Silikon ve neopren malzemelerin ısı ve yük altındaki mekanik özelliklerinin araştırılması
Investigation of the mechanical properties of silicone and neoprene materials under heat and load
Yazar: YALÇIN CAN
Danışman: PROF. DR. ADNAN ÇALIK
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Elastomer malzemeler günümüzde başta otomotiv sanayi olmak üzere, tekstil, tarım, gıda, inşaat, ve sağlık gibi pek çok sektörde kullanılmaktadır. Elastomer malzemeler Amerikan Test ve Malzemeler Derneği (ASTM) standardı adı altında incelenmektedir. Standardlar gereği her elastomer malzeme tek tek ele alınarak ısı değeri, kopma değeri, vb. testlerine tabi tutulmaktadır.

Sanayi alanında yaygın olarak kullanılan elastomer malzemelerin Silikon (VMQ) ve Neopren (CR) olduğu bilinmektedir. Bu çalışmada, ASTM D395 ve ASTM D412 standardları birleştirilerek oluşturulan yeni bir test yöntemi ile zorlayıcı şartlar altında (ısı ve yüke maruz bırakılarak) elastomer malzemelerin mekanik ve elastikiyet özelliklerini koruyup korumadığı araştırılmıştır. ASTM D412 standardında belirtilen ölçülerde kesilen elastomer conta numunesi ASTM D395 standardına göre %25 sıkıştırılarak baskı kuvvetine maruz bırakılmıştır. Baskıya maruz kalan elastomer malzemenin elastikiyet özelliklerindeki değişimi görebilmek için aynı malzemeden bir adet daha kesilmiştir. Kesilen bu iki elastomer malzeme numunesinin bir tanesi baskı altına alınmışken diğer conta numune ise serbest bırakılarak ASTM D412 standardı gereği önceden şartlandırılmış +20°C sıcaklığındaki test kabinine (ETÜV) yerleştirilmiştir. 24 saatin sonunda bu conta numunelerinin ölçü kontrolü ile kalıcı deformasyon miktarına bakılmış ve ayrıca kopma kuvvetleri kontrol edilerek elastikiyet özelliklerindeki değişimleri gözlemlenmiştir. Yeni test şartlarında elastomer malzemelerin maksimum çalışma sıcaklıkları literatürde belirtilen sıcaklıklara yakın olarak seçilmiştir.

Yapılan testler sonucunda conta numunelerinin kalıcı deformasyonun çok düşük olduğu,  ayrıca kopma kuvvetleri sonuçları literatürde verilen değer ile karşılaştırıldığında çok düşük oranda arttığı gözlemlenmiştir. Seçilen bu iki elastomer malzeme zorlayıcı şartlar altında dahi elastikiyet özelliklerini ve mekanik özelliklerini koruduğu kanıtlanmıştır. Standardların birleştirilmesi ile testlerde kullanılan malzeme miktarının azalması sağlanmış ve ayrıca çalışma süresinin azaltılması sağlanarak test maliyetlerinde avantaj elde edilmiştir.

Abstract:
Rubber elastomer materials are used in many sectors such as textile, agriculture, food, construction, aviation, health and especially in the automotive sector. Elastomer materials are researched under the American Association of Testing and Materials. In the scope of the standards, each elastomer material was subjected to tests by indvidualy evaluated according to its heat value, tensile strength, etc. 

It is known that the most used elastomer materials in the industry are Silicone (VMQ) and Neoprene (CR) materials. In this study, it was investigated whether elastomer materials maintain their elasticity under harsh conditions (heat and load) with a new test method which was created by combining the ASTM D412 standard and the ASTM D395 standard. Elastomer gasket sample which is cut according to dimensions specified in ASTM D412 standard, was exposed to 25% compression force in accordance with the ASTM D395 standard. In order to observe the change in the elastic properties of the elastomer material, which was exposed to pressure, second sample which has same material with first sample, was prepared. While one gasket sample was pressurized, the other gasket sample was released and placed in the stove which was preconditioned to ASTM D412 at + 20°C. At the end of 24 hours, the amount of permanent deformation of these gasket samples were measured and also changes in their elastic properties were measured by checking the ultimate tensile stress. In addition, the maximum operating temperatures of the elastomer materials used in the experiment, were determined as close to the operating temperature in the literature.

As a result of the tests, that is, the permanent deformation, was very low, and also it was observed that it increased at a very low rate compared to the value given in the literature by controlling the ultimate tensile forces. It was observed that these two selected elastomer materials maintain their elasticity and mechanical properties even under challenging conditions. By combining the standards, the amount of material used in the tests was reduced, and an advantage was obtained in test costs by reducing the working time.