Kauçuk Kaplı Silindirlerin Üretimi ve Genel Özellikleri
- JACOM_CONTENT_CREATED_DATE_ON
- JACOM_CONTENT_WRITTEN_BY
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 iÅŸleme uygulamalarında kullanılmaktadır. Bu derlemede kauçuk kaplı silindirlerin yapıları, bileÅŸenleri, özellikleri, tarihsel geliÅŸimi, avantajları, kullanım-bakım özellikleri ve üretim aÅŸamaları verilmiÅŸtir.Â
1.GiriÅŸ
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
Åžekil 1’de görüldüğü gibi kauçuk silindir, temelde metal gövde ve kauçuk kaplamadan oluÅŸmaktadır. Daha ayrıntılı bir ÅŸekilde incelendiÄŸinde ise, kauçuk silindirin temel bileÅŸenlerinin metal gövde, mil, rulman yeri, mil üstü, kama yeri, kauçuk kaplama olduÄŸu görülmektedir. Metal gövdenin temel fonksiyonu üzerine yapılacak olan kaplamanın düzgün ve stabil bir ÅŸekilde olmasını saÄŸlamak ve kauçuk kaplama için destek tabaka oluÅŸturmaktır. Kauçuk silindirin kullanım alanlarına göre metal gövdenin içi dolu veya boÅŸ olabilmektedir. Metal gövde milin üzerinde bulunmaktadır ve mil ile eÅŸ eksendedir. Mil silindirin makineye monte edilmesi, sürekli bir ÅŸekilde dönebilmesi ve baÄŸlı olduÄŸu sistemin performansı için çok önemli bir bileÅŸendir. Kauçuk silindirin adapte edileceÄŸi sistemle uyumlu bir ÅŸekilde çalışabilmesi için mil üzerinde çeÅŸitli makine elemanları bulunmaktadır. Bunlar rulman yeri, mil üstü ve kama yeri olarak adlandırılmaktadır. Bu bileÅŸenlerin hepsi de kauçuk silindirin saÄŸlıklı bir ÅŸekilde çalışması için hassas bir ÅŸekilde ayarlanmaktadır. Bu yüzden kauçuk silindir üretiminde yani kaplama prosesi sırasında bu bileÅŸenlerin yapısının korunması gerekmektedir. Â
2.Kauçuk Silindirlerin Tarihçesi
KauçuÄŸun endüstriyel boyutta silindir kaplamasında kullanılmasından önce, ahÅŸap ve metal gibi malzemelerden yapılmış silindirler kullanılmıştır. 1840 yılında Charles Goodyear tarafından vulkanizasyonun bulunması ile, kauçuÄŸa form verilebilmiÅŸ ve kauçuk silindirler de dâhil olmak üzere birçok malzemenin üretilmesine imkân saÄŸlanmıştır.3 Özellikle kauçuÄŸun farklı özelliklerde üretilebileceÄŸinin anlaşılmasından sonra üreticiler bu malzemeyi metal veya ahÅŸap silindirlerin üzerine kaplamak için çalışmalar baÅŸlatmış ve kısa bir sürede kauçuk kaplı silindirler üretmeyi baÅŸarmışlardır. Kauçuk silindirlerin sıkıştırma ve sıkma veriminin ayarlanabilir olması sayesinde kauçuk silindirler piyasada kolay bir ÅŸekilde popüler hale gelmiÅŸlerdir. Özellikle yayınevlerinde hem kâğıtların iletiminde hem de baskı plakalarına mürekkep aktarılması amacıyla hızlı bir ÅŸekilde kullanılmaya baÅŸlanılmıştır.1-4 KauçuÄŸun çeÅŸitli yardımcı malzemeler yardımı ile metale kolay bir ÅŸekilde yapıştırılması sayesinde kauçuk silindir üretimi hızlı bir ÅŸekilde artmıştır.Â
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
DiÄŸer tüm bileÅŸenlerde olduÄŸu gibi kauçuk kaplı silindirlerin de kullanım esnasında yapılarının hasar görmemesi için, doÄŸru ÅŸekilde depolanmalı ve kullanım koÅŸullarına dikkat edilmesi gerekmektedir.1-6 Ãœrün depolanırken kauçuk kaplamanın zarar görmemesi yani ezilmemesi için, millerinden dik bir ÅŸekilde tutulmalıdır. Ya da yatay depolanması gerekirse kauçuk silindirler mil yataklarından askıya alınmalı, asla kauçuk üzerine temas ettirilmemelidir. EÄŸer kauçuk kaplama üzerine ağırlık binerse, kaplama ezilip deforme olabilmekte ve silindir performansı deÄŸiÅŸebilmektedir.6-7 YumuÅŸak silindirler de ise, depolama sırasında sünme meydana gelebileceÄŸi için, belirli aralıklarla çevrilmelidir. Ayrıca silindirlerin sisteme adaptasyonunu saÄŸlayan rulman, mil gibi bileÅŸenlerin de hasar görmeyecek ÅŸekilde depolanması gerekmektedir. Uzun süre kullanılmamış silindirlerde yeniden taÅŸlama iÅŸlemi yapıldıktan sonra üretime alınmalıdır. 1-7Â
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.Â
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 ÅŸekilde kullanılan kauçuk silindirler metal silindirlerin aksine, yüksek sürtünme katsayısına sahiplerdir ve ürünün ezilmesini önlemektedir. Yani kauçuk kaplı silindirler elastomerik yapıları sayesinde elastomerlerin mekanik özelliklerinin birçoÄŸunu sergilemekte ve bulundukları sistemin verimini önemli ölçüde arttırmaktadır. Çapraz baÄŸlı yapıda olan kauçuk silindirler genellikle kimyasal maddelere karşı dayanıklıdır ve metal gövdeyi ve mili korumaktadır. Kullanılan hammaddelere baÄŸlı olarak silindirin yapısı ve limitleri kontrol edilebilmektedir.Â
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. Åžti.Â
** Yalova Üniversitesi Polimer Mühendisliği Bölümü