Termoplastikler, termosetler, elastomerler ve kompozitler çeşitli
yöntemlerle şekillendirilir. Uygulamaları en yaygın olan prosesler arasında,
injeksiyon kalıplama, basınçla kalıplama, transfer kalıplama, ekstruzyon kalıplama,
şişirme kalıplama, rotasyonal kalıplama, termoforming, reaksiyon-injeksiyon
kalıplama ve kalenderleme sayılabilir.
Ekstruder ve
Ekstruzyon
Granüler veya toz plastiklerden şekillendirilmiş nesneler
üretilmesi için çok çeşitli metotlar geliştirilmiştir. Termoplastiklerin
şekillendirmesinde genellikle bir ekstruder kullanılır; plastik tüpler,
borular, çubuklar, levha ve filmler üretilir.
Ekstruder çeşitli bölümleri olan bir işleme makinesidir;
madde bir hopperden ısıtılan bir odacığa beslenir; burada ısınır ve yumuşar,
sonsuz bir vida sistemiyle homojenleştirilerek ekstruder çıkışına bağlanmış bir
kalıba basılır. Ekstruderde farklı ısı bölgeleri, ısı kontrol panelleri, filtre
veya süzgeç gibi sistemler bulunur. Kalıba basılan ergimiş plastik soğuyup
sertleştikten sonra kalıp açılır ve malzeme çıkarılır. Kalıplama prosesi
sırasında kimyasal reaksiyon olmaz. Üretilecek nesneye göre değişik ve farklı
teknolojilerde kalıplar kullanılır.
Ekstruzyon sürekli (kontinü) veya yarı sürekli
(semi-kontinü) yapılabilir. Bazı malzemelere sıcak çekme (hot drawn)
uygulanırken, bazılarına soğuk çekme (cold drawn) uygulanır. Soğuk çekme,
örneğin kuvvetli naylon flamentlerin üre tilmesinde çok uygulanan bir
tekniktir`amorf düzendeki polimerik zincirler, soğuk çekme sonucu kristal bir
düzenlenmeye girerek kuvvetli bir yapı kazanırlar.
Tipik bir ekstruder şeması
İnjeksiyon Kalıplama
İnjeksiyon kalıplama tekniği, termoplastik malzemelerin
şekillendirilmesinde kullanılan en önemli prosestir; bazı modifikasyonlarla
termoset plastikler de işlenebilmektedir. Plastik malzeme, yüksek basınçla bir
kalıp içine injekte edilir; kalıp, elde edilmek istenen şeklin negatifidir
(tersi). Bu yöntemle kalıplanan malzemeler arasında PS, ABS, naylon, PP ve PVC
sayılabilir.
İnjeksiyon
kalıplama sistemleri: A. Plunger (dalma pistonlu) tip, B. Reciprotating
(ileri-geri çalışmalı) vidalı tip
Reaksiyon-İnjeksiyon
Kalıplama (RIM)
RIM prosesi poliüretan, epoksi ve diğer benzer sıvı kimyasal
sistemlere uygulanan bir şekillendirme yöntemidir. Bir yüksek-basınç odacığında
(karıştırma kafası) karıştırılmış iki veya daha fazla kimyasal madde (örneğin,
poliüretanın sentezinde kullanılan iki komponent, hesaplanmış oranlarda), daha
düşük basınçtaki bir kalıba beslenir; kimyasal bileşikler, kalıplanırken aynı
zamanda reaksiyona girerler, yani kürlenirler.
Tipik bir reaksiyon-injeksiyon
kalıplama şeması
Şişirme Kalıplama
Şişirme kalıplamayla ortası boş plastik malzemeler üretilir.
Genellikle, üç tip şişirme kalıplama tekniği uygulanır; (a) ekstruzyon, (b)injeksiyon
ve (c) gerdirme (stretch).
(a) Ekstruzyon şişirme kalıplama işleminde plastik
malzeme ergitilir ve içi boş bir tüp şeklinde (parison), soğuk metal kalıp
içine basılır ve burada basınçlı hava
ile şişirilerek kalıbın şeklini alması sağlanır. Yeteri kadar soğuduktan
sonra kalıp açılı ve şekillenmiş malzeme çıkarılır.
(b) İnjeksiyon şişirme kalıplama prosesi genellikle
büyük miktarlardaki malzemelerin (içi boş) üretiminde kullanılır. Polimer bir
ekstruder silindirinde ergitilerek sonsuz vida sistemi ile bir manifolda
beslenerek, nozullar yoluyla önceden ısıtılmış bir ‘ön-şekillendirme’ kalıbı
içine injekte edilir. Ön-şekillendirmeden çıkan malzemenin başlangıç kısmı
(örneğin, şişenin boynu) şekillenmiştir, devamı ise, daha sonra beden haline
dönüşecek olan ortası boş kalın bir tüptür. Ön-şekillendirilmiş malzeme, göbek
(core) çubuğunun dönmesiyle şişirmeyle kalıplama kısmına gelir ve burada
soğutulmuş kalıp içine yerleştirilerek basınçla hava üflenerek malzemenin beden
kısmı oluşturulur. Soğutma süresinin sonunda kalıp açılır, malzeme göbek çubuğu
ile ‘çıkarma’ konumuna gelir ve oradan alınır.
(c) Gerdirme şişirme kalıplama prosesinde, plastik
malzeme önce injeksiyonla kalıplamayla bir ‘ön-şekillendirme’ işleminden
geçirilir; bununla, örneğin şişe üretilmesi isteniyorsa şişenin boyun kısmı ile
şişenin bitimindeki ipliksi kısım üretilir. Buradan alınan malzeme, soğuduktan
sonra ekstruzyonla şişirme kalıplama makinesine konur; ısıtılır (>Tg),
yüksek basınçlı havayla (metal kalıba) şişirilir. Proses sırasında malzeme bir
‘göbek (core)’ çubuğuyla çekilerek gerdirilir. Bu şekilde üretilen şişeler (PET
gibi) özellikle basıncı 60 psi dolayında olan karbonatlı meşrubatlar için çok
elverişlidir.
Plastik meşrubat şişelerin
üretiminin yapıldığı ekstrüzyonla şişirme-kalıplama işleminin şematik diyagramı
Plastik şişelerin üretiminin
yapıldığı injeksiyonla şişirme-kalıplama işleminin şematik diyagramı
Plastik şişelerin üretiminin
yapıldığı üç kısımlı injeksiyon-kalıplama makinesinin şematik diyagramı
Rotasyonal Kalıplama
Rotasyonal kalıplama yüksek sıcaklıklarda ve düşük
basınçlarda yapılan ve genellikle büyük malzemelerin üretilmesinde kullanılan
bir kalıplama yöntemidir.
Elde edilen malzemenin temiz olmasında Isıtma ve soğutma
süreleri, kalıbın döndürülme hızı çok önemlidir. Proseste, tartılmış miktarda
polimer (genellikle toz halinde) yatay ve dikey yönlerde yavaş yavaş dönen ve
bu sırada ısıtılan bir kalıba yüklenir; bu eşanlı ısıtma ve dönme malzemenin
kalıbın her noktasına dağılmasını ve ergimesini sağlar. Isıtmaya polimerin
tamamen ergiyerek kalıp duvarlarına yapışmasına kadar devam edilir. Sonra kalıp
soğutulur, ve malzeme çıkarılır. Bu teknikle çöp sepeti, kova, plastik toplar gibi
çeşitli malzemeler üretilir.
Rotasyonal
kalıplama (rotomold veya rotocasting) işlemi
Termoforming
Termoplastik levha veya filmlerin işleme proseslerinden
biridir. Malzeme, şekilleneceği sıcaklığa kadar ısıtılır, sonra sıcaklığı
kontrol edilebilen bir kalıp üzerinde (veya içinde) şekillendirilir; kalıp
soğuyuncaya kadar beklenir ve şekillenmiş parça kalıptan alınır. Termoforming
işlemi çeşitlidir; örneğin, vakum altında veya
basınç uygulamasıyla yapılabilir.
Termoplastik levha veya tabakaların
çeşitli termoforming prosesleri.
Basınçla Kalıplama
Basınçla kalıplama kısmen kürlenmiş termoset reçinelerin
şekillendirilmesinde kullanılır. Kompozit termoplastikler ve çok kuvvetli
fiberglas malzemelerde başarılı sonuçlar verir. Proseste ön-ısıtma uygulanan
malzeme önceden ısıtılmış kalıp boşluğuna konulur. Kalıp kapatılır ve tüm kalıp
alanına temas edecek şekilde yerleştirilmiş bir tıkaç veya zımba üzerine basınç
uygulayarak kalıp içine bastırılır. Kalıplanan malzeme tamamen kürleninceye
kadar ısı ve basınç uygulamasına devam edilir. Bu proses kısmen kürlenmiş
termoset reçinelerin şekillendirilmesinde kullanılır. Kompozit termoplastikler
ve çok kuvvetli fiberglas malzemelerde başarılı sonuçlar verir.
Transfer Kalıplama
Kalıplanacak malzeme (ölçülü miktarda) ön ısıtmadan sonra
‘pot’ denilen bölmeye konur. Bir plunger ile bastırılarak malzemenin pottan
kalıbın kanallarına hareket etmesi sağlanır. Kalıplanacak malzemenin kolay
akması ve kalıbın tüm boşluklarını doldurabilmesi için kalıp
duvarları,malzemenin ergime noktasının üstünde bir sıcaklığa kadar ısıtılmış
olmalıdır. Kalıp, malzemenin içindeki kürleme reaksiyonu tamamlanıncaya kadar
kapalı tutulur.
Basınçla kalıplama tipleri; a.
pozitif, b. yarı pozitif, c. flash tip
Termoset plastiklerin transfer kalıplama prosesinde işlem sırası a, b, c.
Casting (Dökme),
Potting (Dikme), Encapsulation (Sarma)
Termoplastiklerin geleneksel castingi: Monomer, katalizör ve
gerekli katkı maddelerinin bulunduğu karışım ısıtılır ve kalıbın içine dökülür;
kalıpta poimerizasyon reaksiyonu gerçekleşirken, malzeme kalıbın şeklini alır.
Santrifüjlü casting: Kısa fiberlerle kuvvetlendirilmiş
plastiklere uygulanan bir kalıplama tekniğidir; malzemenin kalıba
yerleştirilmesinde santrifüj kuvvet uygulanır.
Potting ve encapsulation: Plastik, bir elektrik malzemenin çevresine
dökülür; plastik dielektriktir.
Plastikler ve elektrik malzemeleri
için, (a) casting (dökme), (b) potting (dikme) ve (c) encapsulation (sarma)
işlemlerinin şematik diyagramları; çevredeki plastik bir dielektriktir
Kalenderleme
Kalenderleme bir basınç uygulama prosesidir; malzeme
ısıtmalı ve soğutmalı çok sayıdaki silindirler arasından sıkıştırılarak
geçirilir ve istenilen kalınlıkta temiz ve parlak levhaya dönüştürülür.
Genellikle kauçuk malzemelerden, PVC ve diğer bazı plastiklerden film veya
levha üretiminde kullanılan bir işleme yöntemidir. Kalenderlemeden alınan levhalar
şekillendirilmek üzere termoforming işlemeye verilir.
Bir kalenderleme prosesi şeması
