Termoplastik Nedir ?

Termoplastik Nedir ?

Termoplastik malzeme grupları, polietilen yazımızda da bahsettiğimiz gibi geri dönüşümü olabilen bir plastik tipidir. Yani; termoplastik denildiğinde katı halde bulunan malzeme ısıtılarak sıvı faza geçirilebilir ve tekrar soğutularak katı hale getirilebilmektedir. Bu işlem tekrar tekrar yapılabildiğinden dolayı, kullanım ömrünü tamamlamış bir termoplastik, ısıtılıp farklı bir kalıplama şekli ile ( enjeksiyon ya da ekstrüzyon )bambaşka bir malzeme olarak kullanım ömrüne devam edebilir.

Termoplastik malzemeler bu özelliğini sahip olduğu bağ yapısından dolayı elde etmektedir. Bu polimer grubu, çapraz bağlı değil, doğrusal bir zincir şeklinde molekül yapısına sahiptir. Yani bir molekül 2 ‘den fazla molekül ile bağ yapmaz. Aşağıdaki şekil bu konuyu anlamamız için çok faydalıdır.

termoplastik malzemeler

                                Termoplastik – Termoset Bağ Yapısı

Yukarıdaki şekilde görebileceğiniz üzere, sol taraftaki bağ yapısı termoplastik, sağ taraftaki bağ yapısı ise termoset malzeme grupları için oluşturulmuştur. Sağ taraftaki siyah renk ile gösterilen moleküller çapraz bağlanmaya sahiptir. Şekilde de ” Cross Link ” olarak belirtilmişlerdir. Ancak; sol taraftaki molekül bağ yapısı incelendiğinde çapraz bağlanmalara rastlanılmaz. Bu da onların nispeten daha zayıf bir bağa sahip olmasına neden olur. Dolayısı ile tekrar tekrar eritilip, katılaştırıldıktan sonra kullanılırlar.

Termoset malzemelerde çapraz bağlama yapan molekül grupları bulunduğu için, termosetler ısıtıldıklarında kimyasal olarak değişikliklere uğrarlar ve erimezler. Kömürleşerek kullanılamaz hale gelirler.

Termoplastik Malzemelerin Mekanik Özellikleri

Polietilen yazımızda ve bu yazımızın önceki paragraflarında anlattığımız gibi, termoplastik ürün grupları tekrar tekrar eritilip kullanılabilirler. Ancak; gerçek hayatta bu mümkün olmasına rağmen, termoplastikler her ertilip katılaşma prosesinden sonra bir miktar yıpranmaktadır.

Erime ve katılaşma prosesinden sonra, her ne kadar tekrar tekrar kullanılabilseler de, daha önce iç eriyip katılaşmamış yani hiç kullanılmamış termoplastik malzeme gruplarına göre kimyasal olarak daha bozuk yapıdadırlar. Bu nedenle, bu ürün grupları için belirli bir ısıl ömürleri vardır diyebiliriz.

Ergime sıcaklığının altında sürekli olarak ısıtılıp soğutulan ürünler belirli bir süre sonra ısıl yaşlanma denilen bir hadise yaşarlar. Isıl yaşlanma olayında, malzemeler yavaş yavaş bir kimyasal bozulma etkisine girer. Bazıları bu olaya daha dayanıklıyken, bazı ürünler ise daha kısa sürede kullanılamaz hale gelmektedir.

Termoplastik ürünlerin mekanik özelliklerini sıralayacak olursak eğer, ilk sırada aklımıza gelen özelliğinin elastiklik modülü olması gerekmektedir. Metal ve seramikler ile kıyaslandıklarında onlardan çok daha düşük elastiklik modülüne sahip oldukları görülür. Yani; çok daha düşük gerilme altında kalıcı plastik şekil değiştirmeye uğrarlar. Buna bağlı olarak, yine metal ve seramiklere göre çok daha düşük çekme dayanımı bulunmaktadır. Bu özelliklerinden dolayı, termoplastik ürünlerin sertlikleri de düşüktür. Ancak; yüzde uzama miktarları metal ve seramiklere göre fazladır.

Çekme testi ile ilgili makalemiz için bu bağlantıyı inceleyebilirsiniz.

Sıcaklık ve Mekanik Özelliklerin Etkisi


Termoplastik ürünlerin mekanik özellikleri, ortam sıcaklıklarına bağlı olarak değişmektedir. Tahmin edebileceğiniz gibi, sıcaklık yükseldikçe malzeme yumuşar ve istenen özellikleri veremeyecek hale gelir. Burada da metal ve seramiklere göre en büyük dezavantajlarından birini görmekteyiz. Çünkü, metal ve seramikler yüksek sıcaklıklarda rahatlıkla uzun süre özelliklerini koruyabilirler. Bu nedenle de uzun yıllardır mühendislik malzemeleri olarak insanoğluna hizmet etmektedirler.

Sıcaklık konusu, özellikle termoplastik malzemeler için hassas bir noktadır. Tg diye anılan ve ” Cam Geçiş Sıcaklığı ” da denilen bir sıcaklık sınırı, bu malzemelerin özelliklerinin değiştiği nokta olarak bilinmektedir. Termoplastik ürünler cam geçiş sıcaklığının altında iken, katı haldedir ve kullanım alanları çoğunlukla bu sıcaklıklardadır. Ancak; camsı geçiş sıcaklığının üstüne çıkıldığında, malzemenin fiziksel yapısı ” Lastik ” kıvamına gelir. Buna verilecek en iyi örnek olarak cep telefonlarında kullanılan plastik ile evlerde kullanılan kabloları verebiliriz. Cep telefonlarında kullanılan plastik malzemelerin camsı geçiş sıcaklıkları, oda sıcaklığının çok üstündedir. Dolayısı ile oda sıcaklıklarında katıdır. Ancak; kablolarda kullanılan termoplastik malzemelerin camsı geçiş sıcaklıkları düşüktür. Bu nedenle de oda sıcaklıklarında esnek, lastik gibi bir kıvamda olurlar.

Bu sıcaklığın üstünde termoplastikler tamamen sıvılaşmazlar. Ancak; jel gibi bir kıvama gelirler. Tamamen sıvılaşmamalarının temel nedeni molekül ağırlıklarının yüksek olmasındandır. Camsı geçiş sıcaklığında ürünlerin davranışı viskoelastik olarak tanımlanabilir. Ancak; sıcaklık daha da yükseldikçe tamamen sıvı faza geçilir.

Kristalleşebilirlik

Termoplastiklerde, kristalleşebilirlik önemli bir konu olarak karşımıza çıkar. İlk paragraflarda bahsettiğimiz zincir molekülleri; termoplastik, sıvıdan katı faza geçerken tam olarak kristalleşemez. Kristalleşmede belirli bir oran bulunur. Katılaşma tamamlandıktan sonra bir miktar malzeme amorf olarak kalırken, geriye kalan bağlar kristal yapıyı oluştururlar. Kristal yapının buradaki anlamı, molekül diziliminin düzenli bir hal alması olarak düşünülebilir.

Önceki paragrafta bahsettiğimiz gibi katılaşma sırasında, termoplastik, tam olarak kristal yapıya sahip olamaz. Bunun nedeni, çok kıvrımlı bir yapıya sahip olan polimer zincirinin katılaşma esnasında tam olarak düzenli hale gelebilecek enerjiye sahip olamaması gelmektedir. Bu nedenle katılaşmış bir termoplastik malzemeye Ya-Kristal ürünler denilmektedir.

Bu yarı-kristal yapıda, amorf kısım malzemeye elastiklik verirken, oluşan kristal molekül düzeni de malzemeye mukavemet sağlamaktadır. Kristal yapı düzenli bir molekül düzenini temsil eder, amorf yapı ise düzensiz molekül yapısını temsil etmektedir. Tam da bu nedenle, yarı kristal molekül yapılarında, kristal kısım için bir ergime sıcaklığından ( Tm ) bahsedilirken, amorf yapılar için net bir ergime sıcaklığından bahsedilmez. İşte tam bu noktaya bir önceki başlıkta değindiğimiz Camsı Geçiş Sıcaklığı denilir. Yani sabit tek bir ergime sıcaklığı yoktur.

Termoplastik Malzemelerin Fiziksel Özellikleri

Termoplastik ürünlerin fiziksel özellikleri tipik plastik malzeme özellikleri gibidir. Bir çok yazımızda bahsettiğimiz gibi, genel olarak yoğunlukları yani özgül ağırlıkları metal ve seramiklere göre çok düşüktür. Bu da bu malzemeleri aynı hacimde iken çok daha hafif yapmaktadır. Bu nedenle mühendislik uygulamalarında ağırlığın önemli olduğu durumlarda kullanılmasına olanak sağlamaktadır. Ancak; burada dikkat edilmesi gereken nokta, ağırlık konusunda hafif olmasına karşın, mukavemetlerinin ve yüksek sıcaklıklarda çalışma kabiliyetlerinin metal ve seramiklere göre çok düşük olduğudur. Çünkü termoplastiklerin ergime sıcaklıkları metal ve özelliklere seramiklere göre çok düşüktür.

Termoplastiklerin ısıl genleşme katsayıları da metallere göre fazla olup, seramiklerden ise çok daha yüksektir. (Yaklaşık 10 katı kadar ) Çünkü bildiğiniz gibi seramiklerin genleşme katsayıları çok düşüktür. Son olarak ısıl iletkenlikleri karşılaştırıldığında, metallere göre çok daha düşük bir ısıl iletkenlikleri söz konusudur.

Termoplastik ve Elastomer Karşılaştırması

Termoplastik ile elastomer malzemeler arasında mevcut bağ yapılarından kaynaklı farklar mevcuttur. Mekanik özelliklerinde meydana gelen bu fark, çekme ve akma dayanımlarının farklı olmasını sağlamaktadır. Örnek verecek olursak; elastomer malzemeler bir çekme kuvvetine maruz kaldıklarında hemen uzamaya başlarlar ve bu etkiyen kuvvet kaldırıldığında eski haline geri dönerler. Ancak termoplastikler için bu durum söz konusu değildir. Termoplastik malzemelere bir çekme kuvveti etki ettiğinde aniden uzamaya başlamaz. Kuvvetin belirli bir noktaya kadar arttırılması gerekir. Elastomerlerde ise kuvvet uygulandığı an uzama gerçekleşecektir.

Termoplastik ve Elastomerler

                                       Elastomer Malzemeler

Termoplastikler, kuvvet etkisi altında belirli bir süre elastik olarak şekil değişikliğine uğrarlar ve belirli bir yüzde uzamadan sonra kalıcı şekil değişikliğine uğrarlar.

Termoplastik Çeşitleri

Termoplastik malzemeler, Dünya üzerinde en çok kullanılan plastik türlerindendir. Bu başlıkta en önemli türleri size özet halinde sıralayacağız.

ABS Plastik – Akrilonitril Bütadien Stiren

ABS Plastik, kimyasal formulü aşağıda görüldüğü gibidir. Üçlü polimer grubu olarak nitelendirilmektedir. Harika mekanik özelliklerinden dolayı iyi bir mühendislik malzemesidir. Ambalaj, paketleme, otomotiv sanayi, elektrik-elektronik, oyuncaklar, iş güvenliği ekipmanları gibi bir çok alanda kullanımı mevcuttur.

ABS Kimyasal Formulü

             ABS Kimyasal Formulü

PP – Polipropilen

Polipropilen plastiklerin kullanıldığı aletlerin üzerinde ” PP ” simgesi bulunmaktadır. Tekrar tekrar eritilip kullanılma özelliğine sahiptir. Özellikle asit ve bazlara karşı yüksek dayanım istenen yerlerde bol miktarda kullanılır. Kimyasal gösterimi C3H6 şeklindedir ve en düşük yoğunluğa sahip ticari termoplastik malzemedir. Aşağıda listelendiği yerlerde kullanılabilmektedir

  • Borular
  • Gıda Sektöründeki Kaplar
  • Laboratuvar Sektöründeki Kaplar
  • Sandalye ve Masa gibi Günlük Eşyalar
  • Geniş Alanların Zeminlerinin Halı Kaplaması
  • Bazı Yerlerde Çatı Yalıtımı
  • Elektrik Kablo Yalıtımı
  • Otomobillerin İç Trim Parçaları ( Konsol vb. )

PVC – Polivinil Klorür

PVC, günlük yaşantımızda en çok duyduğumuz ve kullandığımız termoplastik ürün grubudur. Açılımı ” Polivinilklorür “dür. Monomer hali C2H3Cl olarak belirlenmiştir. Çok geniş bir kullanım alanı vardır. Esnek ya da sert tipleri mevcuttur. Kullanılan plastikleştirici miktarlarına göre esneklik miktarları değişmektedir.

  • Sert Boru İmalatlarında
  • Bağlantı Elemanlarında ( Fittings )
  • Kablolarda
  • Paket – Ambalaj Sektöründe
  • Oyuncaklarda

kullanılmaktadır.

PE – Polietilen

Yine çok yaygın kullanım alanı bulunan bir termoplastik olan polietilen C2H4 kimyasal gösterimine sahiptir. Bu plastik de çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Mühendislik malzemesi olarak bu kadar yaygın kullanılmasının temel nedeni, hem işlenebilme kabiliyeti hem de üretim maliyetinin çok düşük olmasıdır. Düşük yoğunluklu ve yüksek yoğunluklu polietilen olarak 2 farklı çeşidi mevcuttur. Yüksek yoğunluklu olan, düşük yoğunluklu çeşide göre daha yüksek kristalleşme seviyesine sahiptir. Bu nedenle yüksek yoğunluklu polietilen, hem daha fazla dayanıma hem de daha yüksek ergime sıcaklığına sahiptir.

Termoplastik - Polietilen

Polietilen Molekül Yapısı

Kullanım alanları temel olarak ;

  • Gıda sektörü ( Şişe vb. )
  • Kap ve Ambalajlar
  • Kabloların İzolasyon Malzemeleri
  • Borular
  • Ev Eşyaları

verilebilir. Örnekler çoğaltılabilmektedir.

PC – Polikarbonat

Polikarbonat, termoplastik ürünler içerisinde ısıl dayanımı en iyi olan malzemeler arasındadır. 120 Santigrat dereceye kadar özelliklerini kaybetmeden kullanılabilirler. Mekanik dayanımları iyidir. Bu nedenle makina parçalarında bile kullanılabilirler. Özellikle cam yerine kullanıldığı alanlar mevcuttur. Çünkü polikarbonatlar saydamdır. Elektrik-Elektronik ve bilgisayarlarda CD ve DVD ana malzemesi olarak kullanılırlar. Darbe dayanımları da iyi olduğu için güvenlik camı olarak da kullanılabilirler.

Yararlanılan Kaynaklar

https://en.wikipedia.org/wiki/Thermoplastic

https://www.plasticseurope.org/en/about-plastics/what-are-plastics/large-family/thermoplastics

https://sciencing.com/thermoplastic-polymer-5552849.html

https://www.osborneindustries.com/news/difference-between-thermoplastic-thermosetting-plastic/

 

 

 

 

Yorum Yaz