ÖNCELİKLE POLİMER NEDİR ?
Polimer küçük basit moleküllerin devamlı olarak birbirini takip etmesi sonucu oluşan makro bileşiklerdir. Günümüzde polimerlerin bir çok kullanım alanı vardır. Polimerler, pencerelerimizde kullandığımız PVC'den tutun da mutfakta kullandığımız teflon tavaya kadar hemen her yerde kendini göstermektedir.
POLİMERLERİN ŞEKİLLENDİRİLMESİ
Polimeri kullanışlı şekle biçimlendirmek için kullanılan teknikler, polimerin özelliğine bağlı olarak çok farklı olabilmektedir. Özellikle polimerin termoplastik veya termoset olup olmaması önemlidir.
Termoplastik polimerleri şekillendirmek için pekçok çeşitte teknik kullanılır. Polimer, ergime sıcaklığının yakınına veya üzerine plastik veya sıvı olması için ısıtılır. Polimer daha sonra dökülür veya bir kalıba enjekte edilir veya arzulanan şekli elde etmek için bir kalıba doğru girmeye zorlanır.
Termoset polimerler için birkaç şekillendirme yöntemi kullanılır. Polimerizasyonda olur olmaz yapı iskeleti kurulduğu için, termoset polimerler atıktan biçimlendirme yeteneğinde değildir.
Ekstrüzyon yöntemi, çubuk, profil, boru, tel ve diğer kalın cidarlı profillerin biçimlendirilmesinde kullanılan önemli bir plastik şekil verme yöntemidir. İstenilen şekli elde etmek için tasarlanmış kalıbın ısıtılması ve presin kovanının önüne yerleştirilmesinin ardından, kontrollü ısıtılmış alüminyum biyeti, zımbanın uyguladığı basınçla kalıbın içinden geçerek istenilen profilin çıkması sağlanır. Profil konveyörde soğutulur ve istenen boyda kesim işlemine tabi tutulur. Kesilen profiller termik fırınında yaşlandırma işlemine tabi tutularak sertleştirilir. Ekstrüzyon yöntemi ile üretilen profillerin kullanım alanlarını sıralamak gerekirse; İnşaat sektörü ve mimari uygulamalar (kapı, pencere, cephe v.b.), araçlar (otomobil, gemi, uçak, tren), elektrik, gıda ve kimya endüstrileri sayılabilir. Ekstrüzyon aynı zamanda tel ve kabloları kaplamak içinde kullanılır.
Ekstrüzyon işleminin gerçekleşmesi için bir bant sisteminin olması gerektiğini belirtmiş ve ekipmanları hakkında kısaca bilgi vermiştik. Bunları sonda başa doğru bir daha saymak gerekirse; döner testere, parçayı veya parçaları istenilen boyda kesmek için kullandığımız bilinen klasik testere. Ondan önce, eğer parça hava ile soğutulacaksa parçamızın üzerinde gidebileceği bir konveyor bant sistemi ve en başta kalıbın üzerinde bağlı olduğu bir ekstrüzyon presi bulunmalıdır. Fakat parçamızı hava ile değil de su ile soğutmak istersek, o zaman döner testereden önce parçamızı çekmesi için bir katerpiller çekici, ondan önce de parçamızın içinden geçeceği soğutma tertibatı konulur. Bu sistem PVC profil ve boru imalatında kullanılır. PVC profillerin imalatının yapıldığı bantlarda ayrıca firmaların kendi şirket isimlerini bastıkları kaplamalar yapılmaktadır. Bu kaplamalar reklam amacı ile olduğu kadar profili korumak amacı ile de kullanılmaktadır. Bunun için sisteme, yapıştırılacak bant üzerine yazılacak yazıyı yazan bir yazıcı, bandı sıcak olarak profil üzerine yapıştıracak sıcak baskı ruloları ve baskı yapıştırıcı ilave edilir.
Ekstrüzyon prosesi parametreleri:
EKSTRÜZYON İŞLEM AŞAMALARI
1) Fabrikadan saf olarak piyasaya verilen polimer kullanım amacı ve beklenen özellikler bakımından bazı dolgu maddeleri, hatta bazı başka tür plastiklerle karıştırılarak kullanıma hazırlanırlar.
2) Ekstrüzyon cihazından geçirilen bu bileşenler eritilerek cihaz ağzına takılı bir şerit veya tel kalıbından geçirilir, çıkışta da uygun boyda kesilerek gerek enjeksiyon gerekse diğer biçimlendirme cihazlarında kullanılmak üzere granül haline getirilirler.
3) Hurda plastikler de herhangi bir biçimlendirme cihazında doğrudan kullanılamazlar. Bunlar bir öğütme makinesinden geçirildikten sonra % 15 oranını aşmamak üzere yukarıda ifade edildiği gibi ekstrüzyon cihazında diğer iyi cins plastiklerle işlenerek granül haline getirilir.
*** Bölgelerde basınç çıkışa doğru artmakta ve maksimum seviyeye ulaşmaktadır. Ektrüzyonun hızı ve sıcaklığı iyi ayarlanmalıdır aksi halde elde edilen plastik malzemede şişmeler meydana gelebilir, bundan dolayı iyi sıcaklık ve iyi hız şeçimi yapılmalıdır. Bu şişmeleri kontrol etmek için ektrüzyon çıkışı sonuna bir takım cihazlar yerleştirilerek bu durum kontrol altına alınabilir. Ektrüzyon hızı çok fazla olursa malzemede kararsızlıklar meydana gelebilir.
EKSTRÜZYON PRESLERİ
160 yıllık bir mazisi olan ekstrüzyon işleminde kullanılan en temel ve en eski eleman ekstrüzyon presidir. Genel olarak iki tipte imal edilirler.
Prese bağlı yağ tankları ile imal edilmişler ve 1950′ li yıllarda alüminyum profillerin imalatında kullanılmışlardır. En büyük özellikleri bağımsız hareket eden ana koçtur. İç çapı 400 ve 500 mm olan borular ayrıca 660′ a 240mm lik kare profiller imal edilebilir.
Bu tip presler özellikle alaşımsız metallerden imal edilen borular ve boşluklu parçaların imalatında yatay preslere oranla daha çok kullanılır.
Geçen on yıl göstermiştir ki düşey presler yatay preslerden çok daha küçük ve özellikle alüminyum profil imalatında çok daha verimlidir.
a) Tek Vidalı Ekstrüzyon Presi:
Vidanın içinde döndüğü kısma ocak ismi verilir. Şekilde görülen temel preste vida konik kavrama ile dişli sisteme bağlanmıştır. Bu şekilde sistemdeki güç vidaya aktarılarak maksimum tork ile vidanın dönmesi ve plastiğin sahip olduğu viskoziteyi yenmesi sağlanmış olur.
Bu preslerde kullanılan vidaların üç kısmı vardır. Birincisi besleme bölgesidir. Besleme bölgesinin fonksiyonu granülü besleme hunisinden alıp bunu vida kanalına iletmektir. Aynı zamanda granül ileri giderken ısınmaya başlar ve sıkışır. Granül ileri giderken basınç artar. Yeterli pompalama için granüllerin vida kenarlarında kalması gerekir. Granüller vida üzerinde fazla kayma eğilimi gösterir ve ocak duvarında düşük seviyede kayma gösterir. Besleme bölgesinden maksimum granül akışı aşağıda belirtilen özelliklerle sağlanır.
1) Vidanın besleme bölgesindeki kanal derinliğinin daha derin olması gerekir.
2) Granüller ve vida arasındaki sürtünme miktarı düşük olmalıdır.
3) Ocak duvarları ve granüller arasındaki sürtünme yüksek olmalıdır.
4) Optimum helis açısı vidada gereklidir.
b) Çok vidalı Ekstrüzyon Presi:
Çok vidalı ekstrüzyon silindir içinde plastik pompalama işi aşırı vida dönmesi olmadan bazı malzemelerde örneğin, toz halinde, pasta halinde, LDPE kabuk granüllerde istenir. Bu özelliği tek vidalı ekstrüzyon presi veremez.
1930 yılında plastik malzemenin daha iyi ekstrüzyon presini beslemesi için çok vidalı ekstrüzyon presleri kullanılmaya başlandı. Bunlardan en çok bilinen ve kullanılan çift vidalı ekstrüzyon presidir. Kendi aralarında ikiye ayrılırlar.
Dişleri birbirine geçen vidalar daha yaygındır. Çünkü daha fazla pozitif pompalama işlevini yapar, polimeri ocak içinde C şeklinde tutar ve vida dönmesiyle silindiri ileriye hareket ettirir.
Bir Ekstrüderin İki Önemli Bölümü
1. Silindir
2. Vida
• Kalıp – ekstrüderin parçası değildir
− Bu belirli bir profil elde etmek için üretilmiş özel bir takımdır.
Ekstrüder Silindiri
• İç çapı tipik olarak 25 ila 150 mm arasındadır
• L/D oranı genellikle 10 ila 30 arasındadır: termoplastikler için yüksek, elastomerler için düşük değerler alınır
• Malzeme vida yardımıyla silindir içinden ötelenir
• Beslenen malzeme elektrikli ısıtıcılar yardımıyla yumuşatılır ve eritilir, karıştırma ve mekanik zorlama ile oluşan ısı, eriyiğin ısınmasına katkıda bulunur.
Ekstrüder Vidası
Şekillendirme bölümü – eriyik homojenize edilir ve kalıp boşluğuna doldurulmak için yeterli basınç oluşturulur.
Ekstrüder Uç Kalıbı
• Eriyik halindeki polimer silindir içinde ilerleyerek kalıp bölgesine ulaşır.
• Kalıba ulaşmadan önce, eriyik bir eleme takımından geçer. Burada eksenel delikler içeren bir dizi elek ve bunu destekleyen rijit bir levha bulunur.
• Bu elek takımı’nın işlevi:
– Eriyik içindeki katışkı ve sert parçacıkları filtre eder
– Polimer akışını düzgünleştirir ve vida tarafından oluşturulan dairesel harekete ait “hatırlama”yı yok eder
Ekstrüder İçinde Malzeme Akışı
• Silindir içinde vida döndüğünde polimer eriyiği kalıbın çıkışına doğru hareket eder
• Bu hareketin temel mekanizması viskoz sıvı ile dönen vida arasında var olan sürtünmedir, bu nedenle oluşan akış Qd.
• Silindirin çıkış tarafında basınç daha yüksek olduğundan, malzemeyi geri akmaya zorlayan bir geri basınç vardır. Bu geri akış: Qb.
• Sonuçta ortaya çıkan net akış: Qx = Qd – Qb
Tolga KARANFİL