plastik-ambalaj.com

Ticari polimerler işleme teknikleri

Termoplastikler, termosetler, elastomerler ve kompozitler çeşitli yöntemlerle şekillendirilir. Uygulamaları en yaygın olan prosesler arasında, enjeksiyon kalıplama, basınçla kalıplama, transfer kalıplama, ekstruzyon kalıplama, şişirme kalıplama, rotasyonal kalıplama, termoforming, reaksiyon-enjeksiyon kalıplama ve kalenderleme sayılabilir. 

Ekstruder ve ekstruzyon 

Granüler veya toz plastiklerden şekillendirilmiş nesneler üretilmesi için çok çeşitli metotlar geliştirilmiştir. Termoplastiklerin şekillendirmesinde genellikle bir ekstruder kullanılır; plastik tüpler, borular, çubuklar, levha ve filmler üretilir. 

Ekstruder çeşitli bölümleri olan bir işleme makinesidir; madde bir hopperden ısıtılan bir odacığa beslenir; burada ısınır ve yumuşar, sonsuz bir vida sistemiyle homojenleştirilerek ekstruder çıkışına bağlanmış bir kalıba basılır. Ekstruderde farklı ısı bölgeleri, ısı kontrol panelleri, filtre veya süzgeç gibi sistemler bulunur. Kalıba basılan ergimiş plastik soğuyup sertleştikten sonra kalıp açılır ve malzeme çıkarılır. Kalıplama prosesi sırasında kimyasal reaksiyon olmaz. Üretilecek nesneye göre değişik ve farklı teknolojilerde kalıplar kullanılır. 

Ekstruzyon sürekli (kontinü) veya yarı sürekli (semi-kontinü) yapılabilir. Bazı malzemelere sıcak çekme (hot drawn) uygulanırken, bazılarına soğuk çekme (cold drawn) uygulanır. Soğuk çekme, örneğin kuvvetli naylon flamentlerin üretilmesinde çok uygulanan bir tekniktir`amorf düzendeki polimerik zincirler, soğuk çekme sonucu kristal bir düzenlenmeye girerek kuvvetli bir yapı kazanırlar. 

İnjeksiyon kalıplama 

İnjeksiyon kalıplama tekniği, termoplastik malzemelerin şekillendirilmesinde kullanılan en önemli prosestir; bazı modifikasyonlarla termoset plastikler de işlenebilmektedir. Plastik malzeme, yüksek basınçla bir kalıp içine injekte edilir; kalıp, elde edilmek istenen şeklin negatifidir (tersi). Bu yöntemle kalıplanan malzemeler arasında PS, ABS, naylon, PP ve PVC sayılabilir. 

Reaksiyon-Enjeksiyon kalıplama (RIM) 

RIM prosesi poliüretan, epoksi ve diğer benzer sıvı kimyasal sistemlere uygulanan bir şekillendirme yöntemidir. Bir yüksek-basınç odacığında (karıştırma kafası) karıştırılmış iki veya daha fazla kimyasal madde (örneğin, poliüretanın sentezinde kullanılan iki komponent, hesaplanmış oranlarda), daha düşük basınçtaki bir kalıba beslenir; kimyasal bileşikler, kalıplanırken aynı zamanda reaksiyona girerler, yani kürlenirler. 

Şişirme kalıplama 

Şişirme kalıplamayla ortası boş plastik malzemeler üretilir. Genellikle, üç tip şişirme kalıplama tekniği uygulanır; (a) ekstruzyon, (b)injeksiyon ve (c) gerdirme (stretch). 

(a) Ekstruzyon şişirme kalıplama işleminde plastik malzeme ergitilir ve içi boş bir tüp şeklinde (parison), soğuk metal kalıp içine basılır ve burada basınçlı hava ile şişirilerek kalıbın şeklini alması sağlanır. Yeteri kadar soğuduktan sonra kalıp açılı ve şekillenmiş malzeme çıkarılır. 

(b) Enjeksiyon şişirme kalıplama prosesi genellikle büyük miktarlardaki malzemelerin (içi boş) üretiminde kullanılır. Polimer bir ekstruder silindirinde ergitilerek sonsuz vida sistemi ile bir manifolda beslenerek, nozullar yoluyla önceden ısıtılmış bir ‘ön-şekillendirme’ kalıbı içine Enjekte edilir. Ön-şekillendirmeden çıkan malzemenin başlangıç kısmı (örneğin, şişenin boynu) şekillenmiştir, devamı ise, daha sonra beden haline dönüşecek olan ortası boş kalın bir tüptür. Ön şekillendirilmiş malzeme, göbek (core) çubuğunun dönmesiyle şişirmeyle kalıplama kısmına gelir ve burada soğutulmuş kalıp içine yerleştirilerek basınçla hava üflenerek malzemenin beden kısmı oluşturulur. Soğutma süresinin sonunda kalıp açılır, malzeme göbek çubuğu ile ‘çıkarma’ konumuna gelir ve oradan alınır. 

(c) Gerdirme şişirme kalıplama prosesinde, plastik malzeme önce enjeksiyonla kalıplamayla bir ‘ön-şekillendirme’ işleminden geçirilir; bununla, örneğin şişe üretilmesi isteniyorsa şişenin boyun kısmı ile şişenin bitimindeki ipliksi kısım üretilir. Buradan alınan malzeme, soğuduktan sonra ekstruzyonla şişirme kalıplama makinesine konur; ısıtılır (>Tg), yüksek basınçlı havayla (metal kalıba) şişirilir. Proses sırasında malzeme bir ‘göbek (core)’ çubuğuyla çekilerek gerdirilir. Bu şekilde üretilen şişeler (PET gibi) özellikle basıncı 60 psi dolayında olan karbonatlı meşrubatlar için çok elverişlidir. 

Rotasyonal kalıplama 

Rotasyonal kalıplama yüksek sıcaklıklarda ve düşük basınçlarda yapılan ve genellikle büyük malzemelerin üretilmesinde kullanılan bir kalıplama yöntemidir. 

Elde edilen malzemenin temiz olmasında Isıtma ve soğutma süreleri, kalıbın döndürülme hızı çok önemlidir. Proseste, tartılmış miktarda polimer (genellikle toz halinde) yatay ve dikey yönlerde yavaş yavaş dönen ve bu sırada ısıtılan bir kalıba yüklenir; bu eşanlı ısıtma ve dönme malzemenin kalıbın her noktasına dağılmasını ve ergimesini sağlar. Isıtmaya polimerin tamamen ergiyerek kalıp duvarlarına yapışmasına kadar devam edilir. Sonra kalıp soğutulur, ve malzeme çıkarılır. Bu teknikle çöp sepeti, kova, plastik toplar gibi çeşitli malzemeler üretilir. 

Termoforming 

Termoplastik levha veya filmlerin işleme proseslerinden biridir. Malzeme, şekilleneceği sıcaklığa kadar ısıtılır, sonra sıcaklığı kontrol edilebilen bir kalıp üzerinde (veya içinde) şekillendirilir; kalıp soğuyuncaya kadar beklenir ve şekillenmiş parça kalıptan alınır. Termoforming işlemi çeşitlidir; örneğin, vakum altında veya basınç uygulamasıyla yapılabilir. 

Basınçla kalıplama 

Basınçla kalıplama kısmen kürlenmiş termoset reçinelerin şekillendirilmesinde kullanılır. Kompozit termoplastikler ve çok kuvvetli fiberglas malzemelerde başarılı sonuçlar verir. Proseste ön-ısıtma uygulanan malzeme önceden ısıtılmış kalıp boşluğuna konulur. Kalıp kapatılır ve tüm kalıp alanına temas edecek şekilde yerleştirilmiş bir tıkaç veya zımba üzerine basınç uygulayarak kalıp içine bastırılır. Kalıplanan malzeme tamamen kürleninceye kadar ısı ve basınç uygulamasına devam edilir. Bu proses kısmen kürlenmiş termoset reçinelerin şekillendirilmesinde kullanılır. Kompozit termoplastikler ve çok kuvvetli fiberglas malzemelerde başarılı sonuçlar verir. 

Transfer kalıplama 

Kalıplanacak malzeme (ölçülü miktarda) ön ısıtmadan sonra ‘pot’ denilen bölmeye konur. Bir plunger ile bastırılarak malzemenin pottan kalıbın kanallarına hareket etmesi sağlanır. Kalıplanacak malzemenin kolay akması ve kalıbın tüm boşluklarını doldurabilmesi için kalıp duvarları, malzemenin ergime noktasının üstünde bir sıcaklığa kadar ısıtılmış olmalıdır. Kalıp, malzemenin içindeki kürleme reaksiyonu tamamlanıncaya kadar kapalı tutulur. 

Casting (Dökme), Potting (Dikme), Encapsulation (Sarma) 

Termoplastiklerin geleneksel castingi: Monomer, katalizör ve gerekli katkı maddelerinin bulunduğu karışım ısıtılır ve kalıbın içine dökülür; kalıpta poimerizasyon reaksiyonu gerçekleşirken, malzeme kalıbın şeklini alır. 

Santrifüjlü casting: Kısa fiberlerle kuvvetlendirilmiş plastiklere uygulanan bir kalıplama tekniğidir; malzemenin kalıba yerleştirilmesinde santrifüj kuvvet uygulanır. 

Potting ve encapsulation: Plastik, bir elektrik malzemenin çevresine dökülür; plastik dielektriktir. 

Kalenderleme 

Kalenderleme bir basınç uygulama prosesidir; malzeme ısıtmalı ve soğutmalı çok sayıdaki 

silindirler arasından sıkıştırılarak geçirilir ve istenilen kalınlıkta temiz ve parlak levhaya 

dönüştürülür. Genellikle kauçuk malzemelerden, PVC ve diğer bazı plastiklerden film veya 

levha üretiminde kullanılan bir işleme yöntemidir. Kalenderlemeden alınan levhalar şekil-

lendirilmek üzere termoforming işlemeye verilir. 

Kaynaklar 

http://www.nd.edu/~manufact/MET%20Powerpoint_files/Ch19.ppt 

http://www.ucs.louisiana.edu/~snd7483/MCHE365/18.ppt#6 

http://www.bayar.edu.tr/besergil/hampetrolden_petrokimyasallara

Prof. Dr. Bilsen Beşergil

Celal Bayar Üniversitesi 

Fen Bilimleri Fakültesi