Termoplastik

Termoplastiklerin çoğunun yüksek moleküler ağırlığı vardır. Polimer zincirleri artan sıcaklıkla hızla zayıflayan ve yapışkan sıvı oluşturan moleküller arası kuvvetler ile birleşir. Bu durumda termoplastikler yeniden şekillendirilebilir ve genellikle enjeksiyonla kalıplama, sıkıştırarak kalıplama, merdaneleme ve ekstrüzyon gibi çeşitli polimer işleme teknikleriyle parçalar üretmek için kullanılırlar.

Termoplastikler kürleme işleminde geri döndürülemez kimyasal bağlar oluşturan ısıyla sertleşen polimerlerden veya "termoset”lerden farklıdırlar. Termosetler ısıtıldıklarında erimezler ancak genelde ayrışırlar ve soğuduktan sonra yeniden oluşmazlar.

Cam geçiş sıcaklığının üstünde ve erime noktasının altında termoplastik malzemenin fiziksel özellikleri ilgili bir faz değişimi olmadan büyük ölçüde değişir. Bazı termoplastikler tam olarak kristalleşmez amorf özelliklerinin bir kısmını veya tamamını koruyarak cam geçiş sıcaklığının altında kalırlar. Amorf ve yarı amorf plastikler yüksek optik netlik gerekli olduğunda kullanılırlar çünkü ışık dalga boyundan daha büyük kristalitler tarafından güçlü şekilde dağıtılır. Amorf ve yarı amorf plastikler kristal yapılı olmadıkları için kimyasal saldırılara ve çevresel stres çatlamasına daha az dirençlidir.

Termoplastikler tekrar tekrar eritebilirler ve çözülebilirler. Bu da çevre koruma açısından özel bir anlam taşır. Münferit türleri birbirleri ile karıştırılmazlarsa, termoplastlar yeniden kazanım için mükemmel uygunluktadırlar. Yani teorik olarak birkaç bin yoğurt kasesinden bir çamurluk imal edilebilir.

Camlaşma sıcaklığı Tg (donma sıcaklığı) denilen belirli bir sıcaklık bölgesinin üzerinde zincir molekülleri belirli bir ısıl hareketlilik kazanırlar. Böylece madde daha kolay bükülebilir hale gelir ve sünekleşir. Ancak sekonder bağlar ve hareket sonucu meydana gelen düğümlenmeler kaymayı engeller. Malzeme termo-elastik duruma geçer.

Termoplastik polimerlerinin çeşitlerinin çok fazla olmasına rağmen matris olarak kullanılan polimerler sınırlıdır. Termoplastikler düşük sıcaklıklarda sert halde bulunurlar ısıtıldıklarında yumuşarlar. Termosetlere göre matris olarak kullanımları daha az olmakla birlikte üstün kırılma tokluğu, hammaddenin raf ömrünün uzun olması, geridönüşüm kapasitesi ve sertleşme prosesi için organik çözücülere ihtiyaç duyulmamasından dolayı güvenli çalışma ortamı sağlaması gibi avantajları bulunmaktadır. Bunun yanı sıra şekil verilen termoplastik parça işlem sonrası ısıtılarak yeniden şekillendirilebilir. Oda sıcaklığında katı halde bulunan termoplastik soğutucu içinde bekletilmeden depolanabilir. Termoplastikler yüksek sertlik ve çarpma dayanımı özelliğine de sahiptirler. Yeni gelişmelerle termoplastiğin sağladığı bu artı değerleri son dönem termoset matrislerinden 977-3 Epoksi ve 52450-4 BMI reçineleri de sağlamaktadırlar.

Termoplastiklerin kompozit malzemelerde matris olarak tercih edilmemelerinin başlıca nedeni üretimindeki zorlukların yanı sıra yüksek maliyetidir. Oda sıcaklığında düşük işleme kalitesi sağlarlar bu onların üretimde zaman kaybına yol açmasına neden olur. Bazı termoplastikleri istenilen şekillere sokabilmek için çözücülere ihtiyaç duyulabilir. Termoplastiklerin termosetlere kıyasla hammaddesi daha pahalıdır. Devamlı kullanım sıcaklıkları 60 °C ile 245 °C arasında değişebilen termoplastik reçine çeşitleri bulunmaktadır.

Başlangıçta amorf yapılı reçinelerden polietersulfon (PES) ve polieterimid (PEI) matris olarak kullanılmaktaydı. Sonraki dönemde ise havacılık sektörü uygulamaları için çözücülere karşı dayanım önemli bir kriter olarak ortaya çıkmıştır. Bu ihtiyaç sonrasında polietereterketon (PEEK) ve polifenilen sulfid (PPS) gibi yarı-kristal yapılı plastik malzemeler geliştirilmiştir. Ayrıca sınırlı oranlarda poliamidimid (PAI) ve poliimid gibi plastiklerde kullanılmaktadır.

Bu polimerler diğer termoplastiklerden farklı olarak polimerizasyonlarını kür aşamasında tamamlarlar. En yoğun çalışmalar ise PA, PBT/ PET ve PP gibi düşük sıcaklıklarda kullanılan polimerlerin üzerine yapılmıştır. Tüm bu polimerlerin haricinde ABS, SAN, SMA (StirenMaleikAnhidrit), PSU (polisülfon), PPE (polifenilen eter) matris olarak kullanılır.

Termoplastik reçineler malzemenin çekme ve eğilme dayanımlarının artırılması için kullanılırlar. Otomotiv sektöründe yaygın kullanılan termoplastikler uçak sanayisinde de yüksek performanslı malzeme olarak kullanılır.

Çoğunlukla enjeksiyon ve ekstrüzyon kalıplama yöntemleri ile üretilen termoplastiklerin üretiminde GMT (Glass Mat Reinforced Thermoplastics / Preslenebilir Takviyeli Termoplastik) olarak da üretilir (Bkz. kompozit malzeme üretim yöntemleri). Bu yöntemle hazırlanan takviyeli termoplastikler soğuk plakaların preslenebilmesi ve geri dönüşüm sürecine uygunluğundan dolayı özellikle otomotiv sektöründe tercih edilir.

Termoplastikler ısı ve basınç uygulandığında kolaylıkla yumuşayan, şekil değiştirebilen, akan bu durumda herhangi bir şekli alabilen ve soğutulduğunda sertleşebilen malzemelerdir. Bu özelliklerinden dolayı geri dönüşüm yolu ile tekrar tekrar kullanılabilirler. Şekillendirmede herhangi bir kimyasal değişikliğe uğramazlar. Bu özellikleri esasen termoplastiklerin molekül yapısından ileri gelir.

Termoplastikler lineer moleküllere sahiptirler. Lineer moleküllerde zinciri oluşturan ünitelerin arasında çok kuvvetli kovalent bağlar bulunmaktadır. Moleküller arasında ise fiziksel bir bağ bulunmamaktadır. Sadece molekülleri bir arada tutan zayıf elektrostatik çekme kuvvetleri vardır. Bu moleküller arası kuvvet zincirlerinin birbirine göre hareketlerini engelleyen, ısıya karşı duyarlı bir kuvvettir. Dolayısıyla lineer molekül zincirlerinden oluşan bir termoplastik ısıtıldığında moleküller arsındaki kuvvet zayıflar, molekül zincirleri birbirlerine göre hareket bakımından sıvılara benzer şekilde serbest haline gelir ve malzemeye bir kalıpta kolayca şekil verilebilir. Malzeme soğutulduğunda moleküller arası kuvvet büyür ve molekül zincirlerini verilen yeni şekilde dondurur. Ancak çok ısı verilirse molekül zincirleri kopar ve malzeme özelliklerinde bir yıpranma meydana gelir.Termoplastikleri, buharlaşma ile bileşimlerinin değişmemeleri şartıyla ile tekrar tekrar şekillendirmek ve kaynak yapmak mümkündür.

Ham sellüloz suda erir hale getirilerek; saflaştırılır. Bundan sonra uygun bir kimyasal reaksiyonla rejenere edilir. İşlem, plâstik bir fiber veya tabaka seklinde çekilmek üzere düzenlenir. Hidrojen bağları dolayısıyla moleküller arası kuvvetler bir hayli yüksektir; plâstik suda erimez, çok kristalsidir ve ergimeden önce kömürleşir.

Rejenere selülozdan yapılan fiberler büyük bir endüstrinin temelini meydana getirirler. Çeşitli fiberler yapılabilir ve bunlar reyon olarak sınıflandırılır. Fiberlerin dayanımı çekme ile arttırılabilir.

Ham sellüloz tabakanın bükülebilirliği kullanılamayacak kadar az olduğundan plâstikleştirilmesi gerekir. En iyi plâstikleştirici sudur ve plâstik tabakanın gliserine daldırılması ile %1 oranında bünyeye girer. Gliserinin plâstikleştirici etkisi vardır fakat suyu da emerek plastiğin bünyesinde tutar. Başka plâstikleştiriciler de kullanılabilir. Plâstikleştirilmemiş tabaka su buharına geçirgendir ve paketlemede geçirmez hale getirilmek üzere kaplanır. En çok kullanılan kaplama malzemesi süellüloz nitrat esaslı bir verniktir. Kaplama sonunda elde edilen ısı geçirmez film paketlemede kullanılır ve selofon adı ile bilinir. Başka bir kaplama metodu da sellülozun polietilen gibi iki film tabaka arasına konmasıyla elde edilen “sandviç” filmdir.

Sellüloz nitrat yanıcılığı dolayısıyla enjeksiyon veya basınçlı kalıplamaya uygun olmamakla beraber özel üfleme metotları ile masa tenisi topları yapılır. Malzemenin bu şekline genellikle sellüloid adı verilir. Yanıcı olmayan ısılplastiklerin geliştirilmeleri sellüoidin uygulama alanlarını oldukça sınırlamıştır. Sellüloz nitrat tabaka uzun süre açık havada kaldığı takdirde çatlama ve renk bozulması görülür. Bu plastik çeşitli çimentolarla birleştirilebilir. Bu amaçla en çok kullanılan eritkenler aseton, eter alkol karışımı ve amil asetattır.

Sellüloz asetatın nitrata üstünlüğü yanıcı olmayışıdır. Sellülozun asetilleştirilmesinin ilk ürünü tri asetattır ve hidroksil grupları tamamıyla yer değiştirmişlerdir. Bu malzeme eritkenlerin çoğunda erimez. Hidroliz işleminden sonra bileşimleri di asetatla tri asetat arasında değişen çeşitli ürünler haline gelir. Bu tip plastikler plastikleştirici ile kuru halde karıştırıldıktan sonra tabaka haline getirilirler ve kalıp pudrası elde etmek için öğütülürler veya standart profiller haline getirilirler. Ayrıca kokusuz ve tatsız olup ses dalgalarını yutabilme özellikleri vardır. Kaynak edilebilir ve parlatılabilirler. Alet sapları, şalter kolları, mobilya parçaları, direksiyon kaplaması, oyuncak, gözlük çerçevesi, yazı cihazları vb. yapımında kullanılabilir.

ile belirlenir. Plastik kristalsidir ve normal sıcaklıklarda cam geçiş noktasının oldukça altındadır. Ergimiş halden cam geçiş noktasının altına hızla soğutulduğunda amorf bir plastik elde edilir. Bu amorf plastik cam geçiş noktasının üzerine ısıtıldığında tekrar kristalleşir. Polietilen tereftalat elyaf halinde çok kullanılır. Elyaf ergimiş plastiğin ekstrüzyonu ile elde edilir. Elyaf hali halat, filtre ve özel kumaş yapılmasında kullanılır.

Polietilen tereftalat film halinde de bulunur. Film ergimiş plastikten ekstrüzyonlar elde edilerek amorf bir şekil elde etmek için hızla soğutulur ve sonra gerilerek cam geçiş noktasının hemen üzerine ısıtılır. Germe önce bir yönde ve sonra da buna dik yönde uygulanır. Bundan sonra film bir miktar daha ısıtılarak kristalitlerin film düzleminde yönleşmeleri sağlanır. Bu film yüksek dayanımlı, geçirgen ve ısıl kararlıdır.

Ayrıca kanalizasyon ve temiz su boruları (10 bara kadar basınçlarda kullanılır; sürünme eğilimi), paketlemede ve inşaat malzemesi üretiminde kullanılan folyolar, ev eşyası ve oyuncak yapımı için püskürtme dökme parçalar, kaplar, kablo ve boruların kılıfları, saç parçaların kaplanmasında kullanılır.

Naylon ergiyikten sarma ile fiber haline getirilebilir. Elde edilen elyaf gerilerek çekme dayanımı yükseltilir. Tekstil endüstrisinde, halat, fırça kılı, tenis raket örgüsü gibi ürünlerde kullanılır.

Naylonların atmosferik nemi emmesi diğer ısılplastiklerden daha yüksektir. Emme miktarı çeşitli naylonlar arasında değişir ve plastiğin özelliklerini etkiler. Bunların en sakıncalısı plastiğin elektriksel uygulamalarını sınırlayan yalıtım direncidir.

Naylon parçalar kalıplamayla imal edilebilirler. Naylonu kalıp içinde polimerleştirmekle de imalat mümkündür ve bir tona kadar büyük parçalar bu metotla yapılabilir.

Polikarbonatın boyutsal kararlılığı ve darbe direnci çok yüksektir. Normal sıcaklıkların üzerinde ve altında çok geniş sıcaklık limitleri içinde mekanik dayanımını korur.

Film halinde de bulunabilir. Bu plastiğin uygulamalarının çoğunda dielektrik özeliklerinden yararlanılır. Akım taşıyan iletken destekleri, şalter kutu kapağı ve kondansatör muhafazaları bunlar arasında sayılabilir.

ile belirlenir. Doğrudan doğruya formaldehidden yapılmazlar; polimerin kararlı hale getirilebilmesi için zincirde bazı değişiklikler yapmak gerekir, aksi halde polimer bozulur. Molekül ağırlıkları değişik olan çeşitli kaliteleri vardır, fakat zincirde yapılan değişikliğin tipine göre de farklı kaliteler üretilebilir.

Poliasetaller pudra halinde bulunurlar ve ısılplastikler için geçerli metodlarla işlenebilirler. Plastiğin rijitlik ve dayanımı yüksektir. En göze çarpan üstünlüğü bu özelliklerinin geniş sıcaklık, çevresel şartlar ve zaman limitleri arasında değişmemeleridir. Yorulma direnci çok iyidir. Dielektrik özellikleri iyidir ve plastik mükemmel bir yalıtıcıdır. Bu plastikten yapılan eşya atölye işlemleriyle bozulmaz ve sürtünme katsayısı çok düşüktür.

Poliasetal kalıp imalat ürünleri birçok alanlarda magnezyum, alüminyum, çinko ve pirinç alaşımlarının yerini almaktadır. Yataklar, dişliler, yaylar, zincir baklaları ve kapı tokmakları bunlar arasında sayılabilir.

Polipropilen, nylon ve ABS'nin mühendislikte gittikçe daha çok kullanılmaları, polikarbonat ve poliasetallerin ortaya çıkmaları yüksek mekanik özellikli diğer ısılplastiklerin araştırılmasına yol açmıştır. Bu araştırmalar sonunda üç yeni ısılplastik ortaya çıkmış bulunmaktadır. Bunlar polisulfonlar, fenoksiler ve polifenilen oksittir (PPO). Bu plastikler polikarbonat ve poliasetalden daha pahalı olmakla beraber, mühendislikteki uygulanma potansiyelleri çok yüksektir.