View
10
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
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
iii
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
C20 : % 20 KALSĐT - AYPE
C30 : % 30 KALSĐT - AYPE
T10 : % 10 TALK - AYPE
T20 : % 20 TALK - AYPE
T30 : % 30 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
değer maksimuma ulaşmıştır. B noktası polimerin akma noktasıdır.
C: Polimerde boyun oluşmasının olduğu bölgedir. Plastik deformasyon ve akma
boyun üzerinden çekme sürdükçe devam eder. Boyun oluşması C noktasında
D: Gerilme kuvveti hemen hemen sabittir. Zincirler akma gösterir. Uzama devam
ettiği sürece zincirler çekilme doğrultusunda yönlenirler. Bu tür işleme soğuk çekme
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
değer maksimuma ulaşmıştır. B noktası polimerin akma noktasıdır.
C: Polimerde boyun oluşmasının olduğu bölgedir. Plastik deformasyon ve akma
boyun üzerinden çekme sürdükçe devam eder. Boyun oluşması C noktasında
n hemen sabittir. Zincirler akma gösterir. Uzama devam
ettiği sürece zincirler çekilme doğrultusunda yönlenirler. Bu tür işleme soğuk çekme
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)
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
viskoz davranış göstermektedir [KANSU, 2005].
uzama grafikleri
östereceği mekanik davranış iki
Elastik deformasyon gerilimin fonksiyonudur. En önemli özelliği, kullanılan
enerjinin geri kazanılmasıdır. Bir lastik kauçuğun uzatılıp serbest bırakılması tersinir
bir davranış göstermektedir. Cam macununun belli bir gerilim alanındaki davranışı
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
tokluğuna (Tougness) değerine dolaylı fakat önemli etkisi bulunmaktadır. Polimer
Tokluğu (Tougness) polimerin kırılmadan önce absorplayabileceği enerji miktarının
Şekil 2.11’de görüldüğü gibi gerilme-uzama eğrile
alanı ifade eder. Tokluk çeşitli darbe testleri ve kırılma enerjisi ölçümleri ile
Yukarıda belirtilen özellikler darbe kuvvetine etkisi olan özelliklerdir. Bu
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
sahiplerdir. Çoğu dolgu maddesi polimerden on kat daha fazla ısı iletkenliğine
Diğer yandan ise polimerin özgül ısısının yarısı kadar özgül ısıya sahiptirler. Bu
ğırlık 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 sistemlerde ısı altında eğilme sıcaklığı, gerilme kuvveti
ve modül değerleri gibi aynı eğilimi göstermektedir. Yüksek dolgu oranı çarpıcı bir
ık değerini iyileştirebilir [KANSU, 2005].
tokluğuna (Tougness) değerine dolaylı fakat önemli etkisi bulunmaktadır. Polimer
Tokluğu (Tougness) polimerin kırılmadan önce absorplayabileceği enerji miktarının
uzama eğrilerinin altındaki
alanı ifade eder. Tokluk çeşitli darbe testleri ve kırılma enerjisi ölçümleri ile
Yukarıda belirtilen özellikler darbe kuvvetine etkisi olan özelliklerdir. Bu
le polimer tokluğu bu
değişimden etkilenir. Ayrıca katılaşmanın artması da genel olarak tokluğun
er düşük ısı iletkenliğine sahiptirler. Aynı zamanda yüksek özgül ısıya
sahiplerdir. Çoğu dolgu maddesi polimerden on kat daha fazla ısı iletkenliğine
Diğer yandan ise polimerin özgül ısısının yarısı kadar özgül ısıya sahiptirler. Bu
ğırlık 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
temlerde ısı altında eğilme sıcaklığı, gerilme kuvveti
ve modül değerleri gibi aynı eğilimi göstermektedir. Yüksek dolgu oranı çarpıcı bir
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.
Dolgunun kimyasal yapısı aşağıdaki tablodaki gibidir.
Tablo 3.3: Omyaclay 5 Y – Gz’ nin kimyasal yapısı
Kullanılan Malzeme Yüzde Oran
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.
Dolgunun kimyasal yapısı aşağıdaki tablodaki gibidir.
Tablo 3.4: Omyatalc 5 – Gz’ nin kimyasal yapısı
Kullanılan Malzeme Yüzde Oran
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
% 20 KALSİT -AYPE ; 18,7
% 30 KALSİT -AYPE ; 19,8
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
grafikler Şekil 4.4’teki gibidir. Şekil 4.4’de görüldüğü gibi dolgu miktarı arttırımı
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
uzaması özellikleri Tablo 4.4’ de verilmiştir. Bu değerler doğrultusunda çizilen
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
Polietilene artan oranlarda ilave edilen dolgular ile elde edilen numunelerin kopma
uzaması özellikleri Tablo 4.4’ de verilmiştir. Bu değerler doğrultusunda çizilen
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.
%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
Polietilene artan oranlarda ilave edilen dolgular ile elde edilen numunelerin kopma
uzaması özellikleri Tablo 4.4’ de verilmiştir. Bu değerler doğrultusunda çizilen
grafikler Şekil 4.4’teki gibidir. Şekil 4.4’de görüldüğü gibi dolgu miktarı arttırımı
Saf AYPE’nin kopma uzamasını azaltmakta olduğu ve tüm dolgularda yaklaşık
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
% 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 dolgular birbiri ile karşılaştırıldığında Saf AYPE’nin yüksek
uzama özelliğinin dolgu ilavesi ile neredeyse yarı yarıya azaldığı gözlenmektedir.
%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
% 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
dolgular birbiri ile karşılaştırıldığında Saf AYPE’nin yüksek
uzama özelliğinin dolgu ilavesi ile neredeyse yarı yarıya azaldığı gözlenmektedir.
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
uzamaları talk ve kalsit ile hazırlananlara göre daha fazla olduğu görülmektedir.
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
uzamaları talk ve kalsit ile hazırlananlara göre daha fazla olduğu görülmektedir.
%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
% 20 KALSİT - AYPE 1,005
% 30 KALSİT - AYPE 1,106
% 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
Dolgu ilavesiyle kristal çekirdeklenmesi saf polietilene göre erken başlamış olduğu
kil 4.10’da görülen kristallenme grafiği incelendiğinde Talk ilaveli
tal büyüme hızının en fazla olduğu görülmektedir. Talk dolgulu
karışımları takiben kil ve daha sonra kalsit dolgulu karışımların saf polietilene göre
rının daha fazla olduğu görülmektedir. Buna göre kristal büyüme
Talk > Kil > Kalsit > Polietilen
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;
0,947 1,0051,106
0,963 1,0031,106
0,952
Karışımların Karşılaştırmalı Yoğunluk Değerleri Grafiği
İŞLENMİŞ SAF PE YOĞUNLUĞU (0,908) ARTTIRILMIŞ ORANLARDA DOLGULU KARIŞIMLAR
ğerleri grafiği.
Dolgu ilavesiyle kristal çekirdeklenmesi saf polietilene göre erken başlamış olduğu
kil 4.10’da görülen kristallenme grafiği incelendiğinde Talk ilaveli
tal büyüme hızının en fazla olduğu görülmektedir. Talk dolgulu
karışımları takiben kil ve daha sonra kalsit dolgulu karışımların saf polietilene göre
rının daha fazla olduğu görülmektedir. Buna göre kristal büyüme
Genel çerçeveden bakıldığında dolgu ilaveleri polimerin kristal büyüme
hızını yavaşlatmıştır. Şekil 4.10’da görülen grafik incelendiğinde polimerin kristal
büyüme hızı en fazla iken sırasıyla %20 katkı oranlı kalsit, kil ve talk dolguları ile
0,952
1,1211,061
Karışımların Karşılaştırmalı Yoğunluk Değerleri Grafiği
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
Şekil 4.11’de grafiği görülen 2. erimelerde herhangi bir fark gözlenmemiştir. Tüm
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
Elde edilen kristal yüzdeleri sonuçları incelendiğinde, dolgu ilavesi ile saf
polietilenin kristallenme yüzdesinin arttığı görülmektedir. Şekil 4.12’de de
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.
C20 K20 T20
27,04
28,9
Kristal Yüzdesi (% Xc)
% Xc
Şekil 4.11’de grafiği görülen 2. erimelerde herhangi bir fark gözlenmemiştir. Tüm
dolguların 2.erimelerinin birbirine çok yakın sıcaklıklarda meydana geldiği gözlendi.
yerine koyulduğunda örneğin kristal yüzdesi
Kristal Yüzdesi (% Xc)
Elde edilen kristal yüzdeleri sonuçları incelendiğinde, dolgu ilavesi ile saf
ir. Şekil 4.12’de de
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 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
Şekil 4.14’te Saf AYPE ve %10 dolgu ilaveli numunelerin X500 ve X3000 SEM
na verildi. Bu görüntülere göre hazırlanan numunelerde
topaklaşmanın olmadığı fakat görülen bazı boşluklardan dolayı dolguların polimerle
ara yüzey etkileşimlerinin zayıf olduğu düşünülmektedir.
Saf AYPE - %30 KALSĐT örneğinin SEM görüntüler
ile C30 arasında morfolojik açıdan çok büyük farklılıklar olmadığı
ve her iki örnekte de dikkat çekici bir topaklanma olmadığı gözlenmektedir.
(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
Şekil 4.14’te Saf AYPE ve %10 dolgu ilaveli numunelerin X500 ve X3000 SEM
na verildi. Bu görüntülere göre hazırlanan numunelerde
topaklaşmanın olmadığı fakat görülen bazı boşluklardan dolayı dolguların polimerle
örneğinin SEM görüntüleri de
arasında morfolojik açıdan çok büyük farklılıklar olmadığı
ve her iki örnekte de dikkat çekici bir topaklanma olmadığı gözlenmektedir.
(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
Tork reometresinden geçen işlenmiş AYPE’nin erime akışının işlenmemiş örneğe
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.)
Tork reometresinden geçen işlenmiş AYPE’nin erime akışının işlenmemiş örneğe
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.
Recommended