Đstanbul ÜnĐversĐtesĐ fen bĐlĐmlerĐ enstĐtÜsÜ …

ĐSTANBUL ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ

YÜKSEK LĐSANS TEZĐ ĐSTANBUL

POLĐETĐLEN MALZEMELERĐN MEKANĐK

ÖZELLĐKLERĐ ÜZERĐNE DOLGU MADDELERĐNĐN ETKĐSĐ

Salim KESKĐNGÖZ Kimya Anabilim Dalı

Fiziksel Kimya Programı

Danışman Prof. Dr. Cemal ÖZEROĞLU

Kasım, 2010

ĐSTANBUL ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ

YÜKSEK LĐSANS TEZĐ

ĐSTANBUL

POLĐETĐLEN MALZEMELERĐN MEKANĐK ÖZELLĐKLERĐ ÜZERĐNE DOLGU

MADDELERĐNĐN ETKĐSĐ

Salim KESKĐNGÖZ Kimya Anabilim Dalı

Fiziksel Kimya Programı

Danışman Prof. Dr. Cemal ÖZEROĞLU

Kasım, 2010

iv

ÖNSÖZ

Bu çalışmada düşük yoğunluklu polietilene kalsiyum karbonat, kil ve talk

dolgu maddelerinin artan oranlarda ilave edilmesiyle mekanik ve termal özelliklerinin

değişimi incelenmiştir.

Yapılan çalışmalar sırasında deneysel çalışmaların yürütülmesi için gerekli

zaman ve kolaylığı sağlayan sayın hocam Prof. Dr. Cemal ÖZEROĞLU’na,

yardımlarından dolayı ĐÜ. Kimya Müh. Kimyasal Teknolojiler Anabilimdalı başkanı

Ahmet KAŞGÖZ’e, deneysel faaliyetlerimin yürütülmesinde yardımlarını

esirgemeyen, her türlü soru ve problemlerime sabırla çözüm bulan Yard. Doç. Dr. Ali

DURMUŞ ve Dr. Nevra ERCAN’a, örnekleri hazırlamama imkan sunan Prof. Dr.

Đsmail AYDIN’a ve örneklerin hazırlanmasındaki yardımlarından dolayı Arş. Gör.

Fatih ERGĐN’e , bilgi paylaşımları ve yardımlarından dolayı, ayrıca da mekanik

testlerimi gerçekleştiren Nova Plast Kalite Bölümü adına Telfun KARAGÖZ’e,

çalışmalarım sırasında her türlü desteği veren Bilge Yalıtım firma sahibi Sinan

DĐLER’e ve son olarak desteklerinden dolayı eşim Burcu KESKĐNGÖZ’ e sonsuz

minnet ve şükranlarımı sunarım.

Kasım, 2010 Salim KESKĐNGÖZ

v

ĐÇĐNDEKĐLER

ÖNSÖZ ............................................................................................................ IV

ŞEKĐL LĐSTESĐ .......................................................................................... VIII

TABLO LĐSTESĐ .............................................................................................X

SEMBOL LĐSTESĐ ........................................................................................ XI

DENKLEM LĐSTESĐ ................................................................................... XII

ÖZET ............................................................................................................ XIII

SUMMARY .................................................................................................. XIV

1. GIRIŞ .............................................................................................................. I

2. GENEL BILGILER ................................................................................. 2

2.1. POLĐMERLER .......................................................................................... 2

2.1.1. Polimer Nedir ...................................................................................... 2

2.1.2. Polimerlerin Tarihsel Gelişimi .......................................................... 2

2.1.3. Polimerlerin Sınıflandırılması ........................................................... 3

2.1.4. Polimerlerin Özellikleri ..................................................................... 6

2.1.4.1. Polimerlerin Termal Özellikleri ............................................................................ 6

2.1.4.2. Polimerlerin Mekanik Özellikleri .......................................................................... 9

2.1.4.3. Polimerlerin Reolojik Özellikleri ........................................................................ 12

2.1.4.4. Polimerlerin Elektriksel Özellikleri .................................................................... 14

2.1.4.5. Polietilenler ve Alçak Yoğunluklu Polietilenlerin Tanımı ve Özellikleri ............. 14

2.2. DOLGULAR ................................................................................... 17

2.2.1. Dolgu Nedir ....................................................................................... 17

2.2.2. Dolguların Bazı Özellikleri .............................................................. 19

2.2.2.1. Mekanik Özellikler .............................................................................................. 19

2.2.2.2. Isıl Özellikler ....................................................................................................... 20

2.2.2.3. Yoğunluk ............................................................................................................. 21

vi

2.2.2.4. Optik Özellikler ................................................................................................... 21

2.2.3. Tezde Kullanılan DolguTipleri ve Özellikleri .............................. 22

2.2.3.1.Kalsiyum Karbonat ve Kullanım Alanları ............................................................ 22

2.2.3.2.Talk ve Kullanım Alanları .................................................................................... 24

2.2.3.3.Kil ve Kullanım Alanları ...................................................................................... 26

2.3. KOMPOZĐTLER……………………………………………………27

2.3.1. Kompozit Nedir? ……………………………………………………27

2.3.2. Kompozitlerin Avantajları……………………………………….....28

2.3.2. Kompozitlerin Dezavantajları………………………………………28

3. MALZEME VE YÖNTEM ................................................................... 29

3.1. MALZEMELER ................................................................................. 29

3.2. CĐHAZLAR ........................................................................................ 31

3.2.1. Tork Reometresi ............................................................................. 31

3.2.2. Sıcak Pres ........................................................................................ 32

3.2.3. Soğuk Pres ....................................................................................... 32

3.2.4. Eksantrik Pres ................................................................................ 32

3.2.5. Mekanik Test Cihazı ...................................................................... 32

3.2.6. Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (Differential Scanning

Calorimetry, DSC) ...................................................................................... 33

3.2.7. Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM) ....................................... 34

3.2.8. Yoğunluk Tayini ............................................................................. 34

3.2.9. MFR (Melt Flow Rate) ................................................................... 35

3.3. DENEYSEL YÖNTEMLER ............................................................. 36

3.3.1. Örnek Hazırlama ............................................................................ 36

4. BULGULAR ........................................................................................... 37

4.1. ÇEKME TESTĐ SONUÇLARI ......................................................... 37

4.1.1. Akma Dayanımı .............................................................................. 42

4.1.2. Akma Uzaması ................................................................................. 44

4.1.3. Kopma Uzaması ............................................................................... 46

vii

4.1.4. Polimer Tokluğu ............................................................................... 51

4.2. YOĞUNLUK TEST SONUÇLARI ....................................................... 51

4.3. DSC SONUÇLARI ................................................................................. 52

4.3. TGA SONUÇLARI ................................................................................. 55

4.4. SEM SONUÇLARI ................................................................................. 57

4.5. MFR SONUÇLARI ................................................................................. 59

5. TARTIŞMA VE SONUÇ ....................................................................... 61

KAYNAKÇA .................................................................................................. 64

ÖZGEÇMĐŞ .................................................................................................... 67

viii

ŞEKĐL LĐSTESĐ

Şekil 2.1: Polimerlerin diziliş biçimleri ......................................................................... 4

Şekil 2.2: Polimer moleküllerinde ortaya çıkabilecek dallanma tipleri ......................... 5

Şekil 2.3: Polimerlerin camsı geçiş sıcaklığı (Tg) ve kristal erime sıcaklığı (Te) grafiği

........................................................................................................................................ 8

Şekil 2.4: Polimerik malzemelerde gerilme – uzama eğrileri ........................................ 9

Şekil 2.5: Polimerlerin gerilme (σ) - uzama (δ) eğrisi ................................................. 10

Şekil 2.6: Tipik bir gerilme-uzama grafiği .................................................................. 11

Şekil 2.7: Polimerler için tipik gerilme-uzama grafikleri ............................................ 12

Şekil 2.8: Elastik deformasyon gerilme – uzama grafiği ............................................ 13

Şekil 2.9: Viskoz deformasyon gerilme – uzama grafiği ............................................. 13

Şekil 2.10: Polietilenin yoğunluklara göre yapısı (a) Yüksek yoğunluk, (b) Düşük

yoğunluk (c) Çizgisel düşük yoğunluk[SMITH, 2001]. ............................................... 17

Şekil 2.11: Polimer tokluğu grafiği .............................................................................. 20

Şekil 2.12: Kalsiyum karbonat minerallerinin çeşitli SEM fotoğrafları A- öğütülmüş

kalsiyum karbonat B- ince öğütülmüş kalsiyum karbonat, C- Kireçtaşı [WYPYCH,

2000]. ............................................................................................................................ 24

Şekil 3.1 Tork reometresi resmi ................................................................................... 31

Şekil 3.2: ASTM D 638-03 Standardına göre hazırlanan test kaşığı resmi ................. 32

Şekil 3.3: Çekme test cihazı resmi ............................................................................... 33

Şekil 3.4: Taramalı elektron mikroskobu resmi ........................................................... 34

Şekil 3.5: MFR cihazı resmi ve çalışma prensibi grafiği ............................................. 35

Şekil 4.1: Đşlenmiş ve işlenmemiş AYPE’ler ile arttırılmış oranlara göre ilave edilen

dolguların karşılaştırılmalı çekme – uzama grafikleri. A)- Kalsit, B)- Kil, C)-

Talk ............................................................................................................................... 40

Şekil 4.2: Đşlenmiş ve işlenmemiş AYPE’ler ile dolguların %20’lik artırımlarının

karşılaştırılmalı çekme – uzama grafikleri. .................................................................. 41

Şekil 4.3: Karışımların dolgu tiplerine göre akma dayanım grafikleri ; (a) Kalsit (b)

Kil (c) Talk .............................................................................................................. 43

Şekil 4.4: Karışımların dolgu tiplerine göre akma uzaması grafikleri ; (a) Kalsit

(b) Talk (c) Kil ......................................................................................................... 45

ix

Şekil 4.5: Karışımların dolgu tiplerine göre kopma uzaması grafikleri ; (a) Kalsit

(b) Talk (c) Kil ...................................................................................................... 47

Şekil 4.6: %10 Dolgu miktarlarının kopma uzaması grafiği ....................................... 48

Şekil 4.7: %10 Dolgu miktarlarının akma dayanımı grafiği ........................................ 49

Şekil 4.8: %10 Dolgu miktarlarının akma uzaması grafiği. ........................................ 50

Şekil 4.9: Karışımların karşılaştırmalı yoğunluk değerleri grafiği. ............................. 52

Şekil 4.10: % 20 Dolgu miktarlı örneklerin kristallenme grafiği ................................ 53

Şekil 4.11: % 20 Dolgu miktarlı örneklerin 2. erime grafiği ....................................... 53

Şekil 4.12: Kristal yüzdesi % Xc ................................................................................ 54

Şekil 4.13: %20'lik karışımların TGA sonuçları grafiği .............................................. 56

Şekil 4.14: Saf AYPE ve %10 dolgu artırımlı karışımların SEM görüntüleri.

(a) Saf AYPE X500 (b) Saf AYPE X3000 (c) C10 X500 (d) C10 X3000 (e) K10 X500

(f ) K10 X3000 (g) T10 X500 (h) T10 X3000 ................................................................ 57

Şekil 4.15: Saf AYPE ile %10 ve %30’luk artırımlı kalsit dolgusu karışımlarının SEM

görüntüleri. (a) Saf AYPE X500 (b) Saf AYPE X3000 (c) C10 X500 (d) C10 X3000

(e) C30 X500 (f ) C30 X3000 ...................................................................................... 58

Şekil 4.16: Karışım örneklerinin karşılaştırmalı MFR değerleri grafiği ...................... 60

x

TABLO LĐSTESĐ

Tablo 2.1: Polietilenlerin yoğunluğa bağlı sınıflandırılması [EZLEŞĐR.A., ERBAY.E.,

TAŞKIRAN.Đ., YAĞCI.M.A., CÖBEK.M., & BĐLGĐÇ.T., 1999]. ............................. 15

Tablo 2.2: Polietilenlerin erime akış hızına bağlı sınıflandırılması [EZDEŞĐR,

ERBAY, TAŞKIRAN, YAĞCI, CÖBEK, & BĐLGĐÇ, 1999]. .................................... 16

Tablo 2.3: Polimer malzemelerin takviye edilmesinde kullanılan bazı dolgular

[GACHTER & MULLER, 1990] ................................................................................. 18

Tablo 2.4: Toplam tüketim içindeki % payları ile yaygın olarak kullanılan bazı dolgu

maddeleri ve takviye edici katkılar [XANTHOS, 2005]. ............................................. 22

Tablo 2.5: Kalsiyum karbonatın göstermiş olduğu fiziksel ve kimyasal özellikler

[WYPYCH, 2000]. ....................................................................................................... 23

Tablo 2.6: Bazı ticari talk çeşitleri aşağıdaki tabloda verilmiştir [OKAY, 1967]. ...... 25

Tablo 2.7: Kil formülasyon örneği .............................................................................. 26

Tablo 3.1: LDPE 780E teknik özellikleri .................................................................... 29

Tablo 3.2: Omyacarb 1 T – KA’nın kimyasal yapısı .................................................. 30

Tablo 3.3: Omyaclay 5 Y – Gz’ nin kimyasal yapısı ................................................. 30

Tablo 3.4: Omyatalc 5 – Gz’ nin kimyasal yapısı ...................................................... 30

Tablo 3.5: Hazırlanan numunelerin karışım oranları................................................... 36

Tablo 4.1: Hazırlanan numunelerin çekme testi sonuçları .......................................... 37

Tablo 4.2: AYPE ve %20’lik dolgu artırımlı örneklerin karşılaştırmalı tablosu......... 41

Tablo 4.3: %10’luk kalsit dolgusu artırımı ile değişen akma dayanımı değerleri

tablosu. ......................................................................................................................... 42

Tablo 4.4: %10’luk kalsit dolgusu artırımı ile değişen akma dayanımı değerleri

tablosu. ......................................................................................................................... 44

Tablo 4.5: %10’luk kalsit dolgusu artırımı ile değişen kopma dayanımı değerleri

tablosu. ......................................................................................................................... 46

Tablo 4.6: %10 Dolgu miktarlarının kopma uzaması değerleri tablosu ..................... 48

Tablo 4.7: Dolgu miktarlarının akma dayanımı değerleri tablosu ............................. 49

Tablo 4.8: %10 dolgu miktarlı örneklerin akma uzaması tablosu .............................. 50

Tablo 4.9: Denemesi yapılan örneklerin yoğunluk değerleri tablosu .......................... 51

xi

SEMBOL LĐSTESĐ

SAF AYPE : SAF AYPE

C10 : % 10 KALSĐT - AYPE



T10 : % 10 TALK - AYPE



K10 : % 10 KĐL - AYPE

K20 : % 20 KĐL - AYPE

K30 : % 30 KĐL - AYPE

Tg : Camsı geçiş sıcaklığı

Te : Kristal erime sıcaklığı

σ : Gerilme

δ : Uzama

PVC : Polivinilklorür

PTFE : Teflon (Politetrafloroetilen)

PS : Polistiren

MFR : Erime akış hızı

PE : Polietilen

YYPE : Yüksek yoğunluklu polietilen

AYPE : Alçak yoğunluklu polietilen

LAYPE : Doğrusal alçak yoğunluklu polietilen

OYPE : Orta yoğunluklu polietilen

UHMW-PE : Çok yüksek molekül ağırlıklı polietilen

DSC : Diferansiyel taramalı kalorimetre

SEM : Taramalı elektron mikroskobu

TGA : Termogravimetrik analiz

xii

DENKLEM LĐSTESĐ

Denklem 3.1: Kristal yüzdesi

Denklem 3.2: Yoğunluk tayini

Denklem 3.3: MFR tayini

xiii

ÖZET

POLĐETĐLEN MALZEMELERĐN MEKANĐK ÖZELLĐKLERĐ ÜZERĐNE

DOLGU MADDELERĐNĐN ETKĐSĐ

Bu çalışmada, bir termoplastik polimer olan alçak yoğunluklu polietilen (AYPE)’nin

dolgu maddeleri ile artan oranlarda karıştırılarak elde edilen örneklerin mekanik ve

termal özelliklerinin değişimleri incelendi.

Örnekler, kalsiyum karbonat, kil ve talk dolgularının %10, %20 ve %30’luk oranlarda

AYPE ile karıştırıştırılması ile hazırlandı. Tork reometresi kullanılarak kompozit

örnekleri elde edildi. Bu hamurlardan elde edilen kaşıklar ve plakalar testlerde

kullanıldı.

Örneklerin mekanik özelliklerinden gerilme - uzama test performansları, erime akış

indisleri ve yoğunlukları incelendi. Ayrıca, erime akış indisleri, diferansiyel taramalı

kalorimetre ile erime ve kristallenme özellikleri ve taramalı elektron mikroskobu

(SEM) cihazları kullanılarak morfolojik özellikleri araştırıldı.

Bu deneylerin sonucu olarak, üç dolgunun polietilen malzemelerin mekanik ve fiziksel

özelliklerinde farklı etkilere sahip olduğu bulundu. Dolguların ilavesi ile karışımlardan

elde edilen örneklerin elastik modüllerinin arttığı gözlendi. Dolgu ilavesinin bir

sonucu olarak, elde edilen örnekler kırılgan bir özellik gösterdi. Aynı zamanda, dolgu

ilavesi ile elde edilen örneklerin yoğunluk değerleri arttı. Karışımların erime akış hızı

incelendiğinde, alçak yoğunluklu polietilene ilave edilen kalsit ve kil miktarındaki

artış azalan bir yönde erime akış hızını etkiledi. Ancak talk ilavesindeki artış karışımın

erime akış hızında artan bir yönde etki etti.

xiv

SUMMARY

THE EFFECT OF FILLERS ON THE MECHANICAL

PROPERTIES OF POLYETHYLENE MATERIALS

In this study, it was examined that mechanical and thermal properties of samples

which were mixed with increased ratio of fillers with low density polyethylene

(LDPE) which is a thermoplastic polymer.

The samples were prepared by blend of LDPE and %10, %20 and %30 ratios of

calcium carbonate, talc and clay fillers. Sample composites were made by using torque

rheometer. Test sticks and plates which were prepared by these blends were used at

analysis tests.

Stress – strain test performances which are from mechanical properties, melt flow rates

and densities of samples were examined. Moreover, melt and crystallization properties

and composite structures of obtained polyethylene materials were investigated by

using melt flow index, differential scanning calorimeter (DSC) and scanning electron

microscope (SEM) devices.

As a result of these experiments, it was found that all of the three fillers had different

effects on mechanical and physical properties of low density polyethylene materials. It

was observed that the elastic modules of the samples obtained from their mixtures

increased with the addition of fillers. As a result of addition of filler, the obtained

sample showed a fragile feature. At the same time, the density values of obtained

samples increased with the addition of filler. When the values of melt flow rate of

mixtures were examined, the increase in the amounts of calcite and clay added to low

density polyethylene had an effect on the melt flow rate in a reducing direction.

However, the increase in addition of talc had an effect on the melt flow rate of mixture

in an increasing direction.

1

1. GĐRĐŞ

Bu çalışmada düşük yoğunluklu polietilene kalsiyum karbonat, talk ve kil dolguları

artan oranlarda ilave edilmiştir. Oluşturulan karışımlar mekanik ve termal özelikleri

incelenmiştir.

Son elli yılda polimer alanında yapılan önemli buluşlar ve gelişen teknolojiler

sonucunda polimer endüstrisinde önemli atılımlar gerçekleşmiştir. Bu atılımlar

sonucunda polimerik malzemelerin tüm dünyada ve ülkemizde kullanım alanları,

buna bağlı olarak tüketim miktarları yüksek artış göstermiştir. Bu malzemelerin

işlenebilme kolaylığı, düşük spesifik ağırlıkları, kimyasallara karşı dayanıklılık,

düşük üretim maliyetleri gibi özellikleri endüstride tercih edilmelerinin temelini

oluşturmaktadır. Polimerlerin endüstride kullanımlarının artışı bu malzemelerin

istekler doğrultusunda mekanik ve termal özelliklerinin iyileştirilmesi, birim

maliyetlerinin düşürülmesi yönünde çalışmalar gün geçtikçe artmaktadır.

Çalışmanın teorik bilgiler bölümünde polimerler ve dolgular hakkında genel bilgiler

verilmiştir. Polimerlerin tanımlarından, tarihsel gelişimlerinden bahsettikten sonra

sınıflandırılmaları ve özelliklerine değinilmiştir. Dolgular hakkında genel bilgiler

verildikten sonra bu çalışmada kullandığım dolgu tiplerine ve bu dolguların

özelliklerine değinilmiştir.

Malzeme ve yöntem bölümünde kullanılan malzemeler, yapılan testler ve cihazlar

hakkında bilgiler verildi.

Bulgular bölümünde alınan örneklere uygulanan test sonuçları belirtilmiştir. Elde

edilen mekanik test sonuçları yanı sıra yoğunluk, DSC, TGA, SEM ve MFR

sonuçlarıda tablolar ve grafikler halinde gösterilmiş ve yorumlanmıştır.

Elde edilen bulgular tartışma ve sonuç bölümünde değerlendirilmiştir.

2

2. GENEL BĐLGĐLER

2.1. POLĐMERLER

2.1.1. Polimer Nedir

Polimerler hayatımızın her evresinde karşımıza çıkan büyük moleküllerdir. Bu

moleküller vücudumuzda proteinler ve enzimler gibi biyolojik kimyasallar olarak

bulunurken bitkilerde selüloz ve ya nişasta, gündelik hayatta ise genel olarak

bilindiği gibi polimer plastikler, kauçuklar…vb. olarak karşımıza çıkarlar. Bu büyük

moleküllerden bahsetmek için onları oluşturan monomerlerden bahsetmek gerekir.

Monomer küçük mol kütleli kimyasal maddelere verilen isimdir. Monomerler

birbirlerine kovalent bağlarla bağlanarak kendilerinden daha büyük moleküller

oluştururlar. Orta büyüklükte oluşan moleküllere oligomer adı verilirken, yüzlerce

monomerin birleşmesinden oluşan çok daha büyük moleküllere (makro moleküllere)

ise polimer adı verilir. Çok sayıda monomerin oluşturduğu uzun polimer molekülü

bir zincire benzediği için, polimer zinciri olarak da adlandırılır

2.1.2. Polimerlerin Tarihsel Gelişimi

Polimerlerin hayatımıza girme hikayesi ondokuzuncu yüzyılın başlarında başlamış

ve organik kimyacılar tarafından ondokuzuncu yüzyılın ortalarında bazı denemelerde

rastlantısal olarak yüksek molekül ağırlıklı maddelerin sentezlenmesiyle hız

kazanmıştır. Yirminci yüzyılın ikinci yarısından itibaren polimer konusundaki

araştırmalar gelişmiş ve yeni polimer türleri geliştirilmiştir. Alman kimyager

Hermann Staudinger ilk defa polimerizasyon koşullarının polimer oluşumu üzerine

etkisini tanımlamıştır ve bu alanda yaptığı çalışmalarıyla 1953 yılında Nobel ödülünü

almıştır. Bu alanda ilk kez çalışan araştırmacılar doğal polimerleri taklit ederek işe

başlamışlar ve 1930 yılında Wallace Carothers Nylonu sentezlemeyi başarmıştır.

3

Yirminci yüzyılın ikinci yarısından itibaren polimerler laboratuvarlarda çalışılmakta

ve hatta endüstriyel ölçekte üretilmeye başlamıştır. Polimer kimyası alanında yapılan

çeşitli çalışmalar ve endüstrilerin polimerler araştırmalarını desteklemesi sonucunda

günümüzde sayısız polimer türü geniş bir uygulama alanın da çeşitli amaçlar için

kullanılmaktadır.

Aşağıda, poliolefinlerin tarihsel gelişimini kısaca belirtilmiştir;

• 1933 ICI tarafından (250-350 0C ve 3000 atm. de) AYPE üretilmiştir.

• 1951 Phillips Petroleum tarafından düşük sıcaklıkta (150 0C) ve düşük basınçta (30-31 atm) AYPE üretilmiştir.

• 1963 K.Ziegler tarafından düşük sıcaklıkta (100 0C) ve düşük basınçta (20 atm) YYPE üretilmiştir. (Nobel Ödülü)

• 1963 G. Natta tarafından düşük sıcaklıkta (100 0C) ve düşük basınçta (20 atm) i-PP üretilmiştir. (Nobel Ödülü)

• 1976 W. Kaminsky, metaloseni başlatıcı / katalizörü olarak kullanılmıştır.

• 1980 Değişik yoğunlukta PE’ler ve LAYPE’ler, Ziegler-Natta başlatıcı / katalizörleriyle üretilmiştir.

• 1992 Aktive edilmiş metalosenlerle, erken ve geç geçiş metalleri kullanılarak, tek yerden (single-site), reaksiyon verebilecek yerlerin reaktifliği hepsinin aynı olan homojen, PE üretilmiştir.

• Günümüzde ise hayatın her evresinde karşılaştığımız ve kullanmaktan vazgeçemediğimiz malzemeler haline geldiler.

2.1.3. Polimerlerin Sınıflandırılması

Polimerler temel olarak aşağıda belirtilen yedi gruba ayrılmaktadır;

1- Zincir yapılarına göre (homopolimer, kopolimer)

2- Organik ya da anorganik olmalarına göre

3- Doğada bulunup, bulunmamasına göre (doğal, yapay)

4- Molekül ağırlıklarına göre (oligomer, makromolekül)

5- Isıya karşı gösterdikleri davranışa göre

6- Zincirin kimyasal ve fiziksel yapısına göre (Düz, dallanmış, çapraz bağlı,

kristal, amorf polimerler)

7- Sentezlenme şekillerine göre

4

Tek tür birimlerden oluşan polimer zinciri homopolimer, iki ya da daha fazla

monomer içeren polimerler ise kopolimer olarak adlandırılırlar. Gerçi kopolimerler

genellikle farklı monomerlerin düzensiz birleşmesinden oluşarak rastgele

kopolimeri oluştururlar. Bununla beraber, alternatif, blok, graft ve steroblok

kopolimerler bu kuralın dışındadır. Alternatif kopolimerde monomer birimleri birbiri

ardına gelir. Blok kopolimer farklı homopolimerlerin uzun segmentlerini içerir. Graft

kopolimer ya da diğer bir deyimle aşı kopolimer ise asıl mevcut bir polimer zinciri

üzerinde bir dallanma olarak ikinci bir monomer içerir.

-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A- Homopolimer

-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A- Alternatif kopolimer

-A-B-A-A-A-B-B-A-B-A-A-A-B- Random (Rastgele) Kopolimer

-A-A-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B- Blok Kopolimer

Graft (Aşı) Kopolimer

Şekil 2.1: Polimerlerin diziliş biçimleri

Polimerleşme reaksiyonları esnasında pek çok monomer, diğer monomerlerle ya da

ortamda daha önce tepkime vermiş ve böylece belli bir moleküler ağırlığa ulaşmış,

bir molekül zinciri ile tepkime verebilir. Oluşan zincirlerin büyüklükleri, türlerin

moleküler yapılarından, tepkime verme yollarına ve sentez şekillerine kadar, pekçok

faktöre bağlıdır. Eğer polimer zinciri yeterince büyümemişse, bu tip polimerler

oligomer olarak adlandırılır.

Doğal makromoleküller olmaksızın doğadaki hayatın devamı düşünülemez. Çünkü

hayatın kendisini oluşturan temel elemanlar bu moleküllerdir. En iyi bilinen ve

hemen akla geliveren örneklerin bazıları proteinler, selüloz, keratin gibi doğal

makromoleküllerdir.

5

(A)

Doğrusal (Lineer) Polimer

(B)

Dallanmış (Branched) Polimer

(C)

Ağ (Network) Polimer

Şekil 2.2: Polimer moleküllerinde ortaya çıkabilecek dallanma tipleri

Ayrıca polimerler Şekil 2.2’de görüldüğü gibi lineer, dallanmış ve ağ olarak da

tanımlanırlar. Lineer polimerde hiçbir dallanma yoktur. (Şekil 2.2 (A)) Graft

Kopolimerler dallanmış polimerlerin bir örneğidir. Bu tarz polimerlerin yapısal

biçimleri Şekil 2.2. B’deki gibidir. Ağ (Network) polimerler, difonksiyonlu

monomerler yerine, polifonksiyonlu monomerler kullanıldığında meydana gelirler.

Şekil 2.2. C’de ise Ağ yapılı polimerlerin yapısal şekillerini göstermektedir. Ağ

(Network) polimerler, ayrıca çapraz bağlı polimerleri de kapsarlar. Çünkü çapraz

bağlanyla polimer zincirleri hareketliliklerini kaybederler. Bu nedenle

eriyemeyecekleri ya da akmayacakları için kalıpla da şekillendirilemezler. Yani

yukarıda bahsedilen termosetting polimerler grubuna girerler.

Her gün gelişen yeni polimer sentez yöntemleri sayesinde elde edilmiş binlerce

polimere hergün yenileri ilave edilmektedir. Günlük hayatın hemen her alanında

rastlanan polimerik malzemeler, hayatın vazgeçilmez parçaları olmuşlardır.

6

Polimerik malzemelerin bu kadar geniş kullanım alanlarına sahip olmalarının nedeni,

yapısal özelliklerinin istenildiği gibi ayarlanabilir olmasından ve ekonomik olarak

elde edilebilmelerinden kaynaklanmaktadır. Yapısal özelliklerinin istenildiği gibi

ayarlanabilir olması, monomerlerin kendi kendileriyle ve diğer monomerlerle

bağlanmalarında, bağlanma şekillerinin ve bağlanma miktarlarının fazlalığının bir

sonucudur. Ayrıca istenilen fonksiyonlara sahip polimerler de uygun fonksiyonel

gruplu monomerler kullanılarak kolayca hazırlanabilir.

Anorganik polimerlerde esas zincir karbona dayalı yapıya sahip değildir ve

genellikle organik polimerlere kıyasla daha fazla ısıya dayanıklı ve daha serttirler.

Uzun zincirler halinde bulunan lineer ya da dallanmış zincirlerden oluşan polimer

sistemlerine aynı zamanda termoplastik adı da verilmektedir. Yüksek oranda çapraz

bağ içeren sistemler ise termosetting olarak tanımlanır. Termoplastik bir malzeme

sıcaklık artışı ile eriyerek şeklini değiştirebilir ve böylece kalıplara dökülebilmesi

mümkün olur.

2.1.4. Polimerlerin Özellikleri

Günlük hayatımızın ve endüstrisinin ayrılmaz bir parçası haline gelmiş olan

polimerler, malzeme olarak çok değişik ve çeşitli özelliklere sahiptir. Bazı

polimerlerden elektrik özellikleri nedeniyle yararlanılmaktayken başka bazı

polimerlerden optik ve termal özelliklerinden dolayı malzeme olarak önem taşır.

Buna karşılık bir başka grup polimerler, mekanik veya biyokimyasal özellikleri

nedeni ile tercih edilmektedir. [EZLEŞĐR.A., ERBAY.E., TAŞKIRAN.Đ.,

YAĞCI.M.A., CÖBEK.M., & BĐLGĐÇ.T., 1999]

2.1.4.1. Polimerlerin Termal Özellikleri

Polimerlerin termal özellikleri arasındaki en önemli iki özellik Camsı geçiş sıcaklığı

(Tg) ve kristal erime sıcaklığı (Te) dır . Yarı kristal bir polimerin kristalize olmuş

zincirlerinin erimeye başladığı sıcaklık polimerin erime sıcaklığı olarak kabul edilir.

Amorf yapıda bulunan kısımların ise soğuma sırasında yumuşak kauçuğumsu

7

yapıdan sert, kırılgan, ve katı (rijit) camsı yapıya geçtiği sıcaklığa ise camsı geçiş

sıcaklığı denir [ROFF & SCOTT, 1971].

Polimer zincirleri iri yapılarına karşın polimer örgüsü içerisindeki bazı bölgelerde

düzenli bir şekilde istiflendiği bölgelere kristal bölgeler adı verilir. Kristal bölgeler,

polimerlerden son ürünler yapılırken uygulanan işlemler sırasında belli düzeyde

kendiliğinden oluşur. Ancak bu aşamada tüm polimer zincirlerinin bir düzen

içerisinde paketlenerek tam kristal bir yapı vermesi beklenemez. Bu nedenle, çeşitli

amaçlar için kullanılan endüstriyel polimerlerin çoğu amorf ve kristal bölgeleri

birlikte örgülerinde bulundururlar. Bu tarz yapısal özelliği olan polimerlere Yarı-

Kristal Polimerler denir. Yarı-kristal polimerlerin genel örgüsü, amorf faz içine

gömülmüş kristal bölgelerden oluşan bir sisteme benzetilir.

Amorf polimerler yeterince düşük sıcaklıklarda sert ve kırılgandırlar (cam gibi.)

Böyle bir polimer ısıtıldığında camsı geçiş sıcaklığı (Tg) adı verilen bir sıcaklıkta

yumuşar ve kauçuk özellikleri gösterir (poliizobütilen, polibütadien gibi). Polimerin

camsı geçiş sıcaklığı üzerinde ısıtılması sürdürülürse; kauçuğumsu davranışı da

bırakarak zamk görüntüsü üzerinden yeterince yüksek sıcaklıklarda sıvı halini alır.

Ancak; kauçuğumsu, zamksı ve sıvı davranış değişiklikleri arasında kesin sıcaklık

değerleri yoktur, geçişler derecelidir. Örneğin, amorf ve kırılgan olan cam, camsı

geçiş sıcaklığına kadar ısıtıldığında yumuşamaya başlar, biraz daha yüksek

sıcaklıklarda şekillendirilecek kıvama gelir, ileri ısıtmada sıvı gibi davranır [HAZER,

1993].

Polimerlerin ısıl iletkenlikleri moleküllerin yanı sıra kristalinite derecesi ve

yönlenme gibi yapısal faktörlere bağlıdır. Kristalinite derecesi ve yönlenme artarsa,

ısıl iletkenliği de artar. Başka bir ısısal özellik ısısal genleşmedir. Plastik

malzemelerin işlenmesinde önemli bir problem olan ısısal genleşme katsayısı,

metallere göre çok daha büyüktür. Kuvvetlendirici elyafların ilavesi plastiklerin ısısal

genleşmelerini önemli derecede azaltmaktadır. Örneğin, polistirene %60 oranında

cam elyafların ilavesiyle ısıl genleşme katsayısı yarıya indirilmektedir. Isıl iletkenlik

gibi ısıl genleşme de molekül ağırlığı ve yapısal faktörlerle değişir. Polimerin

kristalinite derecesinin çapraz ve bağ yoğunluğunun artmasıyla ısıl genleşme

katsayısı azalır. Yönlenme yönünde katsayı azalırken dik yönde artar. Bunların yanı

8

sıra, ısısal genleşme değerleri plastiklerin (Tg) camsı duruma geçiş sıcaklığının ve

ergime sıcaklığının (Te) üzerinde veya altında farklıdır.

Yarı-kristal polimerler de amorf polimerler gibi camsı geçiş sıcaklıkları altında

kırılgandırlar. Bu özelliklerini camsı geçiş sıcaklığına kadar korurlar. Camsı geçiş

sıcaklığı geçildiğinde belli derecede yumuşaklık kazanmakla birlikte kristal

yapılarından dolayı esnek termoplastik davranışa geçerler. Erime sıcaklığına (Te)

kadar termoplastik özelliklerini değiştirmezler ve erime sıcaklığında kristal yapıları

yıkılarak viskoz bir sıvı verecek şekilde erirler [ERKEK, 2007].

Tam kristal polimerler serttirler, camsı geçiş göstermezler, belli bir sıcaklıkta erirler.

Camsı geçiş sıcaklığı (Tg) polimerler için ayırt edici bir özelliktir. Her polimerin

farklı bir Tg’si vardır. Polimerler, Tg’lerinin altındaki sıcaklıklarda sert ve

kırılganken, Tg’lerinin üstündeki sıcaklıklarda yumuşak ve esnektirler. Polimerlerin

camsı geçiş sıcaklığı, Tg, ve kristal erime sıcaklığı, Te, maddelerin kullanabilirlik

limitlerini belirleyen önemli büyüklüklerdir. Kısmen kristal bir polimerin katı bir

madde olarak kullanılabilmesi için çalışma sıcaklığı hem Tg, hem de Te’nin altında

olmalıdır. Öte yandan bir polimer lastik olarak kullanılacaksa daima Tg’nin

üzerindeki ve Te’nin altındaki bir sıcaklıkta bulunmalıdır. Te’de bir polimer katı

halden sıvı hale dönüşür, Tg’de ise katı halden elastik konuma dönüşme yer alır

[GÜVEN.O., 1984].

Şekil 2.3: Polimerlerin camsı geçiş sıcaklığı (Tg) ve kristal erime sıcaklığı (Te)

grafiği

9

Termal geçişlerin tespitinde diferansiyel termal analiz (DTA) ve diferansiyel taramalı

kalorimetre (DSC) en çok kullanılan iki tekniktir.

2.1.4.2. Polimerlerin Mekanik Özellikleri

Polimerik malzemelerin mekanik özellikleri Gerilme (σ) -Uzama (δ) (stress-strain)

davranışları ile belirlenebilmektedir. Standart numuneler belirli bir yönde

gerdirilerek, davranışları kaydedilmektedir. Şekil 2.4’de değişik polimerik

maddelerin gerilme uzama eğrileri verilmektedir.

Şekil 2.4: Polimerik malzemelerde gerilme – uzama eğrileri

Bu davranışa göre polimerik maddeler elyaf (lifler, fiberler), sert plastikler, esnek

plastikler ve elastomerler olarak dört gruba ayrılabilir. Her grup içerisinde çok

miktarda polimer yer almaktadır [SAVAŞÇI, UYANIK.N., & AKOVALI.G., 2002].

Gerilme uzama deneyleri polimerin türüne bağlı kullanım alanına göre geniş bir

sıcaklık ve çekme aralığında yapılır. Her polimer için en uygun çekme hızı ve çekme

sıcaklığı olmalıdır. Deneyde kullanılan polimer malzemenin uygun ve standart

boyutta olması gerekir. Burada polimerlerin sabit hızla çekilmesi sonucu gerilim

direnci ve uzaması ölçülür.

Şekil

Polimerlerin gerilme-

bölgelere göre özellikleri aşağıdaki gibidir;

O-A: Gerilme kuvveti (σ)

deformasyondur. Doğrunun eğimi elastik modülünü verir.

A-B: Gerilme kuvveti artışı, uzamanın artmasına karşın azalmıştır. B noktasınd

değer maksimuma ulaşmıştır. B noktası polimerin akma noktasıdır.

B-C: Polimerde boyun oluşmasının olduğu bölgedir. Plastik deformasyon ve akma

boyun üzerinden çekme sürdükçe devam eder. Boyun oluşması C noktasında

tamamlanır.

C-D: Gerilme kuvveti heme

ettiği sürece zincirler çekilme doğrultusunda yönlenirler. Bu tür işleme soğuk çekme

veya soğuk akma denir. D noktasında daha düzenli bir hal alır.

D-E: Soğuk çekmenin veya soğuk akmanın bittiği ve def

sonucu polimerde gerilim direncinin hızla artığı bölgedir.

E: Bu noktada kopma meydana gelir [

Plastikler için bir başka genel gerilme

eğri sayesinde “Rijitlik”, “Akma

O

Ge

rilm

e (

σ)

10

Şekil 2.5: Polimerlerin gerilme (σ) - uzama (δ) eğrisi

-uzama eğrilerini Şekil 2.5’ teki gibi bölgelere ayırdığımızda

elere göre özellikleri aşağıdaki gibidir;

A: Gerilme kuvveti (σ) - uzama (δ) eğrisi düzgün doğrudur. Bu davranış elastik

deformasyondur. Doğrunun eğimi elastik modülünü verir.

B: Gerilme kuvveti artışı, uzamanın artmasına karşın azalmıştır. B noktasınd


C: Polimerde boyun oluşmasının olduğu bölgedir. Plastik deformasyon ve akma


D: Gerilme kuvveti hemen hemen sabittir. Zincirler akma gösterir. Uzama devam


veya soğuk akma denir. D noktasında daha düzenli bir hal alır.

E: Soğuk çekmenin veya soğuk akmanın bittiği ve deformasyon sertleşmesi

sonucu polimerde gerilim direncinin hızla artığı bölgedir.

E: Bu noktada kopma meydana gelir [DĐNÇER & ARAS, 1984].

Plastikler için bir başka genel gerilme-uzama eğrisi Şekil 2.6’da görülmektedir.

sayesinde “Rijitlik”, “Akma Dayanımı”, “Akma Uzaması”

B

C

Uzama (б)

A

ğrisi

uzama eğrilerini Şekil 2.5’ teki gibi bölgelere ayırdığımızda

ğrisi düzgün doğrudur. Bu davranış elastik

B: Gerilme kuvveti artışı, uzamanın artmasına karşın azalmıştır. B noktasında bu


C: Polimerde boyun oluşmasının olduğu bölgedir. Plastik deformasyon ve akma


n hemen sabittir. Zincirler akma gösterir. Uzama devam


ormasyon sertleşmesi

risi Şekil 2.6’da görülmektedir. Bu

“Akma Uzaması”, “Elastikiyet

E

D

11

Modülü” ve ‘Kopmadaki Uzama’ vb. gibi konularında bilgi edinilir. Bu bilgiler

polietilen gibi bir plastik için karakteristiktir.

Şekil 2.6: Tipik bir gerilme-uzama grafiği

Şekil 2.7’de ise diğer polimerik maddeleri tanımlayan gerilme-uzama eğrileri

görülmektedir. Çekme ölçümlerinden başka ‘kayma’, ‘eğilme’, ‘basma’ veya

‘burulma’ testleri de yapılabilir. Film şeklindeki malzemelerde eğilme testleri

önemlidir.

O

D

BC

Uzama (б)

Ge

rilm

e (

σ)

AEN BÜYÜK KUVVET

KOPMADAKİ UZAMA

AKMA UZAMASI

AKMA DAYANIMI

Şekil

2.1.4.3. Polimerlerin Reolojik Özellikleri

Polimer malzemenin dıştan gelen bir etkiye karşı g

şekilde olabilir.

1) Tersinir Deformasyon (Elastik Deformasyon)

Elastik deformasyon gerilimin fonksiyonudur. En önemli özelliği, kullanılan

enerjinin geri kazanılmasıdır. Bir lastik kauçuğun uzatılıp serbest bırakılması tersin

bir davranış göstermektedir. Cam macununun belli bir gerilim alanındaki davranışı

ise genellikle viskoz davranış göstermektedir

12

Şekil 2.7: Polimerler için tipik gerilme-uzama grafikleri

Polimerlerin Reolojik Özellikleri

Polimer malzemenin dıştan gelen bir etkiye karşı göstereceği mekanik davranış iki

Tersinir Deformasyon (Elastik Deformasyon)


enerjinin geri kazanılmasıdır. Bir lastik kauçuğun uzatılıp serbest bırakılması tersin


viskoz davranış göstermektedir [KANSU, 2005].

uzama grafikleri

östereceği mekanik davranış iki


enerjinin geri kazanılmasıdır. Bir lastik kauçuğun uzatılıp serbest bırakılması tersinir


13

Şekil 2.8: Elastik deformasyon gerilme – uzama grafiği

2) Tersinmez Deformasyon (Viskoz Deformasyon)

Tersinmez deformasyonda ise akma sürekliliği ile enerji sürekliliği birbirine bağımlı

olup bu fonksiyonda yapılan iş, mekanik olarak geri kazanılmaz ve ısı olarak yok

olur. Tersinmez deformasyon gerilimin fonksiyonudur, ancak yalnız akma ile

uygulanan gerilimi dengede tutmaktadır.

Şekil 2.9: Viskoz deformasyon gerilme – uzama grafiği

Vizkoelastiklik veya Elastoviskozluk, polimerin zamana bağımlı deformasyonu

(viskoz) ile zamana bağımlılık göstermeyen (elastik) deformasyonlarının birlikte

oluşumu sonucu ortaya çıkan mekanik davranış türüdür. Polimerde zamana bağımlı

14

deformasyon, polimer moleküllerinin denge konumundan ayrılıp yeni konumlar

kazanmasıyla gerçekleşmektedir [CHANDA & S.K, 2007].

2.1.4.4. Polimerlerin Elektriksel Özellikleri

Elektriksel Đletkenlik, genel olarak yüksek molekül ağırlığına sahip bütün polimerler

elektriksel olarak yalıtkan özellik gösterirler. Bu özellik sebebiyle elektrik ve

elektronik endüstrisinde kullanılırlar. Elektrik direncinde sıcaklık ve nem etkili bir

faktördür ve bu direnç elektrik iletimine yardımcı olan katkı maddeleri ilavesi ile

düşürülebilir.

Dielektrik bozunma direnci, yalıtkan bir malzemenin bu özelliğini yitirdiği,

bozunduğu voltaj değerini ifade eder. Polimerik malzemelerin bozunma dirençleri

genellikle 106-107 Volt/cm aralığındadır. PVC, PTFE, PS gibi polimerlerin

dielektrik direnci yüksek olup çeşitli yalıtım malzemelerinin üretiminde kullanılırlar.

Polimerik malzemelerin özelliklerinden olan dielektrik sabiti alternatif elektrik

alanında ölçülen bir değerdir. Polimerler için dielektrik sabitinin değeri 2-5

arasındadır. Polimerik malzemelere uygulanan alternatif elektrik enerjisi sonucunda

alan frekansı sebebiyle elektrik enerjisinin bir kısmı ısı şekline dönüşür ve buna

Dielektrik Kayıp’ı denir [BRYDSON, 1999].

2.1.4.5. Polietilenler ve Alçak Yoğunluklu Polietilenlerin Tanımı ve Özellikleri

Etilen, petrokimya endüstrisinin başlıca ürünlerinden bir tanesidir. Ambalaj

sanayinde en çok kullanılan plastik hammaddelerinden olan alçak yoğunluk

polietilen (AYPE) ve yüksek yoğunluk polietilen (YYPE), etilenin

polimerleştirilmesi ile elde edilmektedir. Etilen molekülleri, yüksek sıcaklık ve

yüksek basınçta katalizör ve / veya katalizörler yardımıyla polimerleştirilerek,

birbirinden farklı özelliklerde polietilen (PE) ürünleri elde edilir [PALIN, 1971;

BRYDSON, 1999]

Polietilen malzemelerin üretim teknolojisine bağlı olarak değişik yoğunluk, erime

aralığı ve moleküler yapıları bulunur. Bu nedenle polietilen malzemelerin

sınıflandırılması gereği duyulmuştur. Çeşitli kaynaklarda farklı sınıflandırma

şekilleri bulunmakla beraber, bu çalışmada dünya standartlarında polietilen

15

malzemelerin sınıflandırılma metodunun ele alınması tercih edilerek ele alınmıştır.

Bu sınıflandırma Tablo 2.1’de verilmiştir.

Tablo 2.1: Polietilenlerin yoğunluğa bağlı sınıflandırılması [EZLEŞĐR.A., ERBAY.E., TAŞKIRAN.Đ., YAĞCI.M.A., CÖBEK.M., & BĐLGĐÇ.T., 1999].

Yoğunluk

[gr / cm3 ] Kullanılan İsim Sembolü

PE sınıflandırılan dünya

standartları

ASTM

D1248 (1)

ISO

DIS 1872 (2)

DIN

16776 (2)

0.91 –

0.925

Düşük Yoğunluklu

Polietilen

AYPE

(LDPE) I 14, 18, 23 15, 20, 25

0.926 –

0.940

Orta Yoğunluklu

Polietilen

OYPE

(MDPE) II 27, 33, 40 30, 35, 40

0.941 –

0.959

Yüksek Yoğunluklu

Polietilen

YYPE

(HDPE) III 45, 50, 57 45, 50, 55

0.96 ve

Üstü

Çok Yüksek Molekül

Ağırlıklı Polietilen

UHMW-

PE IV 62 60, 65

Yoğunluk ASTM D792, BS2782’ ye göre ölçülmüştür. (1) PE Homopolimer için verilmiştir.

(2) PE Homopolimer ve kopolimer için verilmiştir.

Not: Düz zincirli polietilen belirtilen standartlarda ayrı bir grup olarak

gösterilmemektedir. AYPE, düz ve dallanmış PE’yi kapsamaktadır.

Polietilen 80-130 oC arasında balmumu gibi davranış sergiler. Yüksek elektriksel

yalıtkanlık özelliği bulunur. Aynı zamanda kimyasallara karşı son derece

dayanıklıdır. Polietilen malzemeler kütle halinde yarı saydam veya opak bir görünüş

sergilerken film halinde saydamdırlar [BRYDSON, 1999].

Alçak yoğunluklu polietilen (AYPE) termoplastikler grubundadır. Etilenin

polimerleştirilmesi ile elde edilir. AYPE geniş bir sıcaklık aralığında hem kuvvetli

hem de esnek olabilme özelliğini taşır. Yapısı [CH2- CH2]n şeklindedir ve ticari

polimerlerde “n” genellikle 500 – 5000 olabilir. Polietilenin doğal rengi beyazdır,

yarı şeffaf bir görünümdedir, opaklık yoğunluk arttıkça azalır. AYPE’ nin

yoğunluğu 0.91 – 0.925 g/cm3’tür (ASTM D792 Test metoduna göre), AYPE’ nin

Erime Noktası 110-130 0C arasıdır ve PP’den ve YYPE’ den düşüktür. Molekül

Ağırlığı (MA) yüksekse çok kuvvetli bir malzemedir. Düşük molekül ağırlıklı olanlar

hariç çevresel baskıyla çatlamaya dirençlidir. Uzun zincir dallanması MA arttırır ve

16

işlenme özelliğini iyileştirir. AYPE diğer polietilenler içinde en fazla zinciri

dallanmış olanıdır. Elektriksel özellikleri mükemmeldir. Zincirdeki safsızlıklara bağlı

değişir. Kullanılan ticari tipleri genellikle tabii ve boyanmış olarak granüller şeklinde

pazarlanır. Granüller 3-4 mm uzunlukta küp şeklinde veya çapı 3 mm olan oval disk

şeklinde olabilir. Ayrıca iri toz (girit), ince toz, öğütülmüş ve çöktürülmüş toz tipleri

de mevcuttur [EZDEŞĐR, ERBAY, TAŞKIRAN, YAĞCI, CÖBEK, & BĐLGĐÇ,

1999].

Tablo 2.2: Polietilenlerin erime akış hızına bağlı sınıflandırılması [EZDEŞĐR, ERBAY, TAŞKIRAN, YAĞCI, CÖBEK, & BĐLGĐÇ, 1999].

Akış Hızı [gr/10 dk]* Molekül Ağırlığı

(Zincirdeki etilen molekül sayısı) ASTM D1248 Tipi

>25 Düşük molekül ağırlıklı 1

>10-25 “ 2

>1.0 - 10 “ 3

> 0.4-1.0 “ 4

En fazla 0.4 “ 5

*Eriş akış hızı ASTM 1238 (190 oC, 2.16 Kg)

Polietilen C2H4 monomerinin polimerizasyonuyla elde edilen kısmi kristalin

termoplastik bir malzemedir. Termoplastik malzeme grubunda bulunan polietilen

malzemelerin amorf, kısmi kristal ve kristal yapılar içerdiği bilinmektedir. Bu

yapıların gerek oluşum mekanizması gerek zaman içerisindeki ve sıcaklık gibi farklı

etkiler altındaki değişimlerinin ayrıntılı olarak incelenmesi polietilen malzemelerin

mekanik ve termal özelliklerini daha iyi anlamamıza yardımcı olacaktır.

Polietilen zincirlerinin yan yana gelerek düzenli bir yapı oluşturması kristallenmedir.

Zincir dallandığı zaman zincirler düzenli bir yapı oluşturamaz yani kristallenmezler.

LDPE çok sayıda uzun dallara sahiptir (Şekil 2.10), bu nedenle zincirler kolayca yan

yana dizilip kristal yapıya geçemezler, zincirlerin belli bölümleri kıvrılıp tabaka

halinde bir kristal bölge oluşturur, yan yana gelemeyen kısımlar düzensiz, amorf bir

yapı oluştururlar. LDPE kısmi kristallenebilen bir polimerdir. % 50-60 kristallenmesi

dolayısıyla erime noktası gösterir. Polietilen molekülü ısıtıldığında 70 oC sıcaklık

17

üzerinde kristal yapılar bozunmaya başlar, erime noktası olan 100 oC 'ye gelindiğinde

kristal yapılar tamamen bozulur yapı tamamen gelişigüzel amorf bir hal alır.

Dallanma arttıkça zincirlerin birbirlerine yaklaşması zorlaştığı için kristallenme

özelliği azalır. Eritilmiş LDPE yavaş soğutulursa daha iyi kristallenme imkanı bulur

[SAVAŞÇI, UYANIK.N., & AKOVALI.G., 2002].

Şekil 2.10: Polietilenin yoğunluklara göre yapısı (a) Yüksek yoğunluk, (b) Düşük yoğunluk (c) Çizgisel düşük yoğunluk[SMITH, 2001].

2.2. DOLGULAR

2.2.1. Dolgu Nedir

Dolgu maddeleri, yapı ve bileşimleri ile polimerlerden farklı olan ve plastiklere katı

halde karıştırılan katkılardır. Polimerlerde kullanılan dolgu maddeleri, polimerlerin

içinde çözünmeyen partiküllerden oluşan uçucu olmayan ve işleme derecesinde

genelde polimerle etkileşmeye girmeyen maddelerdir. Bu tür katkılar başlangıçta

sadece maliyeti düşürmek amacıyla kullanılmışlarsa da giderek takviye edici

özelliklere sahip olanları da geliştirilmiştir. Tablo 2.3’te polimerlerle beraber

kullanılan bazı dolgular belirtilmiştir. Dolgu maddesinin polimerik yapıya etkileri

şöyle özetlenebilir:

18

• Kullanılan dolgu maddesinin yapısına ve miktarına bağlı olarak elastik

modülü artar.

• Plastiğin genleşme katsayısını düşürür ve kalıpta büzülmeyi azaltır.

• Çarpma, yırtılma ve aşınma direnci artar.

• Camsı ve yüksek kristalin polimerlerde dolgu maddelerinin mekanik

özelliklere önemli bir katkısı yoktur.

• Isı ve elektrik iletkenliği istenilen yönde ayarlanabilir.

• Ürün fiyatı önemli oranda düşer.

• Polimerin görünüşünü değiştirir. Matlık – parlaklık verir. Parçacık

büyüklüğü arttıkça işlenmiş plastiğin yüzeyi matlaşır. Beyaz renkli dolgu

maddesinin parçacık büyüklüğü azaldıkça beyazlık artar.

• Polimerin reolojik özellikleri değişir.

[GACHTER & MULLER, 1990]

Tablo 2.3: Polimer malzemelerin takviye edilmesinde kullanılan bazı dolgular [GACHTER & MULLER, 1990].

Dolgu Adı Yoğunluk

[gr /cm3] Sertlik

Kırılma

İndeksi

Yağ Emme

[gr / 100 gr]

Alümina 3,7 - 4,0 9,0 1,76 10 – 50

Antimon trioksit 5,2 – 5,9 2,09 –

2,29 10 – 15

Baryum ferrit 5,2 – 5,4 90 – 110

Baryum sülfat 4,2 – 4,5 2,5 –

4,5 1,64 5 – 15

Bentonit 2,6 – 2,7 30 – 55

Kalsiyum karbonat 2,7 – 2,71 3,0 1,49 –

1,66 5 – 15

Kalsiyum karbonat çökelek 2,65 – 2,7 3,0 1,49 30 – 60

Kalsiyum metasilikat 2,8 – 2,9 4,5 -5,5 1,63 20 – 45

Kalsiyum sülfat 2,3 – 2,7 2,0 –

3,5

1,57 –

1,61 5 – 10

Kil (China Clay) 2,6 – 2,63 2,0 –

2,5 1,56 40 – 50

Kil (Kaolin) 2,5 – 2,6 1 – 2 1,56 25 – 45

19

Kil (Kalsine) 2,5 – 2,63 7,0 40 – 60

Magnezyum karbonat 2,1 - 2,8 3,0 1,5 – 1,7 70 – 80

Magnezyum oksit 2,7 – 3,7 1,64 –

1,74 55 – 70

Mika 2,7 – 2,9 2,3 1,56 –

1,59 50 – 70

Pomza taşı 2,21

Titan dioksit 3,8 – 4,2 6-7 2,76 20 – 30

Çinko oksit 5,6 2,1 10 – 15

Silika (toz) 2,65 – 2,7 7,0 1,54 15 – 40

Silika (areojel) 2,0 – 2,1 5,0 1,46 180

Silika (pyronenic) 2,1 – 2,2 5,0 1,46 150

Talk 2,7 – 3,0 1 – 2 1,54 –

1,57 20 – 40

2.2.2. Dolguların Bazı Özellikleri

2.2.2.1. Mekanik Özellikler

Dolgu malzemeleri genel olarak modülü ve çekme kuvvetini arttırırken kırılma

anındaki uzamayı azaltır. Genel bir kural olarak lifli dolgu maddeleri %50, pullular

%30 ve küresel olanlar %15 gerilme kuvveti azalmasına neden olurlar. Gerilme

özellikleri açısından birleşme çizgisi içeren malzemeler önemli yer tutar. Dolgu

maddesinin tipine göre bu çizgileri içeren malzemeler içermeyenlere göre daha

düşük gerilme değerleri gösterirler.

Dolguların özgül yüzey alanı özellikleri karışımların mekanik özelliklerine önemli

etkisi bulunmaktadır. Özgül yüzey alanı polimer matrisi ile dolgu maddesi arasındaki

yüzey temas miktarını belirler. Yüksek özgül yüzey alanına sahip olan dolgu

maddeleri, karşımın mekanik özelliklerinde artmaya neden olurken, düşük yüzey

alanına sahip olanlar azalmaya yol açarlar [ERSOY, 2003].

Dolgu maddelerinin şekli ve büyüklüğü, polimer tipi, sıcaklık, dolgu maddesi

yüklenmesi, en/boy oranı, yüzey enerjisi, katkılar, pigmentler gibi özellikleri polimer

tokluğuna (Tougness) değerine dolaylı fakat önemli etkisi bulunmaktadır. Polimer

Tokluğu (Tougness) polimerin kırılmadan önce absorplayabileceği enerji miktarının

bir ölçüsüdür ve Şekil 2.11’de görüldüğü gibi

alanı ifade eder. Tokluk çeşitli darbe testleri ve kırılma enerjisi ölçümleri ile

değerlendirilir.

Yukarıda belirtilen özellikler darbe kuvvetine etkisi olan özelliklerdir. Bu

özelliklerin değişmesi darbe kuvvetine etki eder ve dolayısı i

değişimden etkilenir. Ayrıca katılaşmanın artması da genel olarak

azalmasına neden olur [

2.2.2.2. Isıl Özellikler

Plastikler düşük ısı iletkenliğine sahiptirler. Aynı zamanda yüksek özgül ısıya

sahiplerdir. Çoğu dolgu maddesi polimerden on kat daha fazla ısı iletkenliğine

sahiptir.

Diğer yandan ise polimerin özgül ısısının yarısı kadar özgül ısıya sahiptirler. Bu

nedenle, ağırlık olarak %40 metal içermeyen dolgu maddesi eklenmesi ısıl

iletkenliğin üç kat artmasına neden olmaktadır. Ayrıca özgül ısının %30 azalmasına

neden olur. Bu durum üretim esnasında ürün ve devir zamanında avantajlara yol

açar. Dolgu maddesi katılmış sis

ve modül değerleri gibi aynı eğilimi göstermektedir. Yüksek dolgu oranı çarpıcı bir

şekilde bu sıcaklık değerini iyileştirebilir [

20



Şekil 2.11’de görüldüğü gibi gerilme-uzama eğrile



özelliklerin değişmesi darbe kuvvetine etki eder ve dolayısı ile polimer tokluğu bu

değişimden etkilenir. Ayrıca katılaşmanın artması da genel olarak

azalmasına neden olur [SAÇAK, 2005].

Şekil 2.11: Polimer tokluğu grafiği

Isıl Özellikler

er düşük ısı iletkenliğine sahiptirler. Aynı zamanda yüksek özgül ısıya



ğırlık olarak %40 metal içermeyen dolgu maddesi eklenmesi ısıl



açar. Dolgu maddesi katılmış sistemlerde ısı altında eğilme sıcaklığı, gerilme kuvveti


ık değerini iyileştirebilir [KANSU, 2005].



uzama eğrilerinin altındaki



le polimer tokluğu bu

değişimden etkilenir. Ayrıca katılaşmanın artması da genel olarak tokluğun

er düşük ısı iletkenliğine sahiptirler. Aynı zamanda yüksek özgül ısıya



ğırlık olarak %40 metal içermeyen dolgu maddesi eklenmesi ısıl



temlerde ısı altında eğilme sıcaklığı, gerilme kuvveti


21

2.2.2.3. Yoğunluk

Dolgu maddeleri genelde toz şeklinde kullanılırlar ve bu şekilde kullanılmalarından

dolayı hacim veya dağınık yoğunluk işleme tarzını ve süreç sırasındaki beslemeyi

önemli derecede etkilemektedir. Dolgu maddesinin gerçek yoğunluğu kimyasal

içeriğine ve morfolojisine bağlıdır. Đçi boş cam küreler gibi düşük ağırlıklı dolgu

maddeleri bileşiğin yoğunluğunu düşürürler. Ağır dolgu maddeleri ise ses azaltıcı

uygulamalar için kullanılabilirler. Ticari önemi olan dolgu maddelerinin çoğunun

yoğunluğu 1.5-4.5 g/cm3 arasındadır.

2.2.2.4. Optik Özellikler

Çoğu dolgu maddesinin beyaz toz gibi görünmesine rağmen, kırılma indislerinin

çoğu polimere çok yakın olmasından dolayı, renk maddesi etkileri düşük olmaktadır.

Sonuç olarak, dolgulu polimerlerin çoğu sarı ve gri renklerdedir. Bundan dolayı ışık

geçirgenlikleri de değişir. Örnek olarak, CaCO3 ve BaSO4 gibi bazı beyaz dolgu

maddelerinin, renklendirme özelliğini etkilediği çok fazla bilinmektedir.

Bazı dolgu maddelerinin kristal yapısı ve yüzey işlemlerinin değişmesi ile pigment

karakteristiği sağlanması değiştirilebilir. Bu işlem, kalsinasyon (yüksek sıcaklıkta

ısıtma sonucunda metallerin oksitlerine çevrilmesi) veya dolgu maddesinin bir

pigmentleşmiş polimer tabakası ile kaplanması şeklinde yapılabilir

[HOHENBERGER, 2003]

22

Tablo 2.4: Toplam tüketim içindeki % payları ile yaygın olarak kullanılan bazı dolgu

maddeleri ve takviye edici katkılar [XANTHOS, 2005].

Dolgu Maddesi / Takviye

Edici Katkı

Toplam Tüketim Đçindeki

Yüzde Payı (%)

Karbonatlar (genellikle CaCO3 ) 50–55

Silikatlar

- Talk

- Asbest

- Kaolin

- Mika

- Çeşitli silikatlar

5.0–6.0

5.0–6.0

2.0–3.0

0.01–0.02

0.4–0.5

Silisyum dioksit 2.5–3.5

Çeşitli mineraller 0.2–0.4

Karbon siyahı 0.6–0.8

Organik dolgu maddeleri (odun

Talaşı, öğütülmüş fındıkkabuğu vb. )

3.5–5.0

Cam elyaf 20.0–25.0

Đçi dolu veya boş cam kürecikler 0.5–0.7

2.2.3. Tezde Kullanılan DolguTipleri ve Özellikleri

2.2.3.1. Kalsiyum Karbonat ve Kullanım Alanları

Kalsiyum karbonat karbonatlı kayaçları oluşturan bu mineraldir ve yapısı kimyasal

yapısı CaCO3’tür. Çeşitli şekillerde kristal halde bulunan camsı parlaklıkta, renksiz

saydam yapıdadır. Kolay öğütülür ve beyaz renkli bir toz elde edilir, sertliği Mohr’s

skalasına göre 3, yoğunluğu ise 2,6-2.7 gr/cm3 civarındadır. Ülkemizde kalsiyum

karbonat adı ile üretilen mineral karbonatlı kayaçların (kireç taşları, mermer, tebeşir)

ana mineralidir.

23

Kalsiyum karbonat mikron boyutlarında öğütüldükten sonra boya, kağıt, plastik v.b.

birçok sektörde beyazlık, ucuzluk ve kazandırdığı özellikler nedeniyle mümkün

olduğu kadar fazla kullanılan bir dolgu maddesidir [DPT.YBM, 1997].

Günümüzde, polipropilen ve polietilen gibi poliolefin malzemelerin mekanik

özelliklerini iyileştirmek, sertliklerini ve / veya yüksek ısılara karşı dayanımlarını

arttırmak ve tabiî ki maliyetlerini düşürmek amacıyla katkı ve takviye malzemeleri

eklenmektedir. Bunların yanı sıra ağırlık ve yoğunluk ayarlamaları sağlamak

amacıyla da ilave edilirler.

Kalsiyum karbonat (CaCO3) doğal kaynaklardan elde edilen mineraller içinde gerek

miktar gerekse işlev bakımından en çok kullanılanlarındandır. Plastik endüstrisinde

Kalsiyum karbonat (CaCO3) kullanımı ABD’de yılda % 4-5 oranında büyüme

göstermektedir. Kalsiyum karbonatın göstermis olduğu fiziksel ve kimyasal

özellikleri Tablo 2.5’te sunulmustur [BLEECK, 1998].

Tablo 2.5: Kalsiyum karbonatın göstermiş olduğu fiziksel ve kimyasal özellikler [WYPYCH, 2000].

ÖZELLĐK DEĞER

Erime noktası 1339 0C

Bozulma sıcaklığı 1150 0C

Yanma sırasında kaybolma oranı % 43,5

Yüzey gerilimi 200 mJ/m2

Nem içeriği % 0,01 – 0,5

Suda çözünme miktarı % 0,99x10-8

Sulu çözeltisinin pH oranı 9-9,5

Yağ absorbsiyonu 13 – 21 gr/ 100gr

Kalsiyum karbonat’ın dünyanın çeşitli bölgelerinde geniş çaplı üretimi mevcuttur.

Kalsiyum karbonat minerali doğada mermer, kireçtaşı (limestone), kalsit, talk,

aragonit gibi çok çeşitli şekillerde bulunur. Kalsiyum karbonat minerali endüstride

beyazlatma, kolay temin edilebilme, geniş tane büyüklüğü çeşitleri ve düşük fiyatıyla

diğer takviye edici malzemelerin önüne geçmektedir. Kalsiyum karbonat kaba tane,

ince tane ve çökeltilmiş tane şeklinde üç temel tane büyüklüğü bulunmaktadır

[DESAI, 1992].

24

En çok kullanılan tane boyutlu kalsiyum karbonat ortalama 20 μm den küçük taneli

kalsiyum karbonat türüdür. Kalsiyum karbonat minerallerinin çeşitli SEM

fotoğrafları Sekil 2.12’de görülmektedir. En üstteki fotoğraf öğütülmüş kalsiyum

karbonat, ortadaki fotoğraf ince öğütülmüş kalsiyum karbonat ve altta kireçtaşının

fotoğrafı görülmektedir [DESAI, 1992].

Şekil 2.12: Kalsiyum karbonat minerallerinin çeşitli SEM fotoğrafları A- öğütülmüş kalsiyum karbonat B- ince öğütülmüş kalsiyum karbonat, C- Kireçtaşı [WYPYCH, 2000].

2.2.3.2. Talk ve Kullanım Alanları

Talk; yumuşaklığı, yalıtım, elektrik direnci, kimyasal tutarlılığı, ısıya dayanımı, yağ

absorplaması, kuvvetli kaplama özellikleri nedeniyle seramik, kâğıt, tarım ilaçları,

boya, lastik, kozmetik, döküm-lastik gibi sanayi dallarında kullanılmaktadır.

Talkın endüstride kullanımında en önemli avantajı opaklık ve poroziteyi

(malzemenin gözenek hacminin kaba hacmine oranına verilen ad.) iyileştirmesinin

yanında pürüzsüzlük sağlamasıdır. Aynı zamanda diğer dolgu ve kaplama

minerallerine göre en az aşındırıcı özelliktedirler ve bu özelliğinin yanı sıra yüksek

tabaka tutma avantajı da vardır.

Talkın Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri;

Talk doğada bulunan en yumuşak minerallerden biridir. Tırnakla kolayca çizilir ve

Morh sertliği 1’dir. Talk, magnezyum, silis ve oksijenden oluşmuş sulu bir silikattır.

Kimyasal formülü Mg3Si4O10(OH)2’dır. Teorik olarak %63.5 SiO2, %31.7 MgO ve

%4.8 H2O içerir. Bu kompozisyon içinde sınırlı miktarlarda izomorf maddeler

bulunabilir. Bunlar, çok az miktarlarda alüminyum, demir, mangan ve titanyumdur

ve bunların bileşimine bağlı olarak da talk; beyaz, yeşil, gri renklerde bulunabilir.

25

Talkın yoğunluğu 2,6–2,8 g/cm3 arasındadır. Talkın ısı ve elektrik iletkenliği zayıftır

ancak ateşe dayanıklıdır. Yüksek sıcaklıklarda ısıtıldığında sertleşir, katılaşır ve

asitlerle bozulmaz [OKAY, 1967].

Talk ince kesitte renksizdir. Kayaçlarda öz şekilli kristallerine hiçbir zaman

rastlanmaz. Yüzeyine göre çok iyi dilinime sahiptir. Dilinim levhaları kolay eğilebilir

ancak elastik değildir [MACKENZIE & GUILFORD, 1980].

Tablo 2.6: Bazı ticari talk çeşitleri aşağıdaki tabloda verilmiştir [OKAY, 1967].

Sabuntaşı En az %50 talk minerali içerir. Elektriğe ve asitlere karşı dirençli,

ısıya karşı dayanıklıdır.

Steatit Bu terim yüksek saflıktaki masif talklar için kullanılır.

Profillit Fiziksel özellikleriyle talka çok benzer ancak kimyasal bileşiminde

Mg yerine Al içeren bir sulu alüminyum silikattır.

Asbestin

Saf talk minerali kristal özelliklerinde nadiren lifsi görünümdedir.

Asbestin ise daha ziyade levha, ince tabaka veya mikaya benzer

şekillerdedir.

Fransız

Tebeşiri

Yumuşaktır, talkın masif bir çeşidi olup, boya ve kurşunkalem

yapımında kullanılır.

Rensseleaerit Bileşimi talka çok benzer ise de yağlı ve yumuşak özelliği olmayan

bir mineraldir.

Lava Lava terimi ticarette sık sık blok talkları veya blok talklarından

yapılan en son ürünleri ifade etmekte kullanılır.

Wonderstone Güney Afrika Cumhuriyeti’nde bulunan bir masif Profillit olup, rutil

ve karbonlu bileşikler içeren kriptokristalen profillittir.

26

2.2.3.3. Kil ve Kullanım Alanları

Karmaşık bir yapı ve mineral içeriğine sahip killer genel olarak; seramik, döküm,

gıda, petrol, sondaj, dolgu, kağıt, plastik, ilaç gibi pek çok endüstri kolunda

kullanılan bir malzeme grubunu oluştururlar. Killer tane boyutu 0.02 mm den küçük

ince taneli sedimanlardır. Hiçbir zaman saf bir şekilde bulunmayan kilin içersinde

alüminyum silikatlarla beraber, demir, magnezyum, potasyum, kalsiyum, sodyum,

kuvars gibi mineraller “ kil olmayan malzeme” yi yani safsızlıkları oluşturmaktadır.

[Killerin Sınıflandırılmasında ve Kullanım Alanlarının Saptanmasında Aranan

Kriterlerin Đrdelenmesi, Nisan 1995].

Kaolen, kilin en saf şeklidir. Rengi beyazdır ve piştikten sonra gene beyaz kalır. Su

ile temizlendikten sonra, genellikle % 90 safiyetindedir. Memleketimizde ve

özellikle Kütahya civarında önemli kaolen yatakları mevcuttur. Aşağıdaki kil

bileşimi bu hususta bir fikir vermektedir:

Tablo 2.7: Kil formülasyon örneği

Kullanılan Malzeme Adı Yüzde Oranı

SiO2 % 57,64

Al2O2 % 27-35

Fe2O3 % 1-3,5

CaO % 0,1-7

Kilin kullanma sahaları:

Kaolenin en mühim kullanma sahalarından biri kağıt endüstrisidir. Bir dolgu maddesi

olarak kullanılan kilin saflık derecesi ve tane büyüklüğü mühim olup, dikkatlice

kontrol edilmelidir [BASAN, 2001].

Killerin Temel Özellikleri:

Killlerin temelde dört özellikleri vardır. Bunlar; plastisite, kohezyon, renk ve rötre

özellikleridir.

Plastisite Özelliği; Ezilmiş kile uygun miktarda su karıştırıldığı zaman işlenebilme

ve şekillendirme özelliği kolaylaşır. Böylece kil kolayca şekil alır. Örneğin, un su ile

27

karıştırıldığı zaman işlenebilir ve şekillendirilebilir. Buna karşılık kum, su ile

karıştırıldığı zaman herhangi bir plastik özellik kazanamaz. Kilin plastisite özelliği

kazanabilmesi için muhakkak surette su ile karıştırılması gereklidir. Su dışında hiçbir

madde kile plastisite özelliği kazandırmaz. Bu konuda yapılmış deneylerde birçok

sıvı (alkol, gaz, terebentin, amonyak, aseton vb.) kullanılmışsa da hiç birisi ile bu

özellik elde edilmemiştir.

Kohezyon Özelliği; Bu özellik kil hamuruna kuruduğu zaman kendisine verilmiş olan

şekli muhafaza etme kabiliyeti sağlar. Örneğin kum bu özelliğe sahip olmadığı için

su ile ıslandıktan sonra kurumaya terk edildiği zaman küçük bir darbe ile kendi

kendine dağılır. Kilin kohezyona sahip olabilmesi için mutlaka su ile yoğurulması

gereklidir. Su dışında kalan diğer sıvılarla kil kohezyon kazanmaz.

Renk Özelliği; Killer metal oksitlerle karışık bir şekilde bulunduklarından doğal

olarak renklenmiş durumdadırlar. Ayrıca organik maddeler de ihtiva eder. Kilin saf

olması halinde rengi beyaz olur ve kaolen adını alır. Bunun ötesinde killerin renkleri

sarı, pembe, kırmızımsı, mavimsi gri, yeşil ve siyahımsı olabilir. Kilin rengi içinde

bulunan maddeler hakkında fikir vermektedir.

Büzüşme (Rötre) Özelliği; Kil su ile yoğrulup şekillendikten sonra kurumaya terk

edilirse şekillendirme sırasında verilmiş olan ölçüleri küçülür. Diğer bir değişle kil

hamurunun kuruma sırasında hacmi küçülür. Bu olaya kilin rötre yapması denir.

Rötre, kilin kuruması sırasında olduğu gibi pişmesi sırasında da devam eder. Kilin

kurumasından meydana gelen rötre, kilin plastisite özelliğine bağlıdır [DPT.YBM,

1997;HOHENBERGER, 2003]

2.3. KOMPOZĐTLER

2.3.1. Kompozit Nedir?

Đstenen amaç için tek başlarına uygun olmayan farklı iki veya daha fazla

malzemeyi istenen özellikleri sağlayacak şekilde belirli şartlar ve oranlarda fiziksel

olarak, makro yapıda bir araya getirilerek elde edilen malzemeye kompozit

malzeme denir.

28

Đç yapıları çıplak gözle incelendiğinde (makroskobik muayene) yapı bileşenlerinin

seçilip ayırt edilmesi mümkündür. Yapılarında birden fazla sayıda fazın yer aldığı

klasik alaşımlar ise makro ölçüde homojen olmalarına rağmen mikro ölçüde

(mikroskobik muayene ile seçilebilen) heterojen malzemelerdir.

Kompozit malzemelerde çekirdek olarak kullanılan bir fiber malzeme bulunmakta,

bu malzemenin çevresinde hacimsel olarak çoğunluğu oluşturan bir matris malzeme

bulunmaktadır. Bu iki malzeme grubundan, fiber malzeme kompozit malzemenin

mukavemet ve yük taşıma özelliğini, matris malzeme ise plastik deformasyona

geçişte oluşabilecek çatlak ilerlemelerini önleyici rol oynamakta ve kompozit

malzemenin kopmasını geciktirmektedir. Matris olarak kullanılan malzemenin bir

amacı da fiber malzemeleri yük altında bir arada tutabilmek ve yükü lifler arasında

homojen olarak dağıtmaktır. Böylece fiber malzemelerde plastik deformasyon

gerçekleştiğinde ortaya çıkacak çatlak ilerlemesi olayının önüne geçilmiş olur.

2.3.2. Kompozit Malzemelerin Avantajları

1.Farklı mekanik özellikler elde etmek için farklı katmanlardan ve farklı

kombinasyonlarla kompozit malzeme inşa edilebilir.

2.Kompozit malzemeler kimyasallara, korozyona ve hava şartlarına dayanıklılık

gösterir.

3.Karmaşık parçaların tek olarak üretilebilmesinden dolayı parça sayısının

azalmasını sağlarlar. Böylece ara birleştirme detay ve parçalarının azalmasıyla

üretim süresi kısalmaktadır.

4.Yüksek dayanıklılık/yoğunluk oranı.

5.Yüksek elastiklik modülü/ağırlık oranı.

2.3.3. Kompozit Malzemelerin Dezavantajları

1.Hammaddenin pahalı olması.

2.Lamine edilmiş kompozitlerin özellikleri her zaman ideal değildir, kalınlık

yönünde düşük dayanıklılık ve katlar arası düşük kesime dayanıklılık özelliği

bulunmaktadır.

3.Malzemenin kalitesi üretim yöntemlerinin kalitesine bağlıdır, standartlaşmış bir

kalite yoktur.

4.Kompozitler kırılgan (gevrek) malzeme olmalarından dolayı kolaylıkla zarar

görürler, onarılmaları yeni problemler yaratabilir [KANSU, 2005].

29

3. MALZEME VE YÖNTEM

3.1. MALZEMELER

Bu tez çalışmasında Dow Chemical Company “Dow” firmasının ürettiği LDPE 780E

ticari isimli Alçak Yoğunluklu Polietilen kullanılmıştır. Polietilenin teknik özellikleri

aşağıdaki gibidir;

Tablo 3.1: LDPE 780E teknik özellikleri

Özellikler Değer Test Metodu

Yoğunluk 0.923 g/cm³ ASTM D792

MFI

Erime Akış Đndisi

(190°C/2.16 kg)

20 g/10 min ISO 1133

Young Modülü – 2% 164 Mpa ISO 527-2

Çekme Mukavemeti 8.20 Mpa ISO 527-2

Kopma Mukavemeti 50 % ISO 527-2

Bu polietilenle karışımları yapılmak üzere üç tip dolgu maddesi tedarik edilmiştir.

Omya Madencilik A.Ş. firmasının ürettiği kalsiyum karbonat,talk ve kil dolgularının

teknik özellikleri aşağıdaki gibidir.

Tezde kullandığımız dolgu maddeleri Omya Madencilik A.Ş.’ den üç tip dolgu

maddesi temin edilmiştir. Ticari ismi Omyacarb 1 T – Ka olan kalsit yüksek saflıkta

beyaz mermerden elde edilmiş yüzeyi kaplı kalsiyum karbonat tozu dolgusudur. Bu

kaplama sayesinde yüksek dispers ve hidrofobik özellik kazanmıştır. Dolgunun

Ortalama tane boyu (d50%) 1.7 µm’dir. Paketlenmiş dökme yoğunluğu (ISO 787/11)

1.1 g/ml’dir.

Dolgunun kimyasal yapısı aşağıdaki tablodaki gibidir.

30

Tablo 3.2: Omyacarb 1 T – KA’nın kimyasal yapısı

Kullanılan Malzeme Yüzde Oran

CaCO3 98.5 %

MgCO3 1.5 %

Fe2O3 0.05 %

HCl’ de çözünmeyen 0.2 %

Kaolin tipi ve ticari ismi Omyaclay 5 Y – GZ olan kil dolgu orta saflıkta beyaz

killerden elde edilen, doğal, çok kolay dağılan kaolin tozu dolgusudur. Dolgunun

Ortalama tane boyu (d50%) 5 µm’dir. Paketlenmiş dökme yoğunluğu (ISO 787/11)

0.5 g/ml’dir.


Tablo 3.3: Omyaclay 5 Y – Gz’ nin kimyasal yapısı


Al2 O3 15 %

SiO2 76 %

Fe2O3 0.5 %

HCl’ de çözünmeyen 85 %

Ticari ismi Omyatalc 5 – Gz olan talk dolgu yüksek saflıkta Sivas talk mineralinden

elde edilen, doğal, ince, kolay dağılan pudra dolgudur. Dolgunun Ortalama tane boyu

(d50%) 6.5 µm’dir. Paketlenmiş dökme yoğunluğu (ISO 787/11) 0.55 g/ml’dir.


Tablo 3.4: Omyatalc 5 – Gz’ nin kimyasal yapısı


MgO 28 %

SiO2 55 %

Fe2O3 2.5 %

HCl’ de çözünmeyen 5 %

31

3.2. CĐHAZLAR

3.2.1. Tork Reometresi

Bu tezde HAAKE-Rheomix 600p tork reometresi kullanılmıştır. Bu tip

reometrelerde iki tür karıştırma yapılmaktadır; içe ve birbirlerine doğru. Elektrikle

ısıtılan karıştırıcı birbirinden ayrılabilen ve sıcaklıkları yine birbirinden ayrı olarak

kontrol edilebilen , üç ısıtma bölgesinden oluşmaktadır. Hücredeki ergiyikle temasta

olan termokupl (ısıl çift) ise içerideki sıcaklık hakkında bilgi vermektedir.

Tartımı yapılan materyaller cihaz içine bir huniden dökülmekte ve elle kontrol edilen

bir sıkıştırıcı piston ile hücre kapatılmaktadır. Hücre içerisinde karıştırma yapan

karıştırıcılar silindirik tiptedir. Cihazda gelişmiş bir tork algılayıcı karıştırıcının

arkasına yerleştirilmiştir [ÖZBAŞ, 2004].

Karıştırıcı hücresi 120 cm3’tür ve cihaz üreticileri tarafından %70 lik bir dolum

önerilmiştir. Cihaz bilgisayara bağlanabilmekte ve Convert Data 3.2 programı

vasıtasıyla karıştırma sırasındaki sıcaklık, tork ve devir değerleri aktarılabilmektedir.

Şekil 3.1 Tork reometresi resmi

32

3.2.2. Sıcak Pres

Küçük parçalar halinde doğranan numuneler Qualitest marka sıcak pres ve çelik

kalıplama sistemleriyle 2 mm lik levhalar haline getirilmişlerdir. Pres cihazı hidrolik

bir sistem ile iki çelik plaka arasındaki kalıpların sıkıştırmaktadır ve işlemler

öncesinde sıcaklık, zaman ve basınç parametleri ayarlanabilmektedir.

3.2.3. Soğuk Pres

Sıcak presle şekillendirilen levhalar kalıplardan ayrılmadan önce yüzeylerine bir

zarar gelmemesi için şebeke suyuyla soğutulan ve basınç ayarlı bir soğuk preste oda

sıcaklığına soğutulmuştur.

3.2.4. Eksantrik Pres

2 mm’lik plakalar haline getirilen örneklerden 20 tonluk eksantrik preste kalıplar

kullanılarak mekanik testler için kaşık numuneleri basılmıştır.

3.2.5. Mekanik Test Cihazı

Karışım örnekleri plakalar haline getirildikten sonra bıçaklı kalıp vasıtasıyla test

kaşıkları basılmıştır. Bu kaşıklar, ASTM D 638 – 03 standartına göre TYPE V’e göre

yapılmıştır.

Şekil 3.2: ASTM D 638-03 Standardına göre hazırlanan test kaşığı resmi

33

Şekil 3.3: Çekme test cihazı resmi

3.2.6. Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (Differential Scanning Calorimetry,

DSC)

Kullanılan polimer ve hazırlanan kompozit örneklerinin erime ve kristallenme

sıcaklığı gibi bazı faz geçiş sıcaklıkları ve entalpilerinin belirlenmesinde Diferansiyel

Taramalı Kalorimetre (Differential Scanning Calorimetry, DSC) cihazı

kullanılmıştır. DSC analizleri, Seiko ExstarII DSC6200 cihazında

gerçekleştirilmiştir. Analizler Al kröze içindeki 3-4 mg ağırlığında örneklerle 50

ml/dak. Azot akımı altında gerçekleştirilmiştir. Örnekler, 25°C’ den 200°C’ ye

10°C/dak. Isıtma hızıyla ısıtılmış ve bu sıcaklıkta örneklerin termal hafızalarını

ortadan kaldırmak amacıyla 5 dakika bekletildikten sonra yine 10°C/dak. Soğutma

hızı ile 40°C’ ye soğutulmuştur. Daha sonra 40 oC’ den 200 oC’ ye, 10 oC/dak. Isıtma

hızıyla tekrar ısıtılan örneklerin erime endotermleri kaydedilmiştir. Örneklerin

kristalizayon sıcaklıkları (Tc), erime sıcaklıkları ( Te) ve erime entalpileri (∆ Hm, J/g)

bulunarak, 3.1 nolu denklem ile kristallenme yüzdeleri (Xc) hesaplanmıştır. %100

kristalin polietilenin erime entalpisi (∆H°m) 279 J/g olarak alınmıştır.

cX % = 0

m

m

H

H

∆

∆ x 100 (3.1)

34

3.2.7. Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM)

Hazırlanan numunelerin dağılımlarını incelemek amacıyla JEOL 5600 taramalı

elektron mikroskopu kullanılmıştır.

Şekil 3.4: Taramalı elektron mikroskobu resmi

3.2.8. Yoğunluk Tayini

Yoğunluk tayini TS 767 EN 845 standartına göre yapılmış olup denemeler

Hildebrand HS 300 cihazı kullanılarak yapılmıştır. Malzemelerden birer parça

kesilmiş ve kesilen parçalar 0.0001 hassasiyetindeki terazi ile tartılıp, ölçü sonucu

numunenin havadaki ağırlığı olarak kayıt edilmiştir. Daha sonra kesilen parça bir tel

ile tutturulup su içinde ağırlığı ölçülmüştür. Numunelerin havadaki ağırlıkları sudaki

ağırlıklarından çıkarılarak numunelerin hacmi hesaplanmıştır. Numunenin havadaki

ağırlığı hacmine bölünerek yoğunluğu elde edilmiştir.

Yoğunluk (g/cm3) = Qw x A / ( A- ( B - C )) (3.2)

A : Numunenin havadaki ağırlığı

B : Numunenin + telin ağırlığı (suyun içindeki)

C : Telin ağırlığı (suyun içindeki)

Qw : Suyun yoğunluğu (23 ± 0,10 0C iken 0,9976 g/cm3)

35

3.2.9. MFR, Erime Akış Hızı (Melt Flow Rate)

Karışımlardan alınan numuneler kullanılarak erime akış hızlanır, standart MFR

cihazı kullanarak ölçülmüştür. Testler 190 0C’de ve 2.16 kg altında yapılmıştır.

Erime akış hızı testi, ISO 1133 test standardına göre yapılmaktadır. Bu test polimerik

malzemelerin kendine özgü sıcaklık şartları altında belirli yük ve sıcaklık

uygulanarak (AYPE için 1900C, 2.16 kg, 10 dak.) bir silindir içindeki granül

malzemenin piston yardımıyla çapı belli bir kalıptan geçirilmesi esasına dayanır. Bu

kalıptan on dakika zaman içerisinde geçen malzemenin kütle olarak ifadesi (gram)

erime akış indeksi olarak adlandırılır. Önceden ısıtılmış silindire 6 gram test

numunesi, silindir ve pistonlar temizlendikten sonra yüklenir. Malzeme bir çubuk

yardımı ile pistonun içerisine sıkıştırılır ve test başlatılır. Dört dakika süresince 1 kg

yük, test numunesinin üzerine uygulanır. Daha sonra 2.16 kg (AYPE için) yük

uygulanmaya başlanır. Eriyen malzeme, kalıp ucundan çıkmaya başlar. Çıkan

parçalar uygun zaman aralıkları ile (örneğin 30 saniye) kesilir. Üç parça kesildikten

sonra, bu parçalar 0.001 gram hassasiyetindeki terazide tartılır. Şekil 3.4’de testte

kulanılan erime akış oranı cihazı resmi ve çalışma prensibi grafiği verilmektedir.

Erime akış oranı hesaplama şekli aşağıda verilmektedir.

MFR = ( S x M ) / t (3.3)

S : saniye olarak referans zamanı (600 saniye)

M : kesilen parçaların ortalama ağırlıkları (gram)

t : kesme zaman aralığı (saniye)

Şekil 3.5: MFR cihazı resmi ve çalışma prensibi grafiği

36

3.3. DENEYSEL YÖNTEMLER

3.3.1. Örnek Hazırlama

Tez çalışması sırasında Alçak Yoğunluklu Polietilen sabit oranlarda 3 tip dolgu

maddesi ile karıştırıldı. Karışım oranları aşağıdaki tabloda verilmiştir. Karışımlar 35

gr olarak tartıldı ve karışım oranları ağırlıkça yüzde alınarak hesaplandı. Tartımı

yapılan örnekler HAAKE-Rheomix 600p tork reometresinde 180 0C’ de 5 dakika

boyunca harmanlandı. Bu süre sonunda alınan numuneler iki çelik plaka arasında

preslenip soğutuldu.

Tablo 3.5: Hazırlanan numunelerin karışım oranları

ÖRNEK

NO KISALTMA

KARIŞIM

ADI

AYPE

MİKTARI

(%)

KALSİT

MİKTARI

(%)

TALK

MİKTARI

(%)

KİL

MİKTARI

(%)

1 SAF AYPE SAF AYPE 100 0 0 0

2 C10 % 10 KALSİT – AYPE 90 10 0 0

3 C20 % 20 KALSİT – AYPE 80 20 0 0

4 C30 % 30 KALSİT – AYPE 70 30 0 0

5 T10 % 10 TALK – AYPE 90 0 10 0

6 T20 % 20 TALK – AYPE 80 0 20 0

7 T30 % 30 TALK – AYPE 70 0 30 0

8 K10 % 10 KİL – AYPE 90 0 0 10

9 K20 % 20 KİL – AYPE 80 0 0 20

10 K30 % 30 KİL – AYPE 70 0 0 30

Soğutulan bu numuneler küçük parçalar haline getirilip Shinto (Japan) marka sıcak

ve soğuk mekanik presler kullanılarak plaka haline getirildi. Harmanlar için

220°C’de çalışıldı. Sıcak pres için 20 gram örnek, kalıba yerleştirilmiş ilk 2 dakika

basınçsız, daha sonra 2 dakika 5 kg/cm2, 2 dakika 10 kg/cm2 ,1 dakika 15 kg/cm2, 3

dakika 60 kg/cm2 ile çalışıldı, son kademede 3 dakika soğuk pres (25-30°C, 150

kg/cm2) uygulandı. Test plakaları 2mmx10cmx10cm boyutlarında elde edildi.

Alınan test plakalarından ASTM D 638 – 03’ e göre hazırlanan kaşık kalıbı

kullanılarak eksantrik pres kullanılarak test kaşıkları elde edildi. Bu kaşıklar mekanik

testlerde ve ayrıca diğer analizler için kaşıklardan arta kalan kısımlar kullanıldı.

37

4. BULGULAR

4.1.ÇEKME TESTĐ SONUÇLARI

Yapılan denemelerin Şekil 4.1’deki sonuçlarına bakıldığında dolgu ilave edilmiş

örneklerin saf polietilenlere göre mekanik özelliklerinin değiştiği görülmektedir.

Tablo 4.1’te hazırlanan numunelerden elde edilen değerler belirtilmektedir. Yine bu

değerler doğrultusunda çeşitli grafikler oluşturulmuştur.

Tablo 4.1: Hazırlanan numunelerin çekme testi sonuçları

Farklı özellikteki dolgu maddelerinin artan oranlarda polimere ilaveleri sonucunda

değişik sonuçlar elde edildi. Bu sonuçları etkileyen en önemli özellik dolguların

özgül yüzey alanıdır. Özgül yüzey alanı polimer matrisi ile dolgu maddesi arasındaki

yüzey temas miktarını belirler. Yüksek özgül yüzey alanına sahip olan dolgu

maddeleri karşımın mekanik özelliklerinde artmaya neden olurken, düşük yüzey

alanına sahip olanlar azalmaya yol açarlar. Talk’ın plakamsı şeklinden dolayı

Örnek Adı Elastikiyet

Modülü (N/mm

2)

Akma Mukavemeti

(N/mm2)

Kopma Mukavemeti

(N/mm2)

Akma Uzaması

(%)

Kopma Uzaması

(%)

İşlenmemiş AYPE 15.73 9.51 6.26 222.00 687.83

İşlenmiş AYPE 34.23 8.41 5.38 247.83 725.33

C10 28.84 9.71 6.13 90.67 382.50

C20 47.93 9.49 6.35 75.83 224.83

C30 53.76 10.28 9.59 77.50 133.33

T10 32.77 9.49 7.16 70.17 258.17

T20 41.37 9.64 9.54 37.50 38.17

T30 57.83 10.07 9.59 62.17 72.83

K10 52.01 9.94 6.06 82.67 320.00

K20 30.15 10.22 8.68 83.67 218.67

K30 62.79 10.75 10.49 63.17 90.17

38

polietilen ile daha iyi yüzey temasına sahip olmasından dolayı, gerilme değerlerinde

artış meydana gelmektedir.

Tablo 4.1’de hazırlanan numunelerden elde edilen değerler belirtilmektedir. Buna

göre dolgu ilavesi ile karışımların elastikiyet modüllerinin arttığı görülmektedir.

Elastik modül değerinin yüksek olması malzemenin elastik özellikten rijit özelliğe

geçtiğini, düşük olması ise daha fazla elastik olduğunu gösterir. Tablo 4.3’de

görüldüğü gibi üç farklı dolgu maddesi ilavesinde de modül değerlerinde artışlar

oluşmuştur. Bu nedenle, dolgu maddesi ilavesinin malzemeye daha fazla rijit özellik

kazandırdığı söylenebilir.

Genel olarak her üç dolgu tipinde de aynı artış trendi dikkati çekmektedir. %30’luk

kalsit ilavesinde elastikiyet modülü yaklaşık işlenmemiş AYPE oranına göre % 400

oranında artarken, %30’luk talk dolgusu ilavesi sonucunda elastikiyet modülü % 370

oranında artmıştır. Yine aynı şekilde örneklerin kopma mukavemetlerinde %30 kalsit

ilavesi ile polietilenin işlenmiş AYPE’ye göre % 180’e, %30’luk talk ilavesi ile yine

% 180’e, %30 kil ilavesi ile de % 195’e varan artışlar olduğu görülmüştür. Kristallik

yüzdesi (Xc) arttıkça modül değeri de artmaktadır. Kristal yapının çözülmesi daha

geç ve zor olmaktadır.

Ara yüzey etkileşiminin artması sebebiyle akma uzaması ve kopma uzaması

özelliklerinde Saf AYPE’ ye göre azalma görülmektedir. Dolgu ilavesi ile akma

uzaması değerleri ortalama % 30 azalma göstermiştir. Yine aynı şekilde kopma

uzaması değerleri de ortalama olarak % 25 – 30 arasında azalma izlenmiştir. Bu iki

özellik katılan dolgu miktarının maksimum olduğu %30’luk oranlarda en düşük

değerlerini almaktadırlar. Polimer miktarının azalmasının ara yüzey etkileşimi

arttırması sebebiyle %10’luk artışlarda akma ve kopma uzamaları artış yönünün

tersinde azalmaktadır.

Elde edilen numuneler dolgu maddesi ve polimer matristen oluşmasına rağmen,

dolgu maddesinin katı olmasından dolayı bütün uzama polimer matrisiden

kaynaklanmaktadır.

39

Dolgu maddesi ilavesi ile polimer miktarı azaldığından, uzama değerlerinde düşüşler

meydana gelmektedir. Bu nedenle, dolgu maddesi ilavesinin polimere kırılganlık

kazandırdığı söylenebilir. Tablo 4.2’de ve Şekil 4.2’de azalan uzama değerleri

görülmektedir.

Plakamsı dolgu maddeleri yüksek en/boy oranına sahip oldukları için dolgu

maddesinin polimer matrisini ıslatabilirliğini arttırırlar. Bu nedenle daha az mikro

boşluklar oluşur ve dolgu maddesi polimer arasındaki etkileşim artar. Artan etkileşim

yüzeysel yüklemeler esnasında polimer matrisinden dolgu maddesine çok fazla stres

transferini mümkün kılabilmektedir. Azalan mikro boşlular nedeniyle stres transferi

yayılamayıp, kopmalar oluşmaktadır. Bu nedenle, uzama değerlerinde çok fazla

miktarda düşüşler oluşmaktadır [LEONG, BAHAR, ISHAK, ARIFFIN, &

PUKANSZKY, 2004]. Talkın plakamsı şeklinden dolayı daha düşük uzama

değerlerine sahiptir.

40

Şekil 4.1: Đşlenmiş ve işlenmemiş AYPE’ler ile arttırılmış oranlara göre ilave edilen dolguların karşılaştırılmalı çekme – uzama grafikleri. A)- Kalsit, B)- Kil, C)- Talk

41

Tablo 4.2: AYPE ve %20’lik dolgu artırımlı örneklerin karşılaştırmalı tablosu

Örnek Adı

Elastikiyet

Modülü

(N/mm2)

Çekme

Kuvveti

(N/mm2)

Kopma

Mukavemeti

(N/mm2)

Çekme

Uzaması

(%)

Kopma

Uzaması

(%)

İşlenmiş AYPE 34.23 8.41 5.38 247.83 725.33

İşlenmemiş AYPE 15.73 9.51 6.26 222.00 687.83

C20 55.21 9.94 6.72 88.17 313.5

K20 55.65 10.62 9.97 76.17 105.17

T20 33.75 10.47 10.11 25.33 26.50

Şekil 4.2: Đşlenmiş ve işlenmemiş AYPE’ler ile dolguların %20’lik artırımlarının karşılaştırılmalı çekme – uzama grafikleri.

.

42

4.1.1. Akma Dayanımı

Polietilene artan oranlarda ilave edilen dolgular ile elde edilen numunelerin akma

dayanımı özellikleri Tablo 4.3’ te verilmiştir. Bu değerler doğrultusunda çizilen

grafikler Şekil 4.3’teki gibidir. Şekil 4.3’de görüldüğü gibi dolgu miktarı arttırımı

Saf AYPE’nin akma dayanım kuvvetini arttırmakta olduğu ve tüm dolgularda

yaklaşık olarak aynı artan etkinin yaşandığı gözlendi.

Tablo 4.3: %10’luk kalsit dolgusu artırımı ile değişen akma dayanımı değerleri tablosu.

Karışımın Adı Akma Dayanımı (N/mm2)

SAF AYPE 15,7

C10 18,4

C20 18,7

C30 19,8

T10 18,1

T20 19,4

T30 18,5

K10 19,2

K20 19,7

K30 20,6

(a) SAF AYPE ; 15,7

% 10 KALSİT -AYPE ; 18,4



AKM

A D

AYA

NIM

I

% ORAN

AYPE + KALSİT AKMA DAYANIMI

43

Şekil 4.3: Karışımların dolgu tiplerine göre akma dayanım grafikleri ; (a) Kalsit (b) Kil (c) Talk

SAF AYPE ; 15,7

% 10 KİL - AYPE ; 19,2

% 20 KİL - AYPE; 19,7

% 30 KİL - AYPE; 20,6

AK

MA

DA

YAN

IMI

% ORAN

AYPE + KİL AKMA DAYANIMI

SAF AYPE ; 15,7

% 10 TALK -AYPE ; 18,1

% 20 TALK -AYPE; 19,4

% 30 TALK -AYPE; 18,5

AKM

A D

AYA

NIM

I

% ORAN

AYPE + TALK AKMA DAYANIMI

( b )

( c )

44

4.1.2 Akma Uzaması

Polietilene artan oranlarda ilave edilen dolgular ile elde edilen numunelerin akma

uzaması özellikleri Tablo 4.4’ de verilmiştir. Bu değerler doğrultusunda çizilen


Saf AYPE’nin akma uzmasını azaltmakta olduğu ve tüm dolgularda yaklaşık olarak

aynı azalan etkinin yaşandığı gözlendi.

Tablo 4.4: %10’luk kalsit dolgusu artırımı ile değişen akma dayanımı değerleri tablosu.

Karışımın Adı Akma Uzaması (µm)

SAF AYPE 8300

C10 2600

C20 2200

C30 1800

T10 1950

T20 1600

T30 1000

K10 2900

K20 2200

K30 1900

SAF AYPE ; 8300

% 10 KALSİT -AYPE ; 2600 % 20 KALSİT -

AYPE ; 2200

% 30 KALSİT -AYPE ; 1800

AKM

A U

ZAM

ASI

% ORAN

AYPE + KALSİT AKMA UZAMASI

(a)

45

Şekil 4.4: Karışımların dolgu tiplerine göre akma uzaması grafikleri ; (a) Kalsit (b) Talk (c) Kil

SAF AYPE ; 8300

% 10 TALK -AYPE ; 1950

% 20 TALK - AYPE ; 1600

% 30 TALK - AYPE ; 1000

AKM

A U

ZAM

ASI

% ORAN

AYPE + TALK AKMA UZAMASI

SAF PE ; 8300

% 10 KİL - AYPE ; 2900

% 20 KİL - AYPE; 2200

% 30 KİL - AYPE; 1900

AK

MA

UZA

MA

SI

% ORAN

AYPE + KİL AKMA UZAMASI

( b )

( c )

4.1.3. Kopma Uzaması

Polietilene artan oranlarda ilave edilen dolgular ile elde edilen numunelerin kopma


grafikler Şekil 4.4’teki gibidir. Şekil 4.4’de görüldüğü gibi dolgu miktarı artt

Saf AYPE’nin kopma uzamasını azaltmakta olduğu ve tüm dolgularda yaklaşık

olarak aynı azalan etkinin yaşandığı gözlendi.

Tablo 4.5: %10’luk kalsit dolgusu artır

Karışımın Adı

(a)

46

ma Uzaması



grafikler Şekil 4.4’teki gibidir. Şekil 4.4’de görüldüğü gibi dolgu miktarı artt


olarak aynı azalan etkinin yaşandığı gözlendi.

%10’luk kalsit dolgusu artırımı ile değişen kopma dayanımı değerleri

Karışımın Adı Kopma Uzaması (µm)

SAF AYPE 20700

C10 11450

C20 6700

C30 3900

T10 7800

T20 2200

T30 1200

K10 9650

K20 6800

K30 2900





değişen kopma dayanımı değerleri tablosu.

µm)

Şekil 4.5: Karışımların dolgu tiple

( b

( c

47

Karışımların dolgu tiplerine göre kopma uzaması grafikleri ; (a) Kalsit (b) Talk (c) Kil

b )

c )

grafikleri ; (a) Kalsit (b) Talk

% 10’luk dolgu miktarları ile karışımı yapılan örneklerin Tablo 4.6’daki kopma

uzaması değerlerine göre hazırlanan grafik Şekil 4.6’da verilmiştir. Bu değerlere

göre aynı oran ilaveli

uzama özelliğinin dolgu ilavesi ile neredeyse yarı yarıya azaldığı gözlenmektedir.

Tablo 4.6: %10

Karışımın Adı

% 10 Kalsit + Saf AYPE

% 10 Kil + Saf AYPE

% 10 Talk + Saf AYPE

Şekil 4

PE

K

O

P

M

A

U

Z

A

M

A

S

I

48



göre aynı oran ilaveli dolgular birbiri ile karşılaştırıldığında Saf AYPE’nin yüksek


%10 Dolgu miktarlarının kopma uzaması değerleri

Karışımın Adı Kopma Uzaması (µm)

Saf AYPE 20700

% 10 Kalsit + Saf AYPE 11450

% 10 Kil + Saf AYPE 9650

% 10 Talk + Saf AYPE 7800

4.6: %10 Dolgu miktarlarının kopma uzaması grafiği

% 10 KALSİT % 10 KİL % 10 TALK

SAF PE20700 µm

% 10 KALSİT 11450 µm % 10 KİL

9650 µm

%10' LUK DOLGU - AYPE KARIŞIMLARI KOPMA UZAMASI

PE

% 10 KALSİT

% 10 KİL

% 10 TALK



dolgular birbiri ile karşılaştırıldığında Saf AYPE’nin yüksek


olgu miktarlarının kopma uzaması değerleri tablosu

µm)

olgu miktarlarının kopma uzaması grafiği

% 10 TALK

% 10 TALK 7800 µm

% 10 KALSİT

% 10 KİL

% 10 TALK

Talk, kalsit ve kil dolgularından ağırlıkça %10’luk ilavelerle hazırlanan örn

akma dayanımları Tablo 4.7

akmaya karşı dayanımları saf AYPE’ye göre artmıştır. D

karşılaştırıldıklarında

ve kalsit ile hazırlananlara göre daha fazla olduğu görülmektedir.

Tablo 4.7

Karışımın

% 10 Talk

% 10 Kalsit

% 10 Kil

Şekil 4

PE

A

K

M

A

D

A

Y

A

N

I

M

I

49

kalsit ve kil dolgularından ağırlıkça %10’luk ilavelerle hazırlanan örn

akma dayanımları Tablo 4.7’deki gibidir. Buna göre dolgu ilavesi ile

akmaya karşı dayanımları saf AYPE’ye göre artmıştır. Dolgular kendi aralarında

larında kil dolgusu ile hazırlanan numunelerin akma dayanımları talk

ve kalsit ile hazırlananlara göre daha fazla olduğu görülmektedir.

7: Dolgu miktarlarının akma dayanımı değerleri tablosu

Karışımın Adı Akma Dayanımı (N/mm

SAF AYPE 15,7

% 10 Talk - AYPE 18,1

% 10 Kalsit - AYPE 18,4

% 10 Kil - AYPE 19,2

4.7: %10 Dolgu miktarlarının akma dayanımı grafiği

% 10 TALK - PE % 10 KALSİT - PE % 10 KİL

SAF PE15,8 N/mm2

% 10 TALK - PE 18,1 N/mm2

% 10 KALSİT -18,4 N/mm

PE % 10 TALK - PE % 10 KALSİT - PE

kalsit ve kil dolgularından ağırlıkça %10’luk ilavelerle hazırlanan örneklerin

’deki gibidir. Buna göre dolgu ilavesi ile numunelerin

olgular kendi aralarında

kil dolgusu ile hazırlanan numunelerin akma dayanımları talk

Dolgu miktarlarının akma dayanımı değerleri tablosu

Akma Dayanımı (N/mm2)

olgu miktarlarının akma dayanımı grafiği

% 10 KİL -PE

- PE N/mm2

% 10 KİL -PE19,2 N/mm2

% 10 KİL -PE

Talk, kalsit ve kil dolgularından

akma uzaması değerleri Tablo 4.8’deki

numunelerin akmaya karşı dayanımları saf AYPE’ye göre artmıştır. D

aralarında karşılaştırıldıklarında

uzamaları talk ve kalsit ile hazırlananlara göre daha fazla olduğu görülmektedir.

Tablo 4.8

% 10 Talk

% 10 Kalsit

% 10 Kil

Şekil 4

50

Talk, kalsit ve kil dolgularından ağırlıkça %10’luk ilavelerle hazırlanan örneklerin

uzaması değerleri Tablo 4.8’deki gibidir. Buna göre dolgu ilavesi ile

numunelerin akmaya karşı dayanımları saf AYPE’ye göre artmıştır. D

aralarında karşılaştırıldıklarında kil dolgusu ile hazırlanan numunelerin akma


8: %10 dolgu miktarlı örneklerin akma uzaması tablosu

Karışımın Adı Akma Uzaması (µm)

SAF AYPE 8300

% 10 Talk - AYPE 1950

% 10 Kalsit - AYPE 2600

% 10 Kil - AYPE 2900

4.8: %10 Dolgu miktarlarının akma uzaması grafiği

ağırlıkça %10’luk ilavelerle hazırlanan örneklerin

gibidir. Buna göre dolgu ilavesi ile

numunelerin akmaya karşı dayanımları saf AYPE’ye göre artmıştır. Dolgular kendi

e hazırlanan numunelerin akma


%10 dolgu miktarlı örneklerin akma uzaması tablosu

µm)

olgu miktarlarının akma uzaması grafiği.

51

4.1.4. Polimer Tokluğu

Çekme-uzama grafiklerinin altında kalan bölgeler polimer tokluğunun

hesaplanmasında kullanıldığı Bölüm 2.2.2.1’de dolguların mekanik özellikleri

bölümünde belirtilmiştir. Şekil 4.1’de gösterilen bu grafiklere göre tokluk değerleri

incelendiğinde dolguların yüzde onluk artırımları ile karışımın polimer tokluğunun

azaldığı görülmüştür. Bu özelliğin azalması örneklerin darbeye karşı dayanımlarının

azalmasına neden olmaktadır.

4.2. YOĞUNLUK TEST SONUÇLARI

Yoğunluk ölçümleri TS 767 EN 845 standartına göre yapılmış olup denemeler

Hildebrand HS 300 cihazı kullanılarak yapıldı. Elde edilen sonuçlar aşağıdaki Tablo

4.8’de belirtilmiştir. Bu değerler doğrultusunda elde edilen grafik şekil 4.9’da

verilmiştir. Numunelerin yoğunluk değerleri incelendiğinde öncelikle Saf AYPE’ye

cinsi ne olursa olsun dolgu ilave edilmesi neticesinde yoğunluğunun arttığı izlendi.

Ayrıca sabit oranlarla yapılan arttırımlarda %20’lik kil dolgulu örneğin değer

sapması dışında tüm örneklerde yoğunluğun arttığı tespit edildi. Kalsiyum

karbonatın, talk ve kil’e göre iki kat fazla yoğunluğa sahip olması, elde edilen

sonuçlarda da görüleceği gibi, karışım yoğunluğu en fazla olan dolgu grubu olmasına

sebep olmuştur.

Tablo 4.9: Denemesi yapılan örneklerin yoğunluk değerleri tablosu

Karışımın Adı Yoğunluk Değeri

(g/cm³)

İŞLENMİŞ SAF AYPE 0,908

% 10 KALSİT - AYPE 0,947



% 10 TALK - AYPE 0,963

% 20 TALK - AYPE 1,003

% 30 TALK - AYPE 1,106

% 10 KİL - AYPE 0,952

% 20 KİL - AYPE 1,121

% 30 KİL - AYPE 1,061

Şekil 4.9:

4.3. DSC SONUÇLARI

Dolgu ilavesiyle kristal çekirdeklenmesi saf polietilene göre erken başlamış olduğu

izlendi. Şekil 4.10’da görülen kristallenme grafiği incelendiğinde Talk ilaveli

karışımların kristal büyüme hızının en fazla olduğu görülmektedir. Talk dolgulu

karışımları takiben kil ve daha sonra kalsit dolgulu karışımların saf polietilene göre

kristal büyüme hızlarının daha fazla olduğu görülmektedir. Buna göre kristal büyüme

hızı;

şeklindedir.

Genel çerçeveden bakıldığında dolgu ilaveleri polimerin kristal büyüme

hızını yavaşlatmıştır. Şekil 4.10’da görülen grafik incelendiğinde p

büyüme hızı en fazla iken sırasıyla %20 katkı oranlı kalsit, kil ve talk dolguları ile

gittikçe yavaşlamıştır. Buna göre kristal büyüme hızı;

0,908

0,908

Karışımların Karşılaştırmalı Yoğunluk Değerleri Grafiği

İŞLENMİŞ SAF PE YOĞUNLUĞU (0,908)

52

: Karışımların karşılaştırmalı yoğunluk değerleri grafiği

4.3. DSC SONUÇLARI


kil 4.10’da görülen kristallenme grafiği incelendiğinde Talk ilaveli

tal büyüme hızının en fazla olduğu görülmektedir. Talk dolgulu


rının daha fazla olduğu görülmektedir. Buna göre kristal büyüme

Talk > Kil > Kalsit > Polietilen


hızını yavaşlatmıştır. Şekil 4.10’da görülen grafik incelendiğinde p


gittikçe yavaşlamıştır. Buna göre kristal büyüme hızı;

0,947 1,0051,106

0,963 1,0031,106

0,952


İŞLENMİŞ SAF PE YOĞUNLUĞU (0,908) ARTTIRILMIŞ ORANLARDA DOLGULU KARIŞIMLAR

ğerleri grafiği.


kil 4.10’da görülen kristallenme grafiği incelendiğinde Talk ilaveli

tal büyüme hızının en fazla olduğu görülmektedir. Talk dolgulu


rının daha fazla olduğu görülmektedir. Buna göre kristal büyüme


hızını yavaşlatmıştır. Şekil 4.10’da görülen grafik incelendiğinde polimerin kristal


0,952

1,1211,061


ARTTIRILMIŞ ORANLARDA DOLGULU KARIŞIMLAR

53

Polietilen > Kalsit > Kil > Talk

şeklinde sıralanır.

Şekil 4.10: % 20 Dolgu miktarlı örneklerin kristallenme grafiği

80 85 90 95 100 105 110

0

2000

4000

6000

8000

Sıcaklık ( 0

C)

PE kalsit kil talk

80 90 100 110 120

Sıcaklık ( 0 C)

PE kalsit kil

talk

Şekil 4.11: % 20 Dolgu miktarlı örneklerin 2. erime grafiği

Isı Akısı (mW)

Isı Akısı (mW)

Şekil 4.11’de grafiği görülen 2. erimelerde herhangi bir fark gözlenmemiştir. Tüm

dolguların 2.erimelerinin birbirine çok yakın sıcaklıklarda meydana geldiği gözlendi

Alınan ∆Hm değerleri d

bulunur. Buna göre elde edilen sonuçlar Tablo 4.10’da belirtildi.

Elde edilen kristal yüzdeleri sonuçları incelendiğinde, dolgu ilavesi ile saf

polietilenin kristallenme yüzdesinin arttığı görülmekted

görüldüğü gibi bu artışlar kendi içinde değerlendirildiğinde % 20 talk ilaveli

örneklerin diğerlerine göre daha iyi kristalleşme yeteneği olduğu anlaşılmaktadır.

Talk ilavesi ile kristallenme yüzdesi Saf AYPE’ye göre yaklaşık %15’lere

artış gözlenmektedir.

Saf AYPE

26,77

54


dolguların 2.erimelerinin birbirine çok yakın sıcaklıklarda meydana geldiği gözlendi

değerleri denklem 3.1’ de yerine koyulduğunda örneğin kristal yüzdesi

bulunur. Buna göre elde edilen sonuçlar Tablo 4.10’da belirtildi.

Tablo 4.10: Kristal yüzdesi (% Xc) tablosu

Karışım Adı Kristal Yüzdesi (% Xc)

Saf AYPE 26,77

C20 27,04

K20 28,9

T20 30,91

Şekil 4.11: Kristal yüzdesi % Xc


polietilenin kristallenme yüzdesinin arttığı görülmektedir. Şekil 4.12’de de



Talk ilavesi ile kristallenme yüzdesi Saf AYPE’ye göre yaklaşık %15’lere

artış gözlenmektedir.

C20 K20 T20

27,04

28,9

Kristal Yüzdesi (% Xc)

% Xc


dolguların 2.erimelerinin birbirine çok yakın sıcaklıklarda meydana geldiği gözlendi.

yerine koyulduğunda örneğin kristal yüzdesi

Kristal Yüzdesi (% Xc)


ir. Şekil 4.12’de de



Talk ilavesi ile kristallenme yüzdesi Saf AYPE’ye göre yaklaşık %15’lere varan bir

T20

30,91

55

4.3. TGA SONUÇLARI

Yapılan denemelerde yanma sonucu Saf AYPE örneğinin ağırlığı olması gerektiği

gibi %0’a düşerken C20 %15’e , T20 %29’a ve K20’de %18’e düşmüştür. Yapılan

karışımların %20’lik oldukları göz önüne alındığında kil ile yapılan karışımlardaki

%2’lik sapmanın normal olduğu katidir. %20’lik kalsit dolgusu karışımlarındaki

%5’lik sapma dolgunun yüzeyinin %3-5 oranlarında asitle kaplı olduğundan dolayı

meydana gelmiştir. %20’lik talk dolgusununda yanması sonucu yaklaşık %18-22

arası bir bakiye bırakması gerekirken %30’lara yakın bakiye kalması C20 karışımının

yerine C30 karışımının kullanıldığına işaret etmektedir.

%20 lik dolgu + AYPE karışımlarının TGA ölçümleri sonucunda %10’luk T0.9 ve

%50’lik T0.5 termal bozunma davranışları aşağıdaki tabloda verilmiştir. Bu tabloya

göre C20, T20 ve K20 karışımları saf polietilene göre termal bozunmaları daha geç

başlamıştır. C20 karışımları hızlı termal bozunma gösterirken T20 ve K20

karışımlarında bu bozunma yavaş gerçekleşmiştir.

Tablo 4.11: %20’lik karışımların termal bozunma sıcaklıkları

Karışım Adı T0.9 (0C) T0.5 (

0C)

Saf AYPE 378.0 420.2

C20 389.5 418.4

T20 404.0 464.0

K20 384.0 457.6

56

Şekil 4.12: %20'lik karışımların TGA sonuçları grafiği

0

20

40

60

80

100

Ağır

lık (

%)

PE C20 T20 K20

4.4. SEM SONUÇLARI

Karışımların SEM görüntüleri aşağıdakiler gibidir.

( c )

( c )(

Şekil 4.13: Saf AYPE ve %10 dolgu artırımlı karışımların SEM görüntüleri. (a) Saf AYPE X500 (b) Saf AYPE X3000 (c) C

57

4.4. SEM SONUÇLARI

Karışımların SEM görüntüleri aşağıdakiler gibidir.

(a)

( c )

(e)

(g)

Saf AYPE ve %10 dolgu artırımlı karışımların SEM görüntüleri. PE X500 (b) Saf AYPE X3000 (c) C10 X500 (d) C10 X3000 (e) K

(f ) K10 X3000 (g) T10 X500 (h) T10 X3000

(b)

(d)

( f )

(h)

Saf AYPE ve %10 dolgu artırımlı karışımların SEM görüntüleri. X3000 (e) K10 X500

Şekil 4.14’te Saf AYPE ve %10 dolgu ilaveli numunelerin X500 ve X3000 SEM

görüntüleri yanyana verildi. Bu görüntülere göre hazırlanan numunelerde

topaklaşmanın olmadığı fakat görülen bazı boşluklardan dolayı dolguların polimerle

ara yüzey etkileşimlerinin zayıf olduğu düşünülmektedir.

Aynı zamanda Saf AYPE

incelendiğinde C10 ile

ve her iki örnekte de dikkat çekici bir topaklanma olmadığı gözlenmektedir.

Şekil 4.14: Saf AYPE ile %10 ve %30’luk artırımlı kalsit dolgusu karışımlarının SEM görüntüleri. (a) Saf AYPE X500 (b) Saf AYPE X3000 (c) C10 X500 (d) C10

58


na verildi. Bu görüntülere göre hazırlanan numunelerde


ara yüzey etkileşimlerinin zayıf olduğu düşünülmektedir.

Saf AYPE - %30 KALSĐT örneğinin SEM görüntüler

ile C30 arasında morfolojik açıdan çok büyük farklılıklar olmadığı


(a)

( c )

(e)

: Saf AYPE ile %10 ve %30’luk artırımlı kalsit dolgusu karışımlarının ntüleri. (a) Saf AYPE X500 (b) Saf AYPE X3000 (c) C10 X500 (d) C10

X3000 (e) C30 X500 (f ) C30 X3000


na verildi. Bu görüntülere göre hazırlanan numunelerde


örneğinin SEM görüntüleri de

arasında morfolojik açıdan çok büyük farklılıklar olmadığı


(b)

(d)

( f )

: Saf AYPE ile %10 ve %30’luk artırımlı kalsit dolgusu karışımlarının ntüleri. (a) Saf AYPE X500 (b) Saf AYPE X3000 (c) C10 X500 (d) C10

59

Örneklerin kırılma yüzeylerinin kompozitlerde dolgunun etkisi ile daha pürüzlü

olduğu gözlenmektedir. Pürüzlü yüzeylerinin nedeninin dolgu ilavesi neticesinde

heterojensizlik oluştuğu için meydana geldiği düşünülmektedir.

4.5. MFR SONUÇLARI

Alınan numunelerden ASTM 1238’e göre yapılan yapılan testlerden elde edilen

sonuçlar Tablo 4.12’deki gibidir. Bu sonuçlar kullanılarak dolgu maddesi yüzdesi –

erime akış hızı grafikleri çizildi.

Dolgu maddelerinin erimiş polimerik matrisin akışını engelleyici hareketinden

dolayı, dolgu maddesi ilavesi ile erime akış hızında azalma olduğu ya da vizkozitenin

arttığı belirlenmiştir.

Alınan sonuçlar incelendiğinde kalsit ve kilin polietilenin erime akış oranını azaltıcı

yönde talkın ise diğerlerine göre oranı arttırıcı yönde etkilemiş olduğu

gözlenmektedir. Kil, tabakalı bir yapıya sahip olduğu için bu dolgular arasında yüzey

alanı en geniş olan dolgudur. Bu genişlik sebebi ile ara yüzey etkileşimi fazladır. Ara

yüzey etkileşiminin fazla olması polimer matrisi ile daha çok etkileşim anlamına

gelmektedir. Bu şekilde dolgu polimer ile daha çok etkileşime girer ve akmasını

engeller. Kalsiyum karbonatın yuvarlak biçimli yapısı göz önüne alındığında bu

dolgu ile yapılan karışımların vizkozitelerinin az olması beklenirken CaCO3 ile

hazırlanan örneklerin MFR değerleri değerlendirildiğinde beklenilenin aksi olduğu

görülmektedir. Bunun nedeni CaCO3’ün stearik asit ile kaplı olmasıdır. Bu şekilde 18

karbonlu bir asit ile kaplanan kalsiyum karbonat polimerlerle daha fazla etkileşme

şansı bulduğu düşünülebilir.

Yine aynı sebepten dolayı çok küçük tanecikli ve dolayısıyla çok düşük ara yüzeye

sahip olan talk dolgusu viskoziteyi azaltıcı davranışı sebebiyle erime akışını arttırıcı

yönde etkisi olduğu gözlendi.

Dolguların arttırımları sonucunda, talklı örneklerde çok belirgin olmamakla birlikte

ufak değişimler gözlenirken, kil ve kalsitli örneklerde dolgu arttırımı ile erime

akışının doğru oranlı olduğu belirlendi.

Tork reometresinden geçen işlenmiş AYPE’nin erime akışının işlenmemiş örneğe

göre daha düşük olduğu gözlendi.

Tablo 4.12: Dolgu maddesi ilavesine karşı MFR t

Şekil 4.15: Karışım örneklerinin

11,1014,6

14,60 14,60

Karışım Örneklerinin Karşılaştırmalı MFR

MFR Sonuçları (g / 10 dak.)

60


göre daha düşük olduğu gözlendi.

gu maddesi ilavesine karşı MFR test değerlerinin değişimi tablosu

Ürünler M.F.R ( 190ºC / 2.16 kg.)

Đşlenmiş Pe 11.1 g./ 10 dak.

Đşlenmemiş Pe 14.6 g./ 10 dak.

%10 Talk 14.8 g./ 10 dak.

%20 Talk 11.5 g./ 10 dak.

%30 Talk 12.1 g./ 10 dak.

%10 Kil 3.1 g. / 10 dak.

%20 Kil 4.0 g. / 10dak.

%30 Kil 9.6 g./ 10 dak.

%10 Kalsit 4.2 g./ 10 dak.

%20 Kalsit 7.4 g./ 10 dak.

%30 Kalsit 10.1 g. 10 dak.

: Karışım örneklerinin karşılaştırmalı MFR değerleri grafiği

14,8

11,5 12,1

3,1 4

9,6

4,2

14,60 14,60 14,60 14,60 14,60 14,60 14,60 14,60

Karışım Örneklerinin Karşılaştırmalı MFR Değerleri Grafiği

MFR Sonuçları (g / 10 dak.) Saf AYPE MFR Değeri (g / 10 dak.)


est değerlerinin değişimi tablosu

C / 2.16 kg.)

karşılaştırmalı MFR değerleri grafiği

4,2

7,4

10,1

14,60 14,60 14,60

Karışım Örneklerinin Karşılaştırmalı MFR

Saf AYPE MFR Değeri (g / 10 dak.)

61

5. TARTIŞMA VE SONUÇ

Bu tez kapsamında yapılan çalışmalar sonucunda elde edilen bulgular ve bu

bulguların değerlendirmesi sonucunda elde edilen sonuçlar aşağıda sunulmuştur.

Üç farklı dolgu maddesinin Alçak yoğunluklu polietilene (Saf AYPE) çeşitli

oranlarda (ağırlık olarak %10, 20 ve 30) ilavesi ile Saf AYPE’nin mekanik, fiziksel,

morfolojik ve termal özelliklerindeki değişmeleri incelendi. Dolgu maddesi olarak

CaCO3, talk ve kil kullanıldı.

Yapılan denemelerin çekme-uzama test sonuçlarına bakıldığında dolgu ilave edilmiş

örneklerin saf polietilenlere göre mekanik özelliklerinin değiştiği görülmektedir.

Dolgu ilavesi ile karışımların elastikiyet modüllerinin arttığı görülmektedir. Elastik

modül değerinin artması yumuşak malzemenin sertleşme gösterdiğine işaret eder.

Yine aynı değerin azalması ise malzemenin daha fazla yumuşadığını gösterir.

Yapılan denemelerde üç farklı dolgu maddesi ilavesinde modül değerleri artışı

oluşmuştur ve bu nedenle, dolgu maddesi ilavesi malzemeye daha fazla sertlik

kazandırdığı tespit edilmiştir.

Örneklerin çekme-uzama testlerinden alınan akma dayanımı sonuçlarına göre dolgu

miktarı arttırımı Saf AYPE’nin akma dayanım kuvvetini arttırmakta olduğu ve tüm

dolgularda yaklaşık olarak aynı artan etkinin gözlendiği tespit edilmiştir. Yine aynı

sonuçlara göre dolgu miktarı arttırımı ile Saf AYPE’nin akma uzaması miktarının

azaltmakta olduğu ve tüm dolgularda yaklaşık olarak aynı azalan etkinin yaşandığı

gözlendi. Bu deneme sonuçlarında bakılan diğer bir özellik ise kopma uzamasıdır.

Saf AYPE’nin kopma uzaması dolgu ilavesi ile yaklaşık %50 azaldığı ve dolgu

miktarı artışı ile bu oranın daha da azaldığı incelendi.

Dolguların çekme-uzama deneme sonuçları kendi aralarında karşılaştırmalı olarak

incelendiğinde %10’luk arttırımlarda Saf AYPE’nin uzama miktarının yarıya

düştüğü ve dolgular arasında talkın polietilenin bu özelliğini olumsuz yönde en çok

etkileyen dolgu olduğu gözlendi. %10’luk arttırımlarda dolgu ilavesinin Saf

AYPE’nin akmaya karşı dayanım eşiğini az miktarda arttırdığı belirlendi. Dolgular

kendi aralarında karşılaştırıldıklarında kil dolgusu ile hazırlanan numunelerin akma

62

dayanımları talk ve kalsit ile hazırlananlara göre daha fazla olduğu görülmektedir.

Đncelenen diğer bir özellik kopma uzamasında aynı oran ilaveli dolgular birbiri ile

karşılaştırıldığında Saf AYPE’nin yüksek uzama özelliğinin dolgu ilavesi ile

neredeyse yarı yarıya azaldığı gözlenmektedir. Talk ilaveli karışımın diğer kalsit ve

killi karışımlara göre daha azaltıcı yönde etkilediği belirlendi.

Karışımların karşılaştırılmalı tokluk değerleri incelendiğinde dolguların yüzde onluk

artırımları ile karışımın polimer tokluğunun azaldığı görüldü. Bu özelliğin azalması

örneklerin darbeye karşı dayanımlarının azalmasına neden olmaktadır.

SEM görüntüleri incelendiğinde mevcut büyütme oranlarında AYPE’ye ait

kristallenmelerin gözlenemediği ayrıca küresel şekillerin incelenemediği tespit

edilmiştir. Bu nedenle SEM sonuçları dolgu dağılımlarının yorumlanması için

kullanıldı. Her üç dolgu için büyük dolgu yığışımı ve büyük topaklaşma gözlenmedi.

Örneklerin kırılma yüzeylerinin kompozitlerde dolgunun etkisi ile daha pürüzlü

olduğu gözlendi. Pürüzlü yüzeylerinin nedeninin dolgu ilavesi neticesinde

homojensizlik oluştuğu için meydana geldiği düşünülmektedir. Aynı zamanda Saf

AYPE ile %10 ve %30 kalsit ilaveli örneklerin SEM görüntüleri de incelendiğinde

C10 ile C30 arasında mikro yapıları açısından çok büyük farklılıklar olmadığı ve her

iki örnekte de dikkat çekici bir topaklanma olmadığı gözlenmektedir.

Hazırlanan numunelerin MFR değerlerine incelendiğinde kalsit ve kilin polietilenin

erime akış hızını azaltıcı yönde talkın ise diğerlerine göre oranı arttırıcı yönde

etkilemiş olduğu gözlenmişti. Talklı örneklerde miktar arttırımı ile MFR değeri

düşerken, kalsitli ve killi karışımların %10’luk arttırımlarında MFR değerlerinin de

arttığı görülmektedir. Bu artış sebebinin polimer matrisi içinde bulunan dolgu

miktarlarının artması sebebi ile taneciklerin polimer dolgu ara yüzey etkileşmesinin

zayıflaması nedeni ile birbirleri üzerinden kayarak malzemenin yük altında akma

miktarının arttırdığı düşünülmektedir.

Son olarak termal özellikleri incelendiğinde dolgu ilavesiyle kristal çekirdeklenmesi

Saf AYPE’ye göre erken başlamış olduğu izlendi. Talk dolgulu karışımlar, kil ve

daha sonra kalsit dolgulu karışımlara ve Saf AYPE’ye göre kristal büyüme hızlarının

daha fazla olduğu gözlendi. Genel çerçeveden bakıldığında dolgu ilaveleri polimerin

63

kristal büyüme hızını yavaşlatmıştır. Tüm dolguların 2.erimelerinin birbirine çok

yakın sıcaklıklarda meydana geldiği görüldü. Elde edilen sonuçlara göre denemelerin

kristal yüzdeleri sonuçları incelendiğinde, dolgu ilavesi ile saf polietilenin

kristallenme yüzdesinin arttığı görülmektedir. Dolgular kendi aralarında

incelendiğinde ise % 20 talk ilavesi ile hazırlanan örneğin kristallenme yüzdesinde

Saf AYPE’ye göre yaklaşık %15’lere varan bir artış gözlenmektedir. Talkın plakamsı

şeklinden dolayı polietilen ile iyi yapışma özelliğine sahip olması, akış yönüne

paralel yönlenmesi ve kristallenmeyi arttırıcı yönde etkisi olduğu tespit edilmiştir.

64

KAYNAKÇA

BASAN, S. (2001). Cumhuriyet Üniversitesi Yayınları. (88), 217-226.

BLEECK, M. B. (1998). Calcium carbonate use as filler continues to increase.

Mining engineering ProQuest Science Journals , 59.

BRYDSON, J. (1999). Plastics Materials (Seventh edition b.). Butterworth

Heinemann.

CHANDA, M., & S.K, R. (2007). Plastics Tecnology Handbook (Fourt Edition b.).

CRC Press.

DESAI, N. (1992). The Effect Of Fillers On Mechanical & Thermal Properties Of

High Density Polyetylene. University of Baroda, Hindistan: University of Baroda.

DĐNÇER, T., & ARAS, L. (1984). Polimerlerde Mekanik Özelllikler ve

Karakterizasyonu. Ankara: Tumka, Temel ve Uygulamalı Polimer.

DPT.YBM. (1997 ). http://ekutup.dpt.gov.tr/madencil/oik480.

ERKEK, S. (2007). Karbon Siyahı/Yağ ve Karbon Siyahı Dolgu Maddesi Oranının

Farklı Vulkanizasyon Sistemlerinde Epdm, Nbr ve Sbr Elastomerlerinin Fiziko-

Mekaniksel Özellikleri Üzerine Etkisi. Adana.

ERSOY, O. (2003). Effect of Inorganic Filler Phase on Final Performance of Binary

Immiscible Polypropylene/Polyamide-6 Blend. Đstanbul.

EZDEŞĐR, A., ERBAY, E., TAŞKIRAN, D., YAĞCI, M., CÖBEK, M., & BĐLGĐÇ,

T. (1999). Polimerler I (Cilt I). Đstanbul: PAGEV Yayınları.

EZLEŞĐR.A., ERBAY.E., TAŞKIRAN.Đ., YAĞCI.M.A., CÖBEK.M., & BĐLGĐÇ.T.

(1999). Polimerler I. Đstanbul: PAGEV Yayınları.

65

GACHTER, R., & MULLER, H. (1990). Fillers and Reinforcements (3rd Edition b.).

GÜVEN.O. (1984). Polimerlerin Bazı Termal Özellikleri. Ankara: Tumka, Temel ve

Uygulamalı Polimer,.

HAZER, B. (1993). Polimer Teknolojisi. Trabzon : KTÜ Matbaası.

HOHENBERGER, W. (2003). Fillers and Reinforcements. Plastic Additivies

Handbook (5th Edition b., s. 901-948). içinde Hohenberger, W.: “Fillers and

Reinforcements”, Plastic Additivies Handbook,5th Edition, (2003), 901-948.

KANSU, Y. (2005). Cam Küre, CaCO3 ve Talk Dolgulu Polipropilen Hibrit

Kompozitlerin Mekanik ve Fiziksel Özelliklerinin Đncelenmesi. Đstanbul.

Sempozyumu, E. H. (Dü.). (Nisan 1995). Killerin Sınıflandırılmasında ve Kullanım

Alanlarının Saptanmasında Aranan Kriterlerin Đrdelenmesi. (s. 95, 125 -142, 21 - 22).

Đzmir,Türkiye: MALAYOĞLU,U.;AKAR,A.

LEONG, Y., BAHAR, M., ISHAK, Z., ARIFFIN, A., & PUKANSZKY, B. (2004).

Comparison of the Mechanical Properties and Interfacial Interactions Between Talc

Kaolin, and Calcium Carbonate Filled Polypropylene Composites. Journal of

Applied Polymer Science (Vol.91) , 3315-3326.

MACKENZIE, W., & GUILFORD, C. (1980). Atlas of Rock-Forming Minerals In

Thing Section. Longman Group Limited.

OKAY, A. (1967). Mineral Bilim Ders Kitabı. Acar Matbaası.

ÖZBAŞ, H. (2004). Yüksek Yoğunluk Polietilene Karbon Siyahı Karıştırılması

Đşlemdeki Proses Parametrelerinin Tork Reometresi ile Đncelenmesi. Đstanbul.

PALIN, G. (1971). Teknolojide Plastikler. (M. ÇĐĞDEMOĞLU, Dü.) Makine

Mühendisleri Odası Yayın No:64 , 84-86.

ROFF, W., & SCOTT, J. (1971). "Fibres, Films, Plastics and. Rubbers,"

Butterworth, London.

66

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

SAVAŞÇI, Ö., UYANIK.N., & AKOVALI.G. (2002). Plastikler ve Plastik

Teknolojisi. Đstanbul: Pagev Yayınları.

SMITH, W. (2001). Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Kınıkoğlu, N. G., Birinci

Baskı,. (No:65) , 1.Baskı, 5,6, 10, 307-326. (N. G. Kınıkoğlu, Çev.) Literatür

Yayınları.

WYPYCH, G. (2000). Handbook of Fillers Chem Tec: Toronto,. Canada, 2000; p

465 (2nd edition b.). Toronto, Canada: Chem Tec.

XANTHOS, M. (2005). Functional Fillers for Plastics. Wiley-VCH.

www.polimer.com

http://www.polimernedir.com

http://www.turkcebilgi.com

67

ÖZGEÇMĐŞ

1978 yılında Adana’da doğdum. Đlkokulu Yamaçlı Đlkokulu’nda, orta öğrenimimi

Cumhuriyet Ortaokulu’nda, lise öğrenimi ise Özel Güney Koleji’nde tamamladım.

2001 yılında Đstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Bölümü’nde

başladığım lisans öğrenimimi 2005 yılında tamamladım. 2007 yılı Ekim ayında Đ.Ü.

Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Ana Bilim Dalı Fiziksel Kimya Bölümünde Yüksek

Lisans öğrenimine başladım.

Đstanbul ÜnĐversĐtesĐ fen bĐlĐmlerĐ enstĐtÜsÜ …

Documents