Plastik ekstrüzyon ürünlerinde gaz geçiş özelliklerinin incelenmesi ve geliştirilmesi

Abstract

Ekstrüzyon yöntemi ile üretilen polipropilen borular hem ev tesisatlarında hem de endüstriyel uygulamalarda sıklıkla kullanılmaktadır. Evsel ve endüstriyel kullanım sırasında ortamdaki oksijenin, plastik borunun iç hacmine geçişi, borunun bağlı olduğu tesisatta kullanılan metal ekipmanlarda korozyona neden olmaktadır. Polimerik malzemelerin gaz geçiş hızını belirleyen faktör polimerin gaz difüzyon katsayısıdır. Polimerik film ve levha şeklindeki ürünlerin oksijen gazı difüzyon katsayısının ölçülmesi için birçok cihaz bulunmaktadır. Ancak plastik borular için, silindirik koordinatlarda, sabit hacim değişken basınç metodu ile gaz geçişini ölçecek ve difüzyon katsayısını belirleyecek bir sistem ve yayınlanmış çalışma mevcut değildir. Plastik bir üründe, üretim yönteminin polimerin morfolojik yapısı üzerindeki etkisi büyük olduğundan, kartezyen koordinatlarda film ya da levha ekstrüzyonu ile üretilen ince film ya da ince levha şeklindeki polipropilen malzemeler için ölçülmüş difüzyon katsayıları, silindirik koordinatlarda sürekli ekstrüzyon yöntemi ile üretilen kalın etli plastik borularda farklı sonuçlar verebilir. Bu çalışmada silindirik koordinatlarda polimerik malzemelerin gaz difüzyonu katsayısını ölçebilmek için sistem gereksinimleri tasarlanmış ve bir plastik borunun gaz difüzyon katsayısını plastik boru numunesi kullanarak ölçebilecek bir test sistemi geliştirilmiştir. Geliştirilen bu test sistemi ile 20 mm dış çapında, 3,4 mm et kalınlığında polipropilen boruların oksijen difüzyon katsayısı ölçülmüştür. Polipropilen boruların ev veya endüstriyel tesisata döşendikten sonra kullanım süresi boyunca plastik boruda meydana gelebilecek morfolojik değişiklikler hızlandırılmış yaşlanma testleri ile daha kısa sürede gerçekleştirilmeye çalışılmıştır. Uygulanan ısıl ve mekanik yaşlandırmaların polipropilen boruların morfolojik ve mekanik özelliklerine etkisi Pozitron Yok Olma Ömrü Spektroskopisi (PALS), Fourier Transform İnfrared Spektroskopisi (FTIR), Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC), Eriyik Akış İndisi (MFI), yoğunluk ve çekme testleri ile tespit edilmiştir. Uygulanan yaşlandırma tiplerinin polipropilen boruların difüzyon katsayılarına etkisi geliştirilen yeni ölçüm sistemi ile belirlenmiştir. Çift burgulu ekstrüderde nanokil, kalsit ve cam elyaf katkılı polipropilen kompozit malzemeler hazırlanmış, hazırlanan bu kompozit malzemeler ile çok katmanlı polipropilen borular üretilmiştir. Çok katmanlı yapının polipropilen boruların oksijen difüzyon katsayısına olan etkisi geliştirilen yeni ölçüm sistemi ile incelenmiştir. Çalışma sonucunda polipropilen borunun difüzyon katsayısını ölçmek için yeni bir test sistemi geliştirilmiştir. Polipropilen boru için elde edilen difüzyon katsayısının polipropilen filmler veya levhalar için literatürde verilen değerden daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Yaşlandırmaların test edilen tüm numunelerde kristal yapı içerisinde bulunan serbest hacim boşluk çaplarında küçülmeye, kopma gerilmesi ve kopmada uzama değerlerinde azalmaya, kristalizasyon yüzdesinde artmaya, karbonil ve hidroksil indeksinde yükselemeye ve yoğunluk değerlerinde artmaya neden olduğu görüşmüştür. 110 °C'de etüv içerisinde sabit sıcaklıkta ısıl yaşlandırma ve 90- 20 °C sıcak - soğuk ısıl çevrim testi ile yapılan yaşlandırmaların polipropilen borunun gaz difüzyon katsayısını artırdığı, sıcak su içerisinde hidrostatik basınç altında uzun süre bekletmenin ise borunun gaz difüzyon katsayısını düşürdüğü tespit edilmiştir. Nanokil, kalsit ve cam elyaf ile elde edilen kompozit yapıların orta katman olarak kullanıldığı çok katmanlı borularda oksijen difüzyon katsayısının düştüğü gözlemlenmiştir. Kil-polipropilen nanokompozit ara katmanının kullanıldığı çok katmanlı borularda kompozit yapıdaki inorganik madde oranı kalsit ve cam elyaf ile hazırlanan kompozit yapılardakinden beş kat daha düşük olmasına rağmen oksijen bariyer özelliğini diğerlerine nazaran üç kat daha fazla artırdığı tespit edilmiştir.