1 OTOMOTİV SANAYİİNDE KULLANILAN POLİMERİK

1
OTOMOTİV SANAYİİNDE KULLANILAN POLİMERİK MALZEMELER
ÖZET
Polimer molekülü “monomer” adı verilen pekçok ufak moleküllerin kovalent bağ ile bağlanarak oluşturduğu büyük bir
moleküldür. Bu şekilde monomerlerden oluşan ve tekrarlanan yapılar halinde uzun zincirler oluşturan yapılara “Polimer”
denilmektedir. Otomotiv endüstrisinde otomobillerin çeşitli aksamlarında çelik ve dökme demirler gibi ağır metallerin
yerini ağırlık azaltıcı ve buna bağlı olarak yakıt tasarrufu sağlayan polimerler bu projede incelenmiştir.
Otomotivde geçmişte ve günümüzde polimerik malzeme kullanımı ve gelecek için bu malzemelerin ne ölçüde
kullanılacağı ve otomotiv endüstrisi için önemi araştırılmıştır.
GİRİŞ
İnsanoğlu, yüzyıllardır yeni ve geliştirilmiş özellikleri bulunan malzemelerin hayali ve özlemi içindedir. Bu
malzemelerin mümkün olduğunca hafif ve dayanıklı olması, gerektiğinde bakırdan çok daha iyi iletkenlik göstermesi
beklenmektedir. Yirminci yüzyılın sonlarına yaklaştığımız günümüzde böyle harika bir malzemenin pek de hayal olmadığı
uygulanan bazı örneklerden anlaşılmaktadır. Bu harika malzeme polimerlerdir. Konumuz olan polimerik malzemelerin
yoğunluğunun az olması, hacim bazında düşünüldüğünde önemli üstünlükler sağlamaktadır. Bu nedenle ağırlığın kritik
olduğu bütün sektörlerde olduğu gibi, örneğin uzay ve otomotiv sanayilerinde plastik malzeme vazgeçilmez bir eleman
olarak kullanılmaktadır.
1. Dünyada ve Ülkemizde Polimerler
Dünyada, günümüzde polimer endüstrisinde 100 milyon tonun üzerinde bir üretim kapasitesi olduğu bilinmektedir.
Uygulamaların giderek çeşitlenmesi ve gereksinimlerin artması nedeniyle, üretim devamlı artmaktadır. Ülkemizde polimer
üretimi, dünya üretiminin yaklaşık % 1’i kadardır. Bu miktarın yeterli olmaması ve ithale dayalı önemli bir ek polimer
girdisinin bulunmasına rağmen polimer tüketimimizin kişi başına olan değerleri dünyadaki benzer değerlerin çok altındadır.
Bir tahminle, 2000’li yıllarda plastik kullanımımızın en az 5 kat artacağını sanılmaktadır.
2. Türkiye ve Dünyada Otomotiv Sanayi
2.1. Dünyada Otomotiv Sanayi
Otomotiv sanayii ile ilgili ilk çalışmalar 1769 yılında Nicolas J. Cugnot’un buharlı otomobili ile başlamıştır. 1867 yılında
ilk benzin motorunun imalinden sonra 1885 yılında Almanya’da Gottlieb Daimler ve Karl Benz ilk benzinli motorun
yapımına başlamışlardır. Otomotiv sanayiinin başlangıç devrelerinde faaliyette bulunan firmalar küçük atölyelerdi ve uzun
süren imal devresi gerekiyordu. Bundan sonraki dönemde otomotiv sanayiinde farklılıklar görülmüştür. Bu dönemde;
imalat için gerekli olan parçalar ve kısımlar ayrı firmalarda yapılmakta ve bu parçalar diğer bir firmada bir araya getirilerek
taşıtlar oluşturulmaktaydı.
2.2.Türkiye’de Otomotiv Sanayi
Türkiye’de otomotiv sanayii montaj sanayi kapsamı içindedir. Türkiye’de otomobil imalatı ile ilgili çalışmalar 1955
yılında başlamıştır. Yerli imalat oranı % 50’nin üzerine çıkmıştır. Türkiye de otomotiv sanayiindeki firmaların tam kapasite
ve ileri bir teknoloji ile faaliyette bulunarak kısa dönemde yurt içi talebini ve uzun dönemde de yurt içi talebiyle birlikte
yurt dışı taleplerini karşılayabilme halinde bu sanayiinin ekonomimize olan katkısı artacaktır.
2
3. Otomotiv Endüstrisinde Kullanılan Malzemeler Ve Özelliklerine Genel Bakış
Günümüz teknolojisi birim ağırlıkta mukavemet ve ekonomiklik ön plana çıkarak gelişmektedir. Özellikle otomotiv
sanayiinde yüksek mukavemetli, sünek, kolay biçimlendirilebilen, ucuz ve hafif malzemelerin kullanımı gerekliliği kendini
hissettirmektedir. Bu anlamda kullanılan malzemelere baktığımızda, çeliklere karşı düşünülen alternatif malzemelerin
hafiflik ile birlikte çeliklere eşdeğer özellikler göstermesi gerekmektedir. Bu düşünce ile kullanımda her an yüzdesi artan
seçenek malzemeler aşağıdaki gibidir
1- Kompozit plastikler
2- Aluminyum ve alaşımları
3- Dökme demirler
4-
Seramikler
Otomotiv endüstrisinde kullanılan malzemelerdeki gelişmeler son 10-15 yıllık süreçte giderek hızlanmıştır. Benzin
kullanımının %10-20 arasında azaltılabilmesi son 5-10 yıllık çalışmanın sonucudur. Arabalarda yakıt kullanımını azaltma
ve hızı arttırma çalışmalarına paralel olarak, yapım malzemesini hafifletme ve pratikleştirme
Otomotiv endüstrisinde kullanılan malzemelerden beklenen özellikler şöyledi
A- Taşıtlarda ağırlığı azaltma, dolayısı ile yakıt ekonomisinde artış sağlama.
B- Araba parçalarının dökümü, sitili ve stabilite-aerodinamiğinde sağlanan esneklik.
C- Korozyona Dayanım
D- Maliyet
4. Otomotiv Endüstrisinde Kullanılan Bazı Önemli Polimerik Malzemeler
4.1. ABS (Akrilonitril Butadien Stiren)
ABS plastikleri 15’ten fazla tipi oluşturan darbe dayanımı çok yüksek, rijit, işlenmesi kolay, metal ve tahtaya alternatif,
askeri ve sivil amaçlarla fazla miktarda kullanılan bir plastik türüdür. Yapı itibarı ile termoplastik sınıfın bir kopolimeridir.
Kullanılması ; ABS polimer değişik tipleri ile sanayinin çok çeşitli alanlarında kullanım bulmaktadır. Özellikle otomotiv
sanayinde çeşitli farların ve aynaların yapımında kullanılmaktadır.
4.2. PMMA (Polimetilmetakrilat )
PMMA, bir lineer termoplastik malzemedir. Optik bakımdan mükemmeldir. Saydam ve berrak oluşu plastikler içinde
PMMA'a ayrıcalık sağlamıştır. Kırılma indisi 1,49-1,52 dir. Beyaz ışık geçirgenliği % 92, pusluluk değeri ise % 1-3 tür.
Gün ışığı ve hava koşullarından optik özelliği etkilenmeyen bir malzemedir.
PMMA yanıcı olduğundan üretim, sevk, depolama ve kullanımda gerekli önlemler alınmalıdır.
Kullanılması: Otomotiv endüstrisinde sinyal lambaları olarak kullanılmaktadır.
4.3 PA (Poliamid)
Poliamidler yüksek mol ağırlıklı, lineer yapılı bir polimer sınıfıdır. Katı, opak, bazen de saydam görünümlü, özgül ağırlığı
1,07-1,18 gr/cm3 arasında değişebilen termoplastik bir malzemedir. Saydam türleri ışığı % 85-90 oranında geçirirler
Enjeksiyon ve ekstrüzyonla kolayca biçimlendirilebilen poliamid
% 0,2'den fazla nem içeriyorsa ürünün mekanik
özeliklerinin düşmesi yanında yüzeyinde de kusurlar görülür.
Kullanımı; Otomotiv sanayiinde karbüratör dahil, birçok parçaların, valfler, gaz ve buhar contaları, pervaneler, yüksek
dayanımlı kablolar ve çeşitli elektrik malzemeleri olarak kullanılmaktadırlar.
4.4 PP (Polipropilen)
Elde edilmesi: Polipropilen, bir gaz olan propilen monomerinin PE tesislerine benzer atelyelerde polimerize edilmesiyle
elde edilir. Uygulanan yöntem katılma polimerizasyonudur. Verim çok yüksektir. Bu yöntemle elde edilen PP'nin
bünyesinde % 3-10 kadar amorf yumuşak polimer vardır, geri kalan kısmı oluşturan kristal kısım 167°C'de erir.
3
4.5 PI (Poliimid)
Plastikler için önemli bir kullanım sınırlaması da ısısal özelliklerdir. Halen fluorokarbon plastikleri bu alanda oldukça
yaygın şekilde ihtiyaçları karşılamaktadır.
Mekanik özellikleri çok iyidir. Sert bir plastik olan polimerin çekme dayanımı 668 kgf/cm2 dir. Darbe ve yorulma
dayanımları da iyidir.
Kullanılması; Termoplastik poliamid olarak otomotiv sanayiinde kullanım alanı bulmaktadır. Sinyal lambaları, trafik lamba
armatürleri, hafif, dayanıklı ve saydam oluşları nedeniyle sinyal lambalarında kullanılmaktadırlar.
4.6 PUR (Poliüretan)
Rijid ve elastomer olarak, ayrıca bunların köpükleri tiplerinde de üretilen poliüretan reçineleri birçok sanayi dallarında
yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.
Kullanılması :Esnek köpük poliüretanları otomotiv sanayiinde, oto minderleri ve direksiyon kaplaması olarak
kullanılmaktadırlar.
4.7. PS (polistiren)
Polistiren çok yönlü, rijid, kullanılışlı bir termoplastik ürün olup, stiren polimerleri grubuna giren stiren kopolimerleri,
elastomerik kopolimerler ve monomerleri ile aynı ailedendir. Çok üretilen, değişik özelliklerde tipleri
bulunan bir
plastiktir.
Kullanımı; Polistiren birçok iyi özellikleri kendinde toplamış, saydam ve opak tipleri bulunan çok üretilen ve kullanım
alanı yaygın bir plastiktir. Üretimin % 40'ı ambalajlamada (köpük PS dahil), % 20'si çeşitli araç, gereç ve cihaz yapımında,
(otomotiv) kullanılır.
4.8 PE (Polietilen)
Günümüzde plastikler içinde en fazla üretilen polietilen, toplam plastiklerin % 40'ı kadar bir tüketim oranına sahiptir.
Alçak, orta, yüksek ve çok yüksek yoğunluk türlerinde üretilen polietilenin yaygın olanları alçak ve yüksek yoğunluklu
olanlarıdır.
Bugün polietilen kolay üretilen, problemsiz kullanılan ucuz bir ürün olarak dünya piyasalarının başta gelen bir plastiğidir.
4.9 PC (Polikarbonat)
Mekanik özelikleri çok iyidir. Sert bir plastik olan polimerin çekme dayanımı 668 kgf/cm2 olarak yüksek sayılır. Darbe ve
yorulma dayanımları da iyidir..
Kullanılması:Hafif, dayanıklı ve saydam oluşu nedeniyle sinyal lambaları dahil otomotiv sanayiinde, sokak ve trafik lamba
armatürlerinde kullanılmaktadır.
4.10. SAN (Stiren Akrilonitril )
SAN, stiren palstikleri ailesinden olup vasat özelliklerde, berrak, dayanımlı kullanıma elverişli ve ucuz bir termoplastik
kopolimerdir.
Kullanılması: SAN başlıca oto sinyal lamba camları ve akülerde kullanılmaktadır.
4.11. PVC (Polivinil Klorür)
Sert, yumuşak, opak ve saydam tipler halinde termoplastik bir ürün olarak üretilen PVC özellikle plastikleştirici ile işlenmiş
şekilde yaygın olarak kullanılan bir malzemedir.
Kullanılması : Otomotivde kablo bağlantılarında ve koltuk yapımında kullanılır.
4
5. Otomotiv Sanayiinde Polimerik Malzeme Uygulamaları
Çağımıza damgasını vuran malzeme plastiktir. Bu gün patentlenmiş binlerce değişik plastik türü olduğunu biliyoruz.
Polietilen ve PVC türünden plastikler dışında günlük yaşantımıza girmiş en çok kullanılan plastiklerin sayısı ise 30
civarındadır. A.B.D ‘de 1985 yılı içinde 21 milyon tondan fazla plastik üretilmiş ve üretimin her yıl % 5’lik bir tempo ile
arttığı belirlenmiştir. Plastik kullanımı öylesine artmıştır ki A.B.D ‘de yıllık plastik tüketimi toplam bakır ve aluminyum
tüketimlerini geçmiştir.
Otomotiv endüstrisinde plastik kullanımının başlıca üç ana sebebi vardır.
-Ağırlığı Azaltma: Dolayısı ile yakıt ekonomisinde artış sağlama ,başka bir ifade ile hafiflik ,
-Tasarım Esnekliği,
-Korozyona karşı ve malzeme yorulmasına karşı dayanım.
Otomotiv endüstrisinde daha geliştirilmiş malzeme arayışı sürmektedir. Yüksek sıcaklık ve darbe dayanımı, esneklik ve
sertlik, daha iyi boyanabilirlik, dizayn ve proses parametrelerine daha az bağlılık gibi özellikler geliştirme çabaları bir
yönden hızla sürüp gitmektedir. Bu nedenlerle yeni modeller çıktıkça kullanılan plastik miktarında da giderek artma olduğu
görülmektedir.
Kompozit plastiklerde ağırlıkta sağlanan bu büyük tasarrufa karşı ödenen bedel de oldukça yüksektir. Şöyle ki aynı rijitliği
sağlamak için yaklaşık olarak metallerle aynı kalınlıkta kullanılan aramit/karbon elyaflı kompozitlerin maliyeti çelik
maliyetlerinin 20-40 katına ulaşmaktadır. Sadece malzeme maliyeti olarak bakıldığında pahalı görülen kompozitlerin
sağladığı hafiflik ve diğer strüktür elemanları da azalma getirmekte ve dolayısı ile enerji ve büyük ölçüde malzeme
tasarrufu sağlanmaktadır
SONUÇLAR
Otomotiv sanayiinde polimerik malzeme kullanımı ile birçok avantaj sağlanmıştır.
Bunların başlıcaları şöyledir:
-
Polimerik malzeme kullanımı ile ağırlıkta büyük bir azalma meydana gelmiştir ve bu azalma otomobillerdeki yakıt
tasarrufunu arttırıcı çok önemli bir rol oynamıştır.
-
Ağırlık azalmasına paralel olarak maliyette önemli bir düşüş meydana gelmiştir.
-
Polimerik malzeme kullanımı ile üretimde ve tasarımda büyük kolaylık sağlanmış, seri üretim ve montaj gibi
önemli parametrelerle tamir kolaylıkları ön plana çıkmıştır.
-
Ayrıca otomobillerde birçok soruna sebebiyet veren ve önemli bir dezavantaj
malzemelerin
korozyondur. Polimerik
birçok metale karşı çok daha iyi korozyon özelliğinden dolayı kullanımı daha çok ön plana
çıkmıştır.
Bütün
bu önemli faktörler biraraya toplandığında otomotivde polimerik malzeme kullanımı yıllara bağlı olarak
gelişme göstermiştir. Gün geçtikçe yeni geliştirilen daha üstün özellikli polimerler sayesinde günümüzde artık
otomobillerin büyük bir kısmının polimerlerden yapımı fikri hemen hemen gerçekleşmiştir ve neredeyse tümüyle
polimerlerden yapılmış otomobiller artık mevcuttur.
Yük. Müh. Alper Yeter
Ekim /2010
Kale Oto Radyatör San. Tic. A.Ş.
Mühendislik Müdürlüğü Şefi