Gelenekten Yeniliğe: Polimerler

Gelenekten Yeniliğe: Polimerler

Bu kısa yazıda polimerler hakkındaki bilgilerimizi tazelemeyi biraz da ilginç bulduğum tarihsel notları paylaşmayı hedefledim. Umarım beğenirsiniz, keyifli okumalar!

Büyüleyici Bir Yolculuk

Polimerlerin tarihi, insanoğlu için yaratıcılığın ve keşfin bir hikâyesidir desek yeri. Hikayenin ilk önemli dönüm noktası, 1839 yılında Charles Goodyear’ın kauçuğun vulkanizasyonunu keşfetmesiyle gerçekleşti. Bu keşif, kauçuğun kullanımını devrim niteliğinde değiştirdi (örneğin, lastikler için). Yaklaşık 10 yıl sonra 1851’de bu sefer Charles Goodyear’ın kardeşi Nelson Goodyear, daha sonra yaygın olarak kullanılacak termoset bir polimer olan sert kauçuğu (ebonit) tanıttı. Nelson, 6 Mayıs günü büyük bir başarıyla kusursuzlaştırdığı malzemesinin patentini aldı.

patent-goodyear-1024x495 Gelenekten Yeniliğe: Polimerler

6 Mayıs 1851 tarihli patenti ölümsüzleştiren, Goodyear koleksiyonundan özel bir parça. Sert kauçuk kalem ucu, altın üzerine şekillendirilmiş. Kalemin en ucunda iridyum kullanılmış.

Vulkanizasyon, kauçuğun kükürt veya benzeri maddelerle kimyasal reaksiyona sokularak daha dayanıklı ve elastik bir malzemeye dönüştürülmesi işlemidir. Bu süreçte, kauçuk molekülleri arasında çapraz bağlar oluşur, bu da malzemenin mekanik özelliklerini iyileştirir. Vulkanizasyon işlemi, genellikle 140-160°C sıcaklık aralığında ve 3-6 saatlik bir süre boyunca gerçekleştirilir. Vulkanizasyon termoplastik bir süreç değil, daha çok geri döndürülemeyen termoset plastiklerin üretiminde kullanılan bir işlemdir.

vulcanisation Gelenekten Yeniliğe: Polimerler

Sülfür ile Vulkanize Edilmiş Naylon Türevi PA66 Üretimi

1862 Londra Uluslararası Sergisi’nde İngiliz metalurji uzmanı ve mucit Alexander Parkes, ilk termoplastik malzeme olan Parkesine’i (selüloz nitrattan türetilmiş) tanıttı (Bu malzemeye ait patenti 6 yıl önce 1856 yılında almıştı). Bu yenilik, tahmin edebileceğiniz gibi büyük fırsatlarının önünü açtı, 1860’larda bir Amerikalı olan John Wesley Hyatt, Parkes’in patentini aldı ve o zamana kadar fildişinden yapılmış bilardo topları üretmek amacıyla selüloz nitrat ile deneyler yapmaya başladı ve başarılı da oldu. Yıllar geçtikçe, selüloz kullanımını ilerleterek faklı bir malzeme olan ve bu tür plastikler için kullanılan yaygın bir terim olan selüloiti buldu. 1878’de Hyatt, termoplastiklerin enjeksiyon kalıplama işlemi için bir işlemin patentini almayı başardı, ancak ticari olarak gerçekleştirilebilmesi elli yıl kadar sürdü. İlerleyen yıllarda selüloit, fotoğraf filmi için temel olarak kullanıldı. Pinpon toplarından, gitar penalarına, sayısız oyuncakta, müzik aletinde ve ev dekorlarında kullanılan bir malzeme haline geldi.

Parkes, ilk patentini (No. 8905) 1841’de hassas sanat eserlerinin elektrokaplanması için bir işlem üzerine aldı. Çiçekler gibi ince ve kırılgan nesneleri elektrokaplamak için geliştirdiği yöntem, 1843’te bir patent aldı. İşlem, daha önce karbon bisülfür içinde bulunan bir fosfor çözeltisine ve daha sonra gümüş nitrat içinde bulunan bir fosfor çözeltisine batırılmış bir nesnenin elektrokaplanmasını içeriyordu. Bu yönteme göre gümüş kaplı bir örümcek ağı, 1844’te Elkington eserlerini ziyaret ettiğinde Prens Albert’e sunuldu.

Toplamda, Parkes, çoğunlukla galvanik kaplama ve plastiklerin geliştirilmesi ile ilgili süreçler ve ürünler hakkında en az 66 patente sahipti. Parkes’ın firması büyümeye çalıştıktan kısa süre sonra battı ve Parkes ürününün büyük başarısını tam olarak yaşayamadı. Yine de Parkesine’in bulunması plastik endüstrisinin doğuşu olarak tanımlanır.

1890’lara gelindiğinde, Rayon ve Selofan gibi selüloz türevli ürünler endüstride önemli bir yer edinmiştir. Selofan, rejenere selülozdan yapılmış ince, şeffaf bir tabakadır. İsviçreli kimyager Jacques E. Brandenberger’in ürününü geliştirmesi 10 yıl sürdü. Üretim için geliştirdiği makinenin patentini 1912 yılında aldı. Havaya, yağlara, bakterilere ve sıvılara karşı düşük geçirgenliği, Selofanı gıda ambalajları için kullanışlı kılmıştı. Selofan su buharına karşı oldukça geçirgendi, ancak bunu önlemek için nitroselüloz  vernik ile kaplandı.

1927’de neme dayanıklı Selofan’ın ABD’de piyasaya sürülmesinin ardından, malzemenin satışları 1928 ile 1930 arasında üç katına çıktı ve 1938’de Selofan, DuPont’un satışlarının %10’unu ve kârının %25’ini oluşturdu.

Dupont-baby-bag-advert_8080777436-797x1024 Gelenekten Yeniliğe: Polimerler

1953 DuPont selefan reklamı.

1900’ler tamamıyle sentetik plastiklerin ortaya çıkışını müjdeledi. L.H. Baekeland’in fenol ve formaldehit reaksiyonuyla oluşturduğu Bakelit, ilk ticari öneme sahip sentetik reçineydi. Bu dönem, PVC, polietilen ve polistiren gibi termoplastiklerin dünya çapında endüstriler için hayati önem taşıdığı bir döneme dönüştü. 1930’larda geliştirilen Naylon, kadın çoraplarından düşük sürtünmeli rulman yataklarına kadar savaş dönemi uygulamalarında dahi kullanıldı. Daha sonraki yenilikler, Teflon (1940’lar) ve polipropilen (1950’ler) gibi polimerlerle çeşitliliği artırdı. Modern plastiklerin avantajları ve ileri-mühendislik uygulamalarında kullanım şekillerine DfMA eğitimlerde değiniyoruz. Ayrıntılı bilgi için bana ulaşabilirsiniz.

am-kabin Gelenekten Yeniliğe: Polimerler

Günümüzde plastikler çok farklı üretim metotlarıyla (AM – eklemeli imalat gibi) uzay havacılık gibi kritik gereksinime sahip endüstrilerde seri üretimde son ürün olarak kullanılıyor. Örneğin, hava kanalları, braketler ve kablo kılavuzları gibi kritik olmayan ama kompleks geometrili tasarımlar için plastik ve eklemeli imalat büyük fırsatlar sunuyor.

Sentetik plastikler, petrokimyasallar gibi fosil yakıtlardan türetilen sentetik polimerlerden üretilir ve modern endüstride yaygın olarak kullanılır. Üretim genellikle polimerizasyon (monomerlerin kimyasal reaksiyonlarla polimer zincirleri oluşturduğu süreç) veya polikondenzasyon (monomerlerin su veya alkol gibi yan ürünler bırakarak polimer oluşturduğu süreç) yöntemleriyle gerçekleştirilir. Üretim süreci, termoplastikler (tekrar ısıtılıp şekillendirilebilen malzemeler) ve termosetler (ısıtıldıktan sonra sabit bir form kazanan malzemeler) arasında farklılık gösterir. Ekstrüzyon, enjeksiyon kalıplama, şişirme kalıplama ve termoform gibi yöntemler, plastiğin nihai ürünlere dönüştürülmesinde yaygın olarak kullanılır. Bu yöntemler, plastiklerin çeşitli özelliklerde ve uygulamalarda kullanılabilir olmasını sağlar.

Termoset, Termoplastik ve Elastomerler

Polimerler genel olarak üç ana kategoriye ayrılır:

  1. Termosetler:
    • Sertleştiğinde bir daha yumuşamayan polimerlerdir.
    • Örnekler: Bakelit, epoksi reçineleri.
    • Avantajları: Isıya dayanıklılık, yüksek mekanik dayanım.
    • Dezavantajları: Geri dönüştürülemez, işleme esnasında dikkat gerektirir.
  2. Termoplastikler:
    • Isıtıldığında eriyebilir ve tekrar tekrar şekillendirilebilir.
    • Örnekler: Polietilen, polipropilen, PVC.
    • Avantajları: Kolay işlenebilirlik, geri dönüştürülebilirlik.
    • Dezavantajları: Düşük termal dayanım, mekanik özelliklerin sınırlı olması.
  3. Elastomerler:
    • Esnekliğiyle bilinen ve gerildiğinde eski haline dönebilen polimerlerdir.
    • Örnekler: Doğal kauçuk, silikonlar.
    • Avantajları: Esneklik, düşük sıcaklıklarda bile işlevsellik.
    • Dezavantajları: Düşük yük taşıma kapasitesi.
8926294 Gelenekten Yeniliğe: Polimerler

Üretilebilirlik Açısından Polimerlere Kısa Bir Bakış

Polimerler, fonksiyonellikleri kadar üretilebilirlik ve monte edilebilirlik (DfMA) için de büyük avantaj sağlar. Doğru bilgi ve kullanım ile tasarımcılar tasarımlarına ait üretilebilirliği hem de monte edilebilirliği iyileştirebilirler. Aşağıdaki piramit, eğitimlerde de değindiğimiz gibi çok önemli bir bakış açısı sağlayabilir:

Prymaid-Plastics Gelenekten Yeniliğe: Polimerler
  1. Malzeme Çeşitliliği: Polimerler, sert termosetlerden esnek termoplastiklere kadar uzanarak çeşitli mekanik ve termal gereksinimlere uyum sağlar.
  2. Maliyet Verimliliği: Hafif yapıları ve enjeksiyon kalıplamaya uygunlukları, malzeme ve üretim maliyetlerini düşürür.
  3. Sürdürülebilirlik Potansiyeli: Biyolojik olarak parçalanabilir ve geri dönüştürülebilir polimerler, çevre dostu çözümler geliştirmektedir.

Temel Avantajlar:

  • Ağırlık Azaltma: Polimerler, dayanıklılıktan ödün vermeden hafif tasarımlar sunar.
  • Korozyon Direnci: Metallerin aksine, polimerler paslanmaya karşı dayanıklıdır, bu da dayanıklılığı artırır.
  • Kişiselleştirme: Şeffaflık, esneklik ve termal stabilite gibi özellikler özelleştirilebilir.

Temel Zorluklar:

  • Çevresel Etki: Biyolojik olarak parçalanamayan polimerler doğayı olumsuz etkiler. Bu konuya ilerleyen yazılarda detaylı değineceğiz. Geri dönüşüm ve yeniden kullanılabilme zorlukları da hem döngüsel ekonomi açısından hem de firmaların sürdürülebilir tasarım yaklaşımı açısından sınır teşkil edebilir.
  • Termal ve Mekanik Sınırlamalar: Bazı polimerler, ekstrem koşullarda bozulur. Polimerlerin metal malzemelere göre mekanik özelliklerinin yetersiz olduğunu ve özelliklerinin daha karmaşık olduğunu biliyoruz. Tasarımların yapılmasında ve doğrulanmasında bu sınırları bilmek çok önemli. Eğitimlerde detaylı değindiğimiz bu noktalara ilerleyen yazılarda dokunuşlar yapabilirim.

Buraya kadar okuduğunuza göre yazıyı beğendiğinizi umuyorum. Polimerlerin tarihine çok kısa bir dokunuş yaptık ve farklı polimer tiplerini ve makine mühendisleri için potansiyellerine hızlıca değindik. Bu makale, her zaman vurgulamaya çalıştığımız DfMA’in teoriyi ve uygulamayı birleştirme misyonuna uygun şekilde tarihi bağlamı pratik bilgilerle harmanlamayı amaçladı. Bu yazıyı beğendiyseniz lütfen paylaşın ve daha fazla kişiye ulaşmasını sağlayın. Bu ve benzeri yazılar için siteyi ve LinkedIn hesabımı takip edebilirsiniz. Desteğiniz benim için çok önemli. Şimdiden teşekkür ederim.

Bana ulaşın!

Eğer polimerlerin tarihinden modern mühendislikteki uygulamalarına kadar geniş bir yelpazede bilgi edinmek, Üretilebilirlik ve Montaj için Tasarım (DfMA) ve Geometrik Ölçülendirme ve Toleranslandırma (GD&T) gibi konularda yetkinlik kazanmak istiyorsanız, bana ulaşabilirsiniz. Eğitimlerim, mühendislik teorisi ve pratik uygulamaları bir araya getirerek, katılımcıların tasarım kalitesini artırmayı ve maliyet etkin çözümler geliştirmeleriyi hedefliyor.

brochure-small-300x232 Gelenekten Yeniliğe: PolimerlerGeçtiğimiz hafta yayınladığım ve yaklaşık 1 ay sonra da çözümlerine değinmeye başlayacağımız “GD&T’de En Sık Karşılaşılan 10 Hata” afişini ücretsiz almak istiyorsanız, bana mesaj atın. Güzel günler diliyorum!

Share this content:

Yorum gönder