POLİMER MALZEMELER VE ÖZELLİKLERİ NELERDİR?

2.1 Polimer Malzemeler

 Polimerler molekülleri yüksek molar kütlelere sahip ve çok sayıda birbirini tekrarlayan elemandan meydana gelen moleküllerdir. Bu malzemeler hem doğal oluşumlu hem de suni olabilmektedir. Doğal oluşumlu polimerlere proteinler, selülozlar, nişastalar ve kauçuklar örnek verilebilir. Sentetik polimerler ticari olarak yüksek üretim kapasiteleriyle üretilmektedirler ve yaşamımızda çok geniş kullanım alanına sahiptirler. Tüm sentetik polimerler çoğunlukla plastik olarak bilinmektedirler.

Polimerler, monomerler olarak adlandırılan çok sayıdaki molekülün sıralı olarak dizilmesiyle meydana gelmektedirler. Polimerlerin çoğu tek bir monomer çeşidinin dizilmesiyle oluşmaktadırlar. Bazıları ise iki veya üç monomer çeşidinin bir araya gelmesinden oluşabilmektedirler. Polimerlerin karakteristik özellikleri arasında düşük yoğunluklu, düşük dayanımlı ve yüksek mekanik sönümleme özellikleri gösterilebilir. Polimerler genellikle düşük ve yüksek sıcaklıklara karşı direnç gösterememektedirler, oda sıcaklıklarında kullanılmaktadırlar.

Polimerler yapılarına, oluşumlarında meydana gelen reaksiyonların tipine, fiziksel özelliklerine ve teknolojik kullanım alanlarına göre sınıflandırılabilmektedirler. Mühendislik polimerleri genel olarak termoplastikler, termosetler ve elastomerler olmak üzere üçe ayrılırlar.

Polimerlerin özelliklerini belirlemek adına çok önemli olan yapısal karakteristikleri şunlardır;

a)      Polimer moleküllerinin rijitlik derecesi,

b)      Polimer zincirleri arasındaki van der Waals ve elektrostatik bağlar,

c)      Kristalimsi bölgeler oluşturan zincirlerin dereceleri,

d)     Zincirler arasındaki çapraz bağlanma dereceleri (Roberts, 1977)

2.1.1 Elastomerler

Elastomerler birçok defa uzatılıp bırakıldığında orijinal ölçülerine geri dönebilen kauçuk türü malzemelerdir. Bu malzemeler düşük yoğunlukta çapraz bağlara sahiptirler. Bu malzeme cinsi genellikle düşük elastikiyet modülüne sahip ve yüksek akam mukavemetine sahip bir malzemedir. Elastomer malzemelerde polimer zincirleri belli seviyede hareket serbestliğine sahiptirler, ancak çapraz bağlar sonucu oluşabilecek daimi taşınmalara karşı da korumalıdırlar. Elastomer malzemeler hareketli zincir sayısını azaltmak adına camsı veya kristalimsi faza soğutulmalıdırlar. Başlıca elastomerlere polibütadien, stiren bütadien, nitril kauçuk örnek gösterilebilir.

2.1.2 Termoset Polimerler

Termoset polimerler ısıl uygulamalar sonrasında verilen şekle göre sertleşen ve katılaşan malzemelerdir. Bu sertleşme işlemi malzemenin molekül zincirleri arasında oluşan daimi bağlantılar sonucu geri dönüşü olmayan bir işlemdir. Molekül zincirleri arasında oluşan çapraz bağlar polimere yüksek rijitlikte bir iskelet oluşturmaktadır.

Termoset malzemeler tekrardan eritilememektedir ve geri dönüşümü olmayan malzemelerdir. Termoset polimerler, termoplastik polimerlere göre mekanik özellikler, kimyasal direnç ve ısıl istikrarlılık bakımından daha üstün malzemelerdir. Ancak bu özelliklerinin yanında termoset polimerler kırılgan malzemelerdir. Başlıca termoset polimerlere epoksi reçinesi, poliüretanlar, bakalit ve vulkanize kauçuk örnek verilebilir.

2.1.3 Termoplastik Polimerler

Termoplastik polimerler belirli bir sıcaklığın üstünde bükülebilen ya da kalıplanabilen, soğutulduklarında ise tekrar katı hale dönebilen malzemelerdir. Bu karakteristik özelliklerinden dolayı termoplastik polimerler geri dönüşümü olan malzemelerdir. Termoplastik polimerlerinin eriyik halden soğutulurken bozulan zincir yapısını tekrardan düzenli bir yapıya sokması için dış kaynaklı yüksek bir enerjiye ihtiyacı vardır.

Termoplastik polimerler lineer moleküllere sahiptirler ve bu moleküllerde zinciri oluşturan birimlerin arasında kuvvetli kovalent bağlar bulunmaktadır. Moleküller arasında ise ısıya karşı duyarlı, moleküller arası zincirlerin birbirlerine göre hareketlerini sınırlayan bir kuvvettir. Bu sebepten ötürü bir termoplastik polimer ısıtıldığında moleküller arası bağlar zayıflar ve polimere kolayca şekil verilebilir. Malzeme soğuduğunda ise moleküller arası kuvvet büyür ve eski haline döner.

Termoplastikler malzemeler elastomerlerden farklı mekanik özelliklere sahiptirler. Bir elastomer malzeme iki yana çekilerek uzatıldığında ve tekrar bırakıldığında malzeme eski şekline döner. Ancak termoplastikleri çekme kuvvetine zorladığımızda ise termoplastik malzeme belli bir noktaya kadar uzar, daha sonra ise kalıcı olarak deformasyona uğrar ve kırılır. Termoplastik eriyiğine plastikleştirici katkısı yaparak bu polimerlerin daha sünek bir yapıya ulaşması sağlanabilmektedir. Termoplastik polimerler grubunda yer alan polimerlerden bazıları ise şunlardır;

a)      Polistiren

b)      Polipropilen

c)      Naylon

d)     Polivinilklorür ve vinil kopolimerleri

e)      Akrilonitril bütadien stiren

f)       Stiren akrilonitril

g)      Selülozikler