Plastikler hakkında genel bilgiler

Plastik adı tek bir malzeme için kullanılmaktadır. Demir veya alüminyumu ifade etmek için "metal" ifadesi kullanıldığı gibi "plastik" ismi de farklı özellikte, farklı yapıda ve farklı bileşimde birçok malzemeyi ifade etmek için kullanılmaktadır. Plastiklerin özellikleri çok değişkendir. Bu nedenle plastikler genellikle yün ve metal gibi sayısız geleneksel malzemelerin yerine veya onların tamamlayıcıları olarak kullanılırlar.

Plastik sanayinin gelişmesi II.Dünya savaşının bitiminden sonra başlamıştır. Başlangıçta hammadde için kömür kullanılmıştır. Çünkü 1950’lerin ortalarına kadar petrol yeteri kadar ekonomik değildi. Hammaddenin kömürden petrole dönüşümü plastik sanayisini hızla geliştirmiştir. Birçok yeni ürün art arda keşfedilerek özellikle metal malzemeye büyük bir alternatif oluşturdu. Plastik malzemelerin ekstrüzyon, enjeksiyon ve diğer üretim yöntemleri ile kolay ve kitlesel üretimi bu dönüşümü genişletti, hızlandırdı ve bugünkü seviyelere getirdi. Plastik malzemelerin diğer birçok malzemenin yerini alması, henüz devam eden bir süreçtir ve önümüzdeki yıllarda; şu an için üretiminde metal, ağaç ve yün kullanılan birçok ürün, daha çok plastik malzemelerden üretilecektir.

Bütün plastiklerde bir yapı ortaktır. Plastikler makro molekül olarak bilinen çok uzun molekül zincirinden oluşurlar. Söz konusu moleküller bir gerdanlık üzerindeki boncuklar gibi tek sıra olarak dizilmişlerdir. Bir plastiği birçok bireysel iplikler içeren bir yün topuna benzer bir yapı olarak düşünebiliriz. Bu toptan bir ipliği çekip çıkarmak çok güçtür, çünkü top içindeki uzun moleküller birbirlerini sıkıca tutmaktadırlar.

* Makro molekülü çok sayıda bireysel yapı elemanı "monomer" olarak isimlendirilir (mono: tek, meros: parça)
* Bu bakımdan makro moleküller ve böylece plastiklerin kendileri genellikle polimer olarak da isimlendirilir (poly: birçok).

Plastikleri meydana getirenler makromolekül şeklinde organik bileşimler içeren malzemelerdir. Bu bileşimler doğal ürünlerin dönüşümü ile veya yapay (sentetik) olarak yaratılmışlardır. Kural olarak bu malzemeler belli şartlar altında (örneğin sıcaklık ve basınç) işlendiği zaman şekillendirilebilir veya plastikte formasyon uğrarlar.

Plastikler Nelerden Yapılır?

Polimerler için esas maddeler "monomerler" olarak isimlendirilirler. Birçok farklı polimeri genellikle tek bir temel maddeden üretim sürecini değiştirerek veya farklı karışımlar yaratarak üretmek mümkündür. Monomerler için hammaddeler öncelikle ham petrol ve doğal gazdır. Polimerler için karbon tek esas element olduğu için teorik olarak kömür, yün ve hatta atmosferik CO2 den monomerler yaratmak mümkündür. Ancak bu maddeler kullanılmaz, çünkü gaz ve yağdan monomerleri üretmek daha ekonomiktir. Bazı monomerler benzin ve fuel oilin rafine edilmesi esnasında yıllarca atık ürün olarak meydana gelmişlerdir. Plastiklerin büyük tüketimi şimdi bu "atık monomerlerin" özel olarak üretimini gerekli kılmıştır.

Plastiklerin Tanımlamaları

Standart pratik her plastiğin, onun kimyasal yapısını belirten bir sembol ardışıklığı tarafından tanımlanmasını sağlar. İlave harfler (kodlar) onun kullanılışını, dolgusunu, yoğunluk veya viskozite gibi temel özelliklerini belirtir.

Bir örnek aşağıda verilmiştir;
* Plastiğin tanımlanması; PE – LLD veya LLDPE
* Malzeme adı; Lineer alçak – yoğunluk polietile
* Temel polimer ürünün kısaltılmış gösterimi; PE = polietilen

İlave özellikler için kod harfleri
* L: farklı özellikler için ilk kod harfi L= lineer
* L: farklı özellikler için ikinci kod harfi L= alçak
* D: farklı özellikler için üçüncü kod harfi D= yoğunluk

Plastiklerin Fiziksel Özellikleri

PLASTİKLER HAFİFTİR
Plastikler hafif inşaat malzemeleridir, genellikle seramik veya metallerden hafiftirler. Birçok plastik sudan hafiftir ve bu nedenle yüzebilirler. Uçak yapımında, otomobil üretiminde, ambalajlamada ve spor eşyalarında hafif aksamlar olarak kullanılırlar. Örneğin alüminyum, plastik polietilene göre üç defa daha, çelik ise sekiz defa daha ağırdır.

Örneğin bir CD dakikada 200 ile 500 devir hızla döner. CD çalar motorunun hemen dönmeye başlaması için CD’nin hafif olması çok önemlidir.

Plastiklerin işlenmesi kolaydır
Plastiklerin işlenme sıcaklıkları oda sıcaklığından yaklaşık 250C dereceye kadar, özel durumlarda 400C dereceye kadar değişen aralıktadır. Düşük sıcaklık işlenmeyi kolaylaştırdığı gibi karşılaştırılmalı olarak daha az enerji gerektirir. Bu nedenle üretim maliyetleri karmaşık parçalarda dahi oldukça düşüktür. Enjeksiyon gibi değişik işleme metotları ilerde anlatılacaktır.

Plastiklerin özellikleri katkı maddeleri ile geliştirilebilir
Düşük işleme sıcaklığı, aynı zamanda bazı boya, ilaçların, pigmentlerin, dolguların (örneğin yün tozu veya mineral tozu) ve takviye edicilerin (örneğin cam veya karbon elyafları) plastik malzemeye katılmasını olanaklı hale getirmiştir. Böylece renklendirme ve renkli malzeme üretilerek, birçok durumda ek kaplama işlemini gereksiz hale getirmiştir.

Toz ve kum şeklindeki inorganik dolgular büyük oranda kullanılabilir.(%50 ye kadar) Onlar elastikiyet modülünü ve mukavemetini arttırırlar ve plastiğin daha verimli olmasına yardımcı olurlar. Yün elyafların (tekstil) fabrikasyonu ve selüloz ağları gibi organik dolgular dayanıklılığı arttırırlar. Örneğin otomobil lastiklerine karbon siyahı katılarak mekanik özellikleri (aşınma direnci) ısıl geçirgenliği ve ışığa karşı direnci geliştirilir.

Yumuşatıcıların katılması (belli esterler ve vakserler) sert plastiğin mekanik karakteristiklerini değiştirebilir ve elastomer benzeri bir duruma ulaştırır. Cam ve karbon elyafları takviye olarak kullanılan malzeme örnekleridir.

Bunlar kısa veya uzun elyaf olarak, yün veya hasır olarak çeşitli şekillerde kullanılırlar. Plastiğin içine elyafın etkili bir şekilde konulması dayanıklılık ve rijitliği büyük ölçüde arttırır. Yoğunlukları başlangıç maddesinin yoğunluğunun %1 indirilebilir sentetik (yapay) köpük plastiklerini yaratmak için köpürtücü katkılar kullanılır. Köpüklenmiş plastik süreçleri özellikle izolasyon özellikleri için uygundur ve bunlarla çok hafif inşaat aksamları imal etmek mümkündür.

Plastikler düşük geçirgenliğe sahiptir
Plastikler elektrik akımına (elektrik kablosu olarak), soğuk veya sıcağa karşı yalıtkandırlar. Örneklere plastik fincan, izolatörler ve buzdolabı dahildir. Plastiklerin ısı geçirgenlik kabiliyeti metallerden yaklaşık 1000 defa daha azdır.

Plastiklerin metallerle karşılaştırıldığında az olan elektrik geçirgenliği, plastiklerin pratik olarak serbest elektronlara sahip olmaması nedeni ile açıklanır. Bu elektronlar metallerdeki ısı ve elektrik geçirgenliğinden sorumludurlar. Plastiklerin bu özellikleri bir takım katkı maddeleri kullanılarak büyük ölçüde değiştirilebilir. Plastikler bu nedenle izolasyon malzemesi olarak kullanılmak için elverişlidirler. Bununla birlikte düşük derecede ısı geçirgenliği, plastik üretim süreçlerinde bazı sorunlar yaratır. Örneğin ergime ısısı malzemenin iç bölümlerine çok yavaş iletilir. Uygun izolasyon etkisinin bir sonucu olarak plastikler statik elektrik şarj edebilirler. Eğer işlemeden önce plastiğe iletken malzemeler (örneğin metal tozu) katılırsa izolasyon etkisi azalır. Bunun sonucu olarak elektrik şarj etme meyli de azalır.

Plastikler birçok kimyasala karşı dirençlidir
Plastik maddelerde atom bağlantıları metallerdeki ilgili mekanizmadan çok farklıdır. Bu nedenle plastikler paslanmaya karşı metaller kadar duyarlı değillerdir. Bazı plastik paslanmaya karşı metaller kadar duyarlı değillerdir. Bazı plastikler asitlere, bazlara ve tuz eriyiklerine karşı çok dirençlidirler. Bununla birlikte birçok durumda benzin alkol gibi organik solventlerde (eriticilerde) eriyebilirler. Bunun için CD kirlendiği zaman terebentin ile temizlenmemelidir; çünkü bu madde plastiğe zarar verebilir, Plastiği en iyi çözen solvent plastik bileşiminin benzeri bileşimidir.

Plastikler geçirgendir (nüfuz edilebilir)
Bir maddenin diğerine nüfuz etmesi (örneğin gazın) yayılma (difüzyon) olarak isimlendirilir. Yüksek derecede bir gaz nüfuz etmesi-moleküller arasındaki büyük mesafeden dolayı (örneğin alçak yoğunluk) bazı zamanlar dezavantajdır. Bununla birlikte söz konusu geçirgenlik bir plastikten diğerine değişir. Ancak söz konusu geçirgenlik deniz suyu tuz alma zarları (membranları) bazı ambalaj filmleri, yapay organ değiştirme gibi bazı uygulamalar için gereklidir.

Plastikler genellikle tekrar kullanılabilirdirler (rejenere edilebilir)
Plastikler çeşitli metotlarla tekrar kullanılabilirler. Aynı zamanda ekonomik olarak rejenere edilemeyen çeşitli plastiklerin yakılmasından enerji elde etmek mümkündür. Bununla birlikte bazı malzemeler sorunsuz yakılamazlar. Bu, özellikle klor (PVC gibi) veya flüor (ticari ismi ile Teflon ve PTFE) içeren maddeler için önemlidir. Bu plastiklerin yakılması zehirli gazlar yaratır.

Plastiklerin atılması için akla yakın bir yaklaşım her plastik ürüne, bir tanıtıcı sembol sağlanacaktır. Bir plastik rejenere edildiği zaman bu sembol plastiğin nelerden yapıldığının belirlenmesine yardımcı olur.

Böylece yakma sürecinden önce sorunlu malzemeleri ayırmak veya plastikleri cinslerine ayırmak ve kategorileri ayrıca tekrar ergitmek mümkün olur.

Plastiklerin Diğer Özellikleri
Bazı plastikler esnektir. Mukavemet ve elastikiyet modülleri plastikler arasında geniş çapta değişmesine rağmen, metallerin ilgili özellikleri ile karşılaştırıldığında plastikler önemli ölçüde daha düşüktürler. Birçok durumda elastikiyet derecesi imalatta ve uygulamada bir avantajdır. Birçok plastikler mineral esaslı camlardan, camın optik özelliklerinden fedakarlık edilmeden daha iyi darbe direnci gösterirler. Diğer bir deyişle plastikler cam gibi kırılgan değillerdir.(Buna karşılık kolay çizilirler)Bu nedenle plastikler inşaat, otomobil üretimi ve gözlük camı gibi uygulamalarda artan bir şekilde diğer malzemeler ile yer değiştirmektedirler.

Plastiklerin Sınıflandırılması

Plastik kategorilerinin tanıtılması
Daha önce görüldüğü gibi plastik içinde çeşitli bağlantı kuvvetleri bulunur. Plastikler molekül yapılarına ve söz konusu bağlama mekanizmasının tiplerine göre sınıflandırılırlar.

Plastiklerin Sınıflandırılmaları
Yarı - kristal termoplastikler, amorf termoplastikler, termosetler ve elastomerler olarak dört kategori aşağıda biraz daha ayrıntılı olarak incelenmiştir.

Termoplastikler
Molekül arası kuvvetler tarafından bir arada tutulan lineer veya dallanmış zincirleri ile makro moleküller içeren plastikler "termoplastikler" olarak isimlendirilir. Molekül arası kuvvetlerin mukavemeti diğer faktörlere arasında dalların veya yan zincirlerin sayısına ve tipine bağlıdır.

Amorf Termoplastikler
Yüksek derecede dallanmış molekül zincirleri ve uzun kenar zincirleri ile bu plastikler düzensiz yapıları dolayısı ile herhangi bir bölgede paketlenmiş durumda olarak kabul edilemezler. Bu tipin zincir molekülleri karmakarışık bir top veya pamuk tutamı gibi birbirine sarılmıştır. Plastik yapılaşmamıştır (=amorf). Bu nedenle bir "amorf termoplastik" olarak tarif edilir.

Amorf termoplastikler cam gibi şeffaf olduklarından (renklendirilmemiş olarak temin edilirler), bu plastikler sentetik (yapay) veya organik camlar olarak da tanımlanırlar. Örneğin CD amorf bir termoplastikten imal edilir. Bu plastik cam gibi şeffaf olduğundan, lazer ışını alüminyum veya altın yansıtıcı katın yardımı ile, plastik içindeki alçak basınç alanlarını (çukurları) tarayabilir. Lazer bu bilgiyi daha sonra bunu müziğe dönüştüren CD çalara gönderir.

Yarı Kristal Plastikler
Eğer makro moleküller sadece hafif dallanma gösteriyorlarsa (yanis adece pek az kenar zincirleri) veya çok tertipli ise, bireysel molekül zincirlerinin bazı bölgeleri sıkıca tertiplenmeye izin verecek şekilde düzenli bir tertip içinde uzanacaktır. Moleküllerin tertipli düzenlenmiş bulunduğu bölgeler "kristalizasyon" bölgeleri ve "kristal bölgeler" olarak tanımlanır. Bununla birlikte polimerizasyon işlemi içinde birbirine sarılmış uzun molekül zincirleri komple bir kristalizasyona ulaşmayı olanaksız hale getirirler.

Zincir moleküllerin sadece belirli bölgeleri yoğun bir tertip içinde bulunduğu halde dahi, diğer bölümler oldukça düzensizdir. Bu düzensiz bölgeler "amorf bölgeler" olarak isimlendirilir. Hem kristal, hem de amorf bölgeler içeren termoplastikler böylece "semi-kristal termoplastikler" olarak isimlendirilir.

Renklendirilmedikleri zaman dahi semi-kristal termoplastikler asla cam gibi şeffaf değillerdir. Bunun yerine amorf ve kristal bölgeler arasında sınırlarda ışığın kırılması meydana gelerek, plastiği görüntüde her zaman bir miktar dumanlı ve sütlü yapar.

Çapraz – Bağlı Plastikler (Elastomerler ve Termosetler)
Termoplastikler kategorisinden ayrı olarak, bireysel molekül zincirlerinin enine bağlantılar (köprüler) tarafından bağlandığı plastik kategorileri de vardır. Bu enine bağlantılar (köprüler) çapraz bağlantı olarak da tarif edilmekte ve bu malzemelere "çapraz bağlantı" denilmektedir.

Elastomerler ve termosetler olarak da isimlendirilen kategoriler, her birinin çapraz bağlantılarının bolluğuna göre birbirinden ayrılırlar. Bu malzemelerdeki moleküller sadece molekül arası kuvvetlerle değil, aynı zamanda atomik bağlantılar ile bir arada tutulurlar.

Elastomerler
Elastomerlerin zincir molekülleri rasgele düzenlenmiştir ve nispeten az çapraz bağlantılar gösterirler. Bu polimer kategorisi geniş bir ağ gibi hafif çapraz bağlantılı olarak düşünülebilir. Elastomerler oda sıcaklığında kauçuk gibi hareket ederler. Çapraz bağlantılar bireysel molekül zincirlerinin hareket etme kabiliyetlerini şiddetle sınırlar.

Makro moleküller içindeki atomik bağlantılar gibi köprülerdeki atomik bağlantılar sadece çok yüksek sıcaklıklarda kırılabilirler ve sıcaklık düştüğü zaman tekrar teşkil edilmezler. Elastomerler bu nedenle ne ergir, ne de çözülebilirler. Bununla birlikte elastomerler belli bir genişliğe kadar şişebilir ve moleküller arasında çok az çapraz bağlantılar gösterdikleri için yağ ve benzin gibi küçük moleküller elastomer zincirleri arasındaki alanlara nüfuz edebilirler.

Termosetler
Diğer bir kategori, zincir moleküllerinin düzenli olmayan bir tertibini gösteren termosetler tarafından temsil edilir. Elastomerlerin yapısı ile karşılaştırıldığında, moleküller arasındaki çapraz bağlantılarda, önemli ölçüde daha büyük bolluk gösterirler. Böyle kesif bir şekilde çapraz bağıntılı zincir moleküllerden yapılmış plastikler "termoset" olarak isimlendirilirler.

Oda sıcaklığında keşif çapraz bağlantılı moleküller çok sert ve kuvvetli fakat karşılaştırıldığında, ısıtıldıkları zaman daha çok yumuşama gösterirler, çapraz bağlantılardan dolayı şişmeleri de mümkün değildir.

Termostlerin Şekillendirilmesi
* Eritilir: Dışardan ısı vererek, proses ısısı ile
* Homojenize edilir: Dispersif karışım, distribütif karışım
* Kalıplanır: Açık kalıp, kapalı kalıp

Termoplastikler:
* Ekstrüzyon
* Enjeksiyon
* Şişirerek kalıplama
* Vakum şekillendirme
* Rotasyonla kalıplama

Adları verilen yöntemlerle işlenerek son ürüne dönüştürülürler. Termoplastiklerin şekillendirilmesinde yukarıdaki birçok yöntem kullanılabilir fakat bu yöntemlerin çoğunun ortak yönü plastiği şekillenebilir, kalıplanabilir bir hale getirirken "kovan-vida" sistemini kullanmalarıdır.