PC/ABS polimer karışımlarından otomotiv sektörü için kapı projektör lamba kutusunun üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterization of the door projector lamp box for the automotive industry from PC/ABS polymer blends
Yazar: HİLAL ÇETİN
Danışman: PROF. DR. MÜNİR TAŞDEMİR
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Polimer karışımı, yeni malzemelerin işlenmesinde çok önemli bir alanı temsil eder. Polimer karışımlarından yeni polimerlerin geliştirilmesi, sentezden yeni polimerlerin geliştirilmesinden çok daha az maliyetli ve daha hızlıdır. PC, karışımların mukavemeti, boyutsal kararlılığı, ısıl bozulma sıcaklığı ve darbe direncindeki gelişmelere katkıda bulunabilir. ABS'deki PC ve stiren-akrilonitril (SAN) kopolimeri arasındaki pozitif termodinamik etkileşim, endüstriyel ürünlerde bağlayıcı ihtiyacını ortadan kaldırır. ABS, PC'ye göre maliyet düşürmenin yanı sıra işleme avantajları, kimyasal direnç sağlar. Bu nedenle, PC/ABS karışımlarının amacı, saf polimerlere göre özelliklerin ve performansın değiştirilmesidir. Bu karışımın daha ucuz bir maliyetle daha iyi bir özellik dengesine sahip olacağı umulmaktadır. Otomobil sektöründe plastik hammadde kullanımı diğer sektörler ile kıyaslandığında çok daha fazla öneme sahiptir. Son yıllarda değişen müşteri beklentileri nedeni ile araçlara eklenen ek donanımların yarattığı ek ağırlık ve bu ağırlığın sebep olduğu ek emisyonlar, otomobil sektöründe ciddi ağırlık azaltma çalışmalarına yol açmıştır. Plastik hammaddeler sahip oldukları teknik özellikler nedeni ile otomobil ve ağırlığın önemli olduğu diğer tüm alanlarda mühendislik uygulamalarını vazgeçilmezi olmuştur.
Bu çalışmanın amacı, polikarbonattan üretilen otomobillerdeki housing parça diye tanımlanan malzemenin ağırlık azaltmasıyla birlikte tırnaklı yapısının araca montajı sırasında kırılmamasını amaçlamaktadır. Polikarbonattan yapılan bu malzemeye ABS ilavesi ile hem kırılma probleminin çözülmesi hem de ağırlık azaltılması beklenmektedir. İki aşamalı olan bu çalışmada ilk olarak ağırlıkça 100/0, 90/10, 85/15, 80/20, 70/30, 60/40, 50/50, 0/100 oranlarında oluşturulan; kısmi karışabilen malzemeler olduğu bilinen PC/ABS karışımların ağırlıkları ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar karışımda uyumlaştırıcı ihtiyacı olduğunu göstermektedir. Bu sebeple yoğunluğu, müşteri tarafından hedef olarak verilen 1,17 g/cm3 yoğunluğa yakın olan malzeme seçilmiş ve ardından kopmadaki uzama ve darbe mukavemeti beklentisi için uyumlaştırıcı etkisi de olan Metakrilat Bütadien Stiren (MBS) içeriğine sahip elastomer seçilmiştir. Malzeme otomotiv alanında kullanılması sebebiyle yüksek sıcaklıkta enjeksiyon baskısı alınacak dolayısıyla yüksek sıcaklığa maruz kalacaktır. Bu sebeple elastomer seçimi bu kriter de göz önünde bulunarak yapılmıştır. Optimum ağırlığı gösteren PC/ABS malzemeye, ağırlıkça %3-%5-%7 oranlarında elastomer ilavesiyle kopmadaki uzama, darbe ve de yoğunluk değerleri incelenmiştir. Şartnamede hedef darbe değeri 30 kJ/m2 olarak belirtilmiştir. Ağırlıkça %3-%5-%7 oranlarında elastomer ilavesiyle elde edilen malzemenin çentikli charpy darbe testi sonuçları 34,10kJ/m2 - 34,70kJ/m2 - 35,30 kJ/m2  'dır.  Şartnamedeki heder değeri üç elastomer ilavesi de sağlamaktadır. Şartnamede % uzama hedef değeri min %70'dir. Uzama değerleri sırasıyla ; % 65,40 - %75,50 - %81,30 'dır. Bu sonuçlara göre %3 elastomer ilavesi ile darbe değelerini sağlanırken, % uzama değerleri sağlanamamaktadır. Test edilen PC/ABS karışımları, karışım kompozisyonu ve elastomer oranı ile ilişkilendirilmiştir. Yapılan çalışmalar, %5-%7 elastomer içeriğine sahip malzemelerin müşteri beklentisini karşıladığını göstermektedir. Bununla birlikte maliyet göz önünde bulundurulduğunda tez çalışmasında 85PC-10ABS-5IMP şeklinde kodlanan malzemenin müşteri beklentisi olan yüzde uzama, yoğunluk ve de darbe mukavemetini sağladığı görülmektedir.

Abstract:
Polymer blending represents a very important area in the processing of new materials. Developing new polymers from polymer mixtures is much less costly and faster than developing new polymers from synthesis. PC can contribute to improvements in the strength, dimensional stability, thermal distortion temperature, and impact resistance of mixtures. The positive thermodynamic interaction between PC and the styrene-acrylonitrile (SAN) copolymer in ABS eliminates the need for binders in industrial products. ABS provides processing advantages, chemical resistance, as well as cost reduction over PC. Therefore, the purpose of PC/ABS blends is to modify the properties and performance relative to pure polymers. It is hoped that this blend will have a better balance of properties at a cheaper cost. The use of plastic raw materials in the automobile industry is much more important compared to other sectors. The additional weight created by additional equipment added to vehicles due to changing customer expectations in recent years and the additional emissions caused by this weight have led to serious weight reduction efforts in the automobile industry. Due to their technical properties, plastic raw materials have become indispensable for engineering applications in automobiles and all other areas where weight is important.
The aim of this study is to reduce the weight of the material defined as the housing part in automobiles made of polycarbonate, and to prevent its clawed structure from breaking during installation on the vehicle. With the addition of ABS to this material made of polycarbonate, it is expected to solve the breakage problem and reduce weight. In this two-stage study, firstly, the weights and mechanical properties of the mixtures created in the weight ratios of 100/0, 90/10, 85/15, 80/20, 70/30, 60/40, 50/50, 0/100 were examined. The results obtained show that there is a need for compatibilizer in the mixture. For this reason, the material whose density was close to the target density of 1.17 g/cm3 given by the customer was selected, and then the elastomer with Methacrylate Butadiene Styrene (MBS) content, which also has a compatibilizing effect for the elongation at break and impact strength expectation, was selected. Since the material is used in the automotive field, injection pressure will be applied at high temperatures and therefore it will be exposed to high temperatures. For this reason, elastomer selection was made taking this criterion into consideration. Elongation at break, impact and density values were examined by adding 3%-5%-7% elastomer by weight to the PC/ABS material, which shows the optimum weight. In the specification, the target impact value is stated as 30 kJ/m2. The notched Charpy impact test results of the material obtained by adding 3%-5-7% elastomer by weight are 34.10kJ/m2 - 34.70kJ/m2 - 35.30 kJ/m2. The target value in the specification also provides for three elastomer additions. The % elongation target value in the specification is minimum 70%. Elongation values are respectively; It is 65.40% - 75.50% - 81.30%. According to these results, while impact values can be achieved with the addition of 3% elastomer, % elongation values cannot be achieved. The PC/ABS blends tested were correlated with blend composition and elastomer ratio. Studies show that materials with 5%-7% elastomer content meet customer expectations. However, considering the cost, it is seen that the material coded as 85PC-10ABS-5IMP in the thesis study provides the percentage elongation, density and impact resistance that the customer expects.