View
19
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
1
14.1.Polimerizasyon14.2.Plastiklerin mühendislikte kullanımı
ve özellikleri
14.3.Plastik katkı
maddeleri14.4.Lif donatılı
plastik kompozitler
14.5.Lastik14.6.Organik kaplamalar, boyalar
Dokuz Eylül Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü
14. Polimerler14. Polimerler
YAPI MALZEMESİ
- I
2
çok sayıda tekrarlanan monomer
“poli”
“mer”
14.1. 14.1. PolimerizasyonPolimerizasyon
3
14.1. 14.1. PolimerizasyonPolimerizasyon
4
Doğal Polimerler
14.1. 14.1. PolimerizasyonPolimerizasyon
Keratin
Jelatin
Kolajen
İpek
Yün
Selüloz
Doğal kauçuk
DNA
5
Yapay polimerler sentetik ya da yarı
sentetik olabilir.
14.1. 14.1. PolimerizasyonPolimerizasyon
6
14.1. 14.1. PolimerizasyonPolimerizasyon
Polimerler, kimyasal bileşimlerine göre organik ve inorganik
olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır.
Organik polimerlerde başta karbon
olmak
üzere hidrojen, azot ve halojen
atomları
bulunur.
İnorganik polimerlerde ise ana zincirde karbon yerine silisyum, germanyum, bor, fosfor
gibi elementler
bulunur.
7
Sentez yoluyla bileşiğin kendi küçük molekülünden daha büyük moleküllerin üretilmesine polimerizasyon, iki veya daha çok arı
molekülün su molekülleri dışarıda kalacak
şekilde birleşmeleri ve büyümelerine ise kondansasyon denir.
14.1. 14.1. PolimerizasyonPolimerizasyon
8
Plastikler 19. yüzyıl sonlarında ortaya çıkmışlar ve 20. yüzyılın malzemesi olmuşlardır.
İlk plastik malzeme: selüloz-nitrat
14.1. 14.1. PolimerizasyonPolimerizasyon
9
Bunu izleyerek 1910'da bakalit, 1929'da Üre ve Melamin, 1940'da Poliamit
ve Naylon, 1943'de
Polietilen ve Silikon ve 1948'de Epoksi bulunmuştur.
14.1. 14.1. PolimerizasyonPolimerizasyon
1927'de PVC
10
14.1. 14.1. PolimerizasyonPolimerizasyon
Homopolimer
-A-A-A-A-A-A-A-A- örn: polietilen
11
Polimerizasyon
ortamında tek bir mer
yerine, iki mer
varsa, bunların birleşiminden oluşan ve
metallerdeki alaşıma benzeyen bir ürün elde edilir. Bu olaya kopolimerizasyon, ürüne ise kopolimer
denir.
Örneğin PVC (polivinil
klorür) ve PVA (polivinil asetat) bu tür ürünlerdir.
14.1. 14.1. PolimerizasyonPolimerizasyon
Kopolimer
-B-A-B-A-B-A-B-A-B-grafted copolymers are styrene-butadiene
12
14.1. 14.1. PolimerizasyonPolimerizasyon
Terpolimer
Günümüzde plastik üzerine çok sayıda araştırma yapılmakta ve yeni türler ortaya çıkmaktadır.
14.1. 14.1. PolimerizasyonPolimerizasyon
Polimerizasyon
için gerekli parametreler:
-Sıcaklık-Basınç-Katalizör
14
Eğer etilen (C2
H4
) uygun basınç, sıcaklık ve katalizörlerin etkisinde bırakılırsa,
14.1. 14.1. PolimerizasyonPolimerizasyon
Etilen'e monomer, uzun molekül polietilen'e polimer adı
verilir.
Polimerizasyona
örnek
Hafiflik (özgül ağırlığı
0.82 –
2.10),
Düşük elektriksel iletkenlik (elektrik yalıtım malzemesi olarak uygundur),
Düşük ısı
iletkenlik,
Renk seçeneği (şeffaftan opağa
kadar değişen optik özellikler),
Kimyasal maddelere dayanıklılık (ultraviole
ışıktan korunduğu
takdirde inorganik asitlere, tuzlara, bazlara, tatlı,tuzlu ve pis su etkisine dayanıklılık sağladığı
için ideal bir alt yapı
malzemesidir),
Düşük su emme,
Yanmama veya yanarken sönme özelliği (selüloz nitrat dışında).
Buna karşılık yangın durumunda zehirli gaz etkisi ortaya çıkabilir,
Kolay imalat ve işlenebilirlik (örneğin imalat sırasında plastiklerin içine metal parçalar gömülebilir veya matkapla vb. aletle delik açılıp, kesilebilir).
14.2. Plastiklerin m14.2. Plastiklerin müühendislikte kullanhendislikte kullanıımmıı
ve ve öözellikleri zellikleri
16
Plastiklerin mekanik özelliklerine etki eden faktörler ise; yükleme hızı, sıcaklık ve çevre koşullarıdır.
Plastikler yük altında viskoelastik davranış
gösterirler.
Bu davranış
da sıcaklık ve zamana
bağlıdır.
14.2. Plastiklerin m14.2. Plastiklerin müühendislikte kullanhendislikte kullanıımmıı
ve ve öözellikleri zellikleri
Bazı
plastikler yüksek dayanımlı
iken, bazıları
düşük dayanım değerlerine sahiptir. Bazıları
kırılgan, gevrek
davranış
gösterirken, bazıları
çok düktildir.
Sert, dayanıklı
plastikler(kalıplanmış
termosetler)
Birim şekil değişimi
Gerilme
Plastiklerin çoğu
Yüksek oranda esneyebilen plastikler
14.2. Plastiklerin m14.2. Plastiklerin müühendislikte kullanhendislikte kullanıımmıı
ve ve öözellikleri zellikleri
Nylon_Tensile_Test
Etilen'in polimerizasyon
işlemi karışık bir kimyasal reaksiyon türüdür. Değişik tipleri düz, dallanmış
veya
çapraz bağlı
şekillerde olabilir.
a) Düz bağlı
b) Dallanmış
bağlı
c) Çapraz bağlı
14.2. Plastiklerin m14.2. Plastiklerin müühendislikte kullanhendislikte kullanıımmıı
ve ve öözellikleri zellikleri
19
Düz zincir tipi
plastiklere termoplastik
adı
verilir. Bu tip malzemeler sıcaklık artınca yumuşarlar ve basınç
altında tekrar şekil verilebilirler. Bu farklı
davranışa, birincil bağ
olan kimyasal bağdan çok, ikincil fiziksel
bağlar sebep olur.
14.2. Plastiklerin m14.2. Plastiklerin müühendislikte kullanhendislikte kullanıımmıı
ve ve öözellikleri zellikleri
Termoplastikler
Kolay şekil verilir. Örn: polietilen
(thermosoftening)
20
Termoplastikler
-
Polietilen
14.2. Plastiklerin m14.2. Plastiklerin müühendislikte kullanhendislikte kullanıımmıı
ve ve öözellikleri zellikleri
Polietilenin paralel zincirleri arasındaki zayıf Van der Waals bağları
çekme sırasında yüksek orana uzamayı
sağlar.
Sıcaklık artışı
ile aynı
yükteki uzama artışı
da paralel zincirleri arasındaki zayıf Van der Waals
bağları
ile açıklanabilir.
21
Çapraz bağlı
ve dallanmış
türler sıcaklık etkisiyle yumuşayarak reaksiyona girip erir.
Sıcaklık bir noktayı
aşınca polimerizasyon
sonucu, plastik sert, kırılgan bir malzeme haline dönüşür.
Bu malzemeler tekrardan ısıtılınca yumuşamazlar, sert ve kırılgandır. Bu tip malzemelere termoset
plastikler
adı
verilir. Genelde termoset malzemeler düktil
değillerdir.
14.2. Plastiklerin m14.2. Plastiklerin müühendislikte kullanhendislikte kullanıımmıı
ve ve öözellikleri zellikleri
Termoset
plastikler
22
Termoplastikler, normal sıcaklıkta kırılgandan, düktile
kadar değişen davranışlar gösterirler.
Termoplastikler
doğal ve sentetik olmak üzere iki gruba ayrılırlar.
Doğal termoplastikler
reçine ve asfalt bazlı bağlayıcılardır.
14.2. Plastiklerin m14.2. Plastiklerin müühendislikte kullanhendislikte kullanıımmıı
ve ve öözellikleri zellikleri
Termoplastikler
23
Yüksek sıcaklıklar
polimerler için daima tehlikelidir. Bazı
türleri 300-400 oC sıcaklığa kadar dayanmasına
karşın (teflon, melamin, vb.), çoğunluğu 80 oC’nin aşılması
halinde zarar görür. Sıcak ortamlarda
elastisite modülleri ve elastik limitleri düşer.
Sünme ve yorulma
olayları
plastikleri olumsuz yönde etkiler.
14.2. Plastiklerin m14.2. Plastiklerin müühendislikte kullanhendislikte kullanıımmıı
ve ve öözellikleri zellikleri
24
14.2. Plastiklerin m14.2. Plastiklerin müühendislikte kullanhendislikte kullanıımmıı
ve ve öözellikleri zellikleri
Epoksi
reçinesi İnşaat sektöründe çok geniş kullanım alanı:
Yapıştırma, su yalıtımı, korozyon koruması, yüzeysel onarım, ankraj, dübelleme, enjeksiyon…
25
14.2. Plastiklerin m14.2. Plastiklerin müühendislikte kullanhendislikte kullanıımmıı
ve ve öözellikleri zellikleri
Epoksi
reçinesi
Enjeksiyon amaçlı
olanların viskozitesi
daha düşüktür ve kum karıştırılmaz.
26
1. Donatı
Maddeleri2. Dolgu Maddeleri3. Boyalar4. Stabilizatörler
14.3. Plastik katk14.3. Plastik katkıı
maddeleri maddeleri
27
Donatı
Maddeleri: Plastiklerin mekanik özelliklerini düzeltmek amacıyla en çok cam lifleri
kullanılır. Diğer
lifli maddeler de pamuk, naylon, metal lifleri, kumaş
ve kağıt bu amaçla kullanılır.
14.3. Plastik katk14.3. Plastik katkıı
maddeleri maddeleri 1
28
Dolgu Maddeleri: Maliyeti düşürmek, hacmi arttırmak amacıyla plastik maddelere talk, silikatlar, karbonatlar, talaş
gibi maddeler katılır.
14.3. Plastik katk14.3. Plastik katkıı
maddeleri maddeleri 2
29
Boyalar:
Plastiklere boya katılarak istenen renk verilebilir.
14.3. Plastik katk14.3. Plastik katkıı
maddeleri maddeleri 3
30
Stabilizatörler: Plastiklerin zamanla bozulmasına yol açan kimyasal reaksiyonları
geciktirmek amacıyla
katkı
maddeleri eklenir. Örneğin, plastikler ultraviyole ışık altında geniş
moleküllerin parçalanması
sonucu
plastik özelliğini kaybedip kırılgan hale gelir.
Bunu önlemek için kurşun tozları, karbon siyahı
gibi katkı
maddeleri karışıma eklenir.
14.3. Plastik katk14.3. Plastik katkıı
maddeleri maddeleri 4
31
Polimerlerin UV ile bozulması
Termoplastikler
daha hassastır.
(polipropilen, polietilen, polimetilmetakrilat, naylon lifler)
32
Ultraviyole (UV) ışın (morötesi)
Elektromanyetik ışınım (radyasyon) spektrumunda görünür ışıkla X-ışınlarına arasında kalan dalgaboyundaki
(10 nm-
400nm) ışınlardır.
UV ışını
enerjisi 3 eV ile 124 eV arasında değişir. İnsan gözünün algıladığı
en yüksek frekanslı ışık
viyole
olduğu için daha yüksek frekanslı
bu ışına ultra viyole (mor) denmiştir.
33
14.6. Organik kaplamalar, boyalar14.6. Organik kaplamalar, boyalar
Mekanizma-1:
34
Açığa çıkan filler veya pigment
14.6. Organik kaplamalar, boyalar14.6. Organik kaplamalar, boyalar
Mekanizma-2:
Polimer zincirlerinde
kısalma
Sağlam polimer zinciri
UV etkisi
Sağlam filler ve pigment
35
Seramikler ve metaller iyonik ve kovalent
bağ
yapıları
nedeniyle UV etkisine daha dirençlidir.
14.6. Organik kaplamalar, boyalar14.6. Organik kaplamalar, boyalar
UV etkisi ile:-
yüzeyde çatlama
- yüzeyde matlaşma ve şeffaflık kaybı-
kolay kırılma
Doğal lastik (kauçuk)
termoplastik
ve elastomerik
özelliktedir.
Çok büyük şekil değişimleri yapabilen (elastomer) lastik sert, aşınmaya dayanıklı
ve düşük permeabilite
özelliklerine sahip
bir malzemedir.
14.5. Lastik14.5. Lastik
Vulkanize
edilmiş
kauçuk
37
Kükürt katarak çapraz bağlarını
arttırmak suretiyle lastiğin
sertliğini sıcakta da yüksek tutmak mümkün olmuştur.
Mekanik enerjiyi ısı
enerjisine dönüştürerek şok darbelerini
sönümleyerek yutar.
14.5. Lastik14.5. Lastik
neoprene
38
14.6. Organik kaplamalar, boyalar14.6. Organik kaplamalar, boyalar
Kaplama amaçlı
kullanılan boya türleri; yağlı
boyalar, su
boyaları, enameller, vernikler, şellaklar
ve laklardır. Boya ve enameller
her zaman renkli, laklar bazen renkli, vernik ve
şellaklar
ise şeffaftır.
Boyalar arasındaki farklılıklar, taşıyıcıda bulunan bağlayıcı
maddenin
türüne göre oluşur.
Boyalar bağlayıcılarına göre; yağlı
boyalar,
sentetik boyalar, selülozik boyalar, emülsiyonlar şeklinde sınıflandırılırlar.
14.6. Organik kaplamalar, boyalar14.6. Organik kaplamalar, boyalar
40
Pigmentler
saydam olmayan ve sert bir tabaka oluşumunu
sağlayan, suda ve eriticide erimeyen, 0.1-60 mikron büyüklüğünde ince tozlardır.
Pigmentler doğal veya yapay organik, inorganik veya madensel kökenli olabilir.
14.6. Organik kaplamalar, boyalar14.6. Organik kaplamalar, boyalar
Geçiş
metallerinin bileşikleri
Co(NO3
)2
(kırmızı); K2
Cr2
O7
(turuncu);K2
CrO4
(sarı);NiCl2
(turkuaz); CuSO4
(mavi); KMnO4
(mor).
41
Mavi pigmentin mavi görünmesi
Recommended