ferrokrom konsantrasyonun poliamid 6 ve polioksimetilenin ... · schirber, schwarz, 2002;...

ISSN: 2148-0273 Cilt 5, Sayı 2, 2017

Vol. 5, Issue 2, 2017

1 Lisans öğrencisi, Munzur Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Tunceli,

e-mail: [email protected]

2Lisans öğrencisi, Munzur Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Tunceli, e-

mail: [email protected]

3*Yılmaz KISMET, Yrd. Doç. Dr., Munzur Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği

Bölümü, Tunceli, e-mail: [email protected]

Ferrokrom Konsantrasyonun Poliamid 6 ve Polioksimetilenin Eriyik

Akış İndeksi ve Yoğunluklarına Etkisi

Erdal BAYTEMÜR1, Ramazan IHLAMUR2, Yılmaz KISMET3*

Özet

Bu çalışmada, içerdikleri ferrokrom miktarına bağlı olarak polioksimetilen (POM) ve poliamidin

(PA6) eriyik akış indeksi ve yoğunluklarındaki değişimler araştırılmıştır. Ferrokrom, poliamid 6 ve

polioksimetilen içerisine ağırlıkça farklı oranlarda (%10, %20 ve %30) eklenerek karışımlar oluşturulmuş

ve bu karışımların akışkanlıkları ile yoğunluklarındaki değişimler belirli bir sıcaklık ve basınç altında

incelenmiştir. Çalışmalar sonucunda poliamid 6 (PA6) ve polioksimetilenin (POM) akışkanlıkları ve

yoğunluklarının, içerdikleri ferrokrom miktarına bağlı olarak nasıl değişim gösterdiği tespit edilerek

grafiklerle ortaya konmuş ve bu sonuçlara göre karışımların ekstrüderde hangi sıcaklıklarda daha verilmli

olarak çalışılabileceği tartışılmıştır.

Anahtar kelimeler: eriyik akış indeksi, ferrokrom, poliamid (PA6), polioksimetilen (POM), yoğunluk

Effect of Ferrochromium Concentration on the Melt Flow Indexes and

Densities of Polyamide 6 and Polyoxymethylene

Abstract

In this study, the change in melt flow indexes and density of polyoxymethylene (POM) and

polyamide (PA6) are investigated depending on the amount of ferrochromium. Adding ferrochromium at

different rates (10%, 20%, 30%) into polyamide 6 and polyoxymethylene the mixtures are created. These

mixtures’ flowing features and changes in their densities are observed under certain temperature and

certain pressure. In conclusion, how polyamide 6 (PA6) and polyoxymethylene’s fluidity and their

density changes according to amount of ferrochromium contained is determined. They are indicated by

graphs and it is discussed to be more efficient in extruder at which temperatures based on these graphs.

Keywords: density, ferrochromium, melt flowing index, , polyamide (PA6), polyoxymethylene (POM)

Erdal BAYTEMÜR, Ramazan IHLAMUR, Yılmaz KISMET | 18

1. Giriş

Polimer, monomer denilen ufak moleküllerin birbirine kovalent bağ ile bağlanarak

oluşturdukları büyük bir moleküldür. Polimerler günlük hayatımızda sıklıkla

kullandığımız birçok nesnenin tamamını ya da belirli uzuvlarını oluşturan yapı

malzemesidir. Otomotiv, beyaz eşya, ambalaj, sağlık ve gıda sanayi başta olmak üzere

endüstrinin birçok alanında tercih edilmektedir. Plastiğin her ne kadar hayatımızı

olumsuz yönde etkilediği söylense de aslında hayatı kolaylaştırmak adına yapılan en

önemli buluşlardan biridir. (Kaiser,2011; Kısmet,2015; Michaeli,2006a;

Michaeli,2006b). Tarihsel gelişim içinde doğal polimerler yerlerini ''modifiye edilmiş

doğal polimere'' (doğal polimere fiziksel özelliklerini değiştiren katkı, dolgu malzemesi

ve benzeri ilave edilmesi) yani ʽ yarı sentetik polimereʼ bırakmıştır. Bunun sebepleri

arasında polimerik ham maddelerin işlenmesindeki sorunlar ile doğal polimer ürünlerin

fiziksel ve mekanik özelliklerinin yetersiz olması yer alır. Hafif, ucuz, kolay

şekillendirilebilen, kimyasallara dayanıklı maddeler olmaları sebebi ile polimerlerden

üretilen malzemelerin tüketimi sürekli artış göstermektedir. Bu artışa cevap verebilmek

ve gelişen teknolojiyi yakalayabilmek için polimer teknolojisi önem kazanmakta ve

sürekli gelişmektedir (Eyerer, Elsner, Hirth,2005; Gysau,2006; Hellerich,2001; Feng,

Li, Lin, Luo, Xie, 2013). Polimerler: termoplastikler, duroplastikler (termosetler) ve

elastomerler olmak üzere üç gruba ayrılmaktadır. Bu çalışmada polioksimetilen (POM)

ve poliamid 6 (PA 6) termoplastikleri, matris malzeme olarak kullanılmıştır.

(Kaiser,2006; Michaeli,2006b; Stoeckhert,1998). Termoplastikler, ısıtıldığı zaman

eriyebilen ve tekrar tekrar şekillendirilebilen polimerlerdir. Endüstride bu tür polimerler

saf olarak kullanıldığı gibi polimerlerden imal edilen parçaların ihtiyaca göre mekanik,

ısıl ya da farklı fiziksel özelliklerini iyileştirmek için organik veya inorganik takviye

elemanlarıda kullanılmaktadır. (Atallah, Osman, Suter,2004; Chodak, Fedorko,

Micusik, Nogellova, Olejinkova, Omastova, Trchova, 2006; Ebeling, Hubert, Schlör,

Schirber, Schwarz, 2002; Kısmet,2016; Kismet,2017). Bu çalışmada dolgu maddesi

olarak ferrokrom, toz halde polioksimetilen ve poliamid 6 kullanılmıştır.

Dünya genelinde, üretilen ferrokromun çoğu paslanmaz çelik imalatında

kullanılır. Paslanmaz çelikte bulunan krom içeriği, korozyona karşı direnç kazandırır ve

19 | Poliamid 6 ve polioksimetilenin eriyik akış indeks ve yoğunluklarının ferrokrom miktarına bağlı

olarak değişimi

paslanmaz çeliğe genel görünümünü verir. Ferrokrom % 50 - % 70 krom ve % 30 - %

50 demir içeren bir alaşımdır. Söz konusu alaşım, yüksek sıcaklıklarda demir

magnezyum krom oksitin karbotermik redüksiyonuyla üretilir. Çelik sanayi, paslanmaz

çelik üretiminde dünya genelinde üretilen ferrokrom miktarının %80’inden fazlasının

kullanılması ile, bu alyajın en büyük tüketicisi durumundadır. Paslanmaz çelikteki

ortalama %18’lik krom içeriği, ona karakteristik görünüşünü ve paslanmaya karşı

dayanıklılığını verir. Ham maddesi yüksek dereceli krom olan yüksek karbonlu

ferrokrom, özel uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu özel uygulamalarda Cr / Fe oranı

önem taşımakla birlikte diğer elementler de minimum olarak en iyi seviyelerde

tutulmuştur.

2. Deneysel Çalışmalar

Deneysel çalışmalarda kullanılan termoplastik malzemeler ve bu malzemeler için eriyik

akış indeks (MFI) ölçümlerinde kullanılan sıcaklık ve basınç değerleri Tablo 1’de

verilmiştir. Dolgu malzemesi olarak, ferrokrom kullanılmıştır.

Tablo 1. Matris malzemeleri için eriyik akış indeksi (MFI) değerleri.

Termoplastikler Üretici MFI için Sıcaklık

Firma/Ürün ve Basınç

Kodu

1 Polioksimetilen (POM) Asetal Co-polymer 190°C/ 2.16 kg

2 Poliamid 6 (PA 6) Epsan/Eplamid PA 6 Naturel 250°C/ 5 kg

Yukarıdaki tabloda belirtilen matris malzemeler içerisine ferrokrom ağırlıkça %10, %20

ve %30 oranlarında karıştırılmıştır. Hazırlanan karışımların hacimsel ve kütlesel eriyik

akış indeksleri ve yoğunluklarının analizi, Munzur Üniversitesi Makine Mühendisliği

Bölümü laboratuvarlarında bulunan “RADWAG marka 85 Analitik ‘R’ Serisi”

yoğunluk ölçüm kiti ve JPT EQUIPMANT marka XRL-400A model (MFI) eriyik akış

cihazı kullanılarak ASTM D1238 ve TSE1323 ile tanımlanan standartlara uygun olacak

şekilde gerçekleştirilmiştir. Polioksimetilen (POM) için 2,16 kg ağırlık ve 190 °C


sıcaklık değerleri kullanılırken Poliamid (PA 6) için 5 kg ve 250 °C sıcaklık değerleri

kullanılarak deneyler gerçekleştirilmiştir. Ferrokrom Tablo 1’de verilen her iki

termoplastiğe ayrı ayrı karıştırılarak 4 ila 8 gram arasında karışımlar oluşturulmuştur.

Şekil 1. Yoğunluk Ölçme Kiti

Şekil 1'de görülen yoğunluk ölçüm kiti, Arşimet prensibine göre çalışarak numunenin

yoğunluğunu belirleyen bir cihazdır. Yoğunluk ölçüm cihazı, sıvıların ve katı

maddelerin yoğunluğunu yüzdürme yöntemi ile belirler. Genel olarak yoğunluk ölçüm

cihazları kesin doğruluğa sahip elektriksel teraziler olarak görülürler. Plastik, kauçuk

sıvılar, sinterli metaller, seramik, cam ve diğer ametallerin yoğunluk ölçümleri için

uygundur. Bu yoğunluk belirleme tarzı, yüksek doğruluk oranı ve hızlı sonuç alma

olanağı ile öne çıkmaktadır. Yoğunluk ölçümü, yüzdürme yönteminde kullanılan

camdan bir bob ile yapılmaktadır. Katı maddelerde ise yoğunluk tespiti kitle probun

ağırlık ve hacminin ölçülmesi ile gerçekleşmektedir. Bu esnada yoğunluk ölçüm

cihazlarındaki mevcut terazi ile nesnenin ağırlığı belirlenirken probun yüzme

seviyesinden yola çıkılarak hacim ölçümü gerçekleştirilmektedir ki bunun için

kullanılan sıvının hacmi bilinmelidir. Sıvıların hacminin sıcaklığa bağlı olması

sebebiyle yoğunluk ölçüm cihazları, ölçüm sonuçlarının manuel veya otomatik bir


olarak değişimi

sıcaklık kompenzasyonuna sahiptir. Yüzdürme kuvveti, uzaklaştırılan sıvının ağırlığına

eşittir.

Şekil 2. (MFI) Eriyik Akış İndeks Cihazı

Eriyik akış indeksi çıkarılacak malzemeler, 4 ila 8 gram olacak şekilde önce mekanik

olarak karıştırıldı ve daha sonra Şekil 2'de görülen eriyik akış cihazı kullanılarak

ölçümler gerçekleştirildi. Hazırlanan karışımlar, cihaz istenilen ölçüm sıcaklığına

ulaştığında bir huni vasıtası ile cihazın ısıtılmış haznesine döküldü. Daha sonra her iki

termoplastik ve dolgu karışımları için pistonun üzerine 0.325 kg ağırlığında ön yükleme

uygulanmıştır. Oluşturulan karışımların her biri ayrı ayrı, yaklaşık 6-8 dakika kadar

cihazın ısı haznesinde erimeye bırakılmıştır. POM için bu işlem 190 °C ’de

gerçekleştirilmiş ve malzeme yavaş yavaş ısıtma haznesinin alt kısmında bulunan

memeden akmaya başlayınca pistonun üstüne ilave 1.835 kg ana yükleme yapılarak


toplamda 2.16 kg ağırlık ile malzeme sıkıştırılarak akmaya zorlanmıştır. Poliamid için

ise 250 °C sıcaklıkta gerçekleştirilen deneyde ilave yük olarak 4.675 kg ağırlık

kullanılarak toplam 5 kg kuvvet etkisi altında malzeme memeden akmaya zorlanmıştır.

Belirtilen sıcaklık ve ağırlık değerlerinin uygulanması ve eriyik hale gelen karışımın

memeden akması sonucunda piston aşağı doğru harekete başlamıştır. Pistonun düşey

yönlü bu hareketi sonucunda pistonun üstünde bulunan ağırlığın şekilde gösterilen kola

teması ile cihaz ölçüm için start vermiştir. Startla birlikte memeden akan eriyik

malzeme, her 30 saniyede bir meme kısmında bulunan makas ile otomatik olarak

kesilmiştir. Kesilen numuneler cihazın malzeme haznesinde toplanmış ve sonra

ağırlıkları ölçülerek ortalama ağırlık belirlenmiştir. Bulunan bu ortalama ağırlık değeri,

cihazın dijital panosunda istenilen kısma girilerek karışımların hacimsel ve kütlesel

eriyik akış indeks değerleri (MVR ve MFI) cihaz tarafından otomatik olarak

hesaplanmıştır.

Her bir termoplastik ve ferrokromdan oluşan karışım için aynı işlemler

gerçekleştirilmiştir ve sonuçlar grafikler ile verilmiştir.

3. Sonuçlar ve Tartışmalar

Poliamid 6 ve polioksimetilen ile ferrokromdan oluşan karışımların akışkanlıkları ve

yoğunluklarına ait analiz sonuçları aşağıdaki grafiklerde verilmiştir. Şekil 3 ve 4'te

ferrokrom miktarının artışına bağlı olarak poliamid 6'nın hacimsel eriyik akış indeksinin

(MVR) ve yoğunluğunun (ρ) değişimleri görülmektedir. Bu sonuçlara göre ferrokrom

içermeyen saf haldeki poliamid 6'nın MVR değeri yaklaşık olarak 57.34 cm3/10 dk.

iken içerisine %30 oranında ferrokrom karıştırılmış poliamid 6'nın MVR değeri

azalarak 40.02 cm3/10 dk. değerine ulaşmıştır.


olarak değişimi

Şekil 3. Poliamid 6'nın hacimsel eriyik akış indeksinin (MVR) artan ferrokrom miktarına bağlı olarak

değişimi.

Benzer şekilde poliamid 6'nın yoğunluğunda da Şekil 4'te belirtildiği gibi artış meydana

gelmiş ve ferrokrom miktarına bağlı olarak bu değer yaklaşık 1.12 gr/ cm³ten 1.27

gr/cm³e çıkmıştır.

Şekil 4. Poliamid 6'nın yoğunluğunun artan ferrokrom miktarına bağlı olarak değişimi


Aşağıda verilen Şekil 5 ve 6'da ferrokrom miktarının artışına bağlı olarak

polioksimetilenin kütlesel akış indeksi ile yoğunluğundaki değişimler görülmektedir.

Ferrokrom içermeyen polioksimetilenin kütlesel akış indeks değeri 27.54 g/10 dk. ve

yoğunluğu 1.02 g/ cm³ iken bu değerler %30 oranında ferrokrom içeren polioksimetilen

karışımında 15.68 g/10 dk. ve 1.16 g/ cm³ değerlerine ulaşmaktadır. Böylece

malzemenin aynı sıcaklık ve basınç altında daha az aktığı ve daha yoğun bir yapıda

olduğu tespit edilmiştir.

Şekil 5. Polioksimetilenin kütlesel eriyik akış indeksinin artan ferrokrom miktarına bağlı olarak değişimi


olarak değişimi

Şekil 6. Polioksimetilenin yoğunluğunun artan ferrokrom miktarına bağlı olarak değişimi

4. Sonuçlar

Bu çalışmada, poliamid 6 ve polioksimetilende dolgu malzemesi olarak ferrokrom

kullanılmış ve karışımlar oluşturulmuştur. Ağırlıkça %10, %20 ve %30 oranlarında

ferrokrom içeren bu karışımların, belirli sıcaklık ve basınç altındaki akışkanlıkları

incelenmiş ve her iki termoplastiğin de viskozitelerinin artarak akışkanlıklarının

azaldığı belirlenmiştir. Bu durum kullanılan katkı malzemesinin erime sıcaklığının çok

yüksek olması yani bu malzemenin, deneylerin gerçekleştirildiği sıcaklıklarda akışkan

olmamasından kaynaklanmıştır. Ferrokromun tanecikli yapısı da eriyik haldeki her iki

termoplastiğin fiziksel olarak akışkanlığını bozmuştur. Aynı zamanda kullanılan dolgu

mazlemesinin yoğunluğunun poliamid 6 ve polioksimetilenin yoğunluklarından fazla

olmasından dolayı artan ferrokrom miktarı ile karışımların yoğunlukları da artmıştır.


5. Kaynakça

Atallah A, Osman, M. A, , Suter U. W, (2004). “Influence of excessive filler coating on

the tensile properties of LDPE-calcium carbonate composites”, Polymer, 45,

1177-1183.

Chodak I, Micusik, M, Omastova M, Nogellova Z, Fedorko P, Olejinkova K, Trchova

M, (2006). “Effect of crosslinking on the properties of composites based on

LDPE and conducting organic filler”, European Polymer Jaurnal, 42, 2379-

2388.

Ebeling FW, Schwarz, O, Hubert H, Schirber H, Schlör N. (2002). Kunststoffkunde

(Aufbau, Eigenschaften, Verarbeitung, Anwendung der Thermoplaste,

Duroplaste, Elastomere). 7 th ed. Würzburg, Germany, Vogel Verlag.

Elsner P, Eyerer, P, Hirth T. (2005). Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften. 6th ed.

Berlin, Germany, Springer-Verlag.

Feng J , Luo, X, Li J, Xie S, Lin X. (2013). “Evaluation of distillers grains as fillers for

low density polyethylene (mechanical, reological and thermal

characterization)”. Composites Science and Technology, 89(1), 175-179.

Gysau, D. (2006). Füllstoffe. 2 nd ed. Hannover, Germany, Vincentz Network.

Haenle S, Harsch G,Hellerich, W. (2001). Werkstoffführer Kunststoffe. 8th ed. Vienna,

Austria, Carl-Hanser Verlag.

Hellerich, W. Stoeckhert, K. (1998). Kunststoffen, Kunststoff-Lexikon. Wien 9.

Auflage.

Kaiser, W. (2006). Polyolefine, Kunststoffchemie für Ingenieure, Carl Hanser Verlag

München Wien.

Kaiser, W. (2011). Polyolefine, Kunststoffchemie für Ingenieure. 3 rd ed. Munich,

Germany, Carl Hanser Verlag.

Kısmet, Y. (2015). '' Effects of Hydrolyzed Electrostatic Powder Coating Wastes on

Fluidity and Density of Polyolefins'', Sigma J Eng & Nat Sci 33 (3), 377-383.

Kısmet, Y. (2016). ''Hidroliz edilmiş elektrstatik toz boya atık miktarına bağlı olarak

poliamid 6 (PA6) ve polioksimetilenin (POM) eriyik akış indeksleri ve

yoğunluklarındaki değişimlerin incelenmesi'', Pamukkale Univiversitesi

Mühendislik Bilimleri Dergisi, 22(4), 241-245.


olarak değişimi

Kısmet, Y. (2017). "Effects of Ferrochromium on High Density Polyethylene (HDPE)

and Polypropylene (PP) Melt Flow Indexes and Densities", International

Journal of Engineering Science Invention 6, 58-63.

Michaeli, W. (2006a). Verarbeitungsverfahren für die Kunststoffe, Einführung in die

Kunststoffverarbeitung. 5 th ed. Vienna, Austria, Vincentz Network.

Michaeli, W. (2006b). Verarbeitungsverfahren für die Kunststoffe, Einführung in die

Kunststoffverarbeitung, 5. Auflage, Wien.

Ravve, A. (2000). Principles of Polymer Chemistry. 2 nd ed. New York, USA, Springer.

ferrokrom konsantrasyonun poliamid 6 ve polioksimetilenin ... · schirber, schwarz, 2002;...

Documents