İçeriğe atla

Mikro hücresel plastik

Mikrohücresel köpük olarak da bilinen mikro hücreli plastikler 50 mikrondan küçük (genellikler 0.1 ila 100 mikron) milyarlarca küçük baloncuk içeren özel üretilmiş bir plastik şeklidir. Bu plastik türü gaz kabarcıklarının homojen bir şekilde düzenlenmesine neden olmak için "termodinamik kararsızlık fenomenine" dayanarak gazın yüksek basınç altında çeşitli polimerlere çözülmesiyle oluşturulur aksi takdirde çekirdeklenme olarak bilinir.[1] Asıl amacı mekanik özellikleri korurken malzeme kullanımını azaltmaktı. Bu köpüklerdeki ana varyans odası onları oluşturmak için kullanılan gazdır; bitmiş ürünün yoğunluğu kullanılan gaza göre belirlenir. Kullanılan gaza bağlı olarak köpüğün yoğunluğu önceden işlenmiş plastiğin yoğunluğu % 5 ila % 99 arasında olabilir.[2] Köpüğün son şekline ve daha sonra kalıplama işlemine daha fazla odaklanan tasarım parametreleri kullanılacak kalıp veya kalıp tipinin yanı sıra bu malzemeyi köpük olarak sınıflandıran kabarcıkların veya hücrelerin boyutlarını içerir. Hücrelerin boyutu ışığın dalga boyuna yakın olduğundan sıradan bir gözlemciye göre bu köpük, katı, açık renkli bir plastik görünümünü korur.

Delhi'deki Hindistan Teknoloji Enstitüsü'nde geliştirilen Mikrohücresel plastik mikrograf

Washington Üniversitesi'ndeki son gelişmelerde nanohücreli köpükler üretildi. Bu köpükler 20-100 nanometre aralığındaki hücre boyutları ile karakterize edilir. Ayrıca Delhi Hindistan Teknoloji Enstitüsü'nde, yüksek kaliteli mikro hücreli köpükler üretmek için yeni teknolojiler geliştiriliyor.[3][4]

Tarih

1974'ten önce 1974'te Erimiş Plastik ve Gazın Karıştırılması adlı ABD patentinde özetlenen yöntem kullanılarak geleneksel köpükler oluşturuldu.[5] Kimyasal veya fiziksel şişirme ajanı olarak bilinen bir gazı erimiş plastik üzerine bırakarak sert plastik geleneksel köpüğe dönüştürüldü. Bu yöntemlerin sonuçları oldukça istenmeyen bir sonuçtu. Prosesin kontrolsüz yapısı nedeniyle ürün genellikle tek tip değildi ve birçok büyük boşluğu barındırıyordu. Sonuç olarak hücresel yapıda büyük hücreler bulunan düşük mukavemetli ve az yoğun köpük elde edildi. Bu yöntemin güçlükleri daha avantajlı mekanik özelliklere sahip benzer bir malzemeyi üretebilecek bir işleme olan ihtiyacı doğurdu.

Bugün bildiğimiz gibi mikro hücresel köpüklerin yaratılması geleneksel köpüklerin üretiminden esinlenildi. 1979'da Profesör Nam P Suh yönetimindeki MIT yüksek lisans öğrencileri J.E. Martini ve F.A. Waldman mikro hücreli plastiklerin veya mikro hücreli köpüklerin icadı ile akredite oldu.[6] Basınçlı ekstrüzyon ve enjeksiyonla kalıplama yaparak deneyleri önemli ölçüde daha az malzeme kullanan bir yönteme ve 8 mikrondan daha küçük olan % 5-30 daha az boşluklu bir ürüne yol açtı. Mekanik özellikler açısından malzemenin kırılma tokluğu % 400 ve çatlak ilerlemesine karşı direnç ise % 200 arttı. İlk olarak, plastik yüksek basınçta gaza eşit şekilde doyurulur. Daha sonra sıcaklık artırılarak plastikte termal kararsızlığa neden olur. Kararlı bir duruma ulaşmak için hücre çekirdeklenmesi gerçekleşir. Bu adım sırasında oluşturulan hücreler geleneksel köpüklerden çok daha küçük olur. Bundan sonra hücre büyümesi veya matris gevşemesi başlar. Bu yöntemin yeniliği sıcaklık ve basınç girdilerini değiştirerek ürünün mekanik özelliklerini kontrol edebilme özelliğiydi. Örneğin basıncı değiştirerek çok ince bir dış katman oluşturulabilir ve bu da ürünü daha da güçlü hale getirir. Deneysel sonuçlar CO2'nin en yoğun köpükleri üreten gaz olduğunu buldu. Argon ve Azot gibi diğer gazlar biraz daha az istenen mekanik özellikleri olan köpükler üretti.

Üretim

Genel üretim sürecinin şematik örneği 1. Polimer baz (kırmızı) sıvılaştırılır ve eklenir. 2. Azot veya Karbondioksit gibi hassas miktarlarda süper kritik sıvı (mavi) polimer karışımına enjekte edilir. 3. Tek fazlı bir çözelti (mor) oluşturmak için homojen karıştırma. 4. Plastik kalıp boşluğuna enjekte edilir. Düşük basınç süper kritik akışkan hücrelerinin kalıbı tekdüze bir şekilde çekirdeklenip doldurmasını sağlar.

İstenilen köpüğü yapmak için gaz seçerken işlevsel gereksinimler ve tasarım parametreleri dikkate alınır. İşlevsel gereksinimler bu malzeme türünü icat ederken kullanılan kriterlerle aynıdır; Orijinal plastiğin yapabildiği aynı üç boyutlu ürünleri yapabilen mekanik özelliklerden (özellikle tokluktan) ödün vermeden daha az plastik kullanmak.

Mikro hücreli plastiklerin üretimi sıcaklık ve basınca bağlıdır. Gazın yüksek sıcaklık ve basınç altında çözülmesi basınç düştüğünde çekirdeklenme bölgelerini harekete geçiren ve çözünmüş gaz miktarı ile üssel olarak artan itici bir güç yaratır.[1]

Homojen çekirdeklenme hücresel matristeki baloncukları üretmek için birincil mekanizmadır. Çözünmüş gaz molekülleri ilk önce çekirdeklenmiş olan aktivasyon bölgelerine yayılma tercihine sahiptir. Bu bölgeler neredeyse aynı anda aktif hale getirildiği ve çözünmüş gaz moleküllerinin plastik boyunca eşit ve tekdüze paylaşılmasına zorladığı için bu önlenir.

Plastiği yüksek basınçlı ortamdan çıkarmak termodinamik bir kararsızlık yaratır. Polimerin etkili cam geçiş sıcaklığının (polimer/gaz karışımının) üzerinde ısıtılması daha sonra plastiğin köpürmesine neden olarak küçük kabarcıklardan oluşan çok muntazam bir yapı oluşturur.

Mekanik özellikler

Mikro hücreli plastiklerin yoğunluğu davranış ve performans üzerinde en büyük etkiye sahiptir.[7] Parçada daha fazla gaz çözüldükçe malzemenin çekme dayanımı malzeme yoğunluğu ile doğrusal olarak azalır. Erime sıcaklığı ve viskozitesi de azalır.

Köpük enjeksiyon işleminin kendisi parçanın dış kuvvetlere nasıl tepki vereceğini de etkileyen girdap izleri, çizgi oluşumu ve kabarma gibi yüzey kusurlarını ortaya çıkarır.

Avantajlar ve dezavantajlar

Bu köpük oluşturma işleminin tehlikeli olmayan doğası nedeniyle bu plastikler geri dönüştürülebilir ve üretim döngüsüne geri konulabilir böylece karbon ayak izleri ve ham madde maliyetleri azaltılır.

Bu malzemenin gözenekli doğası ile toplam yoğunluk, herhangi bir katı plastikten çok daha azdır ve parçanın birim hacmi başına ağırlığını önemli ölçüde azaltır. Bu aynı zamanda küçük gaz dolu ceplerin eklenmesiyle daha az ham plastik tüketimine neden olur ve % 35'e kadar maliyet düşürmeye izin verir.[1]

Bu köpüklerin mekanik özelliklerini gözlemlerken, neredeyse doğrusal bir şekilde gerilme mukavemetindeki kayıp yoğunluktaki azalma ile ilişkilendirilir.[2]

Endüstriyel uygulamalar

70'lerin sonlarında MIT araştırmalarının attığı adımlardan bu yana, mikro hücreli plastikler ve bunların üretim yöntemleri daha standart hale geldi ve geliştirildi. Trexel Inc.[8] MuCell ® Kalıplama Teknolojisi kullanımıyla mikro hücreli plastikler için endüstri standardı olarak anılır. Trexel ve diğer mikro hücreli plastik üreticileri, otomotiv, tıp, paketleme, tüketici ve endüstriyel gibi uygulamalara yönelik ürünler oluşturmak için hem enjeksiyonla kalıplama hem de üfleme kalıp yöntemlerini kullanır.

Enjeksiyon ve şişirme kalıplama üretilmesi gereken ürün tipine göre farklıdır. Enjeksiyon kalıplama dökümde olduğu gibi daha sonra erimiş plastikle doldurulacak katı bir nesne için bir kalıp oluşturarak merkezlenir.[9] Öte yandan şişirme kalıplama içi boş nesneler için daha gelişmiştir ama bu boyut tanımlanmamış bir özellik olduğu için duvar kalınlığı açısından daha az doğrudur (tüm boyutların önceden belirlenmiş olduğu bir enjeksiyon kalıbının aksine).[10] MuCell® ve mikro hücreli plastiklerle ilgili olarak bu işlemler kalıplama işlemi başlamadan önce ek gaz çözme ve hücre çekirdeklenmesi aşamaları nedeniyle geleneksel plastiklerden farklıdır. Bu işlem kalıp içindeki kusurlara izin veren "paketleme ve bekletme aşamasını" ortadan kaldırarak daha büyük boyutsal doğruluk ve sağlam yapıya sahip bitmiş bir ürün oluşturdu.[11] Kalıplama işleminin tüm bir adımını kaldırarak zamandan tasarruf edilir ve MuCell® standart reçinelere kıyasla aynı anda daha fazla parça üretilebildiği için daha ekonomik bir seçenek haline gelir. Birkaç uygulama örneği arasında otomobil gösterge panelleri, kalp pompaları, saklama kutuları ve birden fazla elektrikli alet üzerindeki muhafaza yer alır.

Kaynakça

  1. ^ a b c Suh (1 Ekim 2003). "Impact of microcellular plastics on industrial practice and academic research". Macromolecular Symposia (İngilizce). 201 (1): 187-202. doi:10.1002/masy.200351122. ISSN 1521-3900. 
  2. ^ a b "Microcellular Plastics Lab - University of Washington". faculty.washington.edu. 16 Ekim 2007 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 17 Şubat 2016. 
  3. ^ Abhishek (Mart 2013). "Ultrasound assisted cyclic solid-state foaming for fabricating ultra-low density porous acrylonitrile–butadiene–styrene foams". Materials Letters. 94 (94): 76-78. doi:10.1016/j.matlet.2012.12.024. 
  4. ^ Gandhi (2014). "Ultrasound-Induced Nucleation in Microcellular Polymers". Journal of Applied Polymer Science. 131 (18): n/a. doi:10.1002/app.40742. 
  5. ^ Greenberg (12 Mart 1974), Mixing of molten plastic and gas, 3 Nisan 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi, erişim tarihi: 7 Şubat 2016 
  6. ^ Martini-Vvedensky (25 Eylül 1984), Microcellular closed cell foams and their method of manufacture, 3 Nisan 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi, erişim tarihi: 7 Şubat 2016 
  7. ^ Avalle (Mart 2014). "Mechanical properties and impact behavior of a microcellular structural foam". Latin American Journal of Solids and Structures. 11 (2): 200-222. doi:10.1590/S1679-78252014000200004. 
  8. ^ "Home". 15 Kasım 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 7 Eylül 2020. 
  9. ^ "Injection Molding Process, Defects, Plastic". www.custompartnet.com. 1 Mart 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 17 Şubat 2016. 
  10. ^ "Blow Molding". www.custompartnet.com. 20 Ekim 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 17 Şubat 2016. 
  11. ^ "The Process". www.trexel.com. 23 Ocak 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 17 Şubat 2016. 

Ayrıca bakınız

Dış bağlantılar

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Seramik</span> ısı etkisiyle hazırlanan inorganik, metalik olmayan katı

Seramik iyonik veya kovalent bağlara sahip metal ve metal olmayan inorganik bileşik içeren katı bir malzemedir. Yaygın kullanım örnekleri çanak-çömlek, porselen ve tuğladır.

<span class="mw-page-title-main">Plastik enjeksiyon</span>

Plastik enjeksiyon, temelde kapalı bir kalıbın içine plastik malzemenin eriyik sıcaklığının üstündeki bir sıcaklık aralığında yüksek hızda yolluk girişinden kalıp gözüne hızlı bir şekilde enjekte edilmesi sonrası, ütüleme fazı ve tutma fazı ile parçanın boyut ve görsel toleranslarının kabul edilebilir seviyeye getirdikten sonra plastiğin kalıptan çıkma sıcaklığının altına getirilerek kalıptan çıkarılması prensibine dayanan bir plastik parça imalat yöntemidir. Seri üretime uygun olması sebebiyle, birçok sektörde oldukça fazla kullanılan bir üretim yöntemidir. Bu metot ile en küçük komponentlerden, otomotiv, savunma sanayi ürünlerine kadar çok çeşitli ebat ve kategorilerde plastik parçalar imal edilebilir.

<span class="mw-page-title-main">Polietilen</span>

Polietilen, çok çeşitli ürünlerde kullanılan bir termoplastiktir. İsmini monomer hâldeki etilenden alır, etilen kullanılarak polietilen üretilir. Plastik endüstrisinde genelde ismi kısaca PE'dir.

Polistiren, monomer hâldeki stirenden polimerizasyon ile üretilen bir polimerdir. Petrolden elde edilir. Plastik endüstrisinde daha çok PS kısaltması ile kullanılır. Oda sıcaklığında, polistiren katı halde bir termoplastiktir, enjeksiyon veya ekstrüzyon yolu ile işlenirken yüksek sıcaklıklarda eriyik hâle getirilir. Daha sonra soğutularak tekrar katılaşması sağlanır.

<span class="mw-page-title-main">HDPE</span> polietilen malzeme

HDPE, petrolden elde edilen, yüksek yoğunluklu polietilen malzemedir. İsmi İngilizce karşılığı olan "High Density Polyethylene" teriminin kısaltmasından gelmektedir. Sanayi ve imalat sektöründe genelde bu isim kullanılmaktadır. Yaklaşık olarak, 1.75 kg. petrolden, 1 kg. HDPE hammadde elde edilir.

<span class="mw-page-title-main">Kaynak (imalat)</span>

Kaynak, malzemeleri, genellikle metalleri veya termoplastikleri, esas olarak parçaları birbirine eritmek ve soğumalarını sağlamak için yüksek sıcaklık kullanarak birleştiren bir üretim sürecidir ve füzyona neden olur. Yaygın alternatif yöntemler arasında, ısı olmadan bağlanan malzemeleri eritmek için kimyasallar kullanan çözücü kaynak (termoplastikler) ve basınç, soğuk kaynak ve difüzyon bağlama gibi erimeden bağlanan katı hal kaynak işlemleri vardır.

<span class="mw-page-title-main">Termoplastik</span>

Termoplastik veya ısıyla yumuşayan plastik belirli sıcaklıkta bükülebilir veya kalıplanabilir hale gelen ve soğuduktan sonra katılaşan bir plastik polimer malzemedir.

<span class="mw-page-title-main">Poliüretan</span> karbamat (üretan) bağlantılarıyla birleştirilen organik birimler zincirinden oluşan polimer

Poliüretan, karbamat bağlantıları ile birleştirilen organik üniteler zincirinden oluşan bir polimerdir. Esnek ve esnemeyen köpükler, dayanıklı elastomerler ve yüksek performanslı yapıştırıcılar, sentetik lifler, contalar, prezervatifler, halıların alt kısmı ve sert plastik yapımında kullanılırlar.

Karbon elyaf takviyeli plastik veya karbon elyaf takviyeli polimer sağlam, hafif ve pahalı bir çeşit kompozit malzeme, elyaf takviyeli polimerdir. Cam elyafı'ına benzer şekilde bu kompozit yapıya mukavemet veren malzemeye karbon elyafı denilir. Polimer için en çok epoksi kullanılsa da polyester, vinil ester ya da naylon gibi başka maddelerin de kullanıldığı görülebilir. Kevlar veya alüminyum yapılarında karbon, cam gibi diğer güçlendiricilerle birlikte kullanılır. Grafit takviyeli polimer ya da Grafit elyaf takviyeli polimer (GFRP) de karbon elyafıyla takviyeli bu tür yapıları nitelemek için de kullanılır. Cam elyaf takviyeli malzemelerin de GFRP olarak tanımlanabilmesi ve karışıklık yaşanması nedeniyle bu isimlendirme çok sık kullanılmaz. Bazı ürün tanıtımlarında ise kısaca grafit elyafı denilir.

<span class="mw-page-title-main">Dökümhane</span> metal döküm üretilen fabrika veya işyerleri

Dökümhane, metal döküm üretilen fabrika veya işyerleridir. Dökümhanede bu işi yapan kişilere dökümcü denilir. Eritilen ve bir sıvı haline gelen metaller istenilen şekildeki bir kalıba dökülerek soğumasının ardından yapılması istenilen döküm ortaya çıkmış olur. En sık işlenen metaller arasında alüminyum ve dökme demir bulunmaktadır. Bu metallerin yanı sıra, bronz, çelik, magnezyum, bakır, kalay ve çinko gibi metaller dökümhanelerde döküm üretmek amacıyla kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Baryum sülfat</span> inorganik bileşik

Baryum sülfat BaSO4 formüllü inorganik bileşik. Bu beyaz kristal katı renksizdir ve suda çözünmez. Barit halinde bulunur.

<span class="mw-page-title-main">Döküm</span>

Döküm, metal işçiliği ve mücevher yapımında, sıvı bir metalin amaçlanan şeklin negatif bir izlenimini içeren bir kalıba döküldüğü ve metalurji ve malzeme mühendisliğinin doğrudan iş kolu olan oldukça önemli bir prosestir. Metal, havşa adı verilen içi boş bir kanaldan kalıba dökülür. Daha sonra metal ve kalıp soğutulur ve metal kısım (döküm) çıkarılır. Döküm genellikle diğer yöntemlerle yapılması zor veya ekonomik olmayan karmaşık geometriler üretmek için kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Hafızalı köpük</span> Visco, yumuşak ve sakızımsı kimyasal madde. İnsan sağlığına, tüketilmediği sürece zararı yoktur. Hatta ortopedik yatak ve yastıklarda kullanılır.

Hafızalı köpük çoğunluğu poliüretan olan ve viskozite ve yoğunluğu artıran ek kimyasallardan oluşur. Genellikle "viskoelastik" poliüretan köpük veya esnekliği az poliüretan köpük (LRPu) olarak adlandırılır. Köpük kabarcıkları veya "hücreleri" açıktır ve etkili şekilde havanın hareket edebileceği bir matris oluşturur. Yoğun olan hafızalı köpük vücut sıcaklığıyla yumuşar ve birkaç dakikada çevrelediği vücudun şeklini alır. Yeni bulunan hafızalı köpükler ilk şekillerine daha çabuk geri dönerler.

<span class="mw-page-title-main">Plastik ekstruzyonu</span>

Plastik ektruzyon ham plastiğin eritildiği ve sürekli bir profil olarak şekillendirildiği yüksek-hacımlı bir üretim prosesidir. Ekstruzyon ile boru/hortum, plastik fitil, çit, güverte korkuluğu, pencere profili, plastik filmler ve tabakalar, termoplastik kaplamalar ve kablo yalıtımı gibi ürünler üretilir. Bu işlem, bir huniden plastik malzemenin ekstrüderin haznesine beslenmesiyle başlar. Malzeme vida döndürülerek üretilen mekanik enerji ve plastik ocağı boyunca düzenlenmiş ısıtıcılar ile kademeli olarak eritilir. Erimiş polimer daha sonra polimeri soğutma sırasında sertleşecek bir şekle sokan bir kalıba basılır.

<span class="mw-page-title-main">Şişirmeli kalıplama</span>

Şişirmeli kalıplama içi boş plastik parçaların yapımı ve birleştirilmesi için kullanılan bir üretim sürecidir. Cam şişeler veya diğer içi boş şekiller yapmak için de bu işlem kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Kompozit Malzemeler</span>

Kompozit malzeme, önemli ölçüde farklı fiziksel veya kimyasal özelliklere sahip iki veya daha fazla bileşen malzemeden yapılan ve birleştirildiğinde öncekinden farklı özelliklere sahip olan bir malzeme üreten bir malzeme. Bu kurucu malzemeler, oldukça farklı kimyasal veya fiziksel özelliklere sahiptir ve tek tek elemanlardan farklı özelliklere sahip bir malzeme oluşturmak için birleştirilir. Bitmiş yapı içinde, tek tek elemanlar ayrı ve farklı kalarak kompozitleri, karışımlardan ve katı solüsyonlardan ayırmaktadır.

Genellikle polimer malzemeleri tasarlayan, analiz eden ve değiştiren bir mühendislik alanıdır. Polimer mühendisliği, petrokimya endüstrisi, polimerizasyon, polimerlerin yapısı ve karakterizasyonu, polimerlerin özellikleri, polimerlerin birleştirilmesi ve işlenmesi ve ana polimerlerin tanımı, yapı özellik ilişkileri ve uygulamalarının yönlerini kapsar.

<span class="mw-page-title-main">Kalıp içi etiketleme</span>

Kalıp içi etiketleme teknolojisi; önceden basılmış bir etiketin, kalıplama gerçekleşmeden hemen önce bir kalıba yerleştirildiği bir tekniktir. Bu, her türlü enjeksiyonla kalıplanmış plastik kaplar için popüler bir yüzey altı etiketleme işlemidir. Etiket, kalıplanırken plastik kaba eriyerek kalıp sonrası dekorasyon ihtiyacını ortadan kaldırmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Cam-seramik</span>

Cam-seramikler (CS'ler), bir camın kristalleştirilmesiyle elde edilmektedir. Camların özellikleriyle kristallerin faydalarının birleşiminin sonucu olarak ortaya camdan daha verimli bir yapı çıkar. Cam-seramikler, uygun bileşimdeki camların ısıl işlem uygulanmasıyla oluşur. Bu nedenle daha düşük enerjiye sahip kristalli yapı oluşur. Kontrollü kristalizasyona tabi tutulduğunda oluşan ince taneli polikristal malzemeler cam- seramik malzemeler olarak adlandırılmaktadır. Holand ve Beall (2012) cam-seramik malzemeleri kimyasal bileşimlerine göre sınıflandırmaktadır. Bu sınıflandırma ; alkali ve toprak alkali silikatlar, alümino-silikatlar, florosilikatlar, silikofosfatlar, demir silikatlar ve fosfatları kapsamaktadır. Cam-seramiklerin bir başka sınıflandırması ise cam-seramikleri oksit ve oksit olmayan kategorilere ayırmaktadır.. Oksit cam seramikler, silikat, fosfat, borat ve GeO2 bazlı malzemeleri içermektedir.

<span class="mw-page-title-main">Termoform</span>

Termoform', plastik bir levhanın plastiğin esneyebileceği bir şekillendirme sıcaklığına ısıtıldığı, bir kalıpta belirli bir şekle getirildiği ve kullanılabilir bir ürün oluşturmak için kesildiği bir üretim sürecidir. Levha veya daha ince ölçüler ve belirli malzeme türlerine atıfta bulunulduğunda "film" malzeme, bir kalıbın üzerine yerleştirilip bitmiş şekle soğutulmasına imkan verecek kadar yüksek sıcaklığa kadar bir fırında ısıtılır. Basitleştirilmiş versiyonu vakum şekillendirmedir.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.