POLİMER MALZEMELER

POLİMER MALZEMELER
Polimer (çok mer )in , kelime anlamı çok
parçalıdır.
Bir polimer malzeme , kimyasal olarak birbirine
bağlı bir çok parça veya birimi içeren bir katı
olarak veya başka bir deyişle birbirine
bağlanarak bir katı meydana getiren parçalar
veya birimler olarak düşünülebilir.
POLİMER MALZEMELER
•
•
•
•
Polimerler , en basit tanımıyla çok sayıda aynı veya farklı atomik
grupların kimyasal bağlarla az veya çok düzenli bir biçimde
bağlanarak oluşturduğu uzun zincirli yüksek molekül ağırlıklı
bileşiklerdir.
Polimer, birden fazla mer’in (molekülün) ısı ve basınç altında
birleşerek uzun zincirlerin meydana gelmesiyle oluşur.
Plastik malzeme olarak da bilinen suni polimerler ,son 40-50 yıl
içinde büyük gelişme göstererek günümüzde hacim olarak
metallerle hemen hemen eşit oranda kullanılmaya başlanmıştır.
Bunun başlıca nedenleri; bu malzemelerin nispeten ucuz, kolay
işlenebilir, hafif, yüksek kimyasal ve korozyon direncine sahip
olmalarıdır.
Ayrıca yüksek ısıl ve elektriksel özelliklere ve yeterli mekanik
özelliklere sahiptirler.
POLİMER MALZEMELER
• Cam, karbon vb. gibi liflerle kuvvetlendirilen
plastik malzemeler, daha yüksek mekanik ve
fiziksel özelliklere sahip olurlar. Takviyeli
plastikler özellikle içten yanmalı motorların ve
uçakların yapımında kullanılır.
• Diğer bir örnek de; plastik-beton karışımından
elde edilen rijit ve çok iyi sönümleme kabiliyetine
sahip olan kompozit malzemeler, tezgah ve
diğer ağır makine gövdelerinin yapımında
kullanılır.
POLİMER MALZEMELER
•
•
•
Son yüzyıl özellikle sentetik polimerlerle ilgili bilim ve teknolojisinin
çok hızlı gelişimine tanık olmuştur.
Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde polimer teknolojisi büyüme
hızı %10’dan fazladır.
Önümüzdeki yıllarda dünyada yıllık polimer üretiminin 300-400
milyon ton olması ve polimerik malzemelerin birçok uygulamalarda
diğer malzemelerin yerine alternatif malzemeler olarak kullanılması
beklenmektedir.
• Halen büyük kapasitelerde üretilen ve günlük hayatta
kullanımı yüzlerce tonu bulan PE, PP, PS, PVC gibi
klasik polimerlerin yanı sıra mühendislik polimerleri de
spesifik ve üstün özellikleri nedeniyle uygulamalarda
önemli yer tutmaktadırlar.
POLİMER MALZEMELER
• Epoksi reçineleri: Kapalamalarda, kompozit
yapımında, yapışkan yapımı
• Poliester: Gazlı içecekler ve su şişeleri, yağ,
şampuan ve deterjan kaplamaları
• ABS polimer: Bavul, çanta yapımı, kanalizasyon
ve atık su ve havalandırma boruları, telefon,
elektrik süpürgesi parçaları, direksiyon kılıfı,
bilgisayar kabini, otomobil far yuvası
• Polikarbonat: Şişeler, hayvan kafesleri, biberon,
ilaç şişesi, koruma amaçlı gözlükler, dürbün,
mikroskop parça yapımı
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
Değişik sınıflandırmalar yapılmaktadır.
1-ELDE EDİLİŞLERİNE GÖRE
•
Polimerler elde edilişlerine göre doğal, sentetik ve yarı sentetik
olmak üzere üçe ayrılır.
•
Doğal polimerler : örn.odundaki ligninin ayrılmasıyla elde edilen
selüloz - bilindiği gibi selüloz kağıt in ham maddesidir-.
Doğal polimerlerin bazıları ise farklı yapıda değişik birimlerin bir
araya gelmesiyle oluşmuştur. Biyopolimer olarak isimlendirilen ve
yaşamla ilgili bir çok önemli faaliyetin yürütülmesinde rol alan
proteinler, nükleik asitler (DNA, RNA) ve enzimler doğal polimerlere
örnek olarak verilebilir. Bu karmaşık yapıdaki yüksek molekül
ağırlıklı bileşikler çoğu zaman daha uygun bir sözcük olan "
Makromoleküller " olarak da isimlendirilirler.
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Sentetik polimerler
Genellikle çok sayıda tekrarlanana ' mer ' veya '
monomer ' denilen basit birimlerden oluşur.
' Poli ' latince bir sözcük olup çok sayıda anlamına gelir ki
' mer ' sözcüğü ile birleştirilerek , bu yüksek molekül
ağırlıklı moleküllerin adlandırılmasında kullanılır.
En basit sentetik polimer olan polietilen örnek verilebilir.
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Burada ‘’ n’ ' polimerizasyon derecesi olup bir
polimer zincirindeki monomer sayısını ifade
eder.
• Polimerizasyon derecesi n= 10.000 hatta daha
büyük değerlerde olabilir.
• PE için polimerizasyon derecesi (DP), 10000 ila
700000 g/mol arasında değişen ortalama
molekül ağırlığına bağlı olarak 3500-25000
arasında değişir.
• Molekül ağırlığı 500-600 g/mol. civarında olan
poilmerlere oligomer adı verilir.
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Bir polimerin yeterli fiziksel özelliklere sahip olabilmesi
için molekül ağırlığının 10 4 g/mol. den fazla olması
gerekir.
• 10 6 g/mol. ve daha büyük molekül ağırlıklı polimerler için
bazen yüksek polimer sözcüğü de kullanılabilir.
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Yarı sentetik polimerler
Doğal polimerlerin modifikasyonu ile elde edilirler. Örn.
doğal selülozdan elde edilen rejenere selüloz ve diğer
selüloz türevleridir, örn. selüloz asetat ( bu madde
malzemeleri iç yapılarının metalografik incelemesinde
replika yönteminde kullanılır).
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Berlin ve Parini polimerleri;
polimerlerin doğal yada sentetik olup
olmadığına bakmaksızın polimerleri
kimyasal bileşimlerine göre
sınıflandırmışlardır
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Organik polimerler
Yapılarında başta karbon atomu olmak üzere hidrojen,
oksijen,azot ve halojen ( F,Cl,Br,I gibi) atomları içerir.
Eğer polimer zinciri üzerinde dizili atomların hepsi aynı
türden ise bu polimerlere ' homo zincir ', farklı atomlar ise
' heterozincir' polimer olarak adlandırılır. Bir atomun
polimer ana zinciri üzerinde yer alabilmesi için en az ‘’2’’
değerlikli olması gerekir. Bu nedenle örn.hidrojen ve
halojenler ana zincir üzerinde yer almazlar. Organik
polimerler,
diğer
organik
maddelerin
aldıkları
isimlere
göre sınıflandırılabilirler. Örn.
alifatik, aromatik gibi.
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• İnorganik polimerler
Organik polimerler kadar yaygın
kullanılmazlar.
Polimer ana zincirinde karbon atomu yerine
periyodik cetvelde yer alan 4. ve 6. grup
elementleri bulunur. Örn. Si, B, Ge.
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Alümina silikat, doğal ve sentetik zeolitler
tipik inorganik polimerlerdir. Zeolit suyun
arıtılmasında kullanılır.
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• 2-YAPILARINA GÖRE
Homopolimer : Tek bir monomer biriminin tekrarlanması ile oluşan
polimerlerdir.örn.etilen grubunun tekrarlandığı polietilen ( PE )
Kopolimer : İki monomer karışımından oluşan polimerdir. Kendi içinde
sınıflanabilir,
a- Ardışık (alternatif) polimer.örn.Stiren-maleikanhidrit
A-B-A-B-A-B-A-Bb- Blok (düzenli) polimer.örn.Stiren-izopren
-A-B-B-B-A-B-B-B-A
c- Gelişigüzel polimer . örn.Stiren-metilmetakrilat
-A-A-B-A-B-B-A
d-Graft ( aşılı ) polimer : Ana zincire başka bir monomerin tekrarlandığı yan
gruplar takılmış polimerdir. Örn.Stiren -metilmetakrilat
-A-A-A-A-A-A-AB
B
B
B
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
3-BAĞ YAPILARINA GÖRE
•
Doğrusal (lineer ) polimer : örn.yüksek
yoğunluklu polietilen (YYPE veya HDPE)
-A-A-A-A-A-A-A-A• Dallanmış polimer : örn. alçak yoğunluklu
polietilen (AYPE veya LDPE)
-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-AA
A
A
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Çapraz bağlı polimer : örn.vulkanize
kauçuk
-A-A-A-A-A-A-A-A-A-AB
B
-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
4-SENTEZ YÖNTEMLERİNE GÖRE
• Kondenzasyon polimerleri : İki tane
monomerin reaksiyona girerek su açığa
çıkması ile oluşan polimer.
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Zincir ( katılma ) polimerleri : Sentez
reaksiyonu bir çift bağın açılması ve
monomerlerin birbirine zincirin halkaları
gibi katılması ile oluşan polimerlerdir.
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
5-SON KULLANIŞ YERLERİNE GÖRE
Plastikler, kauçuklar, fiberler, kaplamalar,
yapıştırıcılar
6-İŞLEME
ŞEKİLLERİ
ve/veya
ÇÖZÜCÜLERE
KARŞI
GÖSTERDİKLERİ DAVRANIŞA GÖRE
Yapılarındaki kimyasal bağa bağlı olarak
plastikler, termoplastik ve termoset olmak
üzere ikiye ayrılır.
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Termoplastikler ( Isıl plastikler- Isıl yoğruk plastikler
–TP)
• Bu plastikler özelliklerinde önemli değişiklikler olmadan
defalarca ısıtılarak yeniden şekillendirilebilirler . Bu
plastiklerin çoğu birbirine kovalent bağlı (ortaklaşım bağı)
çok uzun karbon atomları zincirlerine sahiptir. Bazen
azot, oksijen yada kükürt atomları da ana molekül
zincirlerine kovalent bağ ile bağlanırlar
• Isı ve basınç altında yumuşayarak akarlar ve böylece
çeşitli formlarda şekillenebilirler. Doğrusal yapıdadırlar.
Ayrıca uygun çözücülerde çözünebilir ve ' çözücü döküm
' adı verilen yöntemlerle çeşitli şekillere
dönüştürülebilirler. Örn.PE, Nylon, PVC
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Termoset plastikler ( Isıl sertleşen plastikler- Isıl
dengeli plastikler- TS )
• Bu plastikller kalıcı bir biçimde şekillendirilip kimyasal bir
tepkimeyle olgunlaştıktan veya sertleştikten sonra
ısıtılarak yeniden yumuşatılamaz veya diğer (başka) bir
şekle sokulamazlar.
• Ancak çok yüksek sıcaklıklara ısıtılınca bozunurlar.
Dolayısıyla termoset plastikler yeniden üretim çevrimine
girmezler yani diğer bir deyişle geri dönüşümleri yoktur.
Isıl sert denmesinin nedeni , plastiğin kalıcı olarak
şekillendirilebilmesi için ısıya ihtiyaç olması ve
sertleştikten sonra ısı ile sertliğini kaybetmemesidir.
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Bazı araştırmacılar iç yapılarına göre plastik
malzemeleri sınıflandırmıştır.
•
•
•
•
Termoplastik Polimerler
Termoset Plastikler
Elastomerler
Tabii ve sentetik lastiklerdir. Termoplastik malzemelerin bir grubudur. Çok
düşük yükler altında yüksek deformasyon veren düşük elastiklik modülüne
sahiptirler.Yük kaldırıldıktan sonra orjinal boyutlarına dönerler.
Lineer polimer yapışma ve çok az miktarda moleküller arası çapraz bağ
yapısına sahiptirler. Bir çok durumda hezoni yaylar gibi davranırlar. Yükün
kaldırılmasından sonra eski boyutlarına dönmelerinin nedeni çapraz
bağlardır.
Fluidplastlar
Macunsu uzayarak akan, yapışkanımsı olan çözücülerde kolay çözünen
plastiklerdir.Örn. Poliester, poliüretean, silikon, epoksi gibi termoset
malzemeler
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
6- Fiziksel Durumlarına Göre
• Molekül zincirlerinin birbirlerine göre
tertiplenme şekilleri plastiklerin fiziksel
yapısını meydana getirir. Bu bakımdan
amorf ve kristalin olmak üzere iki esas
yapı vardır,
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Amorf polimerler : Molekül zincirleri birbirlerine
göre gelişigüzel şekilde birbiri içine girmiş yün
yumakları şeklindedir.
• Moleküller kendi aralarında rasgele bağlanmış
olup, kristalleşme yada çapraz bağlar yoktur.
Bunu en güzel spagettiye benzetebiliriz. Bu tip
polimerler cama benzer ve saydamdırlar.örn.
metilmetakrilat.
• Amorf yapıya sahip plastiklerin çoğunda çekme
zorlamaları etkisi altında, molekül zincirleri
çekme yönünde bir yönlenme göstermektedir.
Bu nedenle çekme mukavemetleri yüksektir.
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Kristalin polimerler : Polimer zincirlerinin tamamı belli
bir düzene girmiş veya kristalleşmiştir. Diğer bir deyişle,
Molekül zincirleri birbirlerine göre üç boyutlu bir düzeni
andıran düzenli bir yapıdadır.
• Kristalin yapı , genellikle polimer eriğin veya çözeltisinin
soğutulmasıyla elde edilir.
• Kristalin yapının oluşması, molekül zincirlerinin şekline
(lineer, dallanmış ve çapraz bağlı) ve moleküller
arasındaki kuvvetlere bağlıdır.
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
•
•
•
•
Kristalin polimerler;
soğutma yoluyla eriyik durumundan kati duruma
geçildiğinde lineer zincirler birbirlerine daha çok
yaklaşabilirler ve dolayısıyla kristalin bir düzen
oluşturabilirler.
Bu nedenle lineer molekül zincirlerine sahip plastikler
oldukça büyük kristalleşme kabiliyeti gösterirler.
Dallanmış zincirler birbirine çok yaklaşamadığından
kolay bir şekilde kristalleşme gösteremezler. Bunlar
genelde amorf yapı oluştururlar.
Aynı şekilde çapraz bağlı molekül zincirleri amorf yapı
meydana getirirler. Bazı plastiklerde ise çekme etkisi
altında kristalin yapı oluşabilir .
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
•
•
•
•
•
Kristalin yapının özellikleri;
Amorf yapının özelliklerinden farklılıklar gösterebilir.
Kristalin yapı daha rijit olmakla birlikte, daha yüksek ve
daha belirgin ergime sıcaklığına, daha büyük çekme,
sürünme ve ısı mukavemetine ve de daha yüksek
yoğunluğa sahiptir.
Yüksek ergime sıcaklığı ve yüksek ergime viskozitesi
nedeniyle teknolojisi zordur.
Ayrıca kalıplama da büyük bir şekil değiştirme gösterir.
Cam lifleri veya başka katkı maddeleri ilave edildiğinde
kristalin yapının özellikleri önemli oranda değişir.
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
Yarı kristalin ( kısmi kristalin ) polimerler
• Polimerik yapının bazı bölümleri kristalin bazı bölümleri
amorf yapıdadır.
• Aynı kimyasal bileşime sahip fakat lineer ve dallanmış
molekül zincirleri olan polimerlerdir. Örn. PE , amorf ve
kristalin yani yarı kristalin yapı gösterirler.
• Bu plastiklerin özellikleri yapıda mevcut olan kristalin faz
yüzdesine bağlıdır.
• Bu yüzden Kv (kristalinite derecesi) denilen bir faktör ile
ifade edilir.
Yarı kristalin polimerler
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Polimerlerde Kristalinite ( Kristallik Oranı )
ρv - ρa
Kv = --------------- x 100
ρk - ρa
ρv = kristalinite derecesi tayin edilen polimer
yoğunluğu
ρa = tamamen amorf polimer yoğunluğu
ρk = tam kristalin polimer yoğunluğu
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Plastiklerde Kv yükseldikçe malzeme
kristalin yapı, azaldıkça amorf yapı
özelliklerini kazanır.
• Kristalinite derecesi (Kv),
kopolimerizasyon ve soğuma hızı ile
kontrol edilir.
POLİMERLERİN
SINIFLANDIRILMASI
• Kopolimerizasyon; genellikle
polimerizasyon zincirinin simetrisini
bozarak kristalleşme kabiliyetini
artırmaktadır. Bu şekilde daha esnek bir
malzeme meydana gelmektedir.
• Soğutma hızı; hızlı soğutma da
kristalleşme önemli oranda azalır ve
kristalleşme hızı düşük olan bazı plastikler
tamamen amorf hale gelebilir.
Moleküler Ağırlık ve Kristalinite
Moleküler ağırlık ve kristallilik
• Molecular weight, Mw: Mass of a mole of chains.
• Tensile strength (TS):
--often increases with Mw.
--Why? Longer chains are entangled (anchored) better.
• % Crystallinity: % of material that is crystalline.
--TS and E often increase
with % crystallinity.
--Annealing causes
crystalline regions
to grow, i.e., % crystallinity
increases.
crystalline
region
amorphous
region
Molekül Ağırlığı
• Örn: Vinil asetat (PVA) polimerinin, CH2 = CHCOO.CH3 atom ağırlıkları C:12, H:1 ve O:16 ve ortalama
polimerizasyon derecesi 550 olduğuna göre ortalama
molekül ağırlığı nedir?
• Cevap: Vinil asetatın molekül ağırlığı:
• (12 x 4) + (1 x 6) + (16 x 2) = 86
• 550 polimerizasyon (n = 550 veya DP = 550) ortalama
değeri için ortalama molekül ağırlığı:
• 86 x 550 = 47300 g
Molekül Ağırlığı-TG
• Genellikle tüm amorf polimerlerde Tg molekül ağırlığıyla
artar. Daha sonra 12.000-40.000 yada daha büyük
molekül ağırlığında sabit kalır. Tg polimerin yapısına
bağlı olup polimer zincirinin esnekliği ve moleküller
arasındaki etkileşim enerjisi veya çekim kuvveti Tg'yi
önemli oranda değiştirir.
• Ayrıca Tg'yi etkileyen başka bir faktör de
plastikleştiricidir. Plastikleştiricilerin girmesiyle önemli
ölçüde düşürülebilir.
• Tg'nin yeterince altında malzeme katı ve gerilimi
taşıyacak durumdayken üstündeyse lastiksi hal alır.
Molekül Ağırlığı-TG
Kristalinite-TG
• Polimerler katı haldeyken % 100 kristalin yapı
yerine amorf ve kristalin yapı karışımı gösterirler.
• Kristal bölgeler katılığı oluştururken, amorf
bölgeler tokluğu artırır.
• Kristal polimerlerin özellikleri Tg'den çok kristallik
derecesiyle ilgilidir. Kristallik, yapıya sertlik, ısı
ve mekanik özellikler sağlar.
• Buna karşın polimerin çözünürlüğü, geçirgenliği,
boyanabilirliği, plastikleştiriciyi kabul etme gibi
özelliği kristallik derecesiyle ters orantılıdır.
Kristalinite-Mekanik Özellikler
• % 5-10 kristallikte malzeme esnektir. % 20-60 kristallikte
ise malzeme toktur. %60-80 kristallikte ise yapı sert ve
dayanıklıdır. Bu kristal polimerler belli bir ergime
sıcaklığına sahiptirler. Tg üstünde ısıtıldıklarında
dahi kristalleşme kaybolmaz ve yüksek sıcaklıklarda
lastiksi hale gelmezler. Bu polimerin kristalleşme
kabiliyeti polimerlerin dizenine bağlıdır.
• Çapraz bağlı polimerlerde zincirler arasında vandervals
bağları yerine kovalent bağlar vardır. Malzemenin
özelliklerini belirleyen çapraz bağ sayısı kontrol edilerek
viskoz sıvıdan rijit katılara kadar değişik malzemeler elde
edilir. Çapraz bağ artarsa polimerlere daha fazla sertlik,
daha büyük sıcaklık aralığında kullanılabilirlik özelliği
verir.
Molekül Ağırlığı-Mekanik Özellikler
• MOLEKÜLER AĞIRLIK ( MW )
• Bütün termoplastikler,makromoleküler
malzemelerdir. Örn.POM (-(CH2O)monomerlerinden meydana gelir.Delrin 500 de
monomer sayısı n=1500=DP,Monomer sayısı
arttıkça molekül ağırlığı artar.
• Bir polimerin molekül ağırlığı ve dağılımı,
polimerik malzemenin özellikleri yönünden
büyük önem kazanmaktadır.
Molekül Ağırlığı-Mekanik Özellikler
• Polimerlerin molekül ağırlığı, küçük moleküllerinkinden
çok farklıdır.
• Bir polimerik yapı, farklı uzunluktaki polimer
zincirlerinden oluşur. Başka ifadeyle bunlar "polidispers
sistemlerdir". Buna karşılık biyopolimerler ise
"monodispers " sistemlerdir. Monodispers polimerlerin
sentetik olarak eldesi çok zordur.
• Molekül ağırlığının yanısıra polimerlerin bu heterojen
yapısı da polimer sonuç ürününün bütün özelliklerini
önemli oranda değiştirmektedir.
• Özetlenirse; MW arttıkça mekanik değerler artar,
akışkanlık azalır, viskozite azalır.
Molekül Ağırlığı-Mekanik Özellikler
•
•
•
•
Genellikle molekül ağırlığının artmasıyla , yapıda griftlik ve
moleküller arası çekim kuvveti artar ve buna bağlı olarak polimerik
yapının mekanik ve ısıl özellikleri başta olmak üzere
işlenebilirliği,elektriksel, optik ve kimyasal özellikleri önemli oranda
değişir.
Molekül ağırlığının artmasıyla polimerik yapının özellikle de- çekme
gerilmesi, çarpma direnci, erime ve yumuşama sıcaklıkları, ısıl
direnç önce hızlı artar sonra değişmez,sabit kalır. Buna karşın
polimerik yapının erime viskozitesi önce yavaş sonra hızlı bir artış
gösterir.Diğer bir deyişle,yüksek molekül ağırlıklı polimer yapının
mekanik özellikleri iyileşirken,işlenebilirlikleri zorlaşmaktadır.
Hem işlenebilir hem de yeterli mekanik özelliklere sahip ticari
polimerik ürünlerde molekül ağırlığının 10 4-10 6 molekül arasında
olması istenir.
Sentetik polimerlerde molekül ağırlığı 10 milyona kadar olan ürünler
hazırlanabilir. Doğal polimerlerin ve bio- polimerlerin molekül
ağırlıkları ise bu değerlerin çok üzerindedir.
Molekül Ağırlığı-Mekanik Özellikler
Ortalama Molekül ağırlığı
•
•
•
•
•
ORTALAMA MOLEKÜL AĞIRLIĞI
Polimerlerde ortalama molekül ağırlığından söz
edilir.
Polimerlerin molekül ağırlığını ölçmek için çeşitli
fiziksel yöntemler geliştirilmiştir.
Her yöntem aynı molekül ağırlığı ortalama
değerini vermez.
Çeşitli ortalama molekül ağırlığı tanımları ve
yöntemleri vardır.
Bunlarda en yaygın yöntemler şunlardır
1. Sayıca Ortalama Molekül Ağırlığı (Mn)
Ortalama Molekül Ağırlık
• Bunlarda en yaygın yöntemler şunlardır
• 1. Sayıca Ortalama Molekül Ağırlığı
(Mn)
•
M değerinin bulunabilmesi için; uç grup analizi ve kolligatif
özelliklerin değişiminin (örn. ozmotik basınç, kaynama noktası
yükselmesi, donma noktası alçalması, buhar basıncı düşmesi gibi)
ölçülmesi esasına dayalı yöntemler kullanılır
Ortalama Molekül Ağırlığı
• 2. Ağırlıkça Ortalama Molekül Ağırlığı
(Mw).
Ortalama Molekül Ağırlığı
• 3. Ortalama Molekül Ağırlığı (Mz)
Yaygın olarak kullanılmayan bu molekül
ağırlığı tayini için ultrasantrifigürasyon
yöntemi kullanılır.
Ortalama Molekül Ağırlığı
• 4. Viskozite Ortalama Molekül Ağırlığı
(Mη)
Polimerlerin uygun bir çözücüdeki
çözeltisinde viskozite sayısı ile molekül
ağırlığı arasındaki ilişki aşağıdaki eşitlikle
verilebilir.
Ortalama Molekül Ağırlığı
Hesaplama
• UÇ Grup Analizi : Uygulanabilmesi için polimer
moleküllerinde tayin edilecek karboksil, hidroksil,
amino, ester gibi uç grupların bulunması gerekir.
• Bu yöntemde polimerlerdeki uç grup sayısının
kesin bilinmesi gerekir.
• Doğrusal polimerlerde bu sayı bilinir ancak
dallanmış polimerde ise dallanma noktası sayısı
hesaplanabilirse molekül ağırlığı hesaplanabilir.
Ortalama Molekül Ağırlığı
Hesaplama
• Işık Saçılması Yöntemi :Bir ortam şeffaf
veya bulanık olabilir.
• Bulanık ortamda olan partiküllerin ışığı
saçmasından kaynaklanır.
• Işığın saçılma şiddetinden yararlanarak
molekül ağırlığı bulunur.
Molekül Ağırlığı Dağılımı
• Molekül ağırlığı dağılımı “Heterojenlik İndeksi” ile ifade
edilir.
• Heterojenlik İndeksi = H.I. = Mw / Mn
•
H.I = 1 ise; monodispers polimerik yapılar (doğal
polimer). Monodispers polimerik yapılara sentetik olarak
ulaşılamaz.
• H.I ≈ 1 dar bir dağılımı,
• H.I = 3-10 geniş bir dağılımı gösterir.
• H.I. = 2-5 Dar bir molekül ağırlığına sahip polimerlerde
• H.I. = 5-100 geniş bir molekül ağırlığına sahip
polimerlerde
Molekül Ağırlığı Dağılımı
• Polimerlerin özellikleri sadece ortalama molekül
ağırlığının değerine bağlı olmayıp, polimeri oluşturan
zincirlerin molekül ağırlıklarının dağılımına da bağlıdır.
Dar dağılımlar polimer malzemenin özelliklerini
iyileştirmektedir.
Molekül Ağırlığı Dağılımı
•
Molekül ağırlığı dağılımının bulunabilmesi için;
•
•
•
•
•
•
•
Çöktürme
Santrifüjleme
Ultrafiltrasyon
Ekstraksiyon
Çözücü buharlaştırma
Büyüklükçe ayırma kramatografisi
kullanılır.
•
Molekül ağırlığı ve dağılımının bulunmasında kullanılan
yöntemler;
•
•
•
•
•
•
Kolligatif özelliklerin ölçülmesine dayanan yöntemler
Ozmotik basınç
Uç grup analizi
Işık saçılması yöntemi
Viskozite yöntemi
Büyüklükçe ayırma kramatografisi
Plastik Malzeme Çeşitleri
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Elastomerlerin (kauçuklar) mühendislikte kullanımlarında aşağıdaki gibi
sınıflandırmalar yapılabilir:
Titreşimin önlenmesi ve yalıtımı
(a) Şok emiciler
(b) Titreşimi önleyici makine bağlantıları
(c) Ses yalıtımı
Şekil değişimine uğrayan sistemler
(a) Esnek kaplinler gibi elemanlar ile eksenel kaymaların doğrultulması
(b) Kayışlar, esnek hortumlar, kaplanmış tekerler, lastik vb. elemanların şekillerinin
değiştirilmesi
(c) Maskeler ve tüm contalar
(d) Kauçuk hidrolikleri
Koruyucu sistemler
(a) Aşınmaya karşı koruma
(b) Korozyona karşı koruma
(c) Elektrik yalıtımı.
Plastik Malzeme Çeşitleri
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Termoplastikler
Amorf Termoplastikler
PVC
PS
SAN
PMMA
PC
PVK : Poli Vinil Karbozol
PVAC
: Poli Vinil Asetat
PPE : Polifenilen Oksit
PSU : Polisülfon
PEI : Polieter Imid
PES : Polieter Sülfon
PA 6-3-T
Plastik Malzeme Çeşitleri
•
Kısmen Kristalli Termoplastikler
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
PE
PB
: Poli buten
PVDF : Polivinil di florür
PP
PA
POM : Poli oksi metilen
PA 11
PVDC : Poli vinil di klorür
PCTFE: Poliklor Triflor Etilen
PA 6
PA 6, 10: PA6/PA10 kopolimeri
PA 6,6
PET
: Poli Etilen Tereftalat
E/TFE : Etilen / Teraflor Etilen Kopolimer
PVF
: Polivinil Florür
PEEK : Poliaril eter keton
* PUR Lineer: Lineer poliüretan
Polimer Karışımları
Farklı TP karışımlarıdır. Poliblend adı da verilir. Aşaınma dayanımları yüksektir.
Amorf yapılılar:
PVC + PE_C
: PVC + klorlu PE
PVC + ABS
PVC + MBS
: PVC + Metil akrilat_Butadien_Stiren
PC + ABS
Plastik Malzeme Çeşitleri
•
•
•
•
Kısmen Kristal Yapılılar:
PA66 + PE
PA6 + PE
PP + EPM : PP + Etilen Propilen
kopolimeri
• PC + PBT : PC + Polibütilen Tereftalat
• * Unsaturated Polyester : Doymamış
Polyester
Plastik Malzeme Çeşitleri
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
MF : Melamin formaldehit
VE : Vinil ester
SI : Silikon
Elastomerler
SIR : Silikon kauçuğu
BR : CiS-1-4 Polibutadien kauçuğu
IR = NR: CiS 1-4 poliizopen kauçuğu
EPM (EPDM): Etilen-Propilen kopolimeri
CR : Kloropren kauçuğu
PUR
: Poliüretan
SBR
: Stiren Butadien kauçuğu
NBR
: Nitril kauçuğu (Nitril butadien kauçuğu)
Plastik Malzeme Çeşitleri
•
•
•
•
Termoset Plastikler
UP: Doymamış poliester
EP: Epoksit reçinesi
PF : Fenol formaldehit
Plastik Malzemelerin Ticari İsimleri
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Plastiklerin Görünüşü
Plastiklerin çoğu renksizdir. Bu yüzden istenilen rengi
elde etmek için renk verici maddeler kullanılır.
• Pigmentlerle opak görünüş elde edildiği gibi çözünür
organik boyalarla,
şeffaf bir görünüş de elde edilebilir.
• Polimetilmetakrilat gibi bazı polimerler çok berraktırlar.
• Bu özelliğinin yanı sıra polimetilmetakrilat hafif de olduğu
için, hem optik camın yerine hem de uçak gibi araçlarda
kullanılır.
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Plastiklerin Yüzey Sertliği
Plastik malzemelerin bir dezavantajı, yüzeylerinin
yumuşaklığı ve çizilmeye karşı direncinin az olma-sıdır.
Plastikler cam, seramik ve metallere göre daha az
serttirler.
Opak, renklendirilmiş plastikler, yüzeyi boya ile
kaplanmış plastiklerden daha serttir.
Termoplastiklerin sertliği sıcaklık ve katılan plastifiyan
miktarının artmasıyla azalır.
Termosetler dolgu maddeleri ilave edildikten sonra sert
bir hal alırlar; bunlarda sıcaklık artırılırsa sertliğin
azalması yok denecek kadar azdır.
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Plastiklerin Yoğunluğu
• Plastik malzemeler, odun hariç diğer tüm
malzemelere göre ağırlık bakımından
üstündürler.
• Plastiklerin yoğunluğu 0.9–2.5 g/cm 3
arasındadır. Bundan dolayı ağırlığın
önemli olduğu yerlerde plastikler
kullanılmaktadır..
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Isısal Özellikler
• Plastiklerin ısısal özelliği en önemli
özelliklerinden biridir.
• Her ne kadar bazı plastikler 100–180°C
aralığında uzun süreli kullanım için tavsiye
edilebilir ve örneğin PTFE ve polifenilen sülfid
gibi, başka plastikler, 250°C a kadar servis
ömrüne sahip iseler de, çoğu plastikler geniş bir
sıcaklık aralığında yumuşama gösterirler.
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Yüksek sıcaklıklarda plastiklerin kullanabilmelerini tayin
eden yöntem yumuşama ve eğilme sıcaklığıdır. Bu
amaçla kullanılan standart test, ASTM D648 veya BS
2782 Kısım 121’dir.
• Ancak bu sıcaklıkların malzemenin maksimum kullanma
sıcaklıkları olmadığını hatırlatmakta fayda vardır.
Bununla beraber düşük zorlamalarda veya uzun aralıklı
yüklemelerde, plastikler bu veya daha yüksek
sıcaklıklarda dayanabilirler.
• Yumuşama sıcaklığı esasen sadece malzemenin ön
seçiminde bir bilgi vermektedir.
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Isıl İletkenlik
Plastiklerin önemli bir ısısal özelliği ısı iletkenliğidir.
Genellikle plastiklerin ısı iletkenliği kötüdür. Metallerin ısıl
iletkenlikleri 200–10000 cal/cm.san.°C x 10 4 arasında
iken, plastiklerin ısıl iletken-likleri 2,0–8,0 cal/cm. san." C
x 10 4 arasındadır.
Plastiklerin ısıl iletkenliklerinin düşük olmasından dolayı,
sürtünme veya tekrarlanan gerilmelerin sebep olduğu
sıcaklık büyümesi, malzeme içerisinde ısı birikmesine
neden olur. Bu olay ısıl yorulmaya yol açar.
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Isıl yorulmayı azaltmak için, plastik malzemelere
katkı maddeleri ilave edilir.
• Bu amaçla en çok kullanılan katkı maddeleri
metal tozları (alüminyum, bakır, vb.) veya çeşitli
elyaflar (karbon elyafı, cam elyafı vb.).
• Katkılı plastiklerin ısıl iletkenlikleri en az 10 kat
daha yüksektir, Örn. 4–30 değerinde olan
epoksilerin ısıl iletkenleri katkı mad-deleri ile
takviye edildiklerinde 800–2500 değerlerine
kadar çıkabilmektedir
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Plastiklerin ısıl iletkenlikleri molekül ağırlığının
yanı sıra, kristalinite derecesi ve yönlenme gibi
yapısal faktörlere bağlıdır.
• Kristalinite derecesi ve yönlenme artarsa, ısıl
iletkenliği de artar.
• Başka bir ısısal özellik ısıl genleşmedir. Plastik
malzemelerin işlenmesinde önemli bir problem
olan ısıl genleşme katsayısı, metallere göre çok
daha büyüktür ve değer olarak 2–20 x 10 5
(cm/cm°C) arasında değişir.
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Takviye malzemelerinin ilavesi örn.fiberler (elyaflar) ,
plastiklerin ısıl genleşmelerini önemli derecede
azaltmaktadır, örneğin polistirene % 60 oranında cam
elyaf ilavesiyle ısıl genleşme katsayısı yarıya
indirilmektedir.
• Isıl iletkenlik gibi ısıl genleşmede molekül ağırlığı ve
yapısal faktörlerle değişir.
• Polimerin kristalinite derecesinin ve çapraz bağ
yoğunlunun artmasıyla ısıl genleşme katsayısı azalır.
• Yönlenme yönünde katsayı azalırken, dik yönde artar.
• Bunların yanı sıra ısıl genleşme değerleri plastiklerin
(Tg) camsı duruma geçiş sıcaklığının ve Tm ergime
sıcaklığının üzerinde veya altında farklıdır.
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Plastiklerin ısıya karşı dayanıklılığı çok önemli bir
faktördür. Genellikle termoplastikler yük uygulanmadığı
zaman (kendi ağırlıkları altında) 65–120°C’da, bazı
çeşitleri ise 260°C gibi yüksek sıcaklıklarda bozulurlar.
Bu yüzden yüksek sıcaklıklarda düşük bir yük altında
kullanılmalıdırlar.
• Termosetler daha sert ve ısıya daha dayanıklıdırlar.
Sıcaklık artarsa belirli bir sıcaklığa kadar sert kalırlar
fakat yüksek sıcaklıklarda kömürleşir, bozulurlar.
• Genellikle termosetler 150°C -230°C arasındaki
sıcaklığa devamlı maruz kalabilirler; bazı özel termoset
çeşitleri 260°C’ ye kadar dayanabilir. Asbest ve cam
dolgu gibi dolgu malzemeleri plastiklerin ısıl dirençlerini
artırır
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Kimyasal Özellikler
Plastikler, metal malzemelere göre kimyasal ajanlara
daha dayanıklıdırlar.
Genellikle termoplastikler zayıf asit, alkali ve tuzların sulu
çözeltilerinden etkilenmezler, örneğin polietilen ve
polipropilen asit depolama kabı imalinde
kullanılmaktadır.
Politetrafluoretilen gibi fluor içeren plastikler kimyasal
olarak son derece inert malzemelerdir.
Diğer taraftan, termo plastiklerin çoğu organik
çözücülerin etkisi altında çözünme veya şişme gösterirler
ve kuvvetli asit veya alkalilerden kimyasal olarak etkilenir
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Kimyasal çevre ile birlikte gerilmenin etkisi, plastik
malzemenin yüzeyinde gerilmenin yoğun olduğu zayıf
bölgeler oluşturur. Örneğin eğilme ve benzeri gerilmeler
malzeme yüzeyinde çatlaklar oluş-turabilir. Kimyasal
madde bir çatlak içine sızar ve kimyasal etki yaparak
bozunmayı başlatır.
• Termosetler, termoplastiklere göre kimyasal çevreye
daha az duyarlıdırlar.
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Polimerlerin kimyasal dirençleri reaktif maddenin cinsine
ve yoğunluğuna, polimerik yapıya, sıcaklığa, uygulanan
gerilmeye, yüzey pürüzlüğüne ve morfolojisine bağlıdır.
• Kısa süreli polimer-kimyasal çevre etkileşmeleri çekme
deneyleriyle, uzun sürekli etkileşmeler ise sürünme
deneyleriyle belirlenirler.
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Alevlenme (Yanma) Özellikleri
• Plastikler aleve karşı çok hassastırlar. Genellikle
termoplastiklerin çoğu alevle veya aşırı ısı ile temas
ettikten sonra kullanılmaz hale gelirler.
• Yanan plastiklerin yanma hızı, aditif (yanmadan koruyan
madde) kullanarak yavaşlatılabilir. Bununla beraber,
birçok plastik, alev uzaklaştırıldıktan sonra yanmaya
devam etmez.
• Bir plastik malzemenin alevlenme kabiliyeti ölçülebilir,
fakat genellikle bu özellik yanmanın özel şartlan ile ilgili
birçok faktöre bağlıdır, örneğin plastikleştirici ihtiva
etmeyen katı PVC, alev uzaklaştırıldığında kendi kendini
söndürür; hâlbuki plastikleştiricisiz köpük PVC havada
yanmaya devam eder.
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Çok sayıda deney metodları ortaya çıkmasına rağmen,
son yıllarda kabul edileni Kritik Oksijen İndeksi (COI)
kavramına dayanan yöntemdir.
• ASTM 2863Tte standartlaştırılan bu deney, plastiklerin
yanma özelliklerinin mukayesesinde en çok kullanılan
yöntemdir. Bu deneyde bir tüp içerisinde yukarıya doğru
akan oksijen-azot karışımında bir şerit plastik tutuşturulur
ve aşağıya doğru yanan, kararlı, mum gibi bir alev tayin
edilir. Alev sönene kadar gaz karışımının oksijen-azot
oranı yavaş yavaş azaltılır .
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Sabit yanmayı devam ettirebilen minimum oksijen
miktarına Kritik Oksijen İndeksi denir.
• Bu sebepten, COI daha düşük olursa, malzeme daha
kolay alevlenebilir. Hava %21 O2 ihtiva ettiğine göre
COI değeri 0.21’den daha büyük olan polimerler kendi
kendini söndürürler.
• Malzeme geometrisi de dikkate alınırsa yukarıdaki
değerin yalnız fikir verici olduğu anlaşılmaktadır. Deney
şartlarından farklı koşullarda, COI’nin daha yüksek
değeri (0.27 civarında) başlangıç noktası olarak kabul
edilir.
• COI deneyinin kolaylıkla yapılabilmesi, polimerlerin
alevlenme özelliklerinin karşılaştırılmasında sıkça
kullanılmasına neden olmuştur
Plastik Malzemelerin Özellikleri
Plastik Malzemelerin Özellikleri
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Hava Etkisiyle Bozulma
• Polimerlerin gamanla yıpranmasına malzemenin
kimyasal bozulması neden olmaktadır. Bu olay bir veya
birçok faktörün etkisi altında meydana gelmektedir.
• Bunların arasında en önemli olanlar termik, mekanik,
fotokimyasal, radyasyon, biyolojik ve kimyasal
faktörlerdir. Çoğu defa şartlar, farklı şekilde oluşan
yıpranmaların aynı anda meydana gelmesini sağlar.
Örneğin açıkta bulunan bir polimer, UV radyasyonu,
oksijen ve atmosfer yayımlarının etkisine maruz
kalmaktadır.
• Aynı şekilde, polimer iş-lenme esasında yıpranma
başlatabilen ısı, mekanik kuvvetler ve oksi-jenin etkisi
altında bulunmaktadır.
Plastik Malzemelerin Özellikleri
•
•
•
Hava etkisiyle plastiklerin yıpranması; radyasyon, uçan
parçacık-ların meydana getirdiği aşınma, yağmur veya dolu
erozyonu ve hava kirliliğinin kimyasal etkisinin bir neticesidir. Bu
faktörlere karşı termoplastiklerin dayanıklılığı çok iyiden (örneğin
akrilik ve PVC) zayıfa kadar (örneğin polistiren ve selüloz asetat)
değişir. Su absorbsiyonu, plastikleştirici etkisinden dolayı,
termoplastiklerin dayanıklılığını zayıflatır.
Ancak en önemli faktör UV radyasyonunun etkisidir. Her iki durumda
da, plastik malzeme gevrekleşir; ayrıca ultraviyole etkisiyle renk
kaybı meydana gelir. UV ışınlarına en dayanıklı plastikler
akriliklerdir.
Diğer plastikler aynı dayanıklılığı göstermezler, fakat bunların
özellikleri karbon siyahı gibi uygun katkı maddeleriyle iyileştirilebilir.
Havanın etkisi en çok, uzun süre güneş ışığına maruz kalan
borularda rastlanır.
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Genelde iklim şartlan plastiğin görünüşünü değiştirir,
özellikle renginin solmasına veya bozulmasına neden
olur.
• Plastik malzemelerin gerek hava gerekse iklim etkilerine
karşı dayanımını artırmak için antioksidant ve stabilizatör
gibi katkı maddeleri ilave edilir
Plastik Malzemelerin Özellikleri
•
•
•
•
•
•
Elektriksel Özellikler
Elektriksel özellik bakımından en önemli faktör elektriksel
iletkenliktir.
Genelde plastiklerin elektrik iletkenlikleri zayıftır.
Polimerlerin elektrik iletmesi için yapıda serbest elektronlar veya
serbest iyonların bulunması ve bunların yapı içinde hareket etmesi
gereklidir.
Polimerin yapısında zincirlerin sert ve bükülmez olması, zincirlerin
birbirini kuvvetli etkilemesi, yüksek kristalinite ve yönlenme olayları
elektronların serbest hareketlerini engellemekte ve plastiklerin düşük
elektrik iletkenliğine neden olmaktadır.
Elektrik iletkenliğini ifade etmek için bunun tersi olan elektrik direnç
terimi de kullanılmaktadır.
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Plastiklerin hacim elektrik dirençleri 10 7 ohm. m’den
10 18 ohm.m’ye kadar değişir. Herhangi bir plastik için
hacim elektrik direnç değeri zamanla artar fakat sıcaklık
ve nem miktarı ile azalır.
• Sıcaklığın artmasıyla elektriksel iletkenlik üstel bir
şekilde artar. Polietilen ve PTFE gibi bazı plastiklerin
dielektrik kayıp faktörleri çok düşüktür ve bu nedenle
bunlar yüksek frekanslı elektronik tertibatlarda
kullanılırlar.
• PVC gibi yüksek dielektrik kayıp faktörüne sahip
plastikler kablo kaplaması gibi düşük frekanslı
uygulamalarda yalıtkan olarak kullanılmaktadırlar.
Plastik Malzemelerin Özellikleri
• Mükemmel yalıtkanlık özelliğinin bir neticesi olarak
polimerler çoğu defa elektrostatik olarak yüklenirler ve
elektrostatik yükleri uzun süre muhafaza ederler.
• Elektrostatik yüklenme bazı uygulamalarda yangın
çıkmasına neden olabilir.
• Ayrıca elektrostatik yüklenme bazı durumlarda tozu
çekebilir plastiğe el koyana elektrik şoku verebilir,
havada kıvılcım çıkarabilir.
• Yüzeylerin işlenmesi ile malzemeye, elektrostatik yükün
yere akmasını sağlayan düşük bir iletkenlik verilebilir.
Plastik Malzemelerin Özellikleri
•
•
•
Ancak bu kaplamalar zamanla yavaş yavaş bozulur ve aralıklarla
yenilenmesi gerekir.
Elektrik direncinin düşürülmesi için kullanılan bir başka yöntem,
yapıya iletken dolgu maddelerinin ilave edilmesidir. % 15 veya daha
fazla karbon lifleri ile kuvvetlendirilmiş plastikler yüzey dirençlerinin
neden olduğu statik yükü etkili bir şekilde dağıtılabilirler. Örneğin
otomobil motorlarında kaplama maddesi olarak kullanılan silikon
kauçuğun elektriksel direnci 10 14 ohm.cm’dir. Bu malzemeye ağırlık
olarak % 15 karbon siyahı ilave edilirse, malzemenin direnci 10 4
ohm.cm , % 60 ilave edilirse 10 ohm.cm olur.
Karbon siyahı yerine gümüş kaplı metal tozları dolgu maddesi olarak
kullanılırsa, malzemenin elektrik direnci 10 -4 ohm.cm değerlerine
kadar düşürülebilir