Polipropilen köpüklerde proses parametrelerinin mekanik, mikroyapı ve yüzey kalite özelliklerine etkisinin araştırılması
Investigation of the effects of process parameters on mechanical, microstructure and surface quality properties of polypropylene foams
Yazar: İBRAHİM BADEM
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MERAL AKKOYUN
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Lif ve Polimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Son yıllarda otomotiv sektöründe, daha önce metalden imal edilen birçok parça hafiflik, daha düşük karbon salınımı ve yakıt tüketimi avantajı sağlaması sebebiyle polimere geçilmiştir. Araçlarda en çok kullanılan plastik olan polipropilenin yerine polipropilen köpükler kullanılması, daha hafif araçlar üretilmesini sağlayacaktır. Ayrıca, kullanılan polimer miktarının azaltılması maliyet avantajı sağlayacaktır. İlaveten, polipropilen köpüklerin daha az esnek ve aynı zamanda ısı ve ses yalıtımı özellikleri yararlanıla bilinecek avantajları arasında yer almaktadır. Bunun dışında, köpürme yönteminin çarpılma, çöküntü ve iç gerilmeleri önlediğinden ötürü daha kaliteli parça üretilmesine olanak sağlanacaktır. Plastik parça üretim metotlarının en önemlisi kuşkusuz plastik enjeksiyon kalıpçılığıdır. Günümüzde üretilen tüm termoplastiklerin üçte biri enjeksiyon yöntemiyle üretilmekte ve polimer üretim makina ve ekipmanlarının yarıdan fazlası plastik enjeksiyon kalıpçılığı için kullanılmaktadır. Bu çalışmanın amacı kimyasal köpürme ajanı kullanarak plastik enjeksiyon yöntemiyle PP köpük üretimi gerçekleştirmektir ve aynı zamanda proses parametrelerinin PP köpüklerinin mekanik, mikroyapı ve yüzey kalite özelliklerine olan etkileri araştırmaktır. Özellikle enjeksiyon hızı ve kalıp açma mesafesinin ektileri tespit edilerek en iyi özelliklere sahip olan parça üretimi için gereken optimum şartlar belirlenmiş olacaktır. Granül halde tedarik edilen kimyasal köpürme ajanı ile polipropilen malzeme karışımı kullanılarak plastik enjeksiyon yöntemi ile üretilen köpük numuneler üzerinde incelemeler yapılmıştır. Enjeksiyon hızı ve kalıp açma mesafesinin PP köpüklerinin hücre çapı, kompakt dış kabuk kalınlığı, yoğunluk, hücre sayısı, yüzey kalite ve mekanik özelliklerine olan etkileri incelenmiştir. İlk adımda, çeşitli enjeksiyon hızlarının (110; 125; 140 mm/s) etkisi 0 mm kalıp açma pozisyonunda test edilmiştir. Daha sonra, farklı kalıp açma mesafelerinde (0; 0.7 ve 1.5 mm) sabit enjeksiyon hızında (110 mm/s) test edilmiştir. Polipropilen köpükler optik mikroskop altında incelenmiştir ve yüzey kalite özellikleri pürüzlülük ve parlaklık ölçen cihazlar kullanılarak belirlenmiştir. Mekanik özelliklerin analizi için çekme testi yapılmıştır. Gerçekleştirilen ölçümler artan enjeksiyon hızına paralel olarak hücre çapı, kompakt kabuk kalınlığı ve elastisite modülünde artış olduğunu göstermektedir. Önemli diğer bir bulgu ise üretilen köpük yapılarda kritik kalıp açma mesafesinin varlığının gözlenmesidir. Bu çalışmada üretilen parça için 0.7 mm olarak belirlenen kritik kalıp açma değerinin altında, kalıp açma oranı arttıkça  parça yoğunluğu düşmektedir ve ondülasyon / estetik hata oluşmamaktadır. Hücre çapı ve elastik modül değerleri,  kompakt kabuk kalınlığında meydana gelen azalmaya bağlı olarak azalmaktadır. Kritik kalıp açma değerinin üzerine çıkıldığında ise artan hücre çapı ve elastisite modülü değerleri ile birlikte yapısı bozulan hücreler daireselliğini kaybedip çökmektedirler. Parça et kalınlığı değişken bir hale gelerek düz parça üzerinde ondülasyonlar gözlemlenmektedir.

Anahtar kelimeler: Kalıp açma, kimyasal köpürme, plastik enjeksiyon, polipropilen köpük, mikroyapı, mekanik özellikler.

Abstract:
In recent years, many parts of the automotive industry, previously made of metal, has been passed to polymers due to their light weight, ie lower carbon emission and fuel consumption advantage. Using polypropylene foams instead of polypropylene, which is the most commonly used plastic in vehicles, will produce lighter vehicles. In addition, reducing the amount of polymer used will provide a cost advantage. Moreover, other interesting advantages of polypropylene foams are less flexible, as well as their heat and sound insulation properties. Also, it will be possible to produce better quality parts since the foaming method prevents the distortion, deformation and internal stresses. Plastic injection molding is the most important part of the plastic parts production methods. A third of all thermoplastics produced today are used in the injection method and more than half of the polymer production machinery and equipment is used for plastic injection molding. The aim of this study was to produce PP foam by plastic injection method using chemical foaming agent and also investigate the effects of process parameters on the mechanical, microstructure and surface quality properties of PP foams. Specifically, the optimum conditions required for the production of parts with the best properties will be determined by analysing the effects of injection speed and core back distances. Foam samples produced by plastic injection method were examined by using a mixture of polypropylene and chemical foaming agent supplied in granular form. The effects of process parameters and in particular the injection speed and core back rate on the evolution of cell diameter, skin layer thickness, foam density, cell number, surface quality and mechanical properties were examined. In the first step the effect of various injection speeds (110; 125; 140 mm/s) were tested at 0 mm core back position. Then, various core back positions (0; 0.7 and 1.5 mm) were tested at constant injection speed (110 mm/s). Polypropylene foams were examined under optical microscope and surface quality properties were determined using roughness and gloss scan devices. Tension test was performed to analyse the mechanical properties. The results showed an increase of the cell diameter, the skin layer thickness and the elastic modulus as the injection speed increases. An important effect of the core back distance was observed with the presence of a critical core back distance. Below this critical value, the cell diameter and the elastic modulus decreases up to a core back distance of 0.7 mm due to a notable decrease of the skin layer thickness. In addition, a decrease in density was observed without any ondulation on flat part. Above this critical value, the cells started to collapse and loose their circularity. Then, wall thickness variations and ondulations on the surface of the part were observed due to the collapse of the cells. 

Keywords: Coreback, chemical blowing, injection molding, polypropylene foam, microstructure, mechanical properties.