Sert Poliüretan Köpük Malzeme Üretimi

  • Makale
  • Ziyaret: 7410
  • sert poliüretan, malzeme, makale, köpük, üretim
  • Son Güncelleme: 2-05-2017
  •  
    Share on Tumblr       

 

Sert Poliüretan Köpük Malzeme Üretiminde Kullanılan Dolgu Maddelerinin Boyutlarının Isı İletim Katsayısı ve Basma Dayanımına Etkileri

Giriş

Polimer esaslı kompozit malzemelerin üretimlerinde hem maliyetleri düşürmek hem de daha iyi özellikler kazandırmak amacı ile farklı dolgu maddeleri kullanılmaktadır. Bununla bir­likte, kullanımdan önce dolgu maddelerinin kimyasal yapısı, ana malzeme ile uyumu, boyutu ve miktarı gibi parametrele­rin dikkatli bir şekilde göz önüne alınarak incelenmesi gerek­mektedir. Çünkü, maliyeti azaltan bir dolgu maddesi malze­menin bazı özelliklerinde dikkate değer olumsuzluklara sebep olabilmektedir. Bu kapsamda, ısı yalıtım amacı için kullanılan sert poliüretan köpük malzemelerin üretimlerinde de kil, kal­sit, dolamit, talk vb. maddelerin farklı boyut ve oranlarda dol­gu maddesi olarak kullanılması üzerine araştırmalar devam etmektedir (Cao ve diğ., 2005; Ali ve diğ., 2006; Nikje ve diğ., 2006; Czuprynski ve diğ., 2009; Corcione ve diğ., 2009; Kim ve diğ., 2010; Pashaei ve diğ., 2010; Liszkowska ve diğ., 2013). Dolgu maddesi kullanımında önemli parametrelerden bir ta­nesi olan partikül boyutunun özellikle sert poliüretan köpük malzemelerin mekanik özellikleri üzerine dikkate değer etki­leri olduğu belirtilmektedir (Saint-Michel ve diğ., 2006; Ye ve diğ., 2009). Genel olarak büyük partikül boyutlu dolgu mad­delerinin köpük hücre yapısını bozduğu ve özellikle mekanik özelliklerde kötüleşmelere sebep olduğu bilgileri bulunmak­tadır. Küçük partikül boyutlu, özellikle nano boyutta, dolgu maddelerinin de üretim sırasında homojen olarak dağılımının sağlanmasının zor ve dikkat edilmesi gereken önemli bir konu olduğu belirtilmektedir (Dolomanova ve diğ. 2011). Bu çalış­mada, Kemerköy Termik Santralinin uçucu külünün hem ori­jinal hem de küçültülmüş boyutta sert poliüretan köpük mal­zemenin üretiminde %1-5 kütlesel oranlarda kullanılması ile köpük malzemenin ısı iletim katsayısına ve basma dayanımına etkileri incelemeye alınmıştır.

Sert Poliüretan Köpük Malzeme Üretimi

Isı yalıtımında yaygın olarak kullanılan sert poliüretan köpük malzeme hammaddeleri ticari bir firmadan temin edilmiş olup, yaygın kullanıma uygun olarak 40 kg/m3 yoğunluğa sa­hip malzemeler poliüretan enjeksiyon makinesi kullanılarak üretilmiştir. Üretimlerde poliol/izosiyanat kütlesel karışım ora­nı üretici firma tavsiyesi ile 100/118 olarak ayarlanmıştır. Bu tip uygulamalarda dolgu maddelerinin tanklara konulmadan önce homojenize edilmesi ve tankta da sürekli bir karıştırma yapılması gerekmektedir. 

Pamukkale Üniversitesi Makine Mü­hendisiği Bölümü Kompozit Malzeme Üretim Laboratuvarındabulunan masa üstü bir poliüretan enjeksiyon makinesi kullanılarak %1-5 kütlesel oranlarda uçucu kül önce poliol içerisinde homojenize edilerek üretimde kullanılmıştır (Şekil 1). Artan dolgu oranlarında çökelme olması ve viskozite artışı olduğu için % 5’in üzerinde uçucu kül ilavesi yapılamamıştır.

Üretimlerde, öncelikle santralden temin edildiği orijinal bo­yutta uçucu kül, daha sonra da bu külün boyutlarının küçül­tülmüş hali kullanılmıştır. Şekil 2’de orijinal ve küçültülmüş uçucu küllerin partikül boyut dağılımları verilmektedir.


Şekil 3’te küçültülmüş boyutta uçucu kül içeren sert poli­üretan köpük kompozitin hücre yapısının SEM görüntüsü verilmektedir. Partikül boyutlarının küçük olmasından dolayı partiküllerin hücre duvarlarında yerleştiği ve duvarlara zarar vermediği bu görüntüde de açıkça görülmektedir.

Şekil 3 Uçucu kül takviyeli sert poliüretan köpüğün SEM görüntüsü

Basma Deneyi ve Basma Dayanım Ölçümleri

Köpük malzemelerin basma dayanımları Şekil 4’te görülen Instron marka, 8801 model bilgisayar kontrollü üniversal çekme-basma deney cihazında gerçekleştirilmiştir. Basma deneyi için ASTM D 1621-10 ve TS EN 826/Mart 1998 stan-dartları kullanılmıştır. Her bir üretimden beşer adet 50 mm x 50 mm x 50 mm boyutlarında numune basma testine tabi tutulmuştur (Şekil 5). Beş ölçüm değerlerinin ortalaması alı-narak sonuçlar elde edilmiştir.


Orijinal ve küçültülmüş boyutta uçuçu kül kullanımının bas-ma dayanımına etkileri Şekil 6’da verilmektedir. Orijinal boyutta uçucu kül takviyeli sert poliüretan köpüklerin basma dayanımları dikkate değer bir oranda düşme gösterirken, küçültülmüş boyutta uçucu kül takviyeli sert poliüretan kompozitteki düşüşün en fazla %20 oranında gerçekleştiği görülmektedir. Burada büyük boyuttaki uçuçu kül partikül-lerinin hücre duvarları arasına sığmadığı ve hücre duvarlarını bozduğu için, basma dayanımında ciddi boyutta düşmeye sebep olduğu düşünülmektedir. 

Bu çerçevede, büyük partikül boyutta dolgu maddelerinin kullanımının sert poliüretan köpük malzemelerin basma dayanımlarında ciddi boyuttaki azalmaya sebep olmasından dolayı kullanılmaması tavsiye edilmektedir.

Şekil 6 Orijinal (a) ve küçültülmüş (b) boyutta uçucu kül kullanımının
sebep olduğu basma dayanımındaki değişim

Isı İletim Katsayıları Ölçümleri

Sert poliüretan köpük malzemeler yalıtım amaçlı kullanıl-dıklarından dolayı en önemli özelliklerinden birisi ısı iletim katsayısıdır. Isı iletim katsayılarının tespiti Şekil 7’de göste-rilen sıcak tel metodunu kullanan Kyoto Electronics marka QTM-500 model ısı iletim katsayısı ölçüm cihazı ile yapıl-mıştır. Her bir numuden en az üçer adet ölçüm alınarak ortalama değerler elde edilmiştir.

Şekil 8’de farklı boyutta uçucu kül kullanımının sert po-liüretan köpük malzemelerin ısı iletim katsayısında sebep olduğu değişimler verilmektedir. %1-5 kütlesel oranlarda orijinal boyutta uçucu kül kullanımı ile sert poliüretan kö-pük malzemelerin basma dayanımında ciddi boyutta düş-melere sebep olurken ısı iletim katsayısında ciddi bir de-ğişim görülmemektedir. Bununla birlikte, küçültülmüş bo-yutta kül ilavesi ile ısı iletim katsayısında bir miktar azalma görülmektedir. 
Teşekkür Bu çalışmayı, 108T246 nolu proje kapsamında desteklemesinden dolayı yazarlar TÜBİTAK’a teşekkürlerini sunarlar.

Doç. Dr. Ali Rıza Tarakçılar, Araş. Gör. Recep Yurtseven,
Prof. Dr. Nazım Usta, Prof. Dr. Muzaffer Topçu
Pamukkale Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü
Araş. Gör. Erkin Akdoğan
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü