kalsiyum karbonat katkılı polipropilen random kopolimer

Transkript

8. Uluslar Aras K lma Konferans Bildiriler Kitab
7 – 9 Kas m 2007
Prooceedings of 8th International Fracture Conference 7 – 9 November 2007
Istanbul/TURKEY
KALS YUM KARBONAT KATKILI POL PROP LEN RANDOM
KOPOL MER MALZEMEN N MEKAN K ÖZELL KLER NE SO UK
ÇEKMEN N ETK
enol AH N, Tülin AH N
Kocaeli Universitesi, Makine Mühendisli i Bölümü, 41040, zmit/Türkiye
ÖZET
So uk ekil verme i lemi termoplastik malzemelerde moleküler yönlenmenin derecesini
belirleyen bir olayd r. So uk ekillendirme, çekme suretiyle bir numunenin yatay kesit alan n
azalt lmas r. Cams geçi s cakl
n veya erime s cakl
n alt ndaki bir s cakl kta, so uk
ekil verme olay hem amorf hem de yar kristalli polimerlere uygulanabilir.
Kat fazdaki çubuk, iplik, boru, levha gibi polimer malzemeler çekme gerilmesiyle
yönlendirilerek belli bir miktarda plastik deformasyona u rat lmas yla mekanik özelliklerinin
iyile tirilmesi mümkün olmaktad r. Yönlenme sonucunda elde edilen sertlik ve mukavemet
art
n derecesi yakla k olarak deformasyonun derecesine, dolay yla da molekülsel
zincirlerin yönlenme miktar na ba
r. Uygulanan gerilmenin yönüne ba olarak polimer
zincirlerinin düzene girme derecesi uygulanan çekme gerilmesinin bir fonksiyonudur.
Bu çal mada, so uk çekmenin farkl oranlardaki kalsiyum karbonat katk polipropilen
random kopolimer malzemenin mekanik özelliklerine etkisi incelenmi tir. Oda s cakl nda
yap lan so uk çekme ile yönlendirilmi mekanik özelliklerindeki de imler çentik darbe ve
çekme deneyi ile incelenmi tir.
Sonuçlar yönlenme ve katk maddesinin de en oranlar n malzemenin özelliklerini
etkiledi ini göstermi tir. Bu de imin dikkate al narak malzemenin maruz kalaca servis
artlar süresince gösterece i performans dü ünülerek tasar mlar n yap lmas gerekti i
vurgulanm r.
Anahtar Kelimeler: Polipropilen Random Kopolimer, kalsiyum karbonat, So uk çekme, Mekanik özellikler,
EFFECT OF COLD DRAWING ON MECHANICAL PROPERTIES OF CALCIUM
CARBONATE FILLED POLYROPYLENE RANDOM COPOYMER
ABSTRACT
Degree of molecular orientation is determined by cold drawing process in thermoplastic
materials. Cold drawing is decrease of a sample’s horizontal cross-section area. Cold drawing
can be used to under glass transition temperature or melting temperature.
320
7 – 9 Kas m 2007
Istanbul/TURKEY
Polymeric materials are deformed in plastically region which are orientated by tensile stress in
the event of mechanical properties are improved on polymeric materials to shaped form of
bar, thread, pipe, slab. Improving of hardness and strength is owing to orientations which
depend on deformed degree so amount of molecular orientation. Orientation degree of
polymeric chains is a function about line of thought strength.
In this study, influences of cold drawing on mechanical properties investigation on
polypropylene random copolymer (PP-R) with different rate of calcium carbonate. Orientated
with cold drawing at room temperature samples performed with notched impact for
determination of mechanical changing.
Results point out that orientation and addition rates influence of mechanical properties. It is
emphasized that by considering these changing, the design of the products has to be reanalyzed estimating the service life and service conditions of product.
Keywords: Polypropylene Random Copolimer, Calcium Carbonate, Cold Drawing, Mechanical properties
1. G
Gerilme, σ
Geli mi ülkelerde 1970’li y llar n sonlar ndan itibaren yayg nla arak s cak ve so uk su
tesisatlar nda kullan lan plastik boru sistemleri, di er malzemelerin yan s ra son 15 y ldan daha
fazla bir süreden beri PP-R malzemeden de üretilmektedir. Avrupa’da kullan lan boru tesisat
sistemlerinin toplam miktar 1988 y ndan 1998 y na kadar iki kat na ç karken, Almanya’da
plastik borular, metal esasl borular n egemenli ine son vermi lerdir ( Bresser and Sallaberger
2001, Lind 1995).
(3)
(2)
(1)
% uzama
ekil 1. So uk ekillendirme yap lm bir polimerin gerilme uzama diyagram
Yerden tma sistemlerinde, yüksek s cakl klara dayan kl
ile kendisini ispatlam ve bu
nedenle piyasaya ç kar lm olan PE-X borular, kendilerini ispatlam PP ve poliolefin
grubundan olan di er malzeme polibütadien (PB) kullan lm r. PE-X, PP ve PB plastik boru
sistemleri do al olarak ayn anda içme suyu sistemlerinde de devreye sokulmu tur. Hafiflikleri,
ta nma kolayl klar , izolasyon gerektirmemeleri, kolay dö eme tekni i, montaj n firesiz ve çok
süratli yap labilmesi, korozyona dayan kl klar , içme suyunun tad bozmadan ta yabilmeleri
ve uzun ömürlü olmalar gibi avantajl özellikleri malzemelerin ba ar lar nda çok büyük etken
olmu tur (Yayla 2002, Bresser 2001, Schöpf and Schneider 1997, Martin 1997, Ant et al 1997,
Schüssler 1996, Janson 1995, Akar 1994).
So uk ekil verme i lemi termoplastik malzemelerde moleküler yönlenmenin derecesini
belirleyen önemli bir olayd r. So uk ekillendirme, çekme suretiyle bir numunenin yatay kesit
alan n azalt lmas r. Plastik deformasyon bu noktada yo unla r ve buna boyun verme denir.
So uk ekillendirme i lemi ekil 1’teki gerilme uzama diyagram ile aç klanabilir. Bu e ri üç
321
7 – 9 Kas m 2007
Istanbul/TURKEY
bölge ile tan mlanabilir: 1. bölgede %uzama gerilmeye kar lineerdir, 2. bölgede gerilme
azal r, 3. bölgede ise daha yüksek bir gerilmenin oldu u sertle me uzamas meydana gelir
(IRC).
Gerilmenin a
yo un oldu u bir noktada boyun verme ( ekil 2) meydana gelebilir. Hem
yava ça küçülen yatay kesit alan ndan dolay hem de hacimdeki bir noktada daha dü ük
uygulanan yükten dolay meydana gelen akman n sonucunda özelliklerde bölgesel olarak
de imler vard r. Ba lang takiben modülün dü ük oldu u bu bölgede deformasyon devam
eder. So uk çekme limiti s cakl a ba
r. Do al çekme oran na ula ld zaman gerçek
rijitlilik artar, deformasyon dengelenir ve boyun verme bu bölgenin d na hareket eder.
F
Boyun verme
F
ekil 2. ematik olarak sünek bir malzemede boyun verme olay
Cams geçi s cakl
n alt ndaki bir s cakl kta veya erime s cakl
n alt nda, so uk ekil
verme olay hem amorf hem de yar kristalli polimerlere uygulanabilir. So uk ekil verme
amorf polimerlerde uzun zincir moleküllerinin tekrar düzenlenmesi olarak da ifade edilir. Yar
kristalli polimerlerin morfolojik de imleri so uk ekil verme neticesi çok karma k hale
gelir.
Genellikle malzemeye artan yük uygulanarak çekme testi yap r. Bu metot, polimerlere özel
sebeplere ihtiyaç duyuldu unda uygulan r. Çünkü yükün uygulanmas ile malzeme uzamas
aras ndaki gecikmeden dolay malzeme sürünür. Bu yüzden, gecikme uniform de ilse
malzemede lineer olmayan a
düzensizlik gözlenir (CRAWFORD 1987).
Çekme i leminin erime s cakl na çok yak n s cakl klarda veya çok dü ük s cakl klarda
yap lmas uygun de ildir. Çok dü ük s cakl klarda yüksek çekme gerilmelerine gerek
duyulmaktad r. Bununla beraber ergime s cakl na yak n s cakl klarda yap lan çekmelerde
molekül zincirinin çekme esnas nda ve sonras nda yüksek s cakl ktan dolay oldukça oynak
olmas kopma olmadan yüksek deformasyon derecelerine ula mas
mümkün k lmas na
ra men bu akma eklindeki çekme ile malzeme özellikleri kat fazla kar la
ld nda fazla
bir ekilde de mez. Polietilen (PE), polikarbonat (PC) ve polipropilen (PP) içeren birçok
polimer oda s cakl nda çekilebilir ve bu sayede gerilme ve rijitli in artmas na sebep olur.
Genelde, çekme ile yönlendirme sentetik fiberlerin özelliklerini art rmak için kullan lmaktad r
(SCHEIRS 2000).
Termal ya lanma, malzemelerin etkisinde kimyasal ve fiziksel özelliklerinin de mesidir.
Termal ya lanman n hangi ko ullarda gerçekle ti i ve tecrübeleri tasar m mühendisleri için
önemlidir. Termal ya lanma etkisinin malzeme özelliklerine etkisinin bilinmesi, malzemenin
etkisiyle ömrünün ne kadar olaca gibi sorunlar tasar m mühendislerinin her zaman
üzerinde durduklar konulard r. Termal ya land rma yüksek s cakl klarda kütle kay plar için
322
7 – 9 Kas m 2007
Istanbul/TURKEY
tersinmez bir olayd r. Sar lm çekirdekteki baz de iklikler, zaman, oda s cakl
ak , çekirdek hacmi ve ekli gibi baz de erlerin fonksiyonudur.
, hava
Bu çal mada, yar kristalli malzemelerde so uk çekme sonucu meydana gelen yönlenmenin
mekanik özelliklere etkisi ara
lmak istenmi tir.
2. DENEYSEL ÇALI MA
2.1. Malzemeler
Ara rma için polipropilen random kopolimer (PP-R) malzemeleri kullan lm r.
Polipropilenin (PP) özel türü olan polipropilen random kopolimer boru üretiminde hammadde
olarak kullan lan granül eklinde elde edilmi tir. %5, %15 ve %30 olmak üzere üç de ik
oranda kalsiyum karbonat katk maddesi özel olarak harmanlanarak enjeksiyon kal nda
kal planm r.
2.2. Deney Numunesi Üretimi
Granül haldeki PP-R maddeler, TSE’nin TS 1149 (1978) numaral standard dikkate al narak,
enjeksiyon kal plama yöntemiyle ilgili deneylere ait standart deney numunelerinde
üretilmi tir. Bursa’da yerle ik EMA Plastik Sanayi ve Ticaret Anonim irketi bünyesinde
bulunan ERAT FE130/95 model enjeksiyon makinesi kullan lm r.
2.3. Deney artlar ve Deney Makineleri
Bu çal man n amac , so uk çekilmi polipropilen random kopolimer malzemenin mekanik
özelliklerindeki de imi incelemektedir. Çekme numunelerine 1mm/dk h z ile laboratuar
artlar nda çekme uyguland ve çekme sonras numuneler 0ºC ± 1 ºC s cakl ktaki suda
bekletilmi tir.
So uk çekilmemi çekme numuneleri çekme kal plar na yerle tirilerek f n içinde 100 ºC
cakl klarda 2 saat yönlendirme öncesi bekletilmi tir.
So uk çekme sonras PP-R malzemelerin mekanik özellikleri, malzemelere uygulanan çekme
ve Charpy çentik darbe deneyleri ile belirlenmi tir. S cakl k ve nem oran belirtilmeyen di er
tüm deneyler 22ºC ± 1 ºC s cakl k ve %50 ± 10 nem oran ndaki deney artlar nda
gerçekle tirilmi tir.
Her bir deneyden elde edilen de erler, TS 2629 (1977) numaral standart göz önünde
bulundurularak, Chauvenet Kriterine (Holman 1994) göre istatistiksel olarak de erlendirilmi ve
ortalama de erleri kullan larak kar la rmal diyagramlar çizilmi tir.
2.3.1 Çekme Numunesi ve Çekme Deneyi
Çekme deneylerinde, enjeksiyon kal plama ve makine ile i lenerek üretilmi bütün çekme
numuneleri, TS 1398-2 (1997) veya ISO 527-2 (1993), standard nda çekme cihaz ndaki
çekme çenelerine, enjeksiyon giri i sabit çene taraf nda olacak ekilde yerle tirilmi tir.
Çekme deneyi, polimerlerin tek eksenli ve 1 mm/s sabit h zda çekme numunesinin kopmas na
kadar ki gerilme-uzama davran
n incelenmesine ve bu sayede incelenen malzemenin Hook
do rusunun artmas yla elastisite modülü (E), akma gerilmesi ( y) ve akma uzamas ( y) gibi
farkl tan m de erlerinin elde edilmesi için uygulan r.
323
7 – 9 Kas m 2007
Istanbul/TURKEY
2.3.2 Charpy Numunesi ve Charpy Deneyi
Charpy numunelerine 22oC ± 1oC s cakl k ve %50 ± 10 nem oran ndaki ortam nda ISO
179/1eU standard na uygun Charpy deneyleri uygulanm r. Deneyler çarpma h 2.53 m/s
olan CEAST marka instrumente edilmi Charpy darbe test cihaz yla gerçekle tirilmi tir.
Charpy deneyleri ile elde edilen kuvvet (F)-zaman (t)-ve kuvvet (F)-yol (x) diyagramlar ndan
maksimum kuvvet (FMaks) [N], K lma enerjisi Cv [J], maksimum kuvvetteki enerji (CvFmaks)
[J] (Charpy çatlak ba latma enerjisi ) ve k ncaya kadar ki enerjisi (Cvileri ) [ J ] (Çatlak
ilerletme enerjisi) büyüklükleri saptanm r.
2.3.3 Sertlik Deneyi
Sertlik deneylerinde, enjeksiyon kal plama ile i lenerek elde edilmi ve so uk çekme
uygulanm çekme numuneleri üzerinde sertlik ölçümleri yap lm r. TS 1181 (1999) [12]
standard göz önünde tutularak gerçekle tirilen sertlik deneyleri analog tip D (Shore D) sertlik
cihaz ile gerçekle tirilmi tir. Tutarl bir sertlik ölçümü de eri elde etmek ve do ru sonuca
ula mak için, Shore D sertlik de erleri, her bir sertlik numunesinin, hep ayn yüzeyinden ve
bu yüzeyin ortas ndan al nm r. Sertlik de eri ölçümü s cakl k ve nem oran 22°C ± 3°C
cakl k ve %50 ± 10 nem oran ndaki deney artlar nda gerçekle tirilmi tir.
3. BULGULAR VE DE ERLEND RME
ekil 3 den görüldü ü üzere CaCO3 oran art kça k lma enerjisinde azalma meydana
gelmektedir. Yönlendirme miktar art kça katk z, %5 ve %15 katk malzemelerde k lma
enerjilerinde yönlendirme miktar art kça dikkate de er art lar meydana gelmektedir. %30
katk CaCO3 malzemede yönlendirme miktar art kça k lma enerjisinde dü
meydana
geldi inden yönlendirme bu malzeme için dezavantajl olmaktad r.
1,0
% 0 CaCO3
0,9
% 5 CaCO3
% 15 CaCO3
lma Enerjisi ( J )
0,8
% 30 CaCO3
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0
ekil 3.Farkl CaCO3 katk
5
11
Yönlendirme Mikar ( % )
22
PP-R malzemenin yönlendirme miktar na ba
enerjisindeki de im
324
k lma
7 – 9 Kas m 2007
Istanbul/TURKEY
0,170
0,165
% 0 CaCO3
Maksimum Kuvvet ( kN )
0,160
% 5 CaCO3
0,155
% 15 CaCO3
0,150
%30 CaCO3
0,145
0,140
0,135
0,130
0,125
0,120
0
5
ekil 4 Farkl CaCO3 katk
11
Yönlendirme Mikar ( % )
22
kuvvetteki de im
maksimum
ekil 4 katk z malzemede yönlenme miktar art kça maksimum kuvvette %18 varan art
meydana gelmektedir. %5 ve %15 CaCO3 katk malzemelerde de az miktarda art
görülmektedir. %30 CaCO3 katk malzemede yönlendirme maksimum kuvveti olumsuz
yönde etkilemi tir.
120
% 0 CaCO3 katk
PPRc
Maksimum enerji
Çatlak ba latma enerjisi
Çatlak ilerletme enerjisi
100
( % )
80
60
40
20
0
ekil 5 %0 CaCO3 katk
0
5
11
Yönlendirme Miktar ( % )
PP-R malzemenin yönlendir miktar
325
22
n k lma enerjisine etkisi
7 – 9 Kas m 2007
Istanbul/TURKEY
120
% 5 CaCO3 katk
PPRc
Maksimum enerji
100
( % )
80
60
40
20
0
ekil 6 %0 CaCO3 katk
kuvvetteki de im
0
5
11
22
120
% 15 CaCO3 katk
PPRc
maksimum
Maksimum enerji
100
( % )
80
60
40
20
0
ekil 7. %15CaCO3 katk
120
0
5
11
22
PP-R malzemenin yönlendirme miktar
% 30 CaCO3 katk
PPRc
n k lma enerjisine etkisi
Maksimum enerji
100
( % )
80
60
40
20
0
ekil 8. %30 CaCO3 katk
0
5
11
22
PP-R malzemenin yönlendirme miktar
n k ma enerjisine etkisi
ekil 5-8 deki grafiklerde her bir katk maddesine göre çatlak ba latma ve ilerletme
enerjilerinin kendi içinde de imleri verilmi tir. CaCO3 katk maddesi art kça çatlak ba latma
326
7 – 9 Kas m 2007
Istanbul/TURKEY
enerjilerinde dü
çatlak ilerletme enerjilerinde art gözlenmektedir. Yönlenme miktar
art kça da her bir katk oranl malzemede çatlak ba latma enerjilerinde dü
görülmektedir.
Yönlenririlmemi
%5 CaCO3
30
Akma Gerilmesi ( MPa )
29
%15 CaCO3
%30 CaCO3
28
27
26
25
24
23
0%
5%
11%
22%
Yönlendirme Miktar
ekil 9. Farkl CaCO3 katk
de erlerindeki de im
akma gerilme
ekil 9 ve ekil 10 da yönlendirme miktar na ba
farkl oranlarda CaCO3 katk PP-R
malzemenin akma ve maksimum gerilme de erlerindeki de imler verilmektedir.
Yönlendirme miktar n art ile tüm de erlerde dü
görülmektedir. Akma uzamas na yak n
ve üstünde yap lan bu yönlendirmelerde plastik ekil de imi malzemelerde görülmesi
molekül zincirlerinde kopma meydana geldi inin i aretidir.
Maksimum Gerilme (MPa )
30
29
Yönlenririlmemi
%5 CaCO3
28
%30 CaCO3
%15 CaCO3
27
26
25
24
23
0%
5%
11%
22%
Yönlendirme Miktar
gerilme de erlerindeki de im
327
maksimum
7 – 9 Kas m 2007
Istanbul/TURKEY
80
% 0 CaCO3
% 5 CaCO3
75
% 15 CaCO3
70
% 30 CaCO3
Shore D
65
60
55
50
45
40
0%
5%
11%
22%
Yönlendirme Miktar
de erlerindeki de im
sertlik
CaCO3 katk
malzemenin sertlik de erlerini dikkate de er ölçüde art rmaktad r. Fakat
yönlendirme miktar art kça her bir oran için sertlik de erlerinde dikkate de er bir de im
görülmemektedir ( ekil 11).
4.SONUÇLAR
1- Plastik boru imalat nda kullan lan PP-R CaCO3 ilavesi ve yönlendirme uygulamas darbe
özelliklerini iyile tirirken ayn yönde yap lan çekme deneyi sonuçlar ve sertlik de erlerini
olumsuz etkilemi tir.
2- CaCO3 katk maddesi art kça çatlak ba latma enerjilerinde dü
çatlak ilerletme
enerjilerinde art gözlenmektedir. Yönlenme miktar art kça da her bir katk oranl
malzemede çatlak ba latma enerjilerinde dü
görülmesi olumlu bir sonuçtur.
KAYNAKLAR
1. YAYLA, P., "Günümüzde ve Gelecekte Plastik Borular", PAGEV Plastik Ara rma Geli tirme ve nceleme
Dergisi, Y l 12, Say 61, Mart-Nisan 2002, s. 70-73
2. BRESSER, R., “PP Pipe Systems for Plumbing, Heating and Industrial Applications”, 2001.
3. SCHÖPF, A. and SCHNEIDER, H., 1997. Polypropylen für Rohrleitungssysteme, Kunststoffe 87, 2, 198-201.
4. MARTIN, G. A., 1997. Profil- und Rohrextruder, Kunststoffe 87, 11, 1609-1616.
5. ANT, E. and et al, 1997. Kunststoffrohr-Handbuch: {Rohrleitungssysteme} für die Ver- und Entsorgung
sowie weitere Anwendungsgebiete, Hrsg.: Kunststoffrohrverband e.V. Bonn, 3. Auflage, Vulkan-Verlag, ISBN
3-8027-2708-8, Essen.
6. SCHÜSSLER, St., 1996. Innen glatte PP-Rohre, Kunststoffe, 86, 8, 1138-1139.
7. JANSON, L. E., 1995. Plastics Pipes for Water Supply and Sewage Disparal, Borealis, Stockholm.
8. AKAR, A., 1994. Plastik Borular, Tesisat Mühendisli i Dergisi, TMMOB Makina Mühendisleri Odas , 1, 11,
7-10
9. BRESSER, R. and SALLABERGER, A., 2001. PP-R for demanding plumbing and heating applications:
Success through high quality systems,
328
7 – 9 Kas m 2007
Istanbul/TURKEY
http://www.borealisgroup.com/public/customer/pipe/publications/MainPage.jsp, October 2001.
10. LIND, C., 1995. PP-R Sanitary Pipe Systems-The Continuing Success Story, Plastics Pipes IX, Edinburgh,
Scotland, UK 18-21 September 1995.
11. SCHEIRS, JOHN, 2000. “Compositional and failure analysis of polymers”, Willey, ISBN:0-471-62534-5
12. CRAWFORD, R.J., 1987, Palstics Engineering, Pergamon press , ISBN: 0-08-032627-7
13. IRC web sayfas : http.//www.irc.leeds.ac.uk/iaps/mod2/node16.htlm
14.HOLMAN, J. P., 1994. Experimental Methods for Engineers, Sixth Edition, McGraw-Hill, Inc., ISBN 0-07029666-9, Singapore.
329

kalsiyum karbonat katkılı polipropilen random kopolimer

Transkript

Benzer belgeler

Yacht Name: Location: BAKKALİYE - GROCERY

ABB Instrumentation OKS‹JEN ANAL‹ZÖRLER‹ ABB Instrumentation

PROTHERM KÜL FIRINLARI SICAKLIK KONTROL SİSTEMLERİ

MSDS - Bilkim Boya

kocaeli ve nolu arasındaki bölgenin gravite ve havadan manyetik

SONOLASTIC® NP 1

Masterseal© 180