plastik-ambalaj.com

Kauçuk Kaplı Silindirlerin Üretimi ve Genel Özellikleri

Özet

Kauçuk kaplı silindirler, tekstil, polimer esaslı filmler/levhalar, kâğıt ve metal rulo/folyo imalatında, baskı ve matbaa endüstrilerinde prosesin temel elemanlarından birisidir. Kauçuk silindirler, yüksek derecede temas ve tutma sürtünmesi gerektiren uygulamalarda ve malzemenin bozulmaması gereken işleme uygulamalarında kullanılmaktadır. Bu derlemede kauçuk kaplı silindirlerin yapıları, bileşenleri, özellikleri, tarihsel gelişimi, avantajları, kullanım-bakım özellikleri ve üretim aşamaları verilmiştir. 

1.Giriş

Kauçuk kaplı silindirler genellikle metal imalat çeliği, alüminyum alaşımları veya kompozit malzemelerden yapılmış yuvarlak metal gövdenin kauçuk gibi elastomerik özellikteki malzemeler ile kaplanması ile elde edilen ürünlerdir. Kauçuk kaplı silindirler endüstride genellikle kauçuk silindirler olarak adlandırılmaktadır. Kauçuk silindirler üretim endüstrisinde; kurutma, tavlama, kalenderleme, kabartma, metal işlem, ısıl işlem, paketleme-dökme, malzeme taşıma gibi çok çeşitli makinelerin bir parçası olmasından dolayı birçok uygulama alanında kullanılmaktadır. Taşıyıcı bant silindirleri, laminasyon silindirleri, dekorasyon silindirleri, ısı transferi ve sıcak presleme silindirleri, kenar yapıştırma silindirleri, baskı-fotokopi gibi makinelerdeki besleme silindirleri bunlardan bazılarıdır. 1-2

Şekil 1’de görüldüğü gibi kauçuk silindir, temelde metal gövde ve kauçuk kaplamadan oluşmaktadır. Daha ayrıntılı bir şekilde incelendiğinde ise, kauçuk silindirin temel bileşenlerinin metal gövde, mil, rulman yeri, mil üstü, kama yeri, kauçuk kaplama olduğu görülmektedir. Metal gövdenin temel fonksiyonu üzerine yapılacak olan kaplamanın düzgün ve stabil bir şekilde olmasını sağlamak ve kauçuk kaplama için destek tabaka oluşturmaktır. Kauçuk silindirin kullanım alanlarına göre metal gövdenin içi dolu veya boş olabilmektedir. Metal gövde milin üzerinde bulunmaktadır ve mil ile eş eksendedir. Mil silindirin makineye monte edilmesi, sürekli bir şekilde dönebilmesi ve bağlı olduğu sistemin performansı için çok önemli bir bileşendir. Kauçuk silindirin adapte edileceği sistemle uyumlu bir şekilde çalışabilmesi için mil üzerinde çeşitli makine elemanları bulunmaktadır. Bunlar rulman yeri, mil üstü ve kama yeri olarak adlandırılmaktadır. Bu bileşenlerin hepsi de kauçuk silindirin sağlıklı bir şekilde çalışması için hassas bir şekilde ayarlanmaktadır. Bu yüzden kauçuk silindir üretiminde yani kaplama prosesi sırasında bu bileşenlerin yapısının korunması gerekmektedir.  

2.Kauçuk Silindirlerin Tarihçesi

Kauçuğun endüstriyel boyutta silindir kaplamasında kullanılmasından önce, ahşap ve metal gibi malzemelerden yapılmış silindirler kullanılmıştır. 1840 yılında Charles Goodyear tarafından vulkanizasyonun bulunması ile, kauçuğa form verilebilmiş ve kauçuk silindirler de dâhil olmak üzere birçok malzemenin üretilmesine imkân sağlanmıştır.3 Özellikle kauçuğun farklı özelliklerde üretilebileceğinin anlaşılmasından sonra üreticiler bu malzemeyi metal veya ahşap silindirlerin üzerine kaplamak için çalışmalar başlatmış ve kısa bir sürede kauçuk kaplı silindirler üretmeyi başarmışlardır. Kauçuk silindirlerin sıkıştırma ve sıkma veriminin ayarlanabilir olması sayesinde kauçuk silindirler piyasada kolay bir şekilde popüler hale gelmişlerdir. Özellikle yayınevlerinde hem kâğıtların iletiminde hem de baskı plakalarına mürekkep aktarılması amacıyla hızlı bir şekilde kullanılmaya başlanılmıştır.1-4 Kauçuğun çeşitli yardımcı malzemeler yardımı ile metale kolay bir şekilde yapıştırılması sayesinde kauçuk silindir üretimi hızlı bir şekilde artmıştır. 

3.Kauçuk Silindirlerin Özellikleri ve Avantajları

Kauçuk silindirler kullanıcılarına çok çeşitli avantajlar sunmaktadır. İlk olarak, metal silindirlerin aksine, kauçuk kaplı silindirler yüksek sürtünme katsayısına sahip oldukları için hareketli parçalarda ve bileşenlerde büyük çekiş özelliği sağlamaktadır. Ayrıca kauçuk kaplı silindirler, makine işlevlerinden kaynaklanan küçük değişiklikleri telafi edebildiği için üretim esnasında büyük avantaj sağlamaktadır.1-4 Bir başka deyişle kauçuk kaplı silindirler elastomerik yapıları sayesinde elastomerlerin mekanik özelliklerinin birçoğunu sergilemekte ve bulundukları sistemin verimini önemli ölçüde arttırmaktadır. Kauçuğun yapısal ve buna bağlı mekanik özelliklerinden dolayı silindir sıkıştırıldığında şeklini kaybetmeden ürünün tekrar eski haline gelmesini sağlamaktadır. Özellikle metal silindirlerle kombine bir şekilde çalışan kauçuk silindirler ürünün ezilmesini engellemektedir. Kauçuk kaplı silindire kuvvet uygulandığı zaman, kauçuk malzemesi uygulanan kuvveti absorbe ederek darbelere ve çizilmelere karşı direnç göstermekte ve ürünü korumaktadır. 1-5 Ayrıca kauçuk malzemesi çapraz bağlı bir yapıda olduğu için bileşimine bağlı olarak genellikle kimyasal maddelere karşı dayanıklıdır ve metal gövdeyi ve mili korumaktadır. Kauçuğun yapısına bağlı olarak yüzeyin çizilmesi ve hasar görmesi de belirli limitler dâhilinde kontrol edilebilmektedir. Kauçuk kaplı silindirlerin en büyük avantajlarından biri de kullanıldıktan sonra kauçuk malzemesinin metal gövdeden soyulup tekrar kaplanabilmesidir. Bazı durumlarda ise yüzey bozulmakta ve taşlama ile düzeltilip yeniden kullanılabilmektedir. Kauçuğun yapısına bağlı olarak düz, iç ve dış bükey, orta düz başlar açılı, kanallı gibi farklı şekillerde silindir üretilmesine imkân vermektedir. Kauçuk kaplama yapmanın bir başka avantajı ise, çeşitli kauçuk formülasyonları elde edilmesi ve bu formülasyonların istenilen sertlik ve rezilyansta kaplama eldesine olanak sağlamasıdır. Bu sayede kauçuk silindirin kullanılacağı sistemin çalışma koşullarına uygun özellikte kaplama yapılabilmektedir. Ortamın koşullarına göre ısıl veya elektriksel iletkenlik, yüksek sıcaklık, UV, ozon, asit, baz dayanımı olan silindirler üretilebilmektedir. 1-5

4.Kauçuk Silindirlerin Kullanımı ve Depolanması Sırasında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar

Diğer tüm bileşenlerde olduğu gibi kauçuk kaplı silindirlerin de kullanım esnasında yapılarının hasar görmemesi için, doğru şekilde depolanmalı ve kullanım koşullarına dikkat edilmesi gerekmektedir.1-6 Ürün depolanırken kauçuk kaplamanın zarar görmemesi yani ezilmemesi için, millerinden dik bir şekilde tutulmalıdır. Ya da yatay depolanması gerekirse kauçuk silindirler mil yataklarından askıya alınmalı, asla kauçuk üzerine temas ettirilmemelidir. Eğer kauçuk kaplama üzerine ağırlık binerse, kaplama ezilip deforme olabilmekte ve silindir performansı değişebilmektedir.6-7 Yumuşak silindirler de ise, depolama sırasında sünme meydana gelebileceği için, belirli aralıklarla çevrilmelidir. Ayrıca silindirlerin sisteme adaptasyonunu sağlayan rulman, mil gibi bileşenlerin de hasar görmeyecek şekilde depolanması gerekmektedir. Uzun süre kullanılmamış silindirlerde yeniden taşlama işlemi yapıldıktan sonra üretime alınmalıdır. 1-7 

Kauçuk kaplı silindirler, kullanım sırasında doğrusal basınca maruz kaldıkları için, her silindirin sertliğine ve mekanik özelliklerine bağlı olarak belirli doğrusal basıncın üzerine çıkılmaması gerekmektedir. Yüksek basınç uygulanması silindirde geri dönüşü olmayan deformasyonlara ve bazen patlama-parçalanma gibi durumlara sebep olabilmektedir.

Yüksek sıcaklık, kauçuk kaplı silindir kullanımında da en çok dikkat edilmesi gereken koşullardan bir tanesidir. Yüksek sıcaklıkta vulkanize olmuş kauçuk okside olmakta ve mekanik özellikleri değişmektedir. Bu da malzemenin yüzey özelliklerinde ve sertliğinde değişiklik meydana gelmesine sebep olmaktadır. Bu nedenle, kauçuk kaplı silindirler kullanılırken hızlı ısınmanın önüne geçmek gerekmektedir. Benzer şekilde hızlı soğutmada silindirlerin ömrünü azaltmaktadır. Bunun yanı sıra yüksek sıcaklık, metal ile kauçuk kaplama arasındaki bağlanmayı sağlayan, yapıştırıcı malzemenin bozulmasına yani metal-kauçuk arasındaki bağların etkinliklerinin azalmasına ve delaminasyonun meydana gelmesine sebep olabilmektedir. Bu yüzden yüksek sıcaklıklarda yapılan proseslerde, kauçuk silindirin ömrünün ve performansının artırılması için genellikle soğutma silindirleri kullanılmaktadır. Ayrıca, kauçuk UV ışığından zarar görebileceğinden, üretim sırasında UV stabilizatör kullanılsa bile kauçuk kaplı silindirlerin serin ve karanlık bir yerde saklanması gerekmektedir.

Kauçuk Silindirlerin Üretimi

Standart kauçuk kaplı silindir üretimi, sararak katlama, ekstrüzyon, döküm yöntemleriyle üretilebilmektedir. 

Sararak Katlama Prosesi: Sararak katlama prosesi temelde kalenderleme işlemini içermektedir; Şekil 2 bu prosesin temel adımlarını göstermektedir. Katlama tekniğinde kauçuk tabaka üretimi için ilk adımda hammaddeler karıştırılmakta ve silindirler arasından geçirilerek tabakalar oluşturulmaktadır. Kauçuk tabaka silindirler arasında hareket ettikçe yumuşatılmakta ve düzleşmektedir. Bu işlem kullanılarak farklı kauçukların üst üste kaplandığı silindirler üretilebilmektedir. Metal gövde kauçuk ile kauçuğun bağlanmasını sağlayan yapıştırıcı metal gövdeye sürülmekte ve kalenderlenmiş kauçuk tabakanın kaplanması gerçekleşmektedir. Kaplama sonrası kürleme gerçekleşmektedir. Bunun ardından da soğutma işlemi gerçekleşmekte ve müşteri talebine göre, kauçuk silindir taşlama işlemine tabi tutulmaktadır. Bu sayede yüzey pürüzsüz ve homojen bir hale getirilmektedir. 1-9

Ekstrüzyon Prosesi: Bu yöntemle, ekstruderden sabit bir enine kesite sahip kauçuk profili bir kalıbın içinden geçirilerek silindirin kaplanması sağlanmaktadır. Bu işlemde, ham madde, basınç ve sıcaklık etkisi ile malzemeyi ısıtan bir vida mekanizmasından geçirilen kauçuk ısıtılır ve kalıptan itilir. Bu teknikteki en hassas nokta, kauçuğun kürlenmemesine özen göstermektir. Kürleme işlemi kaplama işleminden sonra fırınlarda belirlenen koşullarda gerçekleştirilmektedir.8 Bu prossese ait iş akışı Şekil 3’te verilmektedir.7-9

Döküm Prosesi: Silindirin metal gövdesi kalıba yerleştirilmekte ve eriyik malzeme kalıba dökülüp, kalıp kapatılmaktadır. Döküm işleminden sonra kalıp fırında uygun koşullarda kürlenmektedir. Döküm prossesi genelde poliüretan kaplı silindirlerin üretim şeklinde yaygın olarak kullanılmaktadır.7 Şekil 4’te verilen iş akış şemasında görüldüğü gibi kauçuk silindiri üretiminde kullanılan döküm prossesi klasik yöntemlerden biri olmaktadır.7-9

5.Kauçuk Silindirlerin Bitim İşlemleri

Kaplanma ve kürleme işlemi bittikten sonra soğutulan silindirler, beklentiler doğrultusunda çeşitli bitim işlemleri gerçekleştirilmektedir. Bu işlemlerin amacı kauçuk silindire son şeklinin verilmesidir. Bu amaçla ilk önce traşlama ardından taşlama işlemi yapılmaktadır. Eğer gerekli ise bombeleme ve/veya desenlendirme de yapılmaktadır.1-7

Bombe işlemi, kauçuk kaplı silindirin metal konstrüksiyonunun işlem sırasında verilen yük nedeniyle uğradığı sehimin düzeltilmesi için silindire verilen form işlemidir. Genellikle bombe işlemi metal gövdenin yapısına, uzunluğuna, çapına ve uygulanan kuvvete bağlı olarak hesaplanmaktadır. Kauçuk kaplı silindirlere işlem sırasında silindirin eğilme açısını (sapma açısını) düzeltme ve kumaş, kâğıt, plaka halindeki ürünlerin üretimi esnasında hata payını azaltmak için bombe verilmektedir. Şekil 5’te görüldüğü gibi konik, radyal ve içbükey (konkav) olmak üzere temelde üç çeşit bombe bulunmaktadır.1-10

Genellikle kauçuk kaplı silindirlere verilen bombe çeşitliliği silindirin kullanıldığı yere ve işlevine göre farklılık göstermektedir. Desen verme işlemi kauçuk kaplı silindirlere, ürün boyama miktarını artırmak, plastik film, kumaş, kâğıt vb. yassı ürünlerin kırışıklıklarını düzeltmek ve sürtünme katsayısını yükseltmek amacıyla yapılmaktadır. Kauçuk kaplı silindirlere kare, ikizkenar yamuk, V (zigzag), yarım daire, yuvarlak, dikey, yatay, sonsuz vida dişli, baklava vb. bir çok çeşitte desen verilmekte ve bu silindirler çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. En yaygın kullanılan desen çeşitleri aşağıdaki Şekil 6’da örnek verilerek gösterilmiştir.9

6.Sonuç

Endüstride yaygın bir şekilde kullanılan kauçuk silindirler metal silindirlerin aksine, yüksek sürtünme katsayısına sahiplerdir ve ürünün ezilmesini önlemektedir. Yani kauçuk kaplı silindirler elastomerik yapıları sayesinde elastomerlerin mekanik özelliklerinin birçoğunu sergilemekte ve bulundukları sistemin verimini önemli ölçüde arttırmaktadır. Çapraz bağlı yapıda olan kauçuk silindirler genellikle kimyasal maddelere karşı dayanıklıdır ve metal gövdeyi ve mili korumaktadır. Kullanılan hammaddelere bağlı olarak silindirin yapısı ve limitleri kontrol edilebilmektedir. 

Referanslar

1.Saffet Kubat, Kurtaran Lastik ve Plastik Sanayi ve Tic. Ltd. Şti. Kauçuk Kaplı Silindir Üretimi Teknik Dokümanı (2001)

2.https://www.tradrollers.com/technical-support/learning-center/about-rollers

3.Andrew Ciesielski, An Introduction to Rubber Technology-Rapra Technology Ltd (1999)

4. James Mark, The Science and Technology of Rubber4th Edition (2013)-Academic Press

5.https://www.rubber-rolls.com/industrial-roller-2#read

6.https://rubberchemtechnol.org/doi/pdf/10.5254/1.3539520

7.https://www.tradrollers.com/technical-support/learning-center/about-rollers

8.Anil K. Bhowmick, Rubber Products Manufacturing Technology (1994)

9.http://www.katsura-r.com/contents/gumroller/01.html#a01

10.Richard B. Simpson, Rubber Basics (2002)- Rapra Technology Ltd

Sunay SÜRMELİOĞLU*, Erhan KUBAT*, Serkan KUBAT*, Ertan KUBAT*, Hatice Aylin KARAHAN TOPRAKÇI**

* Kurtaran Lastik ve Plastik Sanayi ve Tic. Ltd. Şti. 

** Yalova Üniversitesi Polimer Mühendisliği Bölümü