plastik-ambalaj.com

Plastik dolgu maddelerii

Dolgu maddeleri plastiklerde katı olarak sisteme ilave edilen ve matrix reçineyle bağdaşmayan organik veya inorganik menşeli malzemelerdir. Bu maddeler alışılmışın dışında sadece ucuzlatmak için değil inaktif veya aktif olmalarına göre ilave edildikleri sisteme pek çok özellik verebilirler. Eğe bilinçli kullanılırsa dolgulu sistemler ucuzluğun yanında çok önemli üstünlükler de kazanmış olurlar.

Dolgu maddeleri karışımda özgül ağırlık, E-modülü, baskıya dayanıklılık, eğme direnci, sertlik, ısı dayanıklılığı gibi değerleri artırırlar. Özel bazı katkılar sisteme antistatik ve yanmazlık gibi özelliklerin yanında işlemede kolaylık sağlayan yumuşaklık ve kayganlık gibi artılar da verirler. Dolgu maddelerinin plastiklerde en takdir gören katkısı ise malzemenin küçülmesini yani çekmesini önlemesidir. Dolguların plastik karışımlara olumsuz etkileri yok değildir. En önemli konu çekme dayanımı ve darbe direncinin dolguyla kötüleşmesidir. Bunları düzeltmek için mutlaka özel katkılar gereklidir.

Reaktif reçinelerde eksotermik ısı sistemde birçok sorun yaratabilir. Dolguların çoğunluğu bu eksotermik tepe noktasını alçaltarak sistemde oluşan gerilimleri azaltırlar. Bu sayede son ürün daha az çekmiş olur ve yüzey dalgalanmaları ve çatlaklar oluşması da önlenmiş olur. Bu sayede daha parlak ve düzgün yüzeyli ve tam ölçülerde ürün almak mümkün olur. Dolgu ilavesiyle plastiğin diğer maddelere yapışması da önlenmiş olur. Dolgular bütün sistemin işleme değerlerin değiştirir. Bunu içinde depolama ömrü ve işlenme parametreleri de vardır.

Dolgu maddeleri seçiminde dikkat edilecek en önemli konular şöyle sıralanabilir.

 Tanecik büyüklüğü                                        

Dağılım şekli

Dispersiyon özelliği

 Kimyasal yapısı

 Yüzey yapısı ve büyüklüğü

 Yüzeyin katalist etkisi

 Aşındırma riski

 Yoğunluğu

 Yüzey sertliği

 Transport şekli

 Sağlık açısından sakıncası

 Fiyat

Dolgu maddelerinin etkileri

Aktif dolgu maddelerinin etkilerini üç alanda toplamak mümkündür. Bazı dolgular matrix reçineyle kimyasal reaksiyona girerler. Örneğin siyah boya olarak kullanılan ise bazı reçinelerle radikal polimerizasyon yoluyla kimyasal bağ oluşturur.

Bazı dolgular ise hacim doldurarak zincir moleküllerinin birleşmelerine mani olurlar. Çok sık rastlanan bir oluşum da bu moleküllerin dolgu taneciklerinin etrafında bambaşka bir yapı oluşturmalarıdır. Bu nedenlerden dolayı aktif dolgulu bir sistemde saf matrixten çok farklı özellikler oluşabilmektedir. Dolgu taneciği ve matrix arasında gelişen yan bağlar zincirin özel bir orientasyona girmesine neden olabilmektedir. Böylece malzeme daha tok ve rijid bir yapıya sahip olabilir. Bir çok plastik malzemede camlaşma ısısının dolguyla yükselmesini bu olgu kolayca açıklamaktadır. Dolgu taneciğinin doğrudan yüzeyinde oluşan bu düzenli yapılaşma malzemenin şeklini daha uzun muhafaza etmesi ve daha sert olması sonucunu doğurmaktadır.

En önemli husus matrixle dolgu malzemesinin çok iyi karıştırılmasıdır. Böylece matrixin dolguyla optimal teması ve tanecikler üzerinde en yüksek oranda dağılımı sağlanmış olur. Bu konuda dolgu yüzeyinin alanı ve dolgu matrix polarite farkı önemli rol aynar. Üçüncü etki olarak da parçanın baskı altına girdiğinde polimer moleküllerin basıncı dolgu taneciklerine aktarması sayılabilir. Bu özellik dolgulu plastiklerin bazı özelliklerini dolgu ilavesiyle artırmalarını açıklayabilir. Örneğin sert PVC de kalsitle dolgulu halinde darbe dayanıklılığının bir hayli artmış olduğu saptanmıştır.

Dolgulu plastiklerin özellikleri

Dolgulu plastiklerde takviyeli plastikler arasındaki en önemli fark çekme direncinin sadece takviyeli plastiklerde artmasıdır. Buna karşılık E-modül ve sertlik dolgu maddeleri ile de artar. Isıya dayanıklılık kürecik şeklindeki dolgularla elyaf şeklindeki takviye malzemeleriyle olduğu kadar fazla artmaz. Buna karşılık yassı tanecik yapısında olan talk ve mika ilavesi ısı dayanımında çok daha etkili olabilir.

Sonuç olarak dolgu  maddelerinin plastiklerde şu değişikliklere neden olduğu söylenebilir.

 Yoğunluk artışı

 E-modülü ile baskı ve eğme değerlerinin artışı

 Reaksiyon çekmede azalma Yüzey sertliğinin ve kalitesinin iyileşmesi    

 Mekanik değerlerin ısıdan etkilenmesinde azalma

 Mekanik diğer değerler pek etkilenmezler                      

Maliyet önmli oranda düşer

Bu sayede plastiklerde şu değişiklikler görülür:

 Mekanik değerlerde kötüleşme görülür

Plastiğin kullanılmasında kolaylık sağlanır

Baskı ve şekillendirme zamanları kısalır

Daha sert bir ürün elde edilir

Toplamda ısıya daha dayanıklı olur

Ölçüleri tutturmak mümkün olur, çöküntüler azalır

Sürünme problemleri ortadan kalkar

Yük altında kendini bırakma eğilimi azalır

Eğme ve darbe değerleri de daha iyidir

Takviye malzemeleri ise bütün bu özelliklerin üstüne mekanik değerlerde de olağanüstü artışlar sağlar. Tek eksiklik takviye malzemelerinin anizotrop olması yani tek yönlü üstünlük sağlamasıdır. Takviyeli malzemede iki faz bulunmaktadır. Kontinue olmayan dolgulu fazın çekme dayanımı ve E-modülü daha yüksek olmalı, buna karşılık kontinye polimer matrix fazın kırılma direnci dolgulu fazdan daha yüksek olmalıdır. Bu nedenle elyaflar takviye malzemesi olarak daha uygundur.  Basınç anında baskı gücü elyafa aktarılır ve bütün elyaf boyunca dağılır. Bu nedenle elyafın matrixin içine iyice gömülmüş olması ve belli bir uzunluğa sahip olması gerekir. Takviye malzemesinin boy uzunluğu matrixin kendi E-modülünün yüksekliğine bağlıdır. Yüksek E-modülü matrixle daha kısa takviye malzemesi kullanılabilir. Dolgunun matrix reçinesiyle bağdaşmasını artırmak için tansiyoaktif maddelerden yararlanılabilir.

Plastiklerde dolgu tatbikatları

Plastiklerin dolgu maddeleri ilavesinde dikkat edilecek önemli konular vardır. Eğer bilinçli çalışılmazsa istenilen avantajlar sağlanamadığı gibi büyük problemlerle karşılaşılması da olasıdır. 

 Dikkat isteyen konular şöyle sıralanabilir.

Tanecik büyüklüğü dağılımı uygun olmalı

Dolgu madde yüzeyinin katalitik etkisi göz önünde bulundurulmalı

Optimal bir karışım ve matrixle iyi bağdaşma sağlanmalı

Dolguların bir çoğunun iş makinelerini aşındırabildiği dikkate alınmalı

Bileşimin özellikleri kesin bilinmeli

İşlem sırasında çevresel problemlere izin verilmemeli      

Maliyet düşüşünü kontrol etmeli

Bütün bu konular özenle irdelenirse dolgu ilavesi istenilen üstün niteliklere haiz ve ekonomik bir bileşim ve son ürün elde ete olanağı verebilir. Tekrar etmek gerekirse ucuzlatma çabasıyla olur olmaz dolgu ilavesi faydadan çok zarar verebilir.

Dolgu maddelerinin ekonomik önemi

Plastik kullanımı ve bunun içinde de dolgulu takviyeli plastik kullanımı büyük bir hızla artmaktadır. Bazı özel dolgularda da artış görülse de hala dolgulu plastiklerde %50 oranında kalsit tercih edilmektedir. Kalsitin yanında en büyük artışın plaka yapısında olan talk ve glimerde, malzemeye tokluk vermesi ve yüzey düzgünlüğü sağlaması nedeniyle görülmektedir. Petrol fiyatlarındaki aşırı artış, kaynağı petrol  olan plastik maddelerin de pahalanmasına neden olmakta ve dolgu maddeleriyle sağlanan ucuzluk daha da önem kazanmaktadır. Yeni araştırma geliştirme çabalarıyla dolgu cinsleri, plastiklerle bağdaşmaları incelenerek daha yüksek dolgu oranlarıyla çözüm aranmaktadır. Bu araştırmalar yeni dolgular, yeni reçineler ve daha kolay karıştırma metodları ile hem ucuzluk hem de daha üstün nitelik hedeflenmektedir. 

Dr. Metin Başbudak