SAKARYA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ

MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ

MEK207 ÜRETİM YÖNTEMLERİ

DOÇ. DR. SİNAN SERDAR ÖZKAN

HAZIRLAYAN: MUSTAFA KOCADAĞ G140918033

KONU:KAUÇUKLARIN VE POLİMER MATRİSLİ KOMPOZİTLERİN ŞEKİLLEDİRİLMESİ

*Kauçukların işlenmesi ve şekillendirilmesi *Lastiklerin ve diğer kauçuk ürünlerin imalatı

*Plastik matrisli kompozitlerin *Açık kalıp yöntemleri

*Kapalı kalıp yöntemleri *Elyaf Sarma

*Pultruzyon yöntemi *Diğer yöntemler

POLİMERLER:

Bir polimer malzeme, kimyasal olarak birbirine bağlı bir çok parça veya birimi içeren bir katı olarak veya başka bir deyişle birbirine bağlanarak bir katı meydana getiren parçalar veya birimler olarak düşünülebilir. Polimerlerin bilinen adı plastiklerdir. Cam, karbon vb. gibi liflerle kuvvetlendirilen plastik malzemeler, daha yüksek mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olurlar. Takviyeli plastikler özellikle içten yanmalı motorların ve uçakların yapımında kullanılır.

Polimerler Molekülünün Kimyasal Oluşumu ,POLİMERİZASYON ile gerçekleşir. Polimerizasyon da küçük tekrarlanan birimlerin (monomer) uzun zincir polimer oluşturmasıdır. Ticari olarak Polimerik maddeleri sınıflandırırsak termoplastiklerle elastromerleri birbirinden ayıramayabiliriz. Günlük yaşantımızda kauçuk ve plastik malzemelerden üretilmiş, ayakkabımızdan diş fırçasına kadar birçok kullanım alanı bulunan ürünlerle karşılaşmaktayız.Bu da polimer sanayide ilerlemenin kullanışlılık bakımından önemini gösterir. Çekildiklerinde yüksek oranda uzayan ve çekme kuvveti kaldırıldığında kalıcı boyut değişimi gözlenmeden hızla ilk boyutlarına dönebilen polimerlere kauçuk veya elastomer adı verilir (Saçak, 2005).

KAUÇUK ENDÜSTRİSİ, Kauçuk ürünlerinin çok çeşitli olması nedeniyle hızlı bir gelişme göstermektedir. Sanayinin hızla gelişmesi ile kauçuk metal malzemeleri tamamlayıcı olarak kullanılan ve günlük hayatta çok fazla kullandığımız eşyalarda yer alan en önemli malzeme olarak karşımıza çıkmaktadır. Kauçuk, bazı bitkilerin süte benzeyen öz sütünden elde edilir.Doğada yaklaşık 200 tane bitkinin öz suyunda kauçuk vardır. Bunlar ağaç, çalı ve ot cinsi bitkilerdir. Kauçuk üretimi için önemli olanlar ağaç olan bitki grubudur. Tabii kauçuk, Brezilya kökenli bir ağaç olmakla birlikte, kauçuk ağacı adıyla anılan Hevea Brasiliensis’ten elde edilir. Plantasyon yöntemi ile bu ağaçtan plantasyon ile elde edilen doğal kauçuk yeterli gelirken, günümüzde sanayide artan kullanım alanı nedeniyle ihtiyacı karşılayamaz hale gelmiştir. Bu yüzden sentetik kauçuklar bulunmuştur. Doğal ve sentetik kauçuklar yani diğer adıyla elastomerler ham hallerinde belli bazı fiziksel özelliklere sahiptirler. Doğal ve sentetik kauçuğun ham halleri zayıf dayanıksız ve yapışkan olmakla beraber sıcaklık, hava ve güneş ışığının etkisiyle fiziksel özelliklerini kaybederler.İstenilen kauçuk ürününe göre, ufaltma, mastikasyon, karışımın hazırlanması (ilaveler), şekil verme ve vulkanizasyon işlemleri sırayla uygulanmaktadır.

Kauçukların istenen özelliklere getirilmesinde 3 aşamalı bir yol izlenir.Öncelikle kauçukla beraber eklentiler birleştirilip homojen hale gelinceye kadar karıştırılır.

SAÇAK, M., (2005), Polimer Teknolojisi, Gazi Kitapevi, Ankara.

Kauçukların karıştırılmasında Silindirik karıştırıcılar, Banbury karış- tırıcılar kullanılır.Silindirik açık olarak,Banbury kapalı olarak yapılır. Silindir (açık) karıştırıcılar

• Silindir karıştırıcılar, kauçuk sanayinde kullanılan en eski tip karıştırma makineleridir.

• Silindir karıştırıcılar birbirine doğru dönen, paralel iki silindirden oluşur. Silindirler karıştırma sırasında ayrıca ısıtılırlar ve dönme hızları genelde aynıdır.

• Silindirler arasındaki aralık, elde edilecek ürün kalınlığına göre ayarlandıktın sonra belli miktarda ham kauçuk iki silindir arasına beslenir.

• Silindirlerin birkaç turdan sonra kauçuk, düz bir band seklinde silindirlerden birisi etrafında toplanır.

• Kauçuğun hangi silindirde toplanacağı polimer türü ve işlem koşullarına bağlı olmakla birlikte, genelde hızlı dönen veya daha sıcak olan silindir etrafında hamur sarılır.

İki valsli hamur karıştırma makinesi

DPT, (2001a) Kauçuk Ürünleri Sanayi Özel İhtisas Komisyonu

Açık karıştırıcı

Silindir karıştırıcı

SAVRAN, H., (1990), Kauçuklar Derneği Seminer Notları, Haziran 1990, İstanbul.

Banbury karıştırıcılar (Kapalı)

• İçi ( Kapalı ) karıştırıcılar, içinde iki rotor bulunan bir hazneden oluşmaktadır.

• Piston ile hareket eden ağırlık ile bileşenler hazneye bastırılır. Üstte doldurma, altta da boşaltma kapakları bulunur.

Banbury tipi iç karıştırıcı Çeşitli rotor tipleri Kauçuklara Şekil verme yöntemlerinden ilki MERDANELEMEDİR. Merdaneleme Kalender kullanılarak hamur haline gelen kauçuğun ezilerek şekil alması sağlanır.

SIKIŞTIRARAK KALIPLAMA: Sıkıştırarak kalıpla (basınçla kalıplama, presleme), deforme olabilen bir malzemeyi kalıp içerisinde basınç ve ısı etkisi ile şekillendirme işlemidir.

• Elastomerlerin sıkıştırarak kalıplanmasının ilk aşamasında, önceden ısıtılmış dişi kalıp içerisinde yeterli miktarda reçine konur. Daha sonra kalıp kapatılarak basınç uygulanır. Basınç ve ısı etkisinde yumuşayan karışım, kalıp boşluğunu dolduracak şekilde dağılır ve çapraz bağlanma tepkimeleri sonucu polimer sertleşir. Basınç kaldırıldıktan sonra soğutma yapılır ve kalıp konan polimer miktarı, son ürün için gerekli olandan biraz daha fazla tutulur ve istenilen boyutlarda ürün elde edilir.

TERS KALIPLAMA: Bu yöntem de sıkıştırarak kalıplama yöntemi gibidir.Kapalı ortamda basınç ile gerçekleşir.

• Transfer kalıplamayı sıkıştırarak kalıplamadan ayıran tek fark, polimerin kalıp içerisine yerleştirilme biçimidir.

• Sıkıştırarak kalıplamada yeterli miktarda polimer doğrudan kalıp içerisine konur, transfer kalıplamada ise basınç uygulanarak bir kanal yardımıyla kalıp boşluğuna gönderilir. Bu küçük ayrıntı, transfer kalıplamada kalıpların yüksek basınç altında kalmasını engeller ve kalıplar daha az zarar görürler.

ENJEKSİYON:

Enjeksiyon yönteminde, şerit halindeki kauçuk kovan içerisinde ısınarak yumuşar ve vida yardımıyla basınç altında kapalı bir kalıp içerisine doldurulur.

Enjeksiyon makinesi çalışırken; kauçuğu eritme, erimiş kauçuğun kalıba enjeksiyonu, ürünün soğutulması ve alınması seklinde dört ana işlem gerçekleşir.

EKSTRÜZYON:

Ekstrüder, sürekli bir şekilde çalışarak plastik ham maddesini basınç ve sıcaklık altında vida baskısı ile bir sonraki işlem için die'dan yan mamul olarak çıkaran bir makinedir.

Vulkanizasyondan hemen önce gerçekleştirilir.Yan mamul çıkınca soğutma işlemine tabi tutulur.

Kauçuk hamurunun Ekstrüder beslenmesi

VULKANİZASYON:

Vulkanizasyon biçim alması ve geniş bir sıcaklık aralığında dayanıklılık göstermesi için ham kauçuğun kükürtle birleştirilmesi işlemidir. LASTİK ve diğer kauçuk ürünlerinin üretimi bu aşamada gerçekleşir. • Genelde ve en basit şekilde bir ham kauçuk vulkanizasyondan sonra su değişiklikleri gösterir:

– Yapışkanlığın önlenmesi,

– Çekme kuvvetinde artma, – Çözücülerde çözünmede azalma,

– Soğukta akma ve plastiklikte azalma,

– Elastiklik artısı,

– Sıcaklık hassasiyetinde azalma

• Vulkanizasyon işlemi kauçukları daha dayanıklı hale getirir.

POLİMER MATRİSLİ KOMPOZİTLER Malzemede yerine göre sağlamlık, esneklik, hafiflik, çevre şartlarına (nem, güneş ısınları, gibi) dayanıklılık, darbe dayanımı, sertlik gibi günlük yasamda kullanılan terimlerle ifade edilen özellikler yanında daha bilimsel bir dille ısısal genleşe katsayıları, yorulma, çatlama ve kırılma, çekme, eğme dayanımları ve benzeri değerlerin uygunluğu aranır.Bu sebeple kompozit malzemeler üretilmiştir.

AÇIK KALIPLAMA YÖNTEMLERİ:

• El Yatırma Tekniği (Açık Kalıplama) • Püskürtme Tekniği (Açık Kalıplama) • Tabakalı Birleştirme (Torba Kalıplama) Tekniği (Açık

Kalıplama) • Elyaf Sarma Tekniği (Açık Kalıplama)

KAPALI KALIPLAMA YÖNTEMLERİ:

• Basma Transfer Kalıplama Tekniği (Kapalı Kalıplama) • Pultruzyon Tekniği (Kapalı Kalıplama) • Enjeksiyon Tekniği (Kapalı Kalıplama) • Santrifüj (Savurma) Yöntemi (Kapalı Kalıplama) • Basınçlı Kalıplama Teknikleri (Kapalı kalıplama)

EL YATIRMA YÖNTEMİ:

Şematik olarak verilen el yatırma yönteminde, hazırlanan kalıp içine viskozitesi yüksek olan reçine fırçayla sürülür. Daha sonra elyaf demeti hazırlanarak dolgu maddeli reçine elyaflar üzerine emdirilir. Bu şekilde istenilen yön, doğrultuda ve hacim oranlarında arzulanan kalınlığa ulaşıncaya kadar işleme devam edilir.

PÜSKÜRTME TEKNİĞİ: Elle yatırma tekniğinin aletli şekli olarak kabul edilebilir.Aletle püskürtme yapılır(Daha iyi yüzey için)

TABAKALI BİRLEŞTİRME(TORBA KALIPLAMA) TEKNİĞİ: Torba kalıplama tekniği görüldüğü gibi kalıp üzerine istiflenmiş termoset reçine ve elyaf bir diyaframla(torba) örtüldükten sonra basınç ve sıcaklığın etkisiyle sistemin sertleşmesiyle sağlanır.

Torbalı kalıplama üç şekilde yapılabilir;

>Basınçlı torba kalıplalama >Vakumlu torba kalıplama >Otoklavda torba kalıplama

Bu teknikler arasında en çok kullanılan vakumlu torba kalıplaması ve otoklavda torba kalıplaması olup uygulanan işlemler her ikisinde de benzerdir.

ELYAF SARMA TEKNİKLERİ:

Elyaf sarma yönteminde genel olarak, mandrel üzerine sarma işlemine başlamadan önce takviye malzemesi reçine havuzundan geçirilir. Bunun mümkün olmadığı durumlarda, (örneğin kırpılmış demetler için) reçine eşzamanlı olarak püskürtülür ve ya takviye malzemesinin uygulandığı mandrel yüzeyine dökülür.

BASMA TRANSFER KALIPLAMA TEKNİĞİ:

Yüksek hacim ve yüksek basınç altında karmaşık ve yüksek dayanımlı cam elyaf takviyeli plastiklerin üretimi için uygun bir metottur.

Kalıplar erkek (pozitif) ve dişi (negatif) olmak üzere iki parçalı olup genellikle elektrikle ısıtılırlar. Levha veya döküm kalıplama bileşimi miktarı veya reçine eklenmiş preform veya matkap ile preste açık kalıba yerleştirilir.

Yöntemin Akış ŞemasI

PULTRUZYON TEKNİĞİ:

Sürekli takviye fiberleri bir reçine tankından geçirildikten sonra fiber demetleri sıcak bir kalıpta sertleştirilir.Pültrüzyon metodu ekstrüzyona benzemektedir. Ancak Ekstrüzyonda üretilecek parçanın hammaddesi kalıba itilir, pültrüzyonda ise kalıba çekilir.

Pültrüzyonla tek adımda tabakalı PMK üretilebilir.

ENJEKSİYON TEKNİĞİ:

Fiber takviyeli termoplastiklerin, imalatında tercih edilen bir yöntemdir.

SANTRİFÜJ(SAVURMA) YÖNTEMİ:

Silindirik parçaların üretimi için uygun bir yöntemdir.Kırpılmış elyaf ve sertleştirici katılmış reçine, silindirik birkabın içine doldurulur ve döndürülen kabın cidarlarına merkezkaç kuvvetler yardımıyla dağılan kompozit malzeme sıcak hava ile sertleştirilir. Boru, depo ve silindirik ürünlerin yapımında kullanılır.

BASINÇLI KALIPLAMA TEKNİKLERİ:

Ürün boyutuna göre 3-6 dakikalık bir kalıplama süresi sağlayan hızlı, seri bir kalıplama metodudur. Önceden hazırlanmış, pestil veya hamur haldeki cam elyafı-polyester–dolgu ve katkı malzemeleri karışımının 150-170 C sıcaklıkta, 50-120 kgf/cm2 basınç altında çelik kalıplarda şekillendirilmesi metodudur.

EK OLARAK-PMK LARIN KULLANIM ALANLARI