1-KOMPOUND MALZEME ÜRETİMİ
Plastikler ilk icat edildiklerinde fiziksel özelliklerİ açısından çok zayıf malzemeler olduğundan çok fazla kullanım alanı bulamadılar. Zamanla kompound teknolojisinin gelişmesi ile birlikte plastik hammaddeler fiziksel olarak çok daha güçlü hale geldiler ve insan hayatında çok uzun dönemlerden beri kullanılan metal, seramik ve cam gibi malzemelerin yerini doldurmaya başladılar.
Kompound malzeme, fiziksel özellikleri geliştirilmek istenen plastik hammaddelerin içerisine çeşitli katkı ya da dolgu malzemeleri katılarak, işlenip, istenilen şartlara uygun hale gelmiş yeni malzemedir. Oluşturulan kompound malzemeden beklenen özellikleri aşağıdaki şekilde sıralayabiliriz:
- Yüksek darbe dayanımı
- Sürtünme direnci
- Isıya ve alev almaya dayanım
- Sertlik veya yumuşaklık
- Maliyet
- Çevresel faktörlere dayanıklılık ( ısı, ışık, nem… )
- Hafiflik v.b.
Kompound prosesi genelde bütün plastikler için geçerlidir. Bunun yanında teknolojik gelişemeye bağlı olarak kompoud malzeme üretimi aşağıdaki özelliklere de bağlıdır:
- Beklenen görevlere
- Polimer çeşidine
- Polimerin kökenine
- Malzemenin son kullanım özelliklerine
Kompound üretimi bir çok farklı teknikler içermesine karşın, dünyada en çok üretilenler kompoundları 5 ana başlık altında toplayabiliriz. Bunlar;
- Poliolefin kompoundlar
- PVC kompoundlar
- Polistiren ve stiren kopolimer kompoundlar
- Mühendislik plastikleri
- Elastomerik kompoundlar
Bu kompoundların tamamının üretimide, kullanılan katkıları, makine tasarımı ve proses şartlarına bağlı olarak çok farklı teknikler uygulanır.
Resim 1’de bir poliolefin kompound tesisinin genel görüntüsü verilmiştir.
Resim 1: Poliolefin kompound üretim tesisi
2- OTOMOTİVDEKİ PP KOMPOUNDLAR
Otomotiv parçası üretimlerinde, hafifliği, uygun maliyeti, kalıplanma özelliği ve mekanik özelliklerinin kontrol edilebilir olması sebebiyle, PP bazlı malzemeler, metal ve mühendislik plastiklerinin yerini almaya devam etmektedir. Bu kullanım özelliklerinin sağlanabilmesi için PP, diğer malzemeler ile birleştirilerek PP Kompoundlar üretilir. PP Kompoundlar özellikle otomotivde tamponlar, gösterge panoları, kapı kenarlıklarında kullanılmaktadır. Kullanım yerine bağlı olarak farklı özeliklerde kompound ürünler geliştirilir. 2007 de 3,75 milyon ton PP ( 45,5 milyon ton olan dünya tüketiminin %8 i yapar ) otomotiv endüstrisinde kullanılmıştır. Otomotiv endüstrisinin sürekli gelişmesi ve PP kompound kullanımına devam edilmesi neticesinde ileride bu rakam çok daha artarak devam edecektir.
Resim 2 de otomotiv endüstrisinde en çok kullanılan PP Kompoundlarını görebilirsiniz.
Resim 2
Darbe dayanımlı PP’nin ki bu homo polimer PP ve etilen propilen kopolimer ( EP kopolimer ) bileşimidir, darbe direnci, yapısına etilen bütan ya da etilen oktan kopolimer gibi etilen bazlı elastomeler ile birlikte sertlik için inorganik bazlı talk gibi dolgular eklenerek geliştirilir. PP kompoundun otomotiv uygulamalarında büyük yere sahip olmasında PP nin katkılar ve dolgular ile performansının artırılabiliyor olmasının büyük önemi vardır.
KOMPOUND TEKNOLOJİSİ
Plastik esaslı otomotiv parçalarından beklenen temel özellikler, hafif olma, tasarıma uygun olma ve iti tasarlanabilme ve kolay kalıplana bilme özeliklerine sahip olmasıdır. Bu amaçla çok farklı özelliklerde PP kompundlar geliştirilebilmektedir. Katılan katkılar ile darbe dayanımı geliştirilmekte, hücre yapıcılar ile kalıplanma özellikler değiştirilmekte ve uygun molekül ağırlıklı uyumlu katkılar ile de akışkanlık özellikleri isteğe uygun kompound PP olarak ayarlanabilmektedir. Bütün bu gelişmiş teknoloji ile otomotivde PP kullanımı sürekli artmaktadır.
Çift vidalı ekstruderler otomotiv için PP kompound üretiminde en çok kullanılan ekstruder sistemleridir. Çift vidalı ekstruderler çok yüksek verimle çalışırlar bunun yanında PP içine katılan eleastomer gibi katkıların ve diğer dolguların verimli bir şekilde dağılmasını sağlar. Ayrıca katılan katkılardan ve dolgularlardan dolayı PP de oluşacak bozunmaları önler. Son yıllarda özellikle düşük ağırlıklı arabalarda kullanılan plastiklerde vizkozitesi düşük akışkanlığı yüksek malzemeler daha çok tercih edilmektedir. Bununda ana sebebi ince kalınlıktaki kalıplamaların artmasıdır. Bu sebeple makine ve vida dizilişlerinin iyi bir dağılım için çok iyi ayarlanması gerekir.
Tablo 1 çift vidali ekstrüderlerdeki gelişmeyi göstermektedir. Çift vidalı makinede verimlilik ve performans, vidanın yiv boşluğu, dönme hızı ve motorun performansına bağlıdır. Dikkatle bakılırsa yiv boşluğu, dönme hızı ve tork yeni nesil makinelerde artmıştır.
Daha öncede bahsedildiği üzere talk PP kompounda daha fazla sertlik vermek için kullanılır. Talep edilen mekanik özelliklere istinaden ince tanecikli talk kullanımı giderek daha yaygın hale gelmiştir. Tablo 4 te partikül oranının çıktı oranına etkisi görülmektedir. Aynı vida ve dönme hızında, daha düşük tanecikli talk kullanıldığında çıktı oranı etkili bir şekilde düşer. Bunun sebebi, küçük tanecikli talk kullanıldığında, beslemeden talk ile birlikte çok miktarda hava girişi olması ve bu sıkışan hava boğaza doğru bir itme kuvveti oluşturur ve bu da sağlıklı ve yeterli beslemeyi olumsuz şekilde etkiler bu yüzdende üretim performansı düşer.
PP KOMPOUNDLARDA, SERTLİK VE DARBE DAYANIMININ GELİŞTİTİLMESİ
Şekil 9 da PP / MAH-Elastomer / Kalsiyum karbonat karışımı ve diğer bir karışımda da PP / Elastomer / Kalsiyum karbonat karışımları görülmektedir. Burada iyi dispersiyon sağlamış modifiye edilmiş elastomer katılan formülün darbe dayanımı diğer formüle göre daha iyidir.
PP de sertliği iyileştirmek için kısa cam elyaf katılması işlemi geliştirilmiştir. PP ye kısa cam elyaf katılmasıyla, PP nin ısı direnci erime noktasına yakın sıcaklıklara kadar çekilebilmektedir. Bu tür PP kompound ürünler otomotivde sıcaklığın yüksek olduğu yerlerde örneğin motor bölümlerinde kullanılır. Ayrıca daha fazla sertlik için daha uzun yapıdaki cam elyafın PP ye katılma çalışmaları devam etmektedir. Şekil 3 te görüldüğü üzere, uzun cam elyaf kompozit daha yüksek eğilme dayanımına sahiptir. Bu sistemdeki yüksek çekme kuvveti fiber uzunluğu geliştirilerek elde edilir.
Kısa cam elyaflı PP kompozit standart tipteki bir ekstrüder ile elde edilir. Cam elyafların kırılmasını önlemek için, cam elyafın yan besleme ile eriyik içine beslenmesi gerekir. Şekil 10 da uzun cam elyafın beslenmesini görebilirsiniz.
Kısa cam elyaflı PP standart çift burgulu ekstrüder de çekilebilir ancak uzun cam elyafta durum tamamen farklıdır. Burada; Cam elyaf sürekli olarak sarılı olduğu rulodan sağlanır. Bu rulolardan çıkan elyaf lifleri plastik eriyiği ile birleşeceği kafadan geçer ve burada yüzeyi eriyik plastik ile kaplanmış olarak çıkar.
GELİŞTİRİLMİŞ DARBE DİRENCİ
Darbe dayanımlı PP’ nin Etilen propilen kopolimeri ( EP kopolimer) otomotiv kompoundlarında kullanılmaktadır. Şekil 13’de EP kauçuktaki etilen oranına bağlı olarak camsı geçiş sıcaklığını göstermektedir. Grafiğe baktığımızda %60 etilen içeriğine sahip olduğunda Tg değeri minimumdur ve darbe dayanımı bu bölümde çok iyidir. EP kopolimerin PP ile uyumluluğu etilen oranı ile bağlantılıdır. Etilen içeriği attıkça uyumluluk azalmaktadır. EP polimerin partikül büyüklüğü arttığında darbe dayanımı kötüleşmektedir.
Bu nedenle EP kopolimer deki etilen oranı genelde % 30–40 arasındadır ve dispersiyonun iyi olması için tanecik boyutunun da dengeli olması gerekir. EP kopolimerde beklenen etilen oranı % 60 olmaktadır. Ancak bunun için uyumlaştırıcı teknolojinin gelişmesi gerekmektedir.
Son yıllarda daha hafif otomotiv parçaları talebi ile birlikte yüksek akışkanlıklı PP kompound talebinde de artış olmuştur. Akışkanlığın artırılması için molekül ağırlığının düşürüldüğü gerçeğini dikkate alırsak, düşen tokluk sebebiyle darbe değeri de düşecektir. Bu nedenle SEBS tri blok kopolimer malzemeye katılarak özellikle gerekli yüksek performans elde edilir. SEBS’ in camsı geçiş sıcaklığı etilen bazlı elastomerlerden daha düşüktür. SEBS, etilen bazlı elastomerlerin daha iyi dağılmasını sağlar.
Şekil 15 de elektron mikroskobunda SEBS eklenen bir malzeme görülmektedir . SEBS etilen bazlı elastomerler ile PP arasında iyi bir ara yüz sunar ve etilen bazlı elastomerlerin uyumlaştırıcılığı sayesinde düzgün dağılım sağlar.
RÜSTEM POLAT - ERKAN İNDİBAY
