Karşı gaz basınçlı plastik enjeksiyon kimyasal köpürtme üretim yönteminde proses parametrelerinin gözenek yapısı ve yüzey parlaklığına etkilerinin incelenmesi

Abstract

Plastik endüstrisinde maliyet iyileştirme çalışmaları kapsamında ham madde tasarrufu ile maliyet kazançları sağlanmaktadır. Hurda ham maddelerin geri dönüştürülmesi yaygın bir maliyet iyileştirme yöntemi olarak öne çıksa da parça kesitinde gözenekli bir yapı oluşturarak ham madde kazancı sağlanması son yıllarda popüler bir uygulama haline gelmiştir. Plastik enjeksiyon kalıplama, plastik parçaların üretiminde kullanılan en yaygın yöntemlerden biridir. Bu yöntemde, katı haldeki plastik ham madde bir huni yardımıyla dönen bir vidanın içerisine doğru akar. Vida, elektrikli ısıtıcılar tarafından ısıtılan bir kovan içerisinde bulunur. Katı haldeki ham madde, dönen vidanın oluşturduğu meydana getirdiği sürtünme ve elektrikli ısıtıcılar tarafından üretilen ısı ile eriyerek vidanın ön bölgesine doğru akar. Üretilecek plastik parçanın ağırlığı kadar erimiş ham madde vidanın ön bölgesinde birikir. Yeteri kadar erimiş plastik ham madde, vidanın ön bölgesinde birikince vidanın dönüşü durur. Erimiş ham madde, vidanın doğrusal hareketi ile kalıbın içerisine enjekte edilir. Kalıp içine dolan ham madde kalıp içerisinde dolaşan soğutma kanallarının içindeki soğutma sıvısı ile soğutulur. Erimiş plastiğin sıcaklığı, kalıptan çıkma sıcaklığına düştükten sonra, katı plastik kalıbın açılması ile kalıptan dışarıya çıkarılır. Akrilonitril bütadien stiren ham maddenin köpürme davranışının incelenmesi ve kimyasal köpürtücü kullanılan plastik enjeksiyon prosesinin yüzey parlaklığına etkisinin irdelenmesi amaçlanmıştır. Deneyler öncesi yapılan literatür araştırmasında, ham maddenin bozunmaması için gerekli şartlar öğrenilerek, ham madde için uygun şartlarda proses parametreleri belirlenmiştir. Ham maddenin neminin uzaklaştırılması, proses esnasında köpürtücü katkı malzemesinin doğru proses edilebilmesi için önemliydi. Ayrıca ham madde ve köpürtücü katkı malzemesi teknik formlarında tavsiye edilen proses önerileri göz önünde bulundurulmuştur. Geleneksel enjeksiyon kalıplama yönteminde olduğu gibi kimyasal köpürtücülü plastik enjeksiyon yönteminde de polimer ham madde, plastikleştirme ünitesinde eritilir. Gözenek oluşumundan emin olmak için, proses sıcaklığı, kimyasal köpürme reaksiyon sıcaklığının, en az 10 oC üzerinde olacak şekilde makineye ayarlanır. Köpürtücü ağırlığı, genellikle granül polimer ağırlığının %1 ile %5 arasında bir değerde seçilir. Eğer prosesteki köpürtücü oranı artarsa, maliyet artar. Diğer yandan, köpürtücü reaksiyonu sonrasında oluşabilen yan ürünler de artmış olur. Yan ürünlerin fazla oluşması da parçanın mekanik ve kozmetik özellikleri üzerinde olumsuz etkiler oluşturabilir. Yapılan incelemelerde, %20 mertebesine kadar kütle kazancı elde edilen çalışmalar görülmüştür. Kimyasal köpürtücü katkı malzemelerinde sodyum bikarbonat ve sitrik asit karışımı bulunmaktadır. Bu karışım inhibitör ile belli bir aktivasyon sıcaklığı altında reaksiyona girmeden kalabilir. Bu sıcaklık üzerinde sodyum bikarbonat ve sitrik asit reaksiyona girerek karbondioksit gazı açığa çıkarır. Karbondioksit gazı süperkritik faz özellikleri gösterdiği sıcaklık ve basınç değerleri üzerinde içinde bulunduğu çözeltide yüksek yayınım hızı ve yüksek çözünürlük özellikleri gösterir. Bu özelliğinden ötürü plastik enjeksiyon kovanı içinde sağlanan yüksek basınç ve sıcaklık ile, eriyik plastik içinde yüksek oranda karbondioksit gazı çözündürülebilir. Bu karışım kalıp içine girdikten sonra; karışım basıncı ve sıcaklığı azaldığı için karbondioksit gazı çökelir ve malzeme içerisinde gözenekli bir yapı oluşur. Baloncukların iç basıncı sayesinde tutma basıncı uygulanmadan ürünün hacimsel çekmesi tolere edilmiş olur. Bu sayede beklenen kalitede bir ürünün oluşturulması için daha az plastik kullanılır ve kullanılan ham maddeden tasarruf sağlanır. Ancak kimyasal köpürtücülerin birim maliyeti polimer ham madde maliyetinden daha fazla olduğu için, kimyasal köpürtücü oranı olabildiğince düşük seviyelerde tutulur. Deney sonuçları varyansların analizi (ANOVA) yöntemiyle değerlendirilmiştir.