3. MALZEME PROFİLLERİ (MATERİALS PROFİLES)

... konulu sunumlar: "3. MALZEME PROFİLLERİ (MATERİALS PROFİLES)"— Sunum transkripti:

1 3. MALZEME PROFİLLERİ (MATERİALS PROFİLES)
3.1. METAL VE ALAŞIMLAR Karbon çelikleri (carbon steels) Çelik, bileşiminde maksimum %2 C içeren demir karbon alaşımı olarak tanımlanabilir. Karbon çeliğin en önemli alaşım elementi olup, miktarındaki değişiklik çeliğin karakterini ve özelliklerini belirler. Karbon çelikleri üç gruba ayrılabilir; 1. Düşük karbonlu çelikler 2. Orta karbonlu çelikler 3. Yüksek karbonlu çelikler Şekil 3.1. Fe-C ikili denge diyagramı

2

3 Demir-Sementit Sistemindeki Faz Dönüşümleri
a) Peritektik dönüşüm: ( S + δ γ ), Bu dönüşüm % 0.18 C içeren alaşımsız çelikte 1492 °C sıcaklıkta meydana gelir. b) Ötektik dönüşüm: ( S γ + FeзC ), Bu dönüşüm % 4.3 C içeren Fe-C alaşımında 1130 °C sıcaklıkta meydana gelir. c) Ötektoid dönüşüm: ( γ α + FeзC ), % 0.80 C içeren çelikte 723 °C sıcaklıkta meydana gelir. Ferrit(): HMK yapılı demir içerisinde çok az orandaki karbonun çözünmesiyle oluşan bir arayer katı çözeltisidir. Sementit (Fe3C): Sert ve gevrek bir arayer bileşiği olan Sementit (demir karbür), %6.67 ağırlık oranında karbon içerir. Ostenit (γ): Karbonun YMK yapılı g-demiri içerisinde çözünmesiyle oluşan bir arayer katı çözeltisidir. Perlit (+FeзC): % 0.8 C içeren çeliğin, ostenit bölgesinden yavaş soğutulması sırasında 723°C sıcaklıkta meydana gelen ötektoid dönüşüm sonucunda oluşan bir yapıdır. Ledeburit: Sementit (Fe3C) ve ostenit (γ) tanelerinden oluşan ve %4.3 oranında karbon içeren ötektik karışımdır. Dönüşmüş Ledeburit: Ötektoid sıcaklığın (723°C) altındaki ledeburit demektir.

4 Düşük karbonlu çelikler max. % 0,25 C içeren çeliklerdir
Düşük karbonlu çelikler max. % 0,25 C içeren çeliklerdir. Düşük karbon içeriğinden dolayı sünek olan bu malzemeler kolay şekillendirilme ve işlenebilme özelliklerine sahiptir.Bu grupta genellikle yapı çelikleri yer alır. Orta karbonlu çelikler % 0,25–0,5 C (max. 0,6) karbon içerir. Bu çeliklerin mukavemeti yüksek olup su verilerek sertleştirilebilirler. Yüksek karbonlu çelikler % 0,5–2,0 C arasında C içeren çeliklerdir. Bu çelikler sert ve işlenilebilirliği zor olan çeliklerdir. Bunlar kesme takımları gibi uygulamalarda kullanılır. Çeliklerin üretimi için gereken enerji göreceli olarak düşüktür. Polimerlerle karşılaştırıldığında yarı yarıya bir enerji gereksinimi gözlenmektedir. Karbon çelikleri kolay geri dönüşüme uğratılabilir. Bunun için gerekli enerji oldukça düşüktür. Ortalama fiyatları 0,40 – 0,60 $/kg.’dır. Servis sıcaklığı -70 – 360 oC aralığına sahiptirler. Sertlikleri 120 – 650 HV ve akma mukavemetleri 250 – 1755 Mpa ’dır.

5 Çelikler için iki standart AISI (American Iron and Steel Institute) ve SAE (Society of Automotive Engineers) birleştirilmiş olup SAE – AISI’ye göre her çelik 4 rakamdan oluşan bir koda sahiptir. İlk iki rakam ana alaşım elementlerini, diğer iki rakamda karbon miktarını temsil eder. Yaygın olarak bilinen düşük karbonlu çelikler, 1015, 1020, 1022, 1117, 1118; orta karbonlu çelikler, 1030, 1040, 1050, 1060, 1137, 1141, 1144, 1340; yüksek karbonlu çelikler, 1080 ve 1095 çelikleridir.

6 Paslanmaz çelikler (stainless steels)
Paslanmaz çelikler ilk olarak korozyon direnci, ikinci olarak mukavemet ve son olarak üretim kolaylığından dolayı tercih edilen malzemelerdir. Birçok türü eğilmeye, çizilmeye ve kesilmeye oldukça dirençlidir. Ortalama fiyatları 1,20 – 8,50 $/kg .dır – 850 oC servis aralığına, 170 – 2090 MPa akma mukavemetine sahip ve 130 – 600 HV sertliğe sahiptirler. Paslanmaz çelikler AISI standardında 3 rakam ile ifade edilirler. Bu çeliklerde Cr, yüzeyde Cr2O3 filmi oluşturarak korozyona karşı direnç sağlar. Paslanmaz çelikler 4 ana grupta incelenebilir; Ferritik paslanmaz çelikler; 400 serisi Fe–Cr alaşımıdır, manyetiktir, sertleştirilemez, kaynak kabiliyeti iyi değildir. %12–30 Cr ve düşük miktarda C içerirler. Ana kullanım alanları: bilgisayar floppy diskleri (430), otomotiv egzostları (409), sıcak su tankları (444). 2) Martensitik paslanmaz çelikler; Yüksek karbon içeriklerinden dolayı ferritik paslanmaz çeliklerden farklı Fe–Cr–C alaşımıdır. %12–17 Cr ve %0,1 – 1,0 C içerirler. Ana kullanım alanları; bıçaklar, cerrahi instrumanlar, şaftlar, miller.

7 3) Ostenitik paslanmaz çelikler
200 ve 300 serisi (Fe–Cr–Ni–Mn). Bu çeliklerin korozyon dayanımı yüksek, nonmanyetik (ostenit fazı nonmanyetik bir fazdır), sertleşmez ve soğuk işlem ile mukavemeti arttırılabilir. Ni, ostenit fazını stabilize ederek yüksek ve düşük sıcaklıklarda süneklik ve mukavemet sağlar. Ana kullanım alanları; bilgisayar floppy disk kapakları (304), bilgisayar klavye yayları (301), mutfak lavaboları (304), mimari uygulamalar, kimyasal fabrika ve ekipmanları. Bazı ostenitik paslanmaz çeliklerin kimyasal bileşimleri; Tablo 3.1. Paslanmaz çelikler 4) Çökelme sertleşmeli paslanmaz çelikler Bunlar ostenitik veya martensitik esaslı olup bileşimlerine Cu, Ti, Al, Mo, Nb ve N mevcuttur. Ana kullanım alanları; şaftlar, pompalar ve vanalar.

8 Düşük alaşımlı çelikler (low alloy steels)
Karbon çelikleri Cr, Ni, Mo, V, Mn, Co, Si, Nb, Cu, Ti, W gibi elementlerle alaşımlandırılarak daha iyi mekanik özellikler sergileyen çelikler elde edilir. Toplam alaşım elementi miktarı %5’in altında olan bu çelikler karbon çeliklerine göre daha yüksek mukavemete sahiptirler. Fiyatları 0,40–0,90 $/kg, -70–660 oC servis sıcaklığı, 245–2255 MPa akma mukavemeti, 140–700 HV sertliğe sahiptirler. Bu çeliklerde 4 rakam ile ifade edilirler. 43XX Ni–Cr–Mo çeliği : %2 Si – 0,4 Cu – 0,1 Mo – 0,5 Ni – 0,5 Cr Ana kullanım alanları; takımlar, silindirler, krankmiller, bağlantı çubukları. Bu çelikler karbon çeliklerine oranla daha iyi aşınma direnci, tokluk ve mukavemete sahiptirler, sertleştirilebilirler. 0,30–0,37 C içerikli düşük alaşımlı çelikler mukavemet ve yüksek tokluk, 0,40–0,42 C’lular mukavemet ve tokluk, 0,45–0,50 C’lular yüksek sertlik ve mukavemet, 0,50–0,62 C’lular sertlik, 1 C’lular yüksek sertlik ve aşınma direnci gereken uygulamalarda kullanılır. Tablo Alaşımlı çelik normları

9 Alüminyum alaşımları (aluminium alloys)
Fransız İmparotoru Napolyon III döneminde bu malzemeden yapılmış çatal-bıçak takımları kullanırdı ve o zamanlarda alüminyum nadir - kıymetli ve gümüşten daha pahalı bir malzemeydi. Bundan yaklaşık 200 yıl sonra günümüzde ise durum çok farkıldır. Alüminyum ilk hafif alaşım ve oksijen ve silisyumdan sonra yer kabuğunda çok bulunan 3. elementtir. En çok kullanılan 2. önemli metaldir (1. çelik) ve uçak endüstrisinde oldukça yaygındır. Şekil 3.2. Cevherden ve hurdadan metal üretiminde gerekli enerjiler.

10 Hafif mavimsi beyaz bir metaldir, genellikle boksitten elde edilir
Hafif mavimsi beyaz bir metaldir, genellikle boksitten elde edilir. Boksitten alüminyum üretimi oldukça maliyetli bir işlemdir. Hurda ergitme için enerji kullanımında en önemli metal Al’dir. Benzer sonuç aynı oranda olmasa da Zn için de geçerlidir. Buna karşılık Cu’da hurdadan üretim için gerekli olan enerji cevherden Cu eldesi için gerekli enerjiden daha fazladır. Çünkü hurdadan Cu eldesinde çok kademeli rafinasyon nedeniyle enerji kullanımı oldukça fazladır (Şekil 3.2). Alüminyum;1,30–5,70 $/kg. fiyata, -270 – 180 oC servis sıcaklığına, 30 – 510 MPa akma mukavemetine, 2,50 – 2,95 yoğunluğa sahiptir. Alüminyum alaşımlarının çoğu kolayca ekstrüzyon yöntemiyle şekillendirilebilir. Bu malzemelerin mukavemet/ağırlık oranı yüksektir. Elektrik ve ısı iletkenliği iyi, atmosferik korozyona karşı direnci yüksektir ve alaşımlama ile çok yüksek değerlere çıkabilir. Yüzeyde Al2O3 filmi oluşur, su ve asit ortamda bu film korozyona direnç sağlar, fakat alkalilere karşı zayıftır. IADS’e (International Alloy Designation System) göre 4 rakamla ifade edilirler. Tablo 2.3. Alüminyum alaşım standartları

11 Tablo 2.2. Alüminyum alaşımlarının sınıflandırılması[5, 24]

12 Döküm alaşımlarının sınıflandırılmasında da 4 rakam kullanılır. Ancak 3. rakamdan sonra bir nokta konulur. İlk rakam ana alaşım elementini, 2. ve 3. rakam alüminyumun saflığını belirtir. Son rakam ise döküm parçasını karakterize eder; 0: Döküm 1: İngot 2: Modifiye edilmiş ingot Tablo 2.4. Alüminyum döküm alaşımları

13 Magnezyum alaşımları (magnesium alloys)
Magnezyum hafif metal üçlemesinin ikincisidir (Al – Mg – Ti). Magnezyum düşük yoğunluklu bir metaldir (1,73–1,95) ve iyi mekanik sönümlemeye sahiptir. Termal iletkenliği çelikten daha iyi, elektrik iletkenliği ise alüminyum ve bakırdan kötüdür. Tuzlu su ve asite karşı oldukça dayanıksızdır. Magnezyum alaşımları sınıflandırılmasında ilk iki harf ana alaşım elementlerini rakamlar ise miktarını gösterir. Örneğin; AZ91: %90 Mg – 9Al – 1Zn Magnezyum alaşımları belirli şekillendirme tipleri için dizayn edilirler. Örneğin AZ31B ekstrüzyon için elverişlidir; AZ63, AZ92, AM100 ise hassas döküm için tasarlanmıştır; AZ91 metal kalıba döküm için kullanılır. Birçok magnezyum alaşımına TIG (Tungsten Inert Gas) ve MIG (Metal Inert Gas) yöntemiyle kaynak yapılabilir. Magnezyum alaşımları 2,60–11,40 $/kg. fiyata, 65–435 Mpa akma mukavemetine, -40–300 servis sıcaklığına, 35–135 HV sertliğe sahiptir. Genel olarak kullanım alanları; elektronik ev aletleri, ofis ekipmanları, otomotiv tekerlekleri, nükleer yakıt kapları, uçak sanayi olarak gösterilebilir. Titanyum, alüminyum ve CFRP bu malzemenin yarıştığı malzeme türleridir.

14 Titanyum alaşımları (titanium alloys)
Titanyum yer kabuğunda en çok bulunan 7. elementtir. 21,00–28,00 $/kg.’lık fiyatıyla hafif alaşım üçlüsünün en pahalı üyesidir (Alüminyumdan 10 kat pahalı). Buna karşın pazardaki payı son derece hızlı artmaktadır. Titanyum yüksek ergime sıcaklığına sahiptir (1660 oC). Çoğu kimyasal içerisinde korozyona karşı dirençlidir. Ağırlığına karşı oldukça dirençlidir. 500 oC’ye kadar servis ömrü vardır. Uçak türbinlerinin yapımında bu malzeme kullanılır. 172 – 1245 MPa akma mukavemetine ve 60–380 HV sertliğe sahiptir. Bu malzemelerin kaynak kabiliyeti oldukça düşüktür. Bu alaşımlar düşük sünekliğe sahiptir, plakalar et kalınlığının 1,5 katından fazla bükülemezler. 4 grupta toplanabilirler; 1)  alaşımlar 2)  -yakın alaşımlar 3)  – β alaşımlar 4) β alaşımlar  alaşımlar HCP, β alaşımlar BCC yapıya sahiptirler.  alaşımlar sürünme dirençlerinden dolayı yüksek sıcaklık uygulamalarında tercih edilirler. Saf Ti kırık kemiklerin tedavisinde implant malzeme olarak kullanılır. Ti alaşımlarının sınıflandırılması; Ti–8–1–1: %8 Al–1 Mo–1 V Genel kullanım alanları; uçak türbinleri, biomalzeme, kimya endüstrisi, füze yakıt tankları, vana gövdeleri, cerrahi implantlar olarak gösterilebilir.

15 Nikel alaşımları (nickel alloys)
Saf nikel iyi elektrik ve termal iletkenliğe, mukavemet ve korozyon direncine sahiptir. 4,30 – 28,60 $/kg. fiyata, -200 – 1200 oC servis aralığına, 70 – 2100 MPa akma mukavemetine sahip yoğunluğu yüksek (7,65 – 9,3) bir malzemedir. Nikel – demir esaslı alaşımlar çok iyi manyetik kararlılığa sahiptir ve çok düşük termal genleşme gösterirler. Ni – Cr – Fe alaşımları çok iyi elektrik direncine sahiptirler ve ısıtma elemanı olarak endüstri fırınlarında tercih edilirler. Ni – Ti – Al kombinasyonundan oluşan süper alaşımlar yüksek sıcaklık mukavemetine ve direncine sahiptir. Bu süper alaşımlar Nimonic, Inconel ve Hastelloy olarak isimlendirilirler, türbinlerde, kimya endüstrisinde ve yüksek sıcaklık uygulamalarında tercih edilirler. Dünya nüfusunun %10 u nikele karşı duyarlıdır. Nikel bileşimleri toxic (zehirleyici) olabilir. Çeliğe eklenen %8 Ni ostenit (γ) fazını stabilize eder. Bu malzeme jet motorları ve türbinleri, roket motorları, bıçaklarda, Ni – Cd pillerde, elektro kaplama olarak korozyondan korunmada kullanılır.

16 Bakır alaşımları (copper alloys - brass, bronze)
Bakır çağlara ismini vermiş bir malzemedir (Bakır Çağı 3000BC – 1000BC). Bakır yüksek elektrik ve termal iletkenlik, iyi korozyon direnci, iyi işlenebilirlik, yüksek mukavemet ve kolay üretilebilirlik gibi üstün özelliklere sahip olması nedeniyle çok önemli bir metaldir. Bunun yanı sıra non-manyetiktir. Tablo 2.5. Bakır ve alaşımları Birçok formda kullanılır; saf bakır, Cu – Zn alaşımları (pirinçler), Cu – Sn alaşımları (bronzlar), Cu – Ni ve Cu – Be alaşımları. Pirinçler; 1)  pirinçleri Sarı pirinçler, kızıl pirinçler 2)  + β pirinçleri 3) Yüksek mukavemetli pirinçler ve bronzlar

17 Bronzlar; 1) Kalay bronzları 2) Alüminyum bronzları 3) Kurşun bronzları 4) Silisyum bronzları 5) Nikel bronzları 6) Berilyum bronzları Bakır ve alaşımları 1 harf ve 5 rakam ile ifade edilirler. C1*** burada C: Bakır (copper)’ı ifade eder. C1 serisi saf bakır, C2, C3 ve C4 serisi pirinçleri, C5 serisi bronzları, C6 serisi Al katkılı bronzları, C7 Cu – Ni alaşımlarını gösterir. Kullanım alanları: Cu alaşımları elektrik iletkenliği gereken, mimari uygulamalarda, ısı borularında, müzik aletlerinde kullanılırlar.

18 Çinko alaşımları (zinc alloys )
Çinko mavimsi beyaz kristalin bir metaldir. Düşük ergime sıcaklığına, 50 – 450 MPa akma mukavemetine, 30 – 160 HV sertliğe, -45 – 120 oC servis sıcaklığına sahiptir. Küçük miktarda alaşım elementlerinin ilavesi metale sertlik kazandırır. Hegzagonal sıkı paket yapıya sahiptir. Havayla bir karbonat filmi oluşturarak korozyona karşı dirençli hale gelir. Kullanımı: Çinko alaşımları, dekoratif parçalarda, düşük yük taşıma ve şok dirençlerinin bulunduğu yerlerde kullanılır. Zn alaşımları yüksek hızlı motorlarda kolaylıkla dökülüp, fazla bir talaş kaldırma ve bitirme işlemlerine ihtiyaç duyulmaksızın parçaların imalatına olanak sağlamaktadır. Parçalar düzgün yüzeyli, yüksek hassasiyette ve pirince göre çok daha hafif olması sebebiyle, kapı kolları, dişliler ve diğer küçük parçaların üretiminde kullanılır.

19 3.2.SERAMİKLER (CERAMICS)
İnorganik maddelerin herhangi bir şekillendirme usulü ile şekillendirilerek pişirilmesiyle elde edilen nihai ürüne seramik denir. SiO2 seramiklerin hammaddesidir. 1) Geleneksel seramikler 2) İleri teknoloji seramikler Geleneksel Seramikler; önemli parametre FeO’tir. Piştiğinde kırmızıdan kahverengine dönüşür. İleri Teknoloji Seramikler; Hammaddesi mümkün olduğu kadar saf olmalıdır. Al2O3 çok önemli bir seramik hammaddesidir. Türkiye’de geleneksel seramik üretimi oldukça yaygındır. Türkiye geleneksel seramik üretiminde Avrupa’da ilk 3, Dünya’da ilk 5 içerisindedir. İleri teknoloji seramikler; Dünya’da yaygınlaşıyor. Seramik kesiciler, elektronik seramikler, yarı ve süper iletkenler, fiber optikler, seramik oksit kaplamalar vb. Seramik malzemeler 4 – 12 $/kg. fiyata, 3,7 – 3,8 yoğunluğa, 1400 – 1600 HV, çekme mukavemetine, -270 – 1700oC servis sıcaklığına sahiptirler. Bilinmesi gereken en önemli özellik seramik malzemelerin basma mukavemeti çekme mukavemetinin yaklaşık 15 katı olmasıdır.

20 İleri Teknoloji Seramikler
Elektriksel özelliklerinden yararlanılabilen: İzolasyon seramikler; Entegre devre altlığı,sargı bobin altlığı (Al2O, BeO, MgO…) Ferroelektrik seramikler; (BaTiO3, SrTiO3) Piezoelektrik seramikler; (BaTiO3) sonar ve ultrasanografi İyonik iletken seramikler; (β – Al2O3, ZrO3) oksijen sensörleri, pH metre sensörü Yarı iletken seramikler; (SiC, ZnO) ısıtıcı elemanlar, parotonel koruyucu chipler Süper iletken seramikler; (BaO, CuO, Y2O5, LaO3) Manyetik özelliklerinden yararlanılabilen: Yumuşak manyetik malzemeler; (ZnO, Fe2O3, MnO) Sert manyetik malzemeler; (Fe2O3, BaO, SrO) elektrik motoru,hoparlör Mekanik özelliklerinden yararlanılabilen: Kesici uçlar, aşınmaya dayanıklı malzemeler, aluminyum oksit, SiC, ZrO, yüksek sıcaklık yüksek mukavemet gösteren seramikler. Biyolojik özelliklerinden yararlanılabilen: Biomedikal malzemeler Nükleer özelliklerinden yararlanılabilen: Nükleer yakıtlar; UO2,PuO2 Nötron kontrolörleri; SiC Nötronlara karşı koruyucu kalkan malzeme; Al2O3

21 CAM (GLASS) Cam, sabit bir ergime sıcaklığı olmayan amorf bünyeli bir silikat bileşiği olarak tanımlanmaktadır. Başka bir deyişle cam aşırı soğutulmuş bir sıvıya benzetilebilir. Gerçektende cam ısıtılmaya başladığında sıcaklık artmasıyla birlikte önce yumuşar daha sonra akıcı hale gelir. Bu şekilde adeta bir sıvıya benzer. Diğer bir tanımlamada ise termodinamik olarak kararlılık göstermeyen stabil bir şekli olan ve kristal hale gelmeye çalışan ancak yüksek viskozitesi nedeniyle düşük sıcaklıkta buna imkan bulamayan amorf bir malzemedir.

22 Kristal sıvı ve cam arasındaki ilişkinin daha iyi anlaşılabilmesi için hacim ve sıcaklık arasındaki ilişkinin incelenmesi gerekmektedir. Sıvı faz soğutulurken hacim sürekli ve düzenli olarak küçülür. Sıvının başlangıçtaki A konumundan itibaren soğuma sırasında hacimde A – B boyunca sürekli bir küçülme görülür. Eğer ortamda çekirdekleştirici mevcut ise ve soğuma hızı yavaş ise Tf ile temsil edilen katılaşma noktasında kristallenme başlar. Kristallenmeye B – C aralığındaki hacimsel küçülme eşlik eder ve C – D boyunca düşerken hacmi de küçülecektir. Eğer soğuma yeterince hızlı ise Tf sıcaklığında kristallenme meydana gelmez ve B – E aralığında aşırı soğumuş sıvı oluşur. Tg ile gösterilen kritik sıcaklıkta hacim – sıcaklık eğrisinin eğiminde önemli bir değişim meydana gelir ve hacimsel değişim metalik malzemelerle benzerlik gösterir. Tg sıcaklığı cam geçiş sıcaklığı ve dönüşüm sıcaklığı olarak adlandırılabilir. Tg sıcaklığına karşılık gelen E noktasının konumu soğuma hızına bağlı olarak değişir. Bu nedenle E noktası veya Tg sıcaklığı sabit bir nokta veya sıcaklık değildir ve dönüşüm aralığı olarak tanımlama daha doğru olacaktır. Malzeme yalnızca Tg sıcaklığının altında cam olarak tanımlanır. Tg sıcaklığında viskozite 1013 Poise dir.

23 3.3. POLİMERLER Doğa polimerlerden oluşmuştur; ağaçlar, yün, deri bilinen en eski polimerlerdir. İhtiyaç polimerleri (günümüzde) doğal değildir, malzeme dünyasına kimyacıların desteği ile girmiştir. Hemen hepsi petrolden sentezlenirler ve basit atomlardan C, H, O, Cl, N, F oluşurlar. Termoplastikler Temoplastikler ısıtıldığında yumuşar, soğutulduğunda sertleşir. Bu onların kompleks şekillerde üretimini mümkün kılar. Renklendirilebilir ve dolgu maddesi ilave edilebilir. UV süzgeçleri ile güneş ışığı etkisi azaltılır. Yanma geciktirici ilave edilir. Bilinen termoplastikler; PE, PP, PVC, PS, akrilik, polyesterler (PET ve PBT). Termoplastik malzemelerin bazıları kristalli, bazıları amorf ve hem amorf hem kristallidir. Termoplastik malzemelerde molekül ağırlığı artarsa rezin direngen, tok, kimyasallara dirençli olur. Bu malzemeler ince cidarlı üretilemez. Ancak ince cidar için düşük molekül ağırlıklı olan seçilir. Yüksek performans için yoğun olan termoplastik seçilir. Kristalli olan termoplastikler, yüksek mukavemet ve sürünme direnci sergiler. PE çabuk kristalleşir, polyester yavaş kristalleşir. Birçok termoplastikler geri dönüşümlüdür.

24 Termosetler Bakalit – fenolik reçine, epoksi, lastik vulkanizasyonu çapraz bağ oluşur. Bu tür malzeme sınıfında şekil verildikten sonra geri dönüş yoktur. Malzeme geri dönüşümü yoktur ve doğayı kirletir. Elastomerler Lastik, neoprene, silikon gibi elastomerler çekmede en az 5 kat fazla uzama gösterirler. Birçok katıda E = 1 – 1000 GPa arasında iken, elastomerlerde E = 0,0001 – 1 GPa aralığındadır. Günümüzde binlerce elastomer vardır. Karbon siyahı dolgusu UV ışınların etkisini azaltır. Kloro, floro karbon kararlılık verir. Karbon yerine silis elastomeri daha kararlı yapar, fakat pahalıdır. Termoplastikler tekrar kalıplanabilir ve geri kazanılabilir. Bu malzeme türünün tipik kullanım alanına ayakkabı endüstrisi örnek verilebilir.

25 Genel Bakış-Tasarım Notları
Geçtiğimiz 70 yılda polimerlerin, -plastiklerin değerlendirilmesi- değişmiştir. 1930’lu yıllarda bakalit ve naylon zayıflığın işaretiydi. 1970’den bugüne polimerler, yüksek kalite giyim, ayakkabı, ev eşyaları, ulaşım sistemlerine girdiler. Polimerler fiber (naylon, PP ip), film (poşet PE), döküm (plastik mobilya, bilgisayar kabı), köpük (PS paket, bisiklet selesi) gibi çeşitli şekillerde üretilebilirler. el PVC – elastomer PVC tp PVC – termoplastik PVC tp polyester, ts polyester, el polyester, polyester fiber, polyester film. PS PS malzeme kırılgandır ve en ucuz köpük olarak bilinir. Yiyecek kapları ve paketleri, CD kutuları, kasetler, buzdolabı ve soğutucu iç malzemeler, oyuncaklar, kalemler, TV kabinleri çeşitli kullanım alanlarına örnektir. Ayrıca PS yalıtkanlarda kullanılır. Bu malzemenin rakibi olarak HDPE gösterilebilir. ABS ABS kolay şekil alan, sert bir malzemedir. Bu malzeme yüksek çarpma direncine sahip ve UV ışınlarına dirençlidir. ABS’ye cam fiber katkı rijitliği arttırır. Kullanım alanlarına örnek olarak jilet parçası, oyuncak, sandalye vb. gösterilebilir.

26 PE (CH2)n PE, 1933 yılında bulunmuştur. İnert, dirençli olan bu malzeme film, saç, çubuk, köpük, fiber şeklinde üretilir. Petrol kapları, cadde bilbordları, süt kapları, oyuncaklar, yiyecek paketi, kağıt kabı, kablo yalıtkanı gibi kullanım alanlarına sahiptir. Ayrıca PE implant malzeme olarak kalp kapakçığına yerleştirilir ve suni eklemlerde kullanılır. Rakipleri olan malzemeler: elPVC, ABS ve PP’dir. PP, PE, PVC en az enerji tüketen malzemelerdir. PE geri kazanabilir bir malzeme türüdür. PP 1958 yılında bulunan bu malzeme PE’nin en genç kardeşidir. Bu iki malzemenin fiyatları, moleküler yapıları, işlem metotları ve uygulamaları benzerdir yılında dünya üretimi 30 milyon ton olarak kaydedilmiştir. Bu bilgiler ışığında yıllık büyüme %10’dur. İyi katalizlerle PP’nin çarpma mukavemeti iyileştirilebilir. Bu malzemenin dezavantajı güneş ışığından etkilenmesi ve yanıcı olması gösterilebilir. PP yüksek sıcaklık kullanımı sağlar ve HDPE’den daha yüksek sıcaklığa dayanır (165 – 170 oC). PMMA Sert ve kenarlı bir polimer olan PMMA kokpit camlarında kullanılır. Gözlük camları, uçak pencereleri, paketleme kapları olarak da kullanım alanına sahiptir. PC PC’nin başlıca özellikleri geçirgen olması, iyi mukavemete sahip olması ve yumuşamaya karşı dirençli olması sayılabilir. Genel olarak saç kurutma makinelerinde, buzdolaplarında ve tost makinelerinde kullanılır.

27 POM Dupont tarafından 1959 yılında bulunmuştur. Naylondan daha güçlüdür. Kapı kollarında, video kaset parçalarında, elbise fermuarlarında ve musluk parçalarında kullanılır. PTFE (Teflon) PTFE yapışmazlık özelliğine sahip (teflon kaplanmış alüminyum) ve suyu sevmeyen bir malzemedir. Genellikle pahalı uygulamalarda ve suni kalp damarlarında kullanılır. Birim fiyatı yaklaşık 15 dolardır. PTFE, PE’den 2,7 kere ağır, 12 kere pahalıdır – +250 oC sıcaklık aralığında kullanılabilir. Bu malzemenin sürtünme katsayısı düşük, elektrik direnci yüksektir. Ayrıca PTFE yanmazdır ve geri dönüşümü vardır. PVC PVC, çok ucuz ve çok bulunan vinil polimerdir. Saf hali termoplastik tpPVC’yi verir. Bu malzeme katıdır ve tok değildir. Değişken çevre şartlarına dayanıklılık sergileyemez. Bazı plastikleştiriciler ilave edilerek fleksible (esnek) PVC üretilir ve buna da elPVC denir. Esnek PVC deri veya lastik gibidir, arabalarda koltuk kumaşı olarak kullanılır. Saf PVC kırılgandır ve ağırdır. Borularda, yol işaretlerinde, profillerde, kozmetik ürünlerinde, bahçe hortumlarında, kalebodurlarda, pencerelerde ve tıpta kullanılır. PVC’nin tasfiyesi problemdir. Isı altında tasfiye işlemi hidroklorik asit oluşturur, bu ozon tabakasını inceltir ve sağlığa zarar verir.

28 PU PVC gibi PU termoplastik, elastomerik ve termosetting özellikleri bir arada taşır. PU köpük, ucuz, kolay satılabilir, iyi yapısal özelliğe sahip ve hidrokarbonlara dirençlidir. elPU köpük battaniye – yatak, oturma mobilyası ve paketlemede kullanılır. %95’i köpük olan PU düşük yoğunluktadır. Bu tür yalıtma, çarpma sönümü (araçlarda) amacıyla kullanılır. PU elastomer 48 MPa mukavemet verir ve -55 – 90oC sıcaklık aralığında kullanılır. Kullanım alanları ayakkabı, lastik, yakıt borusu, yataklama ve araba pompaları olarak gösterilebilir. CFC kullanılan türleri, ozon tüketicidir. CO2 ve HFC kullanılan türleri (ki bunlar ateş almayı geciktirir) ozona zarar vermez. Termoplastik(tp) PU geri kazanabilir. Termoset (ts) PU geri kazanılamaz. Silikon -100 – 300 oC sıcaklık aralığında kullanılabilen bu malzeme elastomer olup 5 MPa gibi düşük bir mukavemete sahiptir. Tabii lastik gibi özellik sergiler. Tel, kablo yalıtma, sızdırmaz conta ve göğüs implantı olarak kullanılır. Bu malzemede C – C – C – C yerine O – Si – O – Si bağları vardır. Polyesterler (PET, PBT) Polyesterlerin doymuş olanları termoplastiktir (PET, PBT, PETG). 160oC’ye kadar iyi mekanik özellik sergiler. PET, karbondioksitli içeceklerde kullanılır. PET’te O2 permabilitesi olmaz. Polyesterler, UV ışınlarına karşı dirençli ve ısıl dirençli hale getirilebilir. Kalın cidarlı polyesterler tekrar kullanılır, ince cidarlılar ise çevrime sokulur. ts polyester, tp polyester.

29 Epoxy Epoxy termoset polimerdir. Mükemmel mekanik, elektrik ve yapışma özelliğine sahiptir. İki farklı metali yapıştırabilme özelliğine sahiptir. Bu sayede dişliler yapılır. Bakalit Phenolic olarak da adlandırılır. Kimyasal olarak kararlıdır. Conta, fren, bıçak kolu, bilardo topu, ticari priz ve golf topu yapımında kullanılır. Elastomer Elastomer doğal lastiktir. Malezya’nın ana ihraç ürünü olarak bilinir. Latex, lastik ağacının adıdır. Kükürtle işlenmesi sonucu vulkanizasyon gerçekleşir ve kroslink (çapraz bağ) oluşur. Araba lastiği, hortum ve yalıtıcı olarak kullanılır. Şok absorbe edici olarak da kullanılır. Floro karbon elastomer; Isı ve kimyasallara yüksek direnç gösterir. 250 oC’ye kadar dayanır. O-ring, boru ve yalıtkan olarak kullanılır. Nefrene; Chlorinajel hidrokarbondur. 175 oC’ye kadar direngendir. Tank iç kaplama, ayakkabı altı, diyaframlar ve conta olarak kullanım alanı bulur.

30 Polimer köpük Yüksek stiffness/ağırlık oranı sergiler. Ayrıca iyi ses yutumu, yüksek çarpma direnci gibi özelliklere sahiptir. Ucuz botlar (kayıklar), TV kabinleri, yalıtıcı ve oturaklar kullanım alanlarıdır. Polimer kompozitler GFRP; 2. Dünya Savaşı’ndan sonra, hafif, yüksek mukavemetli ve direngenli malzeme olarak geliştirilmiştir. Polyester veya epoksi, matrise uzun fiberler şeklinde katılır. Karbon ve kevlardan daha ucuzdur. Fakat mukavemet düşüktür. 120 oC altı sıcaklığa dayanır. Rutubet özelliği bozar. Kısa süreksiz fiberli kompozit, yönlü fiber kompozitten %50 düşük çekme dayanımı gösterir. Hasarı ve ayrılma – kırılmayı önlemek için katkı verilir. E – cam standart kuvvetlendiricidir. C – cam iyi korozyon direnci, R-S cam iyi mekanik özellik gösterir. AR cam alkali dirençlidir. Çimento da katkı olarak kullanılır. Kayık, basınç kapları, otomobil parçaları başlıca uygulama alanıdır. CFRP; 1972’den bu yana uçaklarda alüminyumun yerini almıştır. Çok yüksek mukavemet ve direngenliğe sahiptir.