Polimerler

Polimerler Polimer malzemeler, karbonun H, O, OH, Cl gibi element veya iyonlarla kovalent bağ karakterinde yaptığı bileşiklere ait zincir moleküllerin Vander Walls bağları ile birarada bulunması sonucu oluşan malzemeye denir. Genelde molekülün zincir halinde uzaması polimerizasyon olarak isimlendirilir. Poly mer çok tekrar (doymamış molekül) tekrar tekrar tekrar H H H H H H H H H H H H H H H H H H C C C C C C C C C C C C C C C C C C H H H H H H H Cl H Cl H Cl H CH H CH H CH 3 3 3 Polyethylene (PE) Polyvinyl chloride (PVC) Polypropylene (PP) Adapted from Fig. 14.2, Callister 7e. Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler n Doğal polimerler ¨ Yün – Kauçuk ¨ Pamuk – Yün ¨ Deri – İpek n Bilinen en eski polimerler ¨ Inkalar tarafından kullanılan kauçuk toplar Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler kompozisyonu Çoğu polimer hidrokarbondur. – H ve C oluşmuş n Doymuş hidrokarbonlar ¨Her bir C dört diğer atoma bağlı H H H C C H H H C H n 2n+2 Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler Doymamış hidrokarbonlar n Nispeten ikili veya üçlü bağlar, yeni bağlar oluşabilir ¨ İkili bağ– etilen- C H n 2n H H C C H H n 4-bağ, fakat 3 tanesi C a bağlı ¨ Üçlü bağ – asetilen- C H n 2n-2 H C C H Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerizasyon Etilen monomer molekülü basınç, ısı veya katalizör yardımıyla çift bağının bir tanesi parçalanır ve mer oluşur. Merler birbirine eklenerek polimerizasyon oluşturur. Reaksiyon sonucu oluşan ürüne polimer denir. Bu tür reaksiyonlarda en önemli nokta merlerin aynı tür moleküle sahip olmalarıdır. Bu tür reaksiyonlarda herhangi bir yan ürün çıkmaz Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerizasyon Kopolimerizasyon Zincir oluşumunda birden fazla merin tekrarlı bir şekilde biraraya gelmesi ile oluşur. rasgele değişken blok Farklı hat Poliadisyon (Çoklu ekleme) Reaksiyonun başlaması için bir başlatıcı elemente veya moleküle ihtiyaç vardır. Polikondassasyon Farklı moleküle sahip merler yan ürün vererek meydana gelir. Örnek olarak dimetil terefitalat molekülü ile etil alkol molekülünün reaksiyonu sonucu polietilen terefitalat oluşumu Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler Polimerler yapısal olarak; 1. Camsı (amorf) 2. Kristal – nadiren görülür. Özellikle molekülün karmaşıklı ve soğuma hızı arttığında kristal yapı oluşumu engellenir. 3. Camsı kristal Tek kristal Kristalin bölge Terg Hızlı Orta Yavaş Süre Kristal amorf Amorf bölge Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler Polimer kristallerinin oluşumu Spherulite surface Nucleation site Adapted from Fig. 14.13, Callister 7e. Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler türler Termoplastikler • Isı etkisiyle yumuşayabililer • Polimerizasyon reaksiyonu ile imal edilirler • Daha çok lineer yapı özelliği gösterirler • Sıcaklık artışıyla viskoz sıvı sonunda durumuna geçerler • Camlaşma sıcaklığının altında çok gevrek davranırlar • Sürtünme katsayıları düşüktür • Pres enjeksiyon, haddeleme, ekstrüzyon gibi imalat yöntemlerine uygundur Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler türler Termoset plastikler • Isı etkisiyle yanarak kömürleşir, dolayısıyla yeniden şekillendirilemezler • Genelde polikondasasyon ile üretilir, yan ürün verirler • Molekül zincirleri ağ yapısında bulunur, • Camlaşma sıcaklığını altında ve üstünde gevrekleşirler • Daha çok kompozit üretiminde kullanılırlar • Epoksi, polyester, bakalit gibi Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler türler Elastomerler • Çok yüksek elastikiyet gösterirler • Doğal kauçuk ve lateks gibi • Vulkanizasyon yardımıyla molekül zincirleri arasında çapraz bağ oluşturulur ve lastik içinde üretilerek dayanımı artırılır • Silikon lastik gibi Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler Mekanik özellikler σ σ ε ε Termoset Termoplastik (T>Tc) Termoplastik (T≤Tc) Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler Mekanik özellikler Gevrek polimer s of polymer ca. Metalin 10% u FS plastic elastomer elastik modul – metalden düşük Adapted from Fig. 15.1, Şekil değiştirme > 1000% olabilir Callister 7e. (metaller için, maksimum şekil değiştirme. 10% yada daha az) Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler Çekme özellikeri: gevrek & plastik s (MPa) Lifli structure Hasar bölgesi x Gevrek kırılma Hasar bölgesi boyun oluşumu Kalıcı hasar x başlangıç Yüksüz/yeniden yüklenmiş e Aynı hıza, network Çapraz oluşumu Kristalin bölge bağlı- kayma yarı- amorf kristalin Kristalin bölge bölgeler yapı Aynı hızda uzamış Stress-strain curves adapted from Fig. 15.1, Callister 7e. Inset figures along plastic response curve adapted from Figs. 15.12 & 15.13, Callister 7e. (Figs. 15.12 & 15.13 are from J.M. Schultz, Polymer Materials Science, Prentice- Hall, Inc., 1974, pp. 500-501.) Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler Çekme eğrisi ile ilgili detaylar Termosetler her sıcaklıkta gevrek davranış gösterirler. Bu davranış termoplastikler için Tc nin altında geçerlidir. Termoplastiklerin elastisite modülü başlangıçta doğrusal kısmın eğimi olarak hesaplanır. Malzeme akmaya uğradıktan sonra kesit daralır, moleküller düz hale gelir ve birbirine yaklaşır. Bu durumda Van der Walls bağları etkisini artırır ve molekül zincirleri birbirlerine daha sıkı bağlanır. Bu dayanımda artış oluşturur. Malzemenin ulaştığı en yüksek gerilmede kopma olur. Buna Adapted from Fig. 15.13, Callister çekme dayanımı denir ve genelde kopma uzaması 7e. (Fig. 15.13 is from J.M. Schultz, Polymer Materials değeri ile verilir. Polimerler deformasyon hızına Science, Prentice-Hall, Inc., duyarlıdır, artıkça artar. Bu nedenle çekme deneyler 1974, pp. 500-501.) standart hızda yapılır. Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler s (MPa) x Gevrek kırılma Stress-strain curves adapted from Fig. 15.1, Callister 7e. Inset figures along elastomer curve (green) adapted Plastik hasar from Fig. 15.15, Callister x 7e. (Fig. 15.15 is from Z.D. Jastrzebski, The Nature and Properties of x Engineering Materials, elastomer 3rd ed., John Wiley and Sons, 1987.) son: zincirler uzamış e başlangıç: amorf zincirler Deformasyon aynı yönde uzar. tersinirdir Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler T and şekil değiştirme: Thermoplastik s • Azalan T… (MPa) — artar E 8 0 4°C — artar TS — azalır %EL 6 0 20°C polimer: PMMA (Plexiglas) • artan 4 0 şekil değiştirme hızı 40°C — artar E — artar TS 20 to 1.3 — azalır %EL 60°C . 0 0 0.1 0.2 e 0.3 Adapted from Fig. 15.3, Callister 7e. (Fig. 15.3 is from T.S. Carswell and J.K. Nason, ‘Effect of Environmental Conditions on the Mechanical Properties of Organic Plastics”, Symposium on Plastics, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, 1944.) Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler kırılması Yönlenmiş zincirler Lifli köprüler mikroboşluklar çatlak Adapted from Fig. 15.9, Callister 7e. Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler Plastik enjeksiyon n Basma ve eriyik transferi ¨ Termoplastik yada termoset Adapted from Fig. 15.23, Callister 7e. (Fig. 15.23 is from F.W. Billmeyer, Jr., Textbook of Polymer Science, 3rd ed., John Wiley & Sons, 1984. ) Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler n Enjeksiyon ¨termoplastik & bazı termoset Adapted from Fig. 15.24, Callister 7e. (Fig. 15.24 is from F.W. Billmeyer, Jr., Textbook of Polymer Science, 2nd edition, John Wiley & Sons, 1971. ) Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler Plastik ekstrüzyon Adapted from Fig. 15.25, Callister 7e. (Fig. 15.25 is from Encyclopædia Britannica, 1997.) Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler Üfleme Adapted from Fig. 15.26, Callister 7e. (Fig. 15.26 is from Encyclopædia Britannica, 1997.) Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

Polimerler İleri polimerler n Ultra yüksek molekül ağırlıklı polyetilen (UHMWPE) ¨ Moleküler ağırlık 6 ca. 4 x 10 g/mol ¨ Mükemmel özellikler UHMWPE n Golf topu dışı, kalça protezi, etc. Adapted from chapter- opening photograph, Chapter 22, Callister 7e. Doç. Dr. Akgün Alsaran, aalsaran@atauni.edu.tr, Malzeme Bilimi

…