Microsoft PowerPoint - Malzeme Bilimi II-B\366l\374m 5-2007
advertisement
Bölüm 5:Polimer Malzemeler Polimerin kelime anlamı “çok parçalı ”dır. Bir polimer malzeme, kimyasal olarak birbirine bağlı birçok parça veya birimi içeren bir katı olarak düşünülebilir. Bu bölümde, plastikler ve lastikler adı verilen iki önemli sanayi polimerlerinin yapılarını, özelliklerini, üretim yöntemlerini ve uygulama alanlarını inceleyeceğiz. Plastikler belirli bir biçimde şekillendirilen veya kalıplanan bir yapay malzeme grubudur. Yapılarındaki kimyasal bağa bağlı olarak plastikler iki sınıfa ayrılır: • Termoplastikler (ısıl yoğruk plastikler) • Termoset plastikler (ısıl sert plastikler) Lastikler veya elastomerler, üzerlerine bir kuvvet uygulandığında büyük miktarlarda esneyerek şekil değiştirebilen ve yük kaldırıldığında başlangıç biçimine dönen malzemelerdir. Polimerlerin sınıflandırılması ve yapıları Polimerler, çeşitli yollarla sınıflandırıbilir: sentez (üretim) methoduyla, molekül yapısı ile, mekanik ve termal davranışlarıyla. Polimerlerin sınıflandırılması Davranışı Genel Yapı Termoplastik Eğilebilir çizgisel zincirler Zincir büyümeli veya yoğunlaşma Termoset plastik Esnemez üç-boyutlu ağ Ekseri yoğunlaşma Elastomerler Lineer yanal bağlı zincirler Ekseri zincir büyüme hem zincir Birleşme mekanizması hem de yanal bağ üretir. Polimerleşme mekanizması: Zincir büyüme polimerleri çok sayıda (binlerce olabilir) molekülün kovalent bağlarla, reaksiyona girenlerin kimyası değişmeden, bağlanması suretiyle uzun bir zincirin oluşmasıyla üretilir. Yoğunlaşma polimerleri ise iki veya daha fazla farklı moleküllerin yan ürünlü (mesela su) kimyasal reaksiyonu sonucu oluşur. Polimer yapısı: Lineer (çizgisel) polimerler binlerce moleküllerden oluşan uzun zincirler halindedir. Bu zincirler ilave veya yoğunlaşma reaksiyonu ile oluşur. Her bir zincirdeki atomlar kendi içinde çok dayanımlı kovalent bağlarla birbirine bağlıdır. Fakat, bir zincir diğerine zayıf ikincil bağ ile bağlıdır. Ağ polimerler, zincir büyüme veya yoğunlaşma mekanizması ile oluşturulmuş kuvvetli kovalent yanal bağlı esnek olmayan zincirlerin oluşturduğu üç boyutlu yapılardır. 1 Polimer davranışı davranışı:: Polimerler, ısıtıldıklarında farklı davranış gösterirler. Termoplastik polimerler, isminden anlaşılacağı gibi plastik, sünek davranış gösterir. Bu polimerler yüksek sıcaklıklarda, nihai temel yapısını veya özelliklerini değiştirmeden, şekillendirilebilir, soğutulur ve yeniden ısıtılabilir ve yeniden şekillendirilebilir. Termoplastik polimerler ki lineer yapıya sahiptir, geri dönüşümlüdür. Termoset polimerler ise yoğunlaşma mekanizması ile oluşan üç boyutlu ağ polimerlerdir. Termoset polimerler şekillendirildikten sonra yeniden kullanılamaz, çünkü molekülün bir kısmı yoğunlaşma sırasında malzemeyi terk eder. Elastomerler veya lastikler arada davranış gösterir. En önemlisi kalıcı şekil olmadan çok fazla elastik deformasyon gösterirler. Genelde, tüm polimerlerde polimerizasyon uzun zincirlerin üretimi ile başlar. Zincirdeki atomlar birbirine kovalent bağ ile bağlanır. Termoplastiklerde zincirlerler arasında zayıf van der Waals bağı veya hidrojen bağı vardır. Termosetlerde, zincirler arasında kovalent yanal esnemez halde vadır ki bu da mukavemeti artırır. Elastomerlerde sınırlı yanal bağlanma vardır, bu yüzden eşsiz elastik özellikler gösterir. Yapı Yapıları ların Gö Gösteriliş sterilişi: Polimerler karmaşık yapıya sahiptir. Zincir büyümeli polimerlerin en basiti olan polietilenin (termoplastik) farklı gösterimi aşağıdaki şekillerde görülmektedir. mer mer mer H HH H HH C C C C C C H H HH H H Polyethylene (PE) mer zincirler Küçük ve büyük molekül ağırlığına sahip smaller M larger Mw w Not: Termoplastik polimerler, çok farklı uzunlukta, her birinin molekül ağırlığı ve polimerleşme derecesi biribirinden farklı polimer zincirlerinden oluşur. Dolayısıyla, termoplastik malzemenin molekül ağırlığı anlatılırken ortalama molekül ağırlığından söz edilmelidir. Yani, her bir zincir bir molekül olup bir zincirin molekül ağırlığı zinciri oluşturan atomların ağırlığının toplamına eşittir. Polimerleşme Reaksiyonları Zincir bü büyümeli polimerleş polimerleşme: me: Termoplastiklerin çoğu, zincir büyüme polimerleşmesiye oluşur. Polimerleşme derecesi Yarım Bu süreçte çok sayıda (binlerce olabilir) küçük molekül birbirine kovalent (ortaklaşım) bağıyla kovalent bağlanarak uzun zincirler meydana getirir. Monomerlerin kimyasal olarak uzun molekül zincirleri bağ veya halinde bir araya gelmesine zincir büyümeli polimerleşme denir. serbest Bir etilen molekülünün (C2H4) atomları, karbon atomları arasındaki bir çift elektron kovalent bağ ve karbonla hidrojen atomları arasındaki dört tek kovalent bağıyla birbirlerine bağlanmışlardır (yanda Şekil a). Bir veya daha fazla karbon-karbon çift bağına sahip karbon içeren bir moleküle “doymamış molekül” denir. Dolayısı ile bir karbon-karbon çift bağına sahip olduğundan Tek kovalent etilen doymamış karbon içeren bir moleküldür. Etilen molekülü, reaksiyon bağ başlatıcı (katalizör, ör. H2O2) ile etkinleştirilerek iki karbon atomu arasındaki (b) çift bağ açıldığında, Şekil b de görüldüğü gibi çift kovalent bağının yerini (a) tek bir ortaklaşım bağı alır. Etkinleşmenin bir sonucu olarak, önceki etilen molekülündeki her bir karbon atomu, bir diğer molekülün bir başka serbest elektronuyla kovalent bağ yapacak bir serbest elektrona sahiptir. Etilen monomerin zincir polimerleşmesiyle polietilene dönüştüğü genel tepkime yandaki şekilde (Şekil c) gösterilebilir. Polimer zincirinde tekrar eden birime “mer”denir. Eşitlikteki n, polimer zincirinin polimerleşme derecesidir (PD) ve zincirdeki “mer” sayısına eşittir Polietilen için PD, 100 000 ile 700 000 g/mol arasında değişen ortalama molekül ağırlığına bağlı olarak 3500 ile (ör.H2O2) 25 000 arasındadır. Çizgisel zincirli polimerleşme animasyonları poletilen ve polipropilen için aşağıda gösterilmiştir. (c) Zincirli polimerleşme(animasyon): Polietilen Polipropilen.Burada, H den başka bir atom grubu (metil) yandan C atomuna bağlıdır. 2 Yoğunlaşma polimerleşmesi: Başka bir polimerizasyon reaksiyonu ise yoğunlaşma reaksiyonudur. Monomerlerin kimyasal olarak birbirleri ile reaksiyona girmesi ile polimer oluşur. Bu reaksiyonların çoğunda yan ürün küçük bir molekül (ör. su) meydana gelmektedir. Bu nedenle bu tür reaksiyonlar “yoğunlaşma polimerleşmesi” olarak adlandırılır. Reaksiyona giren moleküller “mer” in kimyasal formulüne sahip değildir ve her “mer” oluşurken moleküller arasında kimyasal reaksiyon vardır. Örneğin, polyester oluşumunda etilen glikol ve adipik asitin reaksiyonu sonucu oluşur. Moleküller arası reaksiyon yandaki şekilde görülmektedir. Bu basamaklı süreç birbiri ardına tekrarlanır ve böylece zincir molekül elde edilir. Bu yöntem, polimerleşme zincir yöntemine göre daha çok zaman alır. Yoğunlaşma reaksiyonu ile yanal bağlı ve ağ polimerleri üretilebilir. Yoğunlaşma polimerleşmesi ile polyester oluşumu Monomerin işlevselliği: Bir monomerin polimerleşmesi için en az iki etkin bağının olması gerekir. Bir polimerin iki etkin bağının olması durumunda diğer iki monomerle reaksiyona girebilir ve bağlanmanın tekrarlanması ile aynı tür monomerler uzun bir zincir (lineer veya çizgisel) polimeri oluşturabilir. Bir monomerin ikiden fazla etkin bağının olması durumunda, polimerleşme ikiden fazla yönde oluşabilecek, böylece üç boyutlu molekül ağı meydana gelecektir. Bir monomerdeki etkin bağların sayısına “monomerin işlevliliği” denir. Uzun zincir polimerleşmesinde iki etkin bağ kullanan monomere iki işlevli denir. Etilen, iki işlevli bir monomere örnektir. Yandaki şekilde gösterilen ağ yapılı polimeri oluşturmak için üç etkin bağa sahip (üç işlevli) monomer kullanılır. Fenol, C6H5OH üç işlevli monomere bir örnektir ve uygun bir katalizör ile ve yeterli ısı ve basınç altında formaldehitle polimerleşerek, ticari adıyla bakalit diye de adlandırılan bir termoset fenolik plastik malzeme haline gelir. Fenol formaldeit (bakalit) ağının kısmen görünümü Büyük Uzun Zincirli Moleküller Etilen monomer Polimer, dev moleküllü malzemelerdir. Termoplastiklerin çoğu, mer zincir büyüme polimerleşmesiyle oluşur. Bu süreçte çok sayıda H H H H H H (binlerce olabilir) küçük molekül birbirine kovalent bağ ile bağlanarak uzun molekül zincirleri meydana getirir. Kovalent bağ ile C C C C C C birbirine bağlanan basit moleküllere monomer (tek parça) denir. Monomer birimlerinden oluşan uzun molekül zincirlerine ise polimer H H H H H H adı verilmektedir. Polimer molekülleri arasında zayıf ikincil bağlar Polyethylene (PE) Polietilen polimer (ör. Van der Waals veya hidrojen bağı) vardır. En basit polimerlerden biri olan polietilenin kimyasal yapısı yanda verilmiştir. Bir polietilen molekül, bir çok monomer etilen (C2H4) moleküllerinin birleşmesiyle oluşur. Polietilen moleküldeki “mer”lerin sayısı, yani birimlerin sayısı, polimerizasyon derecesi (P.D.) olarak bilinir. Polietilen için PD, 100 000 ile 700 000 g/mol arasında değişen ortalama molekül ağırlığına bağlı olarak 3 500 ile 25 000 arasındadır. PD 10-20 arasında olduğunda oluşan madde hafif yağdır (mesela parafin). PD arttığında yağın viskozitesi artar ve P.D. 1000’de katı olur ki bu da gerçek polimerdir. Polimerizasyon derecesi veya molekül büyüklüğü polimerlerin özelliklerini etkiler. Molekül ağırlığı, zincir uzunluğunun başka bir ölçüsü olup PD’nin monomerin moleküler ağırlığı ile çarpımına eşittir. Eğer, başka bir monomer ile başlanırsa farklı bir polimer ortaya çıkar. mer Örneğin, monomer vinil klorür (C2H3Cl) polimerleştirilerek polivinil H H H H H H klorür (PVC) oluşur (yandaki şekil). C C C C C C Burada verilen iki örnek, lineer polimer olarak tanımlanır ve polimerlerin H Cl H Cl H Cl karbon atomları iskeleti ve polimerden polimere değişen kenar (yan) gruplardan oluştuğunu göstermektedir. Ancak, bazı polimerlerde C Polyvinyl chloride Polivinil klorür (PVC)(PVC) atomları yerinde başka tür atomlar (Si, N gibi) da bulunabilir. 3 Problem: Bir cins polietilen 150 000 g/mol molekül ağırlığına sahipse P.D. nedir ? Çözüm: Polietilenin tekrar eden birimi (mer) - CH2-CH2-’dır. Bu merin 4atomx1 gr=4 gr ağırlığı hidrojen atomlarından, 2 atom x12gr=24 gr ise C atomlarından gelmekte ve her polietilen meri için toplam 28 gr olmaktadır. PD= polimer molekülünün ağırlığı (gr/mol) / bir merin ağırlığı (gr/mer)=150 000 /28 =5357 mer/mol. Aynı zincirde farklı monomerler birbirine bağlanırsa, kopolimer oluşur. Farklı monomerlerin diziliş düzenine bağlı olarak değişik türde kopolimer elde etmek mümkündür. Örneğin, monomerler M ve L ile gösterilirse, -L-M-L-M-L-M-L şeklinde diziliş dönüşümlü kopolimer, -L-M-L-L-L-M-M-L-M-L şeklinde diziliş rast gele kopolimer ve -L-M-M-M-M-M-L-L-L-L-L şeklinde diziliş ise blok kopolimer olarak adlandırılır. Başka bir polimer türü kenar grubunun çıkarılarak yerine ve bir zincir bağlanması ile elde edilen “dallı (branch) polimer”dir. Zincir paketlenme verimliliği dal oluşumu ile düştüğünden polimer yoğunluğu azalır. Değişik pozisyonlardaki komşu zincirler birbirine kovalent bağ ile bağlandığında yanal bağlı polimerler elde edilir. Kauçuk elastik malzemelerin çoğunda bu yapı vardır. Üç etkin kovalent bağlı merler, üç boyutlu ağ oluşturur. Bu tür yapıya sahip polimerlere ağ (network) polimerleri denir. Esasında ağ polimeri, yüksek oranda yanal bağlı polimerdir. Bu polimerler farklı mekanik ve termal özellikler gösterir. Epoksi reçineler bu gruba girer. Aşağıdaki şekillerde değişik polimer yapıları görülmektedir. Zincirler kuvvetli mer kovalent bağla bağlı Zincirler arasında zayıf ikinci bağ var Çizgisel polimer Dallı polimer Yanal kovalent bağlı polimer Ağlı polimer Üç değişik polimerin yapıları Çizgisel (lineer) polimer Molekül yapısı Kimyasal yapısı Yüksek yoğunluğa sahip çizgisel polietilen Dallı polietilen düşük yoğunluğa sahiptir. Ağ yapısına sahip fenol formaldehit 4 Çizgisel Polimerlerin Yapısı Kristal olmayan çizgisel polimerin yapı yapısı: Tek sıra karbon-karbon bağının ortaklaşım (kovalent) bağları arasındaki açı 109 ° olduğundan, bir polietilen zincirinin kısa bir bölümünü mikroskop altında inceleyecek olursa, zikzaklı bir yapıda olduğunu görürüz (Şekil a). Fakat, büyük boyutta, kristal olmayan polietilendeki polimer zinciri bir kaba atılan spagetti gibi birbirine girmiştir. Polimer zincirleri bükülmüş, eğilmiş ve sarılmış kangal halde bulunur. Bir çizgisel polimerin bu birbirine girmiş durumu Şekil b’de gösterilmiştir. (b) Uzun bir bir polimer zincirinin şematik gösterilişi. Zincir çok sayıda rast gele (a) Bir polietilen zincirinin kısa bir bölümünün yönlenmiş sargı, büklüm molekül yapısı. Ortaklaşım bağları arasındaki açı içermektedir. 109°’dir. Zincirin kısa bir bölümünün bükülmüş hali. Kısmen kristallli çizgisel polimerin yapı yapısı: Termoplastiklerin çoğu soğurken kısmen kristalleşir. Plastik kristallerde atomların dizilişi, metal ve seramiklere kıyasla daha karmaşıktır. Polimer moleküllerinin kristal bir yapıda tam olarak nasıl dizildikleri henüz bilinmemektedir. Yeni bir model olan katlanmış zincir modeline göre , molekül zincirleri yer yer kendi üstlerine katlanarak kristalli ve kristalsiz bölgeleri oluşturmaktadır. (Yan şekil). Kısmen kristalli çizgisel polimerlerde kristallilik toplam hacmin %5’i ile %95’i arasında değişir. Zincirlerin birbirine dolaşması nedeniyle yüksek derecede kristalleşebilen polimer malzemelerde bile tam bir kristalleşmeye ulaşmak mümkün değildir. Kristalleşme miktarı, daha yavaş katılaşma hızı, tavlama, daha basit mer yapı (ör. Polietilen) ve çizgisel zincir ile artar. Termoplastik malzemede kristalleşme miktarı ile malzemenin çekme dayanımı, yoğunluğu ve ısıl bozunmaya ve yumuşamaya karşı direnci artar. Amorf Kristalli bölge bölge PLASTİK MALZEMELERDE ŞEKİL DEĞİŞTİRME VE Polimerlerde çekme gerilmesiDAYANIMIN ARTIRILMASI GerilmeGerilme-Uzama Davranışı Davranışı:: Metallerin mekanik özelliklerinde kullanılan tanımlar (elastistite modulu, çekme, darbe, yorulma mukavemeti) polimerler içinde geçerlidir. Çekme testi polimerlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Polimerlerde mekanik özellikler, yükleme hızına, sıcaklığa ve çevre kimyasına (su, oksijen mevcudiyeti) çok bağlıdır. Üç değişik çekme eğrisi polimerlerde görülür. Eğri A, kırılgan polimerde elastik deformasyon sırasında kırılmayı göstermektedir. Eğri B’de plastik polimerin metallerin çekme eğrisine benzer davranışı görünmektedir. Yani, elastik uzamadan sonra akma ve plastik deformasyon olmaktadır. Eğri C de görülen deformasyon tamamen elastik olup bu lastik benzeri davranışı (düşük gerilme seviyelerinde büyük olan geri dönebilen deformasyonlar) elastomer plastikler sergilemektedir.. Polimerlerin mekanik değerleri bir çok bakımdan metallerinkinden farklıdır. Polimer malzemelerin elastik modülleri 7 Mpa-4x103 Mpa arasında değişir. Metallerde ise 48x103-410x103 Mpa arasında değişir. Polimerlerde en büyük çekme dayanımı 100 Mpa civarındadır. Metaller ise 4100 MPa’a kadar çıkmaktadır. Metaller nadiren %100 uzama gösterirler, oysa yüksek elastik polimerlerde uzamalar %1000 olabilir.. •Çekme dayanımı, kopma noktasında tespit edilir ve akma dayanımından düşük olabilir. (metalden farklı) •Akma dayanımı, Plastik B için elastik bölgeden sonra eğrinin tepe noktasındaki gerilme değeridir. (metalden farklı) •Uzama ve elastik modül, metallerdeki gibi tanımlıdır. uzama eğrileri A:Kırılgan polimer (ör.termoset) B: Plastik polimer (ör.termoplastik) C:Elastomer polimer Çekme dayanımı Akma dayanımı 5 Sıcaklığı n ve yü caklığın yükleme hı hızının etkisi: Polimerlerin mekanik özellikleri oda sıcaklığına yakın sıcaklıklardaki sıcaklık değişimlerine karşı metallerden daha hassastır. Örneğin, polymethyl methacrylate (Pleksiglas) malzemesine ait değişik sıcaklıklarda elde edilen çekme eğrileri yanda verilmiştir. Burada görüldüğü gibi düşük sıcaklıklarda cam benzeri kırılgan bir davranış yüksek sıcaklıklarda ise lastik benzeri davranış görülmektedir. Sıcaklık arttıkça çekme dayanımı ve elastik modül azalır, süneklik artar. Polimerler deformasyon hızına karşı çok hassas davranış gösterirler. Azalan Sıcaklığın PMMA malzemede geril –uzama deformasyon hızı, artan sıcaklığın gösterdiği aynı etkiye yol eğrisine etkileri açar. Termoplastiklerde şekil değ değiştirme mekanizmaları mekanizmaları: Yandaki şekilde termoplastik bir malzemedeki uzun zincir poimerlerin şekil değiştirmesine yol açan atomsal ve molekülsel mekanizmayı göstermektedir. Şekil a’da, elastik şekil değiştirme, molekül zincirleri içindeki kovalent bağlarının uzaması şeklinde gösterilmiştir. Şekil b’de ise elastik veya plastik şekil değiştirme, çizgisel polimer sargılarının açılması şeklinde görülmektedir. Son olarak, Şekil c’de son olarak plastik deformasyon, ikincil bağların kopup yeniden oluşması ile molekül zincirlerinin birbiri üzerinde kayması şeklinde tanımlanmıştır. Polimer malzemede deformasyon mekanizmaları: (a) ana zincirin karbon kovalent bağlarının uzamasıyla elastik deformasyon, (b) ana zincirin düzelmesiyle elastik veya plastik deformasyon, (c) zincir kayması sonucu plastik deformasyon Termoplastiklerde dayanı dayanım artı artırma yö yöntemleri (a) Polimer zincirlerinin ortalama molekü rlığı ığı ile dayanı molekül ağı ağırl dayanımın artması artması: Termoplastik malzemelerin dayanımları ortalama molekül ağırlıklarına doğrudan bağlıdır, çünkü kararlı bir katı oluşturabilmek için belirli bir molekül ağırlığı aralığına kadar polimerleşme şarttır. Fakat, bu yöntem ile kritik bir molekül kütlesi aralığına eriştikten sonra termoplastik malzemelerin molekül ağırlığını daha da artırmanın dayanımları üzerinde pek etkisi görülmez. Gerilme (b) Kristallilik miktarı miktarını artı artırma: Termoplastiklerin kristallik dereceleri çekme dayanımınlarını çok etkiler. Genel olarak, kristallik derecesi arttıkça çekme dayanımı, çekme elastik modulü ve yoğunluğu artar. Polietilenler ve naylonlar gibi basit kristal yapılara sahip termoplastikler yüksek miktarda kristal oluşturarak katılaşırlar. Termoplastiklerde zincirler arasındaki ikincil bağlar ana kovalent bağlara kıyasla zayıf olmasına rağmen zincirlerin hareketini etkin bir şekilde kısıtlayabilir. Polimerin mekanik özellikleri, ikincil bağların büyüklüğüne çok bağımlıdır. Yüksek oranda kristalli olan polimerde zincirler sıkıca paketlenmiş ve paralel durumda Yüksek yoğunluklu olduğu için amorf ya da daha az kristalli polimerlere kıyasla polietilen ikincil bağların büyüklüğü daha fazladır. Bu bakımdan artan kristalleşme ile polimerin mekanik özellikleri artar. Yandaki şekillerde düşük ve yüksek yoğunluklu polimerin çekme testi Düşük yoğunluklu eğrileri görülmektedir. Düşük yoğunluklu polietilenin düşük polietilen miktardaki kristalliği nedeniyle, çekme dayanımı ve çekme elastik modülü yüksek yoğunluk polietileninden daha düşüktür. Düşük yoğunluklu polietilende molekül zincirleri daha Uzama, cm/cm dallanmış ve birbirinden uzak olduğundan, zincirler arasındaki Yüksek yoğunluk ve düşük bağ kuvvetleri daha zayıftır, bu nedenle düşük yoğunluk yoğunluk polietilenlerinin çekme polietilenin dayanımı daha düşüktür.Çekme eğrisindeki akma gerilme-uzama eğrileri tepeleri çekme deneyi sırasında deney numunesinin boyun vermesi sonucu oluşur . 6 (c)Termoplastiklerin (c)Termoplastiklerin ana karbon zincirleri üzerine ası asılı atom grubları grubları konularak dayanı dayanımın artı artırılması lması: Ana karbon zincirleri üzerine hacimli yan grublar eklenmesi termoplastiklerin kalıcı şekil değişimleri sırasındaki zincir kaymalarını zorlaştırır, çekme dayanımı artırır, sünekliği azaltır. Termoplastiklerin bu yöntemle dayanımlarının artırılmasına örnekler yandaki tablo’da verilmiştir. Termoplastikler mukavemetleri cam fiber takviyesiyle de artırılabilir. Çekme dayan. (Mpa) Elastik Modül (GPa) Düşük yoğunluklu polietilen 21 0.28 Yüksek oranda dallı, amorf (kristalsiz) yapı Yüksek yoğunluklu polietilen 38 1.24 Amorf yapı, çok az dallanma Polipropilen 41 1.52 Amorf yapı, küçük yanal metil (CH3) grupları Polistren 55 3.1 Amorf yapı, büyük benzen (C6H6) grupları Polivinil klorür 62 4.1 Amorf yapı, büyük yanal yüksek kutuplu Cl atomları Polimer Yapı Termoset Plastiklerde Mukavemetleşme Termoset plastikler, malzemenin yapısı içinde bir kovalent ağı yaratılarak mukavemetleşir. Kovalent bağ termoset malzeme içinde , dökümden sonra veya presleme sırasında, ısı ve basınç altında, kimyasal tepkimelerle oluşturulur. Fenolikler ve epoksiler bu yöntemle mukavemet kazanan polimerlerdir. Bu malzemeler kovalent bağ ağları nedeniyle diğer plastiklere göre daha yüksek dayanıma, elastik modülüne ve rijitliğe (kaskatılığa) sahiptir.Örneğin, kalıplanmış fenolik reçinenin çekme dayanamı 62 MPa ve dökülmüş epoksi reçinesininki 82 MPa’dır. Bu malzemeler kovalent bağlı ağlı yapıları nedeni ile düşük sünekliktedirler. Termosetlerin mukavemeti takviyeler katılarak (kompozit malzeme) çok artırılabilir. Örneğin cam lifli fenolik reçinelerin çekme dayanımı 124 MPa’a kadar yükseltilebilir. Bu tür güçlendirilmiş yüksek dayanımlı karma (kompozit) malzemeler dersinde anlatılacaktır. LASTİKLER Yanal bağlar Lastikler (Elastomerler), yük uygulandığında çok yüksek deformasyon gösterir ve yük kaldırıldığında orijinal uzunluğuna elastik olarak geri döner. Bu durum ilk defa doğal kauçukta gözlendi. Lastikler, amorftur. Gerilmesiz Lastiğe gerilme uygulandığında zincir durumda sargı halindeki zincirler deformasyon sırasında sargıları açılır ve çekme yönünde kayma çözülür. Belli bir derece çapraz bağlanma vardır ki bu da olmadan uzar. Yanal bağlar, zincirleri plastik deformasyona karşı direnci artırır. Zincirlerin birbirlerine bağlar. Yük kaldırıldığında birbirini üzerinde kayması yanal bağlar sayesinde malzeme eski boyuna geri döner. engellenir ve yük kaldırıldığında zincirler eski haline geri döner. Lastikler, cam dönüşüm sıcaklığı üstünde sünektir, altında kırılgan olur. Vulkanizasyon ile Vulkanizasyon: Vulkanizasyon: Yanal bağlanma, elastomer poliizopren zincirleri davranış için istenilen kriterlerden biridir. Bu arasında S atomları kriter vulkanizasyon ile sağlanır. Vulkanizasyon, yanal bağlar ekseri yüksek sıcaklıklarda sülfür bileşikleri ile oluşturur. lastiğin hammaddesinin (ör. Poliizopren) kimyasal reaksiyona girmesine denir. Sulfur atomları polimer zincir iskeletindeki çift bağlı C atomlarına bağlanır ve köprü şeklinde yanal bağ Kükürtlenmiş ve oluşturur. Yanal bağ olduğu için elastomer Kükürtlenmiş kükürtlenme malzemeler termoset polimerlerdir. Elastik doğal lastik miş lastiğin modülüs, çekme dayanımı, oksidasyona karşı direnç vulkanizasyon ile artar. E’nin büyüklüğü gerilmeuzama eğrisi çapraz bağlama sayısına bağlıdır. Çok fazla çapraz bağlama uzamayı azaltır. Kovalent çapraz Doğal lastik bağlar kopmayı engeller ve yük kaldırıldıktan sonra uzamış zincirlerin geri gelmesine yardımcı olur. 7 Erime ve cama dönüşüm sıcaklığına molekül ağırlığının etkisi sıvı cam Yarı kristal katı Kristal katı cam erime Kristal olmayan ve kısmen kristal termoplastiğin katılaşması ve soğuma sırasında özgül hacmin sıcaklıkla değişimi Bazı termoplastiklerde cama dönüşüm sıcaklığı Numune Tc(°C) -110 PE (Düş. Ma) PE (Yük. Ma) - 90 PVC + 87 PS +100 PC +150 Termoplastiklerin Tc’sinin kristalli bir katının erime sıcaklığı gibi bir sabite değil, bir dereceye kadar kristallik derecesi, polimer zincirinin ortalama ağırlığı ve termoplastiğin soğuma hızı gibi değişkenlere bağlıdır. Viskoz sıvı Hareketli Sıvı Lastik Tok plastik Sıcaklık Yandaki şekilde Tc ve Te sıcaklıkları molekül ağırlıkla artar. Yüksek sıcaklıklarda akışkan sıvı düşük molekül ağırlıkları için görülür. Orta ve yüksek molekül ağırlıklarında sırasıyla viskoz sıvı ve lastiğimsi hale geçilir. Katı kristal polimerler, nispeten düşük sıcaklıklarda ve molekül ağırlıklarında oluşur. Molekül ağırlığı arttıkça daha fazla amorf karakter görülür. Özgül hacim Termoplastiklerde katılaşma Bir termoplastik sıvı durumdan katılaştığunda kristalsiz veya kısmen kristalli bir yapı meydana gelir. Kristalsiz (amorf) termoplastikler katılaşırken sıcaklığın düşmesiyle özgül hacimlarinde (birim kütlenin hacmi) ani küçülme olmaz (yandaki şekil). Sıvı, sıcaklık azaldıkça aşırı soğumuş sıvıya dönüşür ve özgül hacim yavaşça küçülür. Malzeme düşük sıcaklıklara soğuduğunda özgül hacimsıcaklık eğrisinin eğimi değişir. Eğrinin eğiminin değiştiği dar sıcaklık aralığının ortalama değerine cama dönüşüm sıcaklığı Tc denir. Tc’nin üstünde kristal olmayan termoplastik lastiğimsi davranış gösterir ve Tc nin altında malzeme moleküllerinin hareketi sınırlandığından kırılgan davranıştadır. Kısmen kristalli termoplastik katılaştığında özgül hacimde ani küçülme meydana gelir. Özgül hacimdeki küçülmenin nedeni, polimer zincirlerinin kristalli bölgelerde daha iyi istiflenmesidir. Kısmen kristal termoplastik, kristalsiz aşırı soğumuş sıvı anafaz içindeki kristalli bölgeleri olan bir yapıda olacaktır. Soğuma devam ettikçe özgül hacımsıcaklık eğrisinde eğim değişimiyle kendini gösteren cam dönüşüm sıcaklığına ulaşılacaktır.Cama dönüşümden geçerken aşırı soğumuş sıvı, camsı duruma dönüşür, bu nedenle termoplastiğin yapısı, kristalsiz camsı bir anafaz içinde kristalli bölgeler halindedir. Kısmen kristalli yapı oluşturarak katılaşan termal plastiğe bir örnek, polietilendir. e c Kısmen kristalli katı Kristalli katı Molekül ağırlığı Erime ile zincirler arası bağ kopar. Bu bakımdan -Artan molekül ağırlığı/büyüklüğü ile Te ve Tc artar. -Yanal grupların büyüklüğü ve yanal bağların artması ile Te veTc artar. 8 yük yük VİSKOELASTİSİTE Tamamen viskoz durumda ise yük uygulandığında deformasyon aniden olmaz, zamana bağlı olarak artar. Yük kaldırıldığında deformasyon tamamen geri dönmez, kalıcı şekil değişimi vardır (şekil d) yük Elastik davranış ani olur. Yük altında malzeme hemen elastik uzama gösterir (Şekil b). Yük kalkınca uzama tamamen geri döner. Deformasyon zamana bağlı değildir. Zaman Zaman yük Düşük sıcaklıklarda, amorf polimer cam gibi, cam dönüşüm sıcaklığı üstünde lastiğimsi, sıcaklık artırıldığında ise viskoz sıvı gibi davranır. Düşük sıcaklıklarda mekanik davranış hooke kanununa uyar, elastik davranış vardır. Yüksek sıcaklıklarda ise viskoz sıvı benzeri davranış vardır. Ara sıcaklıklarda ise lastiğimsi katı iki davranışı da gösterir ki bu duruma viskoelastisite denir. Zaman Zaman Ara durumda ise ,viskoelastik durumda, yük uygulandığında ani elastik deformasyon olur, bundan sonra zamana bağlı olan viskoz deformasyon görülür. Deformasyon hızı arttıkça viskolastik malzeme daha az viskoelastik davranış gösterir. Yükleme ta’da, boşaltma ise tr’dedir. Yük altındaki polimer malzeme sürünebilir, yani sabit yük uygulanması ile sabit sıcaklıkta şekil değişimi zamanla artar (malzeme uzar). Uzamadaki artış miktarı uygulanan gerilme ve sıcaklıkla artar. Yandaki şekil polistirenin sürünme uzamasının 25 °C’de 12.1-30 MPa yük aralığında nasıl değiştiğini göstermektedir. Termoplastiklerde cama dönüşüm sıcaklığı altındaki sıcaklıklarda sınırlı molekül zinciri hareketi nedeniyle sürünme hızı nispeten yavaştır. Cama dönüşüm sıcaklığı hemen üstünde elastik ve viskoz uzama nedeniyle (viskoelastik davranış diye adlandırılır) termoplastikler kolay şekil değiştirirler. Cama dönüşüm sıcaklığının üstünde molekül zincirleri birbiri üstünde daha kolaylıkla kayarlar ve bu nedenle bu tür şekil değiştirmeye viskoz akış adı da verildiği olur. Sürünme deney sonuçları uygulanan σo gerilmenin ε(t) oranına sürünme modulü Ec(t) denir ve aşağıdaki denklemle gösterilir. Uzama POLİMER MAZEMELERİN SÜRÜNMESİ Zaman Polistirenin 77 °F’deki değişik yükler altında sürünme eğrileri Sürünme miktarı, kristal yüzdesi arttıkça azalır. Malzemenin yüksek sürünme modulüne sahip olması düşük sürünme hızı demektir. Polimer malzemelerde hacimli yan guruplar ve kuvvetli moleküller arası kuvvetler sürünme hızını azaltır. Plastiklere cam lifi katılması sürünme modüllerini artırıp sürünme hızlarını düşürür. 9 Polimer malzemelerde gerilme gevşemesi Sabit uzama altında olan polimer malzemede sabit uzamaya yol açan gerilme zamanla düşer (yandaki Şekil). Bu olaya gerilme gevşemesi denir. Polimer malzemelerde gerilme gevşemesinin nedeni, polimer zincirlerinin aralarındaki ikincil bağların kopup yeniden oluşması ve zincir büklümlerinin çözülüp zincirlerin birbirleri üzerinde yavaşça kaymaları şeklinde meydana gelen viskoz akıştır. Sürecin meydana gelebilmesi için yeterli aktivasyon enerjisi varsa, gerilme gevşemesi malzemenin kendiliğinden daha düşük enerjili duruma geçmesini sağlar. Polimer malzemelerde gerilme gevşemesi sıcaklığa ve aktivasyon enerjisine bağlıdır. Gerilme gevşemesinin oluşma hızı gevşeme zamanı τ’ya bağlıdır. Gevşeme zamanı bir malzeme özelliği olup, σ gerilmesinin başlangıçtaki değerinin yüzde 37 (1/e)’ye düşmesi için geçen zaman olarak tanımlanır. Gerilmedeki zamanla düşüş − σ = σ 0e Gerilme gevşemesi testi: ε0 kadar uzat ve burada tut. Gerilmedeki azalmayı zamana bağlı ölç. Zincir sargıları çözüldükçe uzama zamana bağlı değişir. deformasyon Gerilme Zaman Problem: Bir lastik malzeme sabit uzama altında 7.6 MPa gerilmeyle yükleniyor 20 °C’ta 40 gün sonra gerilme 4.8 Mpa’a düşüyor. (a) Bu malzemenin gevşeme zaman sabiti nedir ? (b) 20 °C’ta 60 gün sonra gerilme ne kadar olacaktır ? Çözüm: σ t = − ⇒ ln τ σo σ = 4.8 Mpa , σ 0 = 7 .6 Mpa , t = 40 gün (a) σ = σ 0 e t τ eşitliği ile verilir. Burada σ = t zamanı sonundaki gerilme, σ0=başlangıç gerilmesi ve τ=gevşeme zaman sabitidir. (b) − t τ 40 4 .8 ln ⇒ τ = 87 gün =− τ 7 .6 60 σ ln ⇒ σ = 3.82 Mpa =− 87 7 .6 Sıcalıklığın Gevşeme Modülüne etkisi Gevşeme modulü, Er(t), aşağıdaki eşitlikle verilir. Burada σ (t) zamana bağlı gerilme, εo sabit uzama miktarıdır. Gevşeme modülü Camsı (elastik) bölge Gevşeme modülü, yandaki şekilde görüldüğü gibi sıcaklığa bağlı olarak değişir. Şekil, amorf polistren (ataktik) malzemede yüklemeden 10 s sonra gevşeme modülünü sıcaklığın fonksiyonu olarak göstermektedir. Şekil üzerindeki eğride değişik farklı bölgeler görülmektedir. Önce en düşük sıcaklıklarda, camsı bölgede malzeme kaskatı (rijit) ve kırılgandır, Er(t=10s), hemen hemen elastik module eşit olup sıcaklıktan bağımsızdır. Bu bölgede deformasyon zamana bağlı değişmez, elastik davranış gösterir. Burada moleküller esasen yerlerinde donmuş durumdadır. Sıcaklık arttıkça, 20 °C lık Tc’ ye kadar sıcaklık artışı ile Er(10)da 103 mertebesinde keskin düşüş görülür. Bu bölge cam geçiş bölgesidir. Bu bölgede deformasyon zamana bağlı olup viskoelastik davranış görülür. Deformasyon tamamen geri kazanılmaz. Daha yüksek sıcaklıkta lastiğimsi bölgede, nispeten düz bölge, malzeme lastiğe benzer deformasyon gösterir. Deformasyon burada kolaydır, çünkü gevşeme modülü düşüktür. Daha yüksek sıcaklıklarda önce yumuşak lastiğimsi bölgeden geçilir , sonra deformasyon zamana çok bağlı olup tamamen viskoz davranış görülür. Burada polimer zincirleri birbirinden bağımsız hareket ederler. Cam geçiş bölgesi Lastiğimsi bölge Viskoz akış sıcaklık 10 Termoplastik ve termoset polimerler arasındaki temel farklar Termoplastikler Termoplastik polimer: polimer: Termoplastikler, çizgisel (lineer) polimerlerdir. Şekillendirilebilmeleri için ısıtılmaları gereken plastikler, soğuduktan sonra şeklini korur. Bu plastikler, özelliklerinde önemli değişiklik olmadan defalarca ısıtılarak yeni şekillere sokulabilir. Termoplastiklerin çoğu, birbirine kovalent (ortaklaşım) bağıyla bağlı çok uzun karbon atomları zincirlerine sahiptir. Asılı atomlar ve atom grupları bu ana zincir atomlarına kovalent bağla bağlanır. Bazen ana molekül zincirlerine kovalent bağ ile azot, oksijen, veya kükürt atomlarının bağlandığı da olur. •Isı ile yumuşar. Termoplastik polimerlerdeki uzun molekül zincirleri ise birbirine ikincil •Tekrar tekrar eritilip bağlarla bağlanır ve çapraz kovalent bağlanma azdır. Termoplastiklere kullanılabilir. örnek olarak polietilenler, viniller, akrilikler gösterilebilir. Termoplastiklerin mekanik özellikleri sıcaklığa çok bağımlıdır. •Az çapraz kovalent bağlanma var. Termoset polimer: polimer: Zincirleri çapraz bağlı ağ oluşturan bir polimer termoset •Sünektir. polimerdir. Termoset kelimesinde imalatı sırasında sıcaklığın ağ yapısını oluşturması anlamı vardır. Termosetler, kalıcı bir biçimde şekillendirilip Termoset plastikler kimyasal bir tepkimeyle olgunlaştıktan sonra veya sertleştikden sonra ısıtılarak yeniden yumuşatılamaz veya diğer bir şekle sokulamazlar. Çünkü, sıcaklık belli bir sıcaklığın üstüne çıktığında, çapraz bağlar kopar, geri dönüşümsüz kimyasal reaksiyon neticesinde plastiğin yararlı özellikleri kaybolur. Çok yüksek sıcaklıklara ısıtılınca bozunurlar. Dolayısı ile termoset plastikler yeniden üretim çevrimine giremez. Termoset denmesinin nedeni, plastiğin kalıcı olarak şekillendirilebilmesi için ısıya ihtiyacı olmasıdır. Termoset plastikler içinde sadece oda sıcaklığındaki •Isı ile yumuşamaz. kimyasal reaksiyon ile sertleşen bir çok plastik de vardır. Termoset •Büyük oranda kovalent plastiklerin çoğu birbirine kovalent bağıyla bağlanmış karbon atomları ağına sahiptir. Bazen oksijen, azot, kükürt ve diğer atomlarda termoset ağa çapraz bağlanma var ortaklaşımla bağlanır. Fenolikler, doymamış polyesterler ve epoksiler (“Mer”lerin %10-50si). termoset malzemelere örnek verilebilir. Termoset plastiklerin mekanik özellikleri termoplastiklere kıyasla sıcaklığa az bağımlıdır. •Ekseri sert ve kırılgandır. PLASTİK MALZEMELERİN ŞEKİLLENDİRİLMESİ (Parça Üretimi) Plastik tanelerinden veya peletlerinden levha, çubuk ve boru gibi şekilli parçalar elde etmek için farklı yöntemler kullanılmaktadır. Polimer malzemelerin şekillendirilmesi normal olarak yüksek sıcaklıklarda ve ekseri basınç uygulanarak yapılır. Yöntem bir dereceye kadar plastiğin termoplastik mi yoksa termoset mi olduğuna bağlıdır. Termoplastikler, genellikle yumuşak bir duruma kadar ısıtılarak soğumadan önce şekillendirilir. Soğuma sırasında parçanın şeklini koruması için basınç uygulamasına devam edilir. Buna karşılık termoset polimerden parça üretimi iki aşamalıdır. Önce düşük molekül ağırlığına sahip sıvı halde lineer polimer hazırlanır. Bu malzeme istenilen parça şekline sahip kalıp içinde nihai sert ürüne dönüşür. Bu ikinci aşamada, ısı ve basınç altında katalist (hızlandırıcı) ilavesi ile polimerleşme meydana gelir ve molekül seviyesinde kimyasal ve yapısal değişimler, çapraz bağlı veya ağsı yapı, olur. Boyutları kararlı olan parça sıcak halde kalıpdan çıkarılır. Enjeksiyon kalıplama: Bu yöntemle termoplastik malzemeleri şekillendirmek için en çok kullanılan yöntemlerden birisidir. Aşağıdaki şekilde enjeksiyon kalıplama cihazı görülmektedir. Pelet veya tane halindeki polimer malzeme konik şeklinde bir besleyiciden burgulu, ısıtılmış bir silindir içine beslenir. Yük, burgu vasıtası ile silindirin ısıtılmış bölgesine itilir. Burada termoplastik malzeme erir ve viskoz sıvı oluşur. Erimiş plastik, burgu vasıtası ile silindirin ucundaki delikten kalıp içine beslenir. Basınç altında katılaşma olur. Kalıp açılır, parça alınır ve işlem tekrarlanır. Bir parça üretimi için süreç 10-30 saniye arasında değişir. Ekstrüzyon (dar çıkım) yöntemi: Bu yöntem, termoplastikler için uygundur. Enjeksiyon kalıplama tekniğinin basitleştirilmiş halidir. Uzun borular, filmler, şeritler ve çeşitli kesitteki çubuklar üretilir. Bu yöntemde, thermoplastik malzeme ısıtılan bir silindire beslenir kalıp ve burada eriyen plastik, döner burguyla istenen şekli oluşturmak üzere biçimlendirilmiş delikten sürekli dışarı basılır. Ekrüzyonlu parça, kalıbı terk ettikten sonra boyutsal kararlılığı sağlamak için, cama dönüşüm sıcaklığı altına kadar soğutulmalıdır. Soğuma genellikle hava üflenerek veya suyla yapılır. Enjeksiyon kalıplama ısıtma Burgu 11 Üflemeli kalıplama : Termoplastik için kullanılan diğer önemli bir şekillendirme yöntemidir. Üflemeli kalıplamada, sıkım adı verilen ısıtılmış bir plastik parçası, silindir veya tüp, kalıbın çeneleri arasına yerleştirilir. Kalıp kapatılarak silindirin ucu koparılır ve plastik basınçlı hava üflenerek kalıp duvarlarına doğru şişirilir. Burada sıkım sıcaklığı ve viskozitesi dikkatli kontrol edilmelidir. Üflemeli kalıplama Basınçlı hava Basınçlı kalıplama Üst çene Kalıp boşluğu Basınçlı kalıplama ve taşımalı kalıplama: Birçok termoset polimer basınçlı kalıplama yöntemiyle katı parçalar halinde şekillendirilir. Basınçlı kalıplamada ön ısıtılabilen plastik reçine bir veya daha fazla boşluğu olan sıcak bir kalıba yüklenir. Kalıbın üst kısmı, plastik üzerine bastırılır ve uygulanan basınç ve ısı etkisiyle sıvılaşan (viskoz hale gelen) malzeme kalıp boşluğuna basılır. Termoset polimerin çapraz bağlanması için ısıtmaya devam edilir (bir iki dakika). Taşımalı kalıplamada plastik doğrudan kalıp boşluğuna verilmeyip katı polimer ayrı bir odada ısıtılır ve eriyen malzeme kalıp odasına basılır. Kalıplanan malzemeye bükülmez bir polimer ağı oluşturmak için yeterli olgunlaşma süresi verildikten sonra parça kalıptan çıkarılır. Taşımalı kalıplama özellikle basınçlı kalıplamayla yapılamayacak kadar karmaşık şekilli parçaların yapımı için uygundur. Bu teknik termoplastiklere de uygulanabilir, ancak daha pahalı ve zaman alıcıdır. Döküm: Polimer malzemeler metal gibi dökülebilir. Erimiş plastik malzeme kalıba dökülür ve katışlamasına müsaade edilir. Hem termoset hem de termoset plastikler dökülebilir. Termoplastiklerin katılaşması erimiş malzemenin soğuma sırasında olur. Termosetlerde sertleşme, ekseri yüksek sıcaklıklarda polimerizasyon sonucu oluşur. Polimer Katkı Maddeleri Şimdiye kadar polimerlerin temel özellikleri anlatıldı. Bazı özellikleri molekül yapısı ile ilişkilidir veya kontrol edilir. Ekseri, molekül yapıların değiştirilmesi ile özelliklerin değişimi bir dereceye kadar mümkündür. Polimere katkı maddelerinin ilavesi ile mekanik, kimyasal ve fiziksel özellikler daha da geliştirilebilir. Böylece polimerler daha da kullanışlı hale gelir. Polimere bilerek katılan ilaveler dolgu malzemeleri, plastikleştirici, kararlı yapıcılar, renk vericiler ve ateşe dayanımı artırıcılardir. Dolgu malzemeleri: Çekme ve dayanımını, aşınma direncini, tokluğu, boyutsal ve ısıl kararlığı ve diğer özellikleri artırmak için polimere katılır. Toz dolgu malzemeleri arasında odun tozu, silika tozu, kum, kil gibi malzemelere sayılabilir. Bu malzemeler pahalı olmadığı için daha pahalı polimerin maliyetini düşürür. Plastikleştirici: Esnekliği, sünekliği ve tokluğu artırmak için polimerlere katılır. Plastikleştiriciler genellikle düşük molekül ağırlığına sahip sıvıdır. Oda sıcaklığında kırılgan olan polimerler (ör.PVC) için kullanılır. Küçük plastikleştirici moleküller büyük polimer zincirleri arasına yerleşerek, zincirler arası mesafeyi artırarak moleküller arası ikincil bağlanmayı azaltır. Polimerin cam geçiş sıcaklığını düşürür ve normal şartlarda süneklik gerektiren uygulamalar için kullanılır. Örneğin, ince filmler, boru, perde. Kararlı yapıcılar: Bazı polimerler normal çevre koşullarında hızla bozunurlar, kırılgan olurlar. Bozunma çoğunlukla ışığa (özellikle UV radyasyonu) maruz kalma ve oksidasyon sonucu oluşur. UV radyasyonu zincir boyunca bazı kovalent bağların kopmasına, ayrıca çapraz bağlanmaya yol açar. Oksidasyon bozunması, oksijen atomları ile polimer molekülleri arasında kimyasal etkileşim soncudur. Bu tür bozunmaları önleyen ilavelere kararlaştırıcı denir. Renk vericiler: Renk vericiler polimere belli bir renk verir. Sıvı veya pigment olarak katılabilir. Sıvı boya polimer içinde çözünebilir ve polimerin molekül yapısının bir parçası olur. Pigmentler çözünmeyen dolgu malzemesidir. Yanma geciktiriciler: Polimer malzemelerin yanması özellikle tekstil ve çocuk oyuncaklarında çok önemlidir. Polimerlerin çoğu saf halde yanarlar. Klor veya flor içeren bazı polimerler (polivinil klorür ve politetrafloroetilen) yanmaya karşı dirençlidir. Diğer polimerlerin yanmaya karşı direnci yanma geciktirici ilavelerle artırılır. 12 ÖZET • • • • • • • • • • Plastikler ve lastikler, geniş bir özellik aralığına sahip oldukları, istenen şekil kolaylıkla verilebildiği ve maliyetleri nispeten düşük olduğu için önemli mühendislik malzemeleridir. Plastik malzemeler genellikle iki sınıfta incelenir: Termoplastikler ve termosetler. Termoplastikler ısıtılarak şekillendirilir ve defalarca ısıtılıp yeniden şekillendirilebilir. Termosetler ise çoğu ısı ve basınçla şekillendirilirken atomların birbirine bağlayan ve ağsı yapı oluşturan kimyasal bir reaksiyon meydana gelir. Bu nedenle, termosetler bir kere sertleştikten sonra yeniden eritilemez. Plastik malzemeler monomer denen küçük moleküllerin polimer denen büyük moleküller halinde polimerleştirilmesiyle elde edilir. Uzun molekül zincirlerinden oluşan termoplastikler de zincirler arasında ikincil bağlar vardır. Termoset plastiklerin bütün atomları birbirine kuvvetli kovalent bağıyla bağlanmıştır. Termoplastikler için kullanılan en yaygın şekillendirme yöntemleri enjeksiyon kalıplama, ektrüzyon ve üflemeli kaplamalıdır. Termosetler için ise sıkıştırmalı ve taşımalı kalıplama ve döküm şekillendirme yöntemleri en çok kullanılan yöntemlerdendir. Termoplastiklere örnek olarak polietilen, polivinil klorür, polistiren, naylon, polikarbonat verilebilir. Termostlere ise fenolikler, melaminler, epoksiler örnek olarak verilebilir. Lastikler, polimer malzemelerin geniş bir alt dalını oluşturan üstün esneklik özellikleri gösteren önemli mühendislik malzemeleridir. Termoplastiklerin cama dönüşüm sıcaklığı vardır ve bunun üstündeki sıcaklıklarda viskoz (ağdamsı), lastiğimsi bir yapı, altındaki sıcaklıklarda ise gevrek, camsı bir yapı gösterirler. Cama dönüşüm sıcaklığı üzerinde kalıcı şekil değiştirme, molekül zincirlerinin birbiri üzerinde kayması, ikincil bağların koparak yeniden oluşmasıyla meydana gelir. Termoset plastikler, tümüyle kovalent bağa sahip olduklarından, kopmadan önce çok az şekil değiştirir. 13
