Termoplastikler (Isıl Plastikler) ve Kullanım Alanları

Termoplastikler (Isıl Plastikler) ve Kullanım Alanları
MsXLabs.org

Termoplastik (Isıl Plastik) Nedir?
Termoplastikler, ısıtıldıklarında yumuşayan, soğutulduklarında tekrar sertleşen plastik grubudur. Zincir içinde kovalent, zincirlerarası van der walls bağlara sahiptir.
Molekül yapılarında çapraz bağ içermediklerinden dolayı ısı ve basınç altında plastik özelliklerini koruyan polimer yapılardır. Bu maddelere ısı ve basınç altında defalarca şekil vermek mümkündür.
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 kâsesinden, 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 ısıtıldıklarında 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 yumuşayan, 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. Selüloiz Türevleri
Selüloz birçok bitkilerde bulunan doğal bir polimerdir ve genellikle pamuk ya da ağaçtan elde edilir. Selülozun yapısı şöyle belirlenebilir:
Ham selüloz 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 selüloz 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 selüloz nitrat esaslı bir verniktir. Kaplama sonunda elde edilen ısı geçirmez film paketlemede kullanılır ve selofon adı ile bilinir. Başka bir kaplama metodu da selülozun polietilen gibi iki film tabaka arasına konmasıyla elde edilen “sandviç” filmdir.
Selüloz nitrat nitrik asidin selülozla reaksiyonundan elde edilir. Bu reaksiyonda selülozdaki hidroksil gruplarının bir kısmı ya da tamamı yer değiştirirler:
Selüloz nitrat yanıcılığı dolayısıyla enjeksiyon veya basınçlı kalıplamaya uygun olmamakla beraber özel üfleme metotları ile masa tenisi topları yapılır. Malzemenin bu şekline genellikle selüloid adı verilir. Yanıcı olmayan ısıl plastiklerin geliştirilmeleri selüloidin uygulama alanlarını oldukça sınırlamıştır. Selüloz 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. Selüloz asetatın nitrata üstünlüğü yanıcı olmayışıdır. Selülozun 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; Ò CH2 — O Òn 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 Isıl plastikleri
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.

Kaynak

MsXLabs Üye Girişi