizasyon ve temiz su boruları (10 bar’a kadar olan basınçlarda
kullanılır; sürünme eğilimi), paketlemede ve inşaat malzemesi üretiminde
kullanılan folyeler, ev eşyası ve oyuncak yapımı için püskürtme dökme
parçalar, kaplar, kablo ve boruların kılıflandırılması, saç parçaların
kaplanmasında kullanılır.
3. Nylon
Doğrusal poliamid tipi plastikler bu
genel isimle bilinirler. Nylonlar bir dibazik asitle bir diaminin
yoğunlaşma polimerleştirilmesiyle elde edilirler:
Nylonlar amino asitlerin yoğunlaşma
polimerleştirilmeleriyle de yapılabilirler:
Nylonlarda en güçlü molekül arası
kuvvetler hidrojen bağlarıdır. Nylon ergiyikten sarma ile fiber haline
getirilebilir.
Elde edilen fiber gerilerek çekme
dayanımı yükseltilir. Tekstil endüstrisinde, halat, fırça kılı, tenis
raket örgüsü gibi ürünlerde kullanılır.
Nylonların atmosferik rutubet soğurma
özellikleri diğer ısılplastiklerden daha yüksektir. Soğurum miktarı
çeşitli nylonlar arasında değişir ve plastiğin özelliklerini etkiler.
Bunların en sakıncalısı plastiğin elektriksel uygulamalarını sınırlayan
yalıtım direncidir.
Nylonlar imalattan önce iyice
kurutulmalıdırlar; aksi halde imalat esnasında ortaya çıkan buhar
nylonun yüzeyini bozabilir. Nylon parçalar normal kalıplama işlemleriyle
imal edilebilirler. Nylonu kalıp içinde polimerleştirmekle de imalat
mümkündür ve bir tona kadar büyük parçalar bu metodla yapılabilir.
Nylonların en önemli özellikleri yüksek
mekanik dayanım, aşınma direnci, yüksek üst sıcaklık limiti ve düşük
sürtünme katsayısıdır. Nylonlar pahalıdırlar ve daha çok özel
karakteristikleri yönünden kullanılırlar. Yüksek basınçlı hortum,
konveyör kayışları, yağda dirençli şişeler, aşınma dirençli kablo
kılıfları nylondan ekstrüzyon metodu ile yapılabilir. Nylona cam fiber
katmakla mekanik dayanımı ve ısıl bozulma sıcaklığı yükseltilebilir.
4. Polikarbonatlar
Bir polikarbonat karbonik asidin bir
polyesteri olduğuna göre bu plastikler sınıfı aslında polyester grubunun
bir üyesidir. Bu polikarbonatın boyutsal kararlılığı ve darbe direnci
çok yüksektir. Normal sıcaklıkların üzerinde ve altında çok geniş
sıcaklık limitleri içinde mekanik dayanımını korur. Işığa geçirgendir ve
pigment katılmadığı takdirde soluk sarı renklidir. Sürekli açık hava
şartlarına dayanıklıdır. Başlıca sakıncaları bazı eritkenlerle
etkilenmesi ve gerilme çatlakları yapmasıdır.
Plastik piyasada kalıp pudrası halinde
bulunur ve normal tekniklerle imalata uygundur. Film halinde de
bulunabilir. Bu plastiğin uygulamalarının çoğunda dielektrik
özeliklerinden yararlanılır. Akım taşıyan iletken süpportları, şalter
kutu kapakları ve kondansatör mahfazaları bunlar arasında sayılabilir.
Polikarbonat film kondansatör yapımında kullanılır. Bebek
biberonlarından madenci baretlerine kadar çeşitli uygulamaları vardır ve
geçirgenliği dolayısıyla lamba kapakları ve benzer eşya yapımında
kullanılır.
5. Poliasetaller
Temel yönden poliformaldehid olan bu
plastiklerin yapıları; CH2 O n ile belirlenir. Doğrudan doğruya
formaldehidden yapılmazlar; polimerin kararlı hale getirilebilmesi için
zincirde bazı değişiklikler yapmak gerekir, aksi halde polimer bozulur.
Molekül ağırlıkları değişik olan çeşitli kaliteleri vardır, fakat
zincirde yapılan değişikliğin tipine göre de farklı kaliteler
üretilebilir.
Poliasetaller pudra halinde bulunurlar
ve ısılplastikler için geçerli metodlarla işlenebilirler. Plastiğin
rijitlik ve dayanımı yüksektir. En göze çarpan üstünlüğü bu
özelliklerinin geniş sıcaklık, çevresel şartlar ve zaman limitleri
arasında değişmemeleridir. Yorulma direnci çok iyidir. Dielektrik
özellikleri iyidir ve plastik mükemmel bir yalıtıcıdır. Bu plastikten
yapılan eşya atölye işlemleriyle bozulmaz ve sürtünme katsayısı çok
düşüktür.
Poliasetal kalıp imalat ürünleri birçok
alanlarda magnezyum, alüminyum, çinko ve pirinç alaşımlarının yerini
almaktadır. Yataklar, dişliler, yaylar, zincir baklaları ve kapı
tokmakları bunlar arasında sayılabilir.
Diğer Mühendislik Isılplastikleri
Polipropilen, nylon ve ABS’nin
mühendislikte gittikçe daha çok kullanılmaları, polikarbonat ve
poliasetallerin ortaya çıkmaları yüksek mekanik özellikli diğer
ısılplastiklerin araştırılmasına yol açmıştır. Bu araştırmalar sonunda
üç yeni ısılplastik ortaya çıkmış bulunmaktadır. Bunlar polisulfonlar,
fenoksiler ve polifenilen oksittir (PPO). Bu plastikler polikarbonat ve
poliasetalden daha pahalı olmakla beraber, mühendislikteki uygulanma
potansiyelleri çok yüksektir. |
