ELASTOMERLERİN

SINIFLANDIRILMASI,

ÖZELLİKLERİ

VE

KULLANIM ALANLARI

1. GİRİŞ

• Kauçuk endüstrisi kauçuk ürünlerinin çok çeşitli olmasınedeniyle hızlı bir gelişme göstermektedir. Sanayininhızla gelişmesi ile kauçuk metal malzemeleritamamlayıcı olarak kullanılan ve günlük hayatta çok fazlakullandığımız eşyalarda yer alan en önemli malzemeolarak karşımıza çıkmaktadır[1]

• Kauçuk, bazı bitkilerin süte benzeyen öz sütünden eldeedilir.

• Doğada yaklaşık 200 tane bitkinin öz suyunda kauçukvardır. Bunlar ağaç, çalı ve ot cinsi bitkilerdir. Kauçuküretimi için önemli olanlar ağaç olan bitki grubudur. Tabiikauçuk, Brezilya kökenli bir ağaç olmakla birlikte, kauçukağacı adıyla anılan Hevea Brasiliensis’ten elde edilir.

• Plantasyon yöntemi ile bu ağaçtan plantasyon ile eldeedilen doğal kauçuk yeterli gelirken, günümüzdesanayide artan kullanım alanı nedeniyle ihtiyacıkarşılayamaz hale gelmiştir. Bu yüzden sentetikkauçuklar bulunmuştur [2, 3].

• Doğal ve sentetik kauçuklar yani diğer adıylaelastomerler ham hallerinde belli bazı fiziksel özellikleresahiptirler.

• Doğal ve sentetik kauçuğun ham halleri zayıf dayanıksızve yapışkan olmakla beraber sıcaklık, hava ve güneşışığının etkisiyle fiziksel özelliklerini kaybederler.

• İstenilen kauçuk ürününe göre, ufaltma, mastikasyon,karışımın hazırlanması (ilaveler), şekil verme vevulkanizasyon işlemleri sırayla uygulanmaktadır.

• Elastomerlerin en önemli özelliği, sıkıştırma ya dagerilme işlemlerinden sonra eski formunu gerikazanabilmesidir yani elastik davranışta bulunmasıdır[3,4].

• Otomotiv lastiklerinde kullanılan kauçuğun bükülebilir,esnek, dayanıklı ve aşınmaya karşı dirençli olmasıgerekir.

• Su ve yağ hortumlarında, tıpta kullanılan ince borularda,şişme bot ve balonlarda, iş ve ameliyat eldivenlerindebükülebilir özellik önde gelir. Kauçuk bantlarda, boruhatları ve makinelerde, sızıntıyı önleyen contalardakauçuğun esneklik özelliğinden yaralanılır.

• Yer kaplamalarında, yürüyen merdivenlerde ve taşıyıcıbantlarda aşınmaya karşı direnç göz önüne alınır [2, 3].

2.2.Elastomer ve Elastomer Türleri

• Oda sıcaklığında orijinal boyunun en az iki misline

uzayabilen ve bu uzamayı sağlayan kuvvet ortadan

kaldırıldığında hemen orijinal boyuna geri dönebilen

plastik deformasyona uğramayan çapraz bağlanmış

(vulkanize olmuş) polimer malzemeler elastomer olarak

adlandırılır[4].

• Elastomerler, doğal kauçuk ve sentetik kauçuk

elastomerleri olmak üzere iki grupta sınıflandırılırlar.

2.2.1. Tabii kauçuk (NR)

• Tabii kauçuk brezilya kökenli bir ağaç olup çoğu kezkauçuk adıyla anılan Hevea Brasiliensis’ten elde edilir.

• Hevea Brasiliensis’in iç kabuğunda bulunan lateks,gövdede açılan yarıklardan akıtılarak toplanır vepıhtılaştırılır [2].

• Ağaçtan alınan % 30’luk sıvı konsantrasyonu arttırılarak% 60’lık hale getirilir.

• Santrifüjlüme, buharlaştırma ve kaymaklaştırma gibiyöntemlerle % 60 kauçuk içeren lâteks elde edilirken

çoğu yabancı maddede uzaklaştırılmış olur.

• Çağdaş plantasyonlarda ise lâteks, seyreltik asetik asit

ya da formik asit gibi kimyasal maddelerle su yüzeyinde

bir katman halinde toplanır. Daha sonra merdaneler

arasından sıkıştırılarak geçirilir ve fazla suyu atılır [4].

• Plantasyonla elde edilen ham tabii kauçuk,

hidrokarbonlara ilave olarak lateksin koagülasyonu

sırasında oluşan bazı safsızlıkları da içermektedir. Bu

safsızlıkların miktarı proses şartlarına bağlı olarak

değişmektedir [2].

Kaliteli bir plantasyon sonucunda oluşan kauçuğun yapısı

Doğal kauçuğun yapısı[2]

[2] SAVRAN, H.Ö., Elastomer Teknolojisi 2, Kauçuk Derneği Yayınları, İstanbul, 2001.

• Molekül yapısındaki içerdiği çift bağ doymamışlıkderecesini ifade eder. Doymamışlık derecesi çift bağınsayısı ve aktivitesi ile ilgilidir.

• Tabii kauçuğun ortalama molekül ağırlığı 200 000 – 400000 arasındadır ve geniş bir molekül ağırlığı dağılımınasahiptir.

• Bu her polimer zincirinde yaklaşık 3000-5000 arasındaizopren birimine tekabül etmektedir.

• Geniş bir molekül ağırlığı dağılımına sahip olduğundan,mükemmel işlenebilme özellikleri gösterir [2].

• Her izopren birimi arasında yer alan çift bağlar ve -metilen grupları reaktif gruplardır. Çift bağlarvulkanizasyon sırasında kükürt reaksiyonu için gerekliolmaktadır. Bu bağlar aynı zamanda tabii kauçuğunyaşlanmasına sebep olan oksijen ve ozan ile reaksiyonagirme özelliğine de sahiptir [4].

• Tabii kauçuk düzenli ve %99 cis 1-4 yapısında olmasınedeniyle yüksek derecede kristalleşme özelliğinesahiptir.

• Kauçuk gerilince ve düşük sıcaklıklarda kristalleşir [2].

• Tabii kauçuğun gerilme sırasında kristalleşme özelliği,güçlendirici dolgu maddeleri ve çeşitli kimyasallarkullanılmaya gerek kalmadan, yüksek modül (beli biruzama değeri için uygulanan kuvvetin birim alana düşenmiktarıdır) değerleri ve çok iyi gerilme özelliklerisağlamakta, deformasyona karşı direnci arttırmakta, aynızamanda oksidasyon sonucu oluşan çatlaklarınbüyümesine karşı direnç oluşturmaktadır [8].

• Elastomerleri birbiriyle karıştırmak kauçuk endüstrisinde;en iyi fiziksel özelliklerini sağlamak, yaşlanmaya karşıdayanıklılığı artırmak, prosesleri kolaylaştırmak ve fiyatıdüşürmek için kullanılır [9].

• Tabii kauçuklar üretildikleri yere göre teknik olarak da

çeşitli isimler alırlar. Örneğin Malezya üretimi doğal

kauçuk SMR ismini alırken; Tayland üretimi TTR,

Endonezya üretimi SIR ve Singapur üretimi SSR adını

alır [4].

• Tabii kauçuğun 2/3’ü araç lastiği üretiminde

kullanılmaktadır. Başlıca kullanım alanları konveyör bant,

hortum, ayakkabı tabanı, kablo, otomotiv parçaları, yer

döşemesi, demiryolu desteği, diyafram, membran,

yapışkan imalatı, silindir kaplama, sünger imalatı, gıda

sanayinde contalar, sağlık ürünleri, ebonit malzemeler,

eldiven, bebek emzikleri ve balonlardır [2].

2.2.2 Sentetik kauçuk

• Tabii kauçuk birçok uygulama için arzu edilmesine ve

çok önemli materyal olmasına rağmen sadece bazı

tropikal bölgelerde yetişen doğal bir üründür. Bu nedenle

birçok uygulama alanında tabii kauçuk yerine sentetik

kauçuklar geliştirilmiştir [10].

Stiren-bütadien kauçuk (SBR)

– 1929 yılında E. Tchunkur ve A. Bock isimli kimyacılar, 75/25

oranında Bütadien/stiren karışımlarını emülsiyon

polimerizasyonu ile kopolimerleştirerek tabii kauçuğa benzer

bir yapı elde etmişlerdir [2].

– SBR stiren ve bütadien monomerlerinin polimerizasyonu ile

elde edilmektedir.

Stiren bütadien kauçuğun yapısı[2]

[2] SAVRAN, H.Ö., Elastomer Teknolojisi 2, Kauçuk Derneği Yayınları, İstanbul, 2001.

• Polimerizasyon, reaksiyonun tipine kullanılanbaşlatıcıların, emülgatörlerin, ayarlayıcıların vedurdurucuların cinsine ve dönüşüm derecesine bağlıolarak değişmektedir.

• Bunun sonucunda elde edilen polimerin özellikleri defarklılıklar göstermektedir.

• Polimer zinciri stiren ve bütadien monomerlerinin gelişigüzel karışımıdır. Bu yapı kauçuk özellikleri vermeklebirlikte düzensiz olduğundan kristalleşme deönlenmektedir.

• Bu durum SBR kauçuklarının değişik birçok alandakullanılması sağlanılmaktadır [2].

• SBR kauçuklar emülsiyon ve çözelti polimerizasyonu ileüretilebilmektedir.

• Çözelti polimerizasyon yönteminde, saf bir çözücüdemonomer çözülerek polimerizasyon yürütülmektedir.

• Polimerizasyonun başlaması ile ortamın viskozitesi artar.Polimerizasyon, istenilen dönüşüme ulaşıldığındakatalizör pasifleştirilir, kauçuk çökeltiden çöktürülerekelde edilir [4].

• Emülsiyon polimerizasyonu yönteminde ise yaklaşık 75kısım bütadien ve 25 kısım stiren, uygun emülsiyonyapıcılar yardımı ile emülsiyon haline getirilerek 10 oC’deperoksit başlatıcı sistemi ile polimerleştirilir

• Molekül ağırlığı ayarlayıcı maddeler de ilave edilerek

%60-70 dönüşüme kadar polimerizasyonun devam

etmesi sağlanır.

• Bu dönüşüme ulaşıldığında, peroksit katalizörü

pasifleştiren katkılar ilave edilerek, reaksiyon durdurulur

ve reaksiyona girmemiş stiren ve bütadien uzaklaştırılır.

• Üretilen kauçuk, sulu emülsiyon halindedir ve lateks

olarak adlandırılır. Lateks, tuz ve sülfürik asit ile

pıhtılaştırılır, kauçuk su ile yıkanıp kurutulur ve

balyalanarak pazarlanır [4].

• E-SBR kauçuklar 100de 30 ile 120 arasında değişebilenMooney viskozitesi ve 250 000–800 000 arasındaortalama molekül ağırlığı değerlerine sahiptir.

• Mastikasyona gerek duyulmadan kolaylıkla işlenebilirler.

• Mastikasyon imkânı sınırlı olduğundan Mooney viskozitedeğerleri, işlenebilme özelliklerine önemli ölçüde tesiretmektedir.

• Düşük Mooney viskozitesine sahip olanların tabakaoluşturması, dolgu maddesi ve yumuşatıcıları kabuletmesi çabuk ve kolay olmaktadır.

• Karıştırma sırasında düşük ısı oluştururlar.

• Yüksek viskoziteye sahip olanların çiğ hamurmukavemetleri yüksektir. Daha yüksek dolgu maddesi veyumuşatıcı yüklenebilir [2].

• E-SBR kauçuklar düşük sıcaklıkta polimerize

edildiğinden daha az dallanma özelliği gösterirler. Bu

yüzden soğuk polimerize edilenler sıcaklara göre daha

iyi işlenebilmektedir. Aynı Mooney viskozitesine sahip

olsalar bile valslerde tabaka oluşturması, kalenderleme

sonrası düşük çekme özelliği ve düzgün yüzey görünüşü

bakımından soğuk tipler tercih edilmektedir.

• Soğuk polimerler ile daha yüksek sıcaklıklarda

çalışılabilir ve bunların kapalı karıştırıcılarda karıştırma

işlemi kolay olmaktadır. Sıcak polimerler fazla dallanma

özelliği gösterdiğinden çiğ hamur mukavemetleri

yüksektir. Aynı zamanda yapıştırıcı imalatında çok iyi

sonuçlar vermektedir.

• SBR, az polar yapıda bir dien kauçuğudur, bu yüzden

polar olmayan diğer tüm dien kauçuklarla her oranda

karıştırılabilirler.

• E-SBR kauçuktan üretilmiş mamullerin (elastomerlerin)

kopma mukavemetleri, büyük ölçüde karışımda

kullanılan dolgu maddesinin cins ve miktarına bağlıdır.

• Yırtılma mukavemeti değerleri ise tabii kauçuktan daha

zayıftır.

• Dinamik yorulma, yaşlanma ve ısı dayanıklılığı

bakımından tabii kauçuktan daha iyi sonuçlar elde

edilmektedir.

• SBR kauçuklar genel maksat kauçuğu olarak birçok

alanda uygulama bulunabilmektedir.

• En önemli kullanım alanı araç lastiği üretimidir. Bu

alanda kullanım oranı %75 civarındadır.

• Bunun dışında teknik parçaların üretiminde, hortum,

konveyör kayışı, spor malzemeleri, ayakkabı tabanı ve

yapıştırıcı imalatlarında kullanılmaktadır [2, 4].

SBR elastomerinin özellikleri[4].

[4] ÖZTÜRK, E,. Farklı Kauçuk KarıĢımlarının Vulkanizasyonuna Hızlandırıcıların

Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, SAÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ocak 2008.

Kloropren kauçuklar (CR)

– 2-kloro-1,3-bütadien (kloropren) polimerizasyonu, ilk

defa 1930 yılında W.H Carothers ve arkadaşları

tarafından gerçekleştirilmiştir.

– Klorlu kauçuk – Kloropren olarak adlandırılır ve CR

sembolü ile gösterilir [4].

Kloropren kauçuğun yapısı[2].

[2] SAVRAN, H.Ö., Elastomer Teknolojisi 2, Kauçuk Derneği Yayınları, İstanbul, 2001.

• Emülsiyon polimerizasyonu yoluyla üretilir. Emülsiyoniçinde katalizörler, emülgatörler, modifiye ediciler,koruyucu ajanlar bulunur ve polimerizasyon, serbestradikallerin başlatma etkisi ile gerçekleştirilir.

• Polimer içinde bulunan monomerlerin % 98’i 1-4konfigürasyonunda, %1-5’i 1-2 konfigürasyonunda veyadiğer konfigürasyonlardadır [2, 4].

• Kloropren kauçukların viskozite değerleri üzerinde,molekül ağırlığı dağılımı, uzun zincir yapısı ve dallanmaderecesi etkin olmaktadır.

• Düşük molekül ağırlığına sahip olanlar çizgisel biryapı oluştururlar ve kauçuğun işlenmesinikolaylaştırırlar.

• Yüksek molekül ağırlığına sahip olanlar dallanmış biryapı gösteririler bu durum işlenebilme zorluklarıoluşturur [2].

• Kloropen kauçuklardan 30-90 Shore A sertliği arasındamamuller üretebilmektedir.

• Sadece kauçuktan yapılmış dolgu maddesi içermeyenkloropren kauçukların kopma mukavemeti değerlerikristallenme eğilimlerinden dolayı birçok sentetikkauçuktan daha iyi değerler vermektedir.

• Kükürtlü modifiye edilmiş kloropren kauçuklar çok iyiyırtılma dayanımı ve daha iyi aşınma mukavemetigösterirler.

• Düşük vulkanizasyon özellikleri yırtılma mukavemetiniarttırmaktadır.

• Uygun karışımlar hazırlandığı zaman tabii kauçuk kadarolmasa da kloropren kauçuklarda çok iyi elastikiyetözellikler elde edilebilmektedir.

• Kloropren kauçuklardan üretilen mamullerin ısı ve

oksidasyon dayanımları tabii kauçuk ve diğer dien

kauçuklardan yapılmış mamullerden daha iyi sonuçlar

verirler.

• Hortum (yüksek basınçlı hidrolik hortumları, fren

hortumları, tekstil örgülü hortumlar, yakıt hortumları)

membran, silecek lastikleri, contalar konveyör kayışları,

V kayışları inşaat ve otomotiv sanayi için çeşitli profiller,

vals kaplamaları, kablo sanayi, ayakkabı sanayi, tank

kaplama, tekstil parçaları başlıca kullanım alanlarıdır

Etilen propilen kauçuklar (EPM/EPDM)

– Etilen propilen terimi iki farklı yapıda kauçuğu ifade etmektedir.

Kopolimer EPM (etilen propilen) ticari olarak ilk kez 1961 yılında

üretilmiştir.

– Kükürtle pişirilebilen termopolimer EPDM (etilen propilen dien)

üretimi ise 1963 yılında gerçekleştirilmiştir [4].

– Kopolimer EPM, amorf ve tamamen doymuş bir yapıdadır. Bu

yapı koordinasyon katalizörlerinin varlığında, etilen ve propilenin

kopolimerizasyonu sonucu elde edilir.

– Kopolimer EPM organik peroksitlerle çapraz bağlar oluşturur.

Diğer polimerlerle karıştırma özelliği yoktur [2, 4].

Etilen propilen kauçuğun yapısı[2].

[2] SAVRAN, H.Ö., Elastomer Teknolojisi 2, Kauçuk Derneği Yayınları, İstanbul, 2001.

Etilen propilen dien kauçuğun yapısı[2]

• Ticari olarak üretilen EPDM kauçukların molekül

ağırlıkları 200 000-300 000,

• Mooney viskozitesi değerleri 100 oC sıcaklıkta 25-100

arasında değişmektedir.

• Yüksek Mooney viskozitesine sahip olan EPDM

kauçuklar yüksek miktarda yağ ve dolgu alabilme

özelliğindendir [2].

• Kopolimer %45-50 arasında etilen içermektedir ve

tamamen amorf yapıdadırlar.

• Etilen miktarı %70-80 arası değerlere ulaşıldığı zamanpolimerde uzun etilen zincirleri oluşur ve kristalleşmeartar. Bu durum kimyasal bağlanma olmaksızın yüksekmekanik özelliklerin oluşmasını sağlar.

• EPDM’de doymamışlık yan grupta bulunduğundan,polimer zinciri tamamen doymuştur. Bu polimere,oksijen ozon ve kimyasal maddeler ile bozulmayakarşı çok iyi mukavemet kazandırır ve bu sebepleEPDM’den yapılan ürünler çok dayanıklıdır [4].

• EPDM amorf bir yapı gösterdiğinden düşük sıcaklıklardaelastikiyetleri çok iyidir.

• EPDM ürünlerinin düşük sıcaklıktaki performanslarınıarttırmak için polimerin düşük miktarda etilen içermesigerekmektedir.

• Otomotivde; radyatör, ısıtma ve emici hortumlar, pencere

ve kapı profilleri, fren sistemi elemanları, silecek lastikleri

ve paspas yapımında,

• İnşaat sektöründe kapı ve pencere profilleri, yer ve çatı

kaplama malzemelerinin yapımında,

• Beyaz eşyada çamaşır ve bulaşık makinesi körükleri,

conta, hortum yapımında,

• Elektrik endüstrisinde, koruyucu kaplar ve kablo

imalatında, teknik parça olarak, hortum, konveyör kayışı,

vals kaplama ve keçe yapımında kullanılırlar [2, 11].

Akrilonitril-bütadien kauçuklar (NBR)

• Akrilonitril ve bütadien kopolimerizasyonu ilk kez

1930 yılında E.Konrad ve Tschunkur tarafından

tarif edilmiştir. Buna başlangıçta N ismi verilmiştir.

• Bugün nitril kauçuk olarak tanımlanırlar ve NBR ile

gösterilirler.

• Nitril kauçuklar, bütadien ve akrilonitril

monomerlerinin emülsiyon polimerizasyonu

sonucu üretilirler [2]

• Bütadien, petrol ürünlerinin krakingi sonucu ortaya çıkangaz karışımının içinden ayrıştırılır.

• Bütadienin kopolimer içindeki görevi temel kauçuksuözellikleri sağlamak ve vulkanizasyon için çift bağlarıoluşturmaktır.

• Diğer monomer akrilonitril ise, propilen ve amonyakgazlarından elde edilir. Akrilonitrilin kopolimer içindekigörevi polar nitril grubu sağlayarak hidrokarbonlardaçözünürlüğü azaltmaktır [2].

[2] SAVRAN, H.Ö., Elastomer Teknolojisi 2, Kauçuk Derneği Yayınları, İstanbul, 2001.

NBR kauçuğun yapısı[2].

Tipik bir NBR kompozisyonu[13]

[13] SIREL, A.T., Kauçuk Teknolojisi, Kauçuk Derneği Kurs Notları, İstanbul, 1989.

• Nitril kauçukta ham polimer üzerine etki eden birçokparametre mevcuttur. Bu durum mamul özelliklerineönemli etkiler yapmaktadır.

Bu parametreler;

– akrilonitril içeriği,

– polimerizasyon sıcaklığı,

– stabilizatörler,

– ortalama molekül ağırlığı,

– mooney viskozitesi,

– ön bağlanma,

– yumuşatıcı ilavesidir.

• Nitril kauçuğu diğer kauçuklardan farklı kılan en önemliözelliği bağlı akrilonitril içeriğidir.

• Akrilonitril konsantrasyonu, vulkanizatın polar olmayansıvılardaki şişme özelliklerine önemli derecede etki eder.

Akrilonitril oranı arttıkça.

• Yağ ve yakıtlara dayanım,

• Shore sertliği,

• işlenebilirlik,

• yoğunluk,

• pişme hızı,

• polar plastikler ve plastikleştiricilere uyum,

• kopma mukavemeti ve modülüs değerleri artar.

• Bunun yanı sıra elastikiyet, düşük sıcaklıklara dayanım,gaz geçirgenliği azalır ve kalıcı deformasyon değerlerikötüleşir [2].

NBR elastomerinin özellikleri[13]

[13] SIREL, A.T., Kauçuk Teknolojisi, Kauçuk Derneği Kurs Notları, İstanbul, 1989.

• NBR kauçuklardan üretilmiş mamuller birçok alanda

uygulama bulabilmektedir. Bunlar;

– contalar,

– membranlar,

– hortumlar,

– silindir kaplama (matbaa, tekstil sanayinde sert ve yumuşak

silindir kaplamalar),

– ayakkabı tabanı (askeri ve güvenlik botları),

– konveyör kayışları (gıda endüstrisi),

– koruyucu giyim eşyaları,

– lastik klişe ve mühür, kazan, boru ve pompa kaplamaları,

– tel kablo izolasyonu,

– kapı, pencere profil ve contaları,

– gıda ile temas eden parça uygulamalarıdır.

3. KAUÇUK KARIŞIMLARININ HAZIRLANMASI

• Kauçuk ürünlerinin hayatın hemen her anında çok önemliyerleri vardır. Bu ürünlerin başarıları ise doğru polimerlerin,kauçuk kimyasalları ile uygun oranda karıştırılmasıylagerçekleşir.

• Kauçuk karışımı hazırlamak için istenilen özelliklere göre,kauçuk ile diğer hammaddeler ve katkı maddelerinden oluşanbir reçete hazırlanır. Reçete adı verilen bu kauçukformülasyonunda başlıca kauçuk, kükürt (pişirici), dolgumaddeleri, yumuşatıcılar, proses kolaylaştırıcılar, yaşlanmayıönleyiciler, aktivatörler, hızlandırıcılar ve diğer katkı maddeleri(boya, koku vericiler vb.) yer alır.

• Karışım hazırlanırken yapılacak ilk adım elastomer seçimidir.Elastomer veya elastomerlerin toplamı 100 olacak Şekildereçeteye konur ve elastomerler dışındaki katkı maddelerimiktarı Phr ile belirtilir. Phr “parts per hundred of rubber” yaniyüz kısım kauçuk olarak tanımlanır.

3. KAUÇUK İSLEME PROSESLERİ

• Kauçuklar içlerine önemli miktarlarda (kütlece %50 yeulaşabilir) çapraz bağlayıcı, dolgu maddesi, boya,hızlandırıcı, antioksidan vb. katkı maddeleri ilekarıştırılarak kalıplanmaya hazırlanır.

• Karışımdaki bileşenlerin oranlarının ayarlanması kauçukislemede önemli bir asamadır.

• Ayrıca katkıların kauçuk içerisinde homojen dağılımınınsağlanması için yoğun bir karıştırma işlemi uygulanır.

• Bu nedenle elastomerlerin şekillendirilmesi; karışımhazırlama, şekillendirme ve vulkanizasyon adlarıverilen üç aşamada islenir

Kauçukların şekillendirilmesinde izlenen genel adımlar[23].

[23] SAÇAK, M., (2005), Polimer Teknolojisi, Gazi Kitapevi, Ankara.

3.1. Karışım Hazırlama

• Kauçuklar genellikle tek baslarına islenmeye yatkınpolimerler değillerdir, içlerine farklı görevleri olan katkımaddeleri karıştırılarak islenebilecek hale getirilirler(kauçuk hamuru).

• Kauçuk hamuru içerisindeki ham kauçuk miktarı çoğukez %50 dolayındadır.

• Kauçuk mamullerin üretimi iki aşamada yapılır.

– İlk önce belli bir formülasyona göre hamur karışımı hazırlanır.

– İkinci asama, karışımın ekstrüzyon, kalenderleme ve kalıplamayöntemi ile şekillendirilmesidir. Bu işlemleri vulkanizasyon takipeder ve tamamlar. Bazı mamullerde vulkanizasyon sonrasıbitirme ( finisyon ) işlemleri yapılır.

Şekil 3.2 Katkı maddeleri katılmamış hamstiren-bütadien kauçuğu[25]

[25] DPT, (2001a) Kauçuk Ürünleri Sanayi Özel İhtisas Komisyonu Raporu,

Devlet Planlama Teşkilatı.

Karıştırma

– Karıştırmanın gayesi, kauçuk karışımına ilâve edilen

bütün katkı maddelerinin homojen bir kitle haline

sokulmasıdır.

– İlâve edilen bütün bileşenlerin en az değişiklikle

kauçuk karışımını oluşturması gerekir. Tozların

düzenli dağılımı sağlanmalıdır.

– İşlem çabuk ve ucuz olmalıdır. Karıştırma işlemi için,

çeşitli karıştırıcılar kullanılmaktadır.

Silindir (açık) karıştırıcılar

• Silindir karıştırıcılar, kauçuk sanayinde kullanılan en eskitip karıştırma makineleridir.

• Silindir karıştırıcılar birbirine doğru dönen, paralel ikisilindirden oluşur. Silindirler karıştırma sırasında ayrıcaısıtılırlar ve dönme hızları genelde aynıdır.

• Silindirler arasındaki aralık, elde edilecek ürün kalınlığınagöre ayarlandıktın sonra belli miktarda ham kauçuk ikisilindir arasına beslenir.

• Silindirlerin birkaç turdan sonra kauçuk, düz bir bandseklinde silindirlerden birisi etrafında toplanır.

• Kauçuğun hangi silindirde toplanacağı polimer türü veişlem koşullarına bağlı olmakla birlikte, genelde hızlıdönen veya daha sıcak olan silindir etrafında hamursarılır.

İki valsli hamur karıştırma makinesi[25].

[25] DPT, (2001a) Kauçuk Ürünleri Sanayi Özel İhtisas Komisyonu Raporu, Devlet

Planlama Teşkilatı.

Açık karıştırıcı[27].

Silindir karıştırıcı[27]

[27] SAVRAN, H., (1990), Kauçuklar Derneği Seminer Notları, Haziran 1990, İstanbul.

• Açık karıştırıcılarda arka silindir sabitken, ön silindirler

arası mesafeyi ayarlayabilmek için hareketlidir.

• Silindirler soğutmayı ve ısıtmayı sağlayabilmek için oyuk

imal edilirler.

• Yanlardan malzeme kaçışını engellemek için, hamur

sınırlayıcılar vardır.

• Açık karıştırıcılarda, gerek makine, gerekse operatör

emniyeti açısından ek tedbirler alınmalıdır.

Banbury karıştırıcılar (Kapalı)

• İçi ( Kapalı ) karıştırıcılar, içinde iki rotor bulunan birhazneden oluşmaktadır.

• Piston ile hareket eden ağırlık ile bileşenler hazneyebastırılır. Üstte doldurma, altta da boşaltma kapaklarıbulunur.

• Banbury ve Werner tipi iç karıştırıcılarda, rotorlar farklıhızlarda döner. Karıştırma rotorlar ile haznenin kenarlarıarasında yapılır.

• İntermix ve Shaw tipi iç karıştırıcılarda ise, rotorlar aynıhızlarda döner ve karıştırma işlemi rotorlar arasındasıkıştırma ve gevşeme ile gerçekleşir.

Banbury tipi iç karıştırıcı[27]. Çeşitli rotor tipleri[27].

[27] SAVRAN, H., (1990), Kauçuklar Derneği Seminer Notları, Haziran 1990, İstanbul.

Merdaneleme

• Merdaneleme (kalenderleme, silindirleme) kauçukların

şekillendirilmesinde kullanılan ilk yöntemlerden birisidir.

• Kalender kağıt sanayinden alınmış, ısıtılmış valslerin

arasından ince levha çekmeye yarayan bir makinedir

• Kauçuklar yanında plastikleştirilmiş polivinilklorür gibi

bazı termoplastik polimerler de merdaneleme yöntemi ile

şekillendirilirler[23].

• Merdaneleme işlemi kısaca Sekil 4.7’de gösterilmiştir.

• Kauçuk hamuru, tabaka veya kütük halinde birbirlerine zıtyönde dönen ve ısıtılan iki silindirin arasına beslenir.

• Silindirler arasında ezilen hamur kalınlığı iki silindir yüzeyiarasındaki uzaklığın kalınlığına eşit bir tabaka seklinde ilksilindir çiftinden ayrılır ve başka bir silindir aralığına alınır.

• İkinci silindir çiftinin sıcaklığı ve aralarındaki uzaklı dahaküçüktür[23].

Merdaneleme sistemi[23].

[23] SAÇAK, M., (2005), Polimer Teknolojisi, Gazi Kitapevi, Ankara.

Vulkanizasyon

• Vulkanizasyon biçim alması ve geniş bir sıcaklık

aralığında dayanıklılık göstermesi için ham kauçuğun

kükürtle birleştirilmesi işlemidir.

• Araba lastiği ve mekanik materyaller gibi en yaygın

kauçuklar maddeleri vulkanize olmadan kullanılamaz.

• Vulkanize olmamış kauçuklar genelde güçlü değillerdir,

deformasyondan sonra eski biçimlerini alamazlar ve çok

yapışkanlardır. Kısacası vulkanize olmamış kauçukların

kıvamı sakız gibi olacaktır[29].

• Genelde ve en basit şekilde bir ham kauçukvulkanizasyondan sonra su değişiklikleri gösterir:

– Yapışkanlığın önlenmesi,

– Çekme kuvvetinde artma,

– Çözücülerde çözünmede azalma,

– Soğukta akma ve plastiklikte azalma,

– Elastiklik artısı,

– Sıcaklık hassasiyetinde azalma

• Vulkanizasyon, keşfedilmeden önce, pek çok ülkede oyun topu, su geçirmez elbise ve ayakkabı yapımında kauçuk kullanılıyordu.

• Bu şekilde elde edilen ürünler yazın sıcakta yumuşuyor, kısın kuvvetli soğukta donup sertleşiyordu.

• Belirli organik çözücülere maruz kaldığında ise yapışkan hale gelmekteydi. Bu sebeple kauçuk ürünleri, 300 yılı askın bir zaman sonra vulkanizasyonun keşfedilmesiyle faydalı bir şekilde kullanılabilir hale gelmiştir[24].

Vulkanizasyon çeşitleri

• Vulkanizasyon, kullanılan kimyasal ajanlara ya da proseslere göre isimlendirilir.

– Kükürt vulkanizasyonu

– Peroksit vulkanizasyonu

– Metal oksit vulkanizasyonu

– Reçine (resin) vulkanizasyonu

– Radyasyon vulkanizasyonu

• Kükürt vulkanizasyonu en yaygın, vulkanizasyon yöntemidir. Bu bakımdan yukarıdaki sınıflamayı, kükürtlü ve kükürtsüz vulkanizasyon olarak yapan kaynaklarda vardır.

Sıkıştırarak Kalıplama

• Sıkıştırarak kalıplama daha çok termoset polimerlerin veelastomerlerin şekillendirilmesinde kullanılan yöntemdir.

• Sıkıştırarak kalıpla (basınçla kalıplama, presleme), deformeolabilen bir malzemeyi kalıp içerisinde basınç ve ısı etkisi ileşekillendirme işlemidir.

• Yöntem ilk kez termoset polimerlerin ve elastomerlerinkalıplanmasında kullanılmıştır. Ve uygulaması bir polimerişleme tekniğidir.

• Elastomerlerin sıkıştırarak kalıplanmasının ilk aşamasında,önceden ısıtılmış dişi kalıp içerisinde yeterli miktarda reçinekonur. Daha sonra erkek kalıp kapatılarak basınç uygulanır.Basınç ve ısı etkisinde yumuşayan karışım, kalıp boşluğunudolduracak şekilde dağılır ve çapraz bağlanma tepkimelerisonucu polimer sertleşir. Basınç kaldırıldıktan sonra soğutmayapılır ve kalıp konan polimer miktarı, son ürün için gerekliolandan biraz daha fazla tutulur ve istenilen boyutlarda ürünelde edilir.

• Kalıplar, polimerin fazlakısmını taşırma kanalı adıverilen yerlerden çıkmasınısağlayacak şekildetasarlanmıştır.

• Taşırma kanalı artığıtıraşlanarak üründen ayrılır.

• Reçine, bazı uygulamalardaüretim hızını arttırmakamacıyla ön ısıtmaişleminden geçirdikten sonrakalıba alınır.

Pres[33]

[33] YELKENCİ, B., (2008), Kauçuk İşleme Prosesleri, Bitirme Tezi, İstanbul

Sıkıştırarak kalıplamanın avantajları,

• Kalıp maliyetinin düşüklüğü (yolluk veya giriş kanalı gibiyerler bulunmaz)

• Düşük büzülme oranı

• Düzgün malzeme yüzeyi

• Atık polimer miktarının en az düzeyde olması

• Kalıpların basitliği

• Ön ısıtma olarak enjeksiyon kalıplamadan daha kısakalıplama süresi

Sıkıştırarak kalıplamanın dezavantajları,

• Kalın parçaların hazırlanmasına uygunolmaması

• Yüksek isçilik maliyeti

• Ön ısıtma yapılması

• Polimer malzeme içerisine metal parçalarıyerleştirilmesindeki zorluklar gibi dezavantajlarıda vardır.

Transfer Kalıplama

• Transfer kalıplama, sıkıştırarak kalıplamaya benzerdir. Her ikiyöntemde de kapalı bir kalıp içerisinde bulunan polimer, ısı vebasınç etkisiyle sertlestirilir.

• Transfer kalıplamayı sıkıştırarak kalıplamadan ayıran tek fark,polimerin kalıp içerisine yerleştirilme biçimidir.

• Sıkıştırarak kalıplamada yeterli miktarda polimer doğrudan dişi kalıpiçerisine konur, transfer kalıplamada ise basınç uygulanarak birkanal yardımıyla kalıp boşluğuna gönderilir. Bu küçük ayrıntı,transfer kalıplamada kalıpların yüksek basınç altında kalmasınıengeller ve kalıplar daha az zarar görürler.

• Ayrıca, çok küçük ve karmaşık geometrili parçalar üretilebilir veiçerisine metal yerleştirilmiş ürünler kolay hazırlanır.

• Transfer kalıplamanın sıkıştırarak kalıplamaya göre, kalıp girişkanalı ve yolluklar için fazla polimer kullanılması ve kalıplarınpahalılığı gibi olumsuzlukları da vardır.

• Polimer, transfer kalıplamasisteminin transfer kalıbakonur ve ısıtılır. Daha sonrayumuşamış polimer pistonyardımı ile transferkalıbındaki giriş kanalından,kalıp boşluğuna basınç ilegönderilir. Çapraz bağlamatepkimeleri tamamlanıppolimer sertleşene kadarpiston kaldırılmaz ve kalıpiçeriği basınç altında tutulur.Son aşamada pistonkaldırılır, kalıp açılır veşekillendirilmiş parça alınır.

• Bazı uygulamalardaönceden ısıtılmış polimer,transfer kabınayerleştirilerek kalıplamazamanı ısıtılır.

Transfer kalıplama[34]

[34] http://w3.balikesir.edu.tr/~ay/lectures/pm/basincli.ve.trans.kalip.pdf,2012

Enjeksiyon

• Enjeksiyon yönteminde, şerit halindeki kauçuk kovaniçerisinde ısınarak yumuşar ve vida yardımıyla basınçaltında kapalı bir kalıp içerisine doldurulur.

• Çapraz bağlama kalıp içerisinde olur.

• Malzeme kalıba sıcak halde basıldığı için vulkanizasyonsüresi kısadır. Sözü edilen adımlar sürekli yenilenerekkarmaşık geometrideki parçalar kısa sayılabilecek birsürede üretilirler.

• Enjeksiyon kalıplama, enjeksiyon makinesi adı verilen birsistem kullanılarak yapılır ve tipik bir enjeksiyonmakinesi; enjeksiyon sistemi, hidrolik sistem, kalıpsistemi, itici sistem ve kontrol sistemi olmak üzere beşana kısma ayrılır

• Enjeksiyon makinesi çalışırken; kauçuğu eritme, erimiş

kauçuğun kalıba enjeksiyonu, ürünün soğutulması ve

alınması seklinde dört ana işlem gerçekleşir.

Enjeksiyon sistemi[23].

[23] SAÇAK, M., (2005), Polimer Teknolojisi, Gazi Kitapevi, Ankara.

• Dikey preslerde günümüzde en çok kullanılan preslerdir.

• Parça çıkarıcı grubunun pres dışında olması, çift maçalıkalıplar kullanılarak imalat hızlarının artmasını sağlamasıaçısından yatay presler üstündür.

Dikey enjeksiyon presi[23].

[23] SAÇAK, M., (2005), Polimer Teknolojisi, Gazi Kitapevi, Ankara.

Enjeksiyon grubu vidalı, vida ve

pistonlu olabilir. Dikey

enjeksiyon presin de vida ve

pistonlu preslerde, vida

tarafından yumuşatılan ve

ısıtılan karışım, pistonun

bulunduğu 60-70ºC sıcaklıktaki

gövdeye doldurulur

Ekstrüzyon

• Ekstrüder kelimesi İngilizceden türetilmiş olup kelime anlamı "vidabaskısı" (screw press)dır.

• Ekstrüder, sürekli bir şekilde çalışarak plastik ham maddesini basınçve sıcaklık altında vida baskısı ile bir sonraki işlem için die'dan yanmamul olarak çıkaran bir makinedir.

• Ekstrüzyon, yarı mamul üretiminde kullanılan en yaygın yöntemdir.

• Ekstrüzyon ile hortum, sızdırmazlık contası, elektrik kablosu gibimamullerin, daha sonra kalıplama da veya şekilli hortumlarınimalatında kullanılan ebos adı verilen yarı mamullerin imalatıyapılmaktadır.

• Ekstrüzyon işleminden sonra, vulkanizasyon işlemi yapılır.

• Ekstrüzyon işleminde Ekstrüder adı verilen vidalı makinelerkullanılır.

Kauçuk hamurunun Ekstrüder beslenmesi[33].

[33] YELKENCİ, B., (2008), Kauçuk İşleme Prosesleri, Bitirme Tezi, İstanbul.

Ekstrüder başlıklar[35].

[35] http://www.rubber-extruder.com/eng/extrusion_head.htm, 2012.

• Ekstrüderden sonra, profil halen çiğ halde olduğundan

kolayca deforme olabilir. Bunu önlemek için aynanın

çıkısından hemen sonra, profilin çıkış hızına göre

ayarlanan hızlarda profiller kaplara konmadan önce

profillerin birbirlerine yapışmasını engellemek için içinde

yapışmayı önleyici solüsyon olan soğuma havuzundan

geçirilir.

Soğuma havuzuna giren kauçuk[33].

[33] YELKENCİ, B., (2008), Kauçuk İşleme Prosesleri, Bitirme Tezi, İstanbul.

Kesme başlığı[23].

[23] SAÇAK, M., (2005), Polimer Teknolojisi, Gazi Kitapevi, Ankara.

Ekstrüderlerin kauçuk sanayinde kullanım yerleri

– Sentetik kauçuk imalatında, ambalajdan evvel su alma işlemindekullanılır.

– İşleme makinelerine mastike edilmiş tabii kauçuk sağlarlar. Bazıözel ekstrüderler formül karıştırma işleminde kullanılırlar. Bugenelde lastik alanında tatbik edilmekte beraber kauçukendüstrisinde de gelişmektedir.

– Aynı zamanda Banburyden direkt mal almada da kullanılır.

– Ekstrüderde çekilen karışım bir sonraki işlemde kullanılacağıboylara kesilir.

– Ayakkabı taban imalatından oto lastiği sırtına kadar tümişlemlerde bu teknik kullanılmaktadır.

Haddeleme“kalenderleme”’de tipik rulo konfigürasyonu[38]

[38] http://web.itu.edu.tr/~vuralmu/ch13.pdf,2012

5. KAUÇUK ÜRÜNLERİNİN ANALİZİNDE

UYGULANILAN TESTLER

• Kauçuk teknolojisi kullanarak elastomer üreten bir tesis

laboratuarında yapılan bazı testler vardır.

• Elastomer üretiminde ürünün özelliğine ve görev

fonksiyonlarına göre kullanılan belli bağlı testler şöyledir.

• Sertlik ölçümü, yoğunluk ölçümü, kopma mukavemeti,

aşınma mukavemeti, yırtılma mukavemeti, çekme

mukavemeti ve çekme uzaması, rheometer

(vulkanizasyon) eğrisi, kül tayini, elastomerlerin çeşitli

ortamlarda yaslandırılması.