Enerji Isı Izolasyon Malzemeleri www.makinateknik.org İÇİNDEKİLER Isı izolasyon malzemelerinden istenilen özellikler, organik ısı izolasyon alzemeleri...........................................................................................1 Oluklu mukavvalar, pamuk keçeleri, tahta lifli yapı elemanları............................................2 Anorganik bağlama elemanlı tahta lifli yapı levhaları, turb izolasyon levhaları, halat ve hortum şeklindeki organik izolasyon malzemeleri, taneli izolasyon malzemeleri (mantar)..............................................3 Anorganik asıllı ısı izolasyon malzemeleri, cam yünü..........................................................4 Cürüf yünü, asbest, kizelgur, magnezyum karbonat.................................................................8 Magnezit, perlit...........................................................................................................................9 Sentetik asıllı ısı izolasyon malzemeleri...............................................................................10 Poliüretanlar..............................................................................................................................12 PVC, polivinil klorid................................................................................................................15 Polietilen...................................................................................................................................17 Polistrol, polistren plastik köpük............................................................................................19 Fenolik plastikler.....................................................................................................................21 Melamin formaldehit, üre formaldehit, üre formaldehit reçineleri.......................................22 Hava tabakaları ile ısı izolasyonu.........................................................................................23 Isı izolasyon malzemelerinin fiziksel özellikleri...................................................................24 www.makinateknik.org 1. GİRİŞ İnsanlar, enerji kaynaklarıyla ısınmaya başladıklarından itibaren teknolojik buluşlarında yardımıyla yaratılan ısıyı maksimum miktarda ortamda tutarak, faydalanmaya çalışmışlardır. Böylece enerjiden tasarruf ve maliyetten de tasarrufu amaçlamışlardır. Plastikler, alanında yapılan yeni buluşlar ve gelişmeler sadece ısı izolasyonu değil, diğer bütün alanlarda kullanımda ve yapımda kolaylıklar sağladığı için ısı izolasyonunda da en çok tercih edilen malzemelerdir. Bunun yanında ucuz olduğu için hava ile izolasyonda sık sık tercih edilmektedir. Tabiki günümüzde ısı izolasyonlarında kullanılan malzemelerin sadece ısı iletim kat- sayılarının düşük olması istenmemekte, kullanılacağı ortama göre avantajları ve dezavantaj- ları düşünülerek seçim yapılmaktadır. 2. ISI İZOLASYON MALZEMELERİNDEN İSTENİLEN ÖZELLİKLER Isı izolasyonu için kullanılan malzemelerin seçimlerinde , kullanılma yerlerine göre bazı özellikleri gerçekleyip gerçeklemediklerine dikkat edilir . Mesela izolasyon malzeme- lerinin hafiflikleri ile sarsıntılara karşı ufalanmamaları taşıtlarda önemli olduğu gibi , rutu- betli ortamlardaki çalışmalarda da rutubete karşı mukavim olmaları , buhar difüzyonuna mü- saade etmemeleri arzu edilir . Muhtelif kullanma yerlerine göre , ısı izolasyonu malzemelerinin aşağıda yazılı özelliklerinden ilgili olanları gözönüne alınarak seçim yapılır . . Özgül hacmi . Hacım ve şekil değişimlerine karşı mukavemeti – yığılma olması gibi – . Konstruksiyonlarda işleme kolaylığı – kolay işçilik gibi – . Basma zorlanmalarına karşı şekil değiştirme mukavemeti . Çeki zorlanmalarına karşı şekil değiştirme mukavemeti . Kimyasal nötürlüğü . Çürüme ve ufalanmaya mukavemetli olması . Buhar difüsyonuna mukavemetli olması . Sürekli , periyodik veya kısa tesirli sıcaklıklarda ısı izolasyonu fonksiyonunu değiştirmemesi . Tatbik edilecek konstruksiyona uygun olması – hafiflik gibi – . Ucuz olması . Yanıcı olmaması . Kokusuz olması . Dengeli olması - zamanla izolasyon özelliğinin azalmaması – . Isı iletim katsayısının küçük değerleri haiz olması . Böcek ve hayvanların barınmaması Isı izolasyon malzemeleri , elektrik izolasyon malzemelerinin aksine gözeneklidir . Gözenekli yapı , liflerin , tanelerin yığın şeklinde bulunmaları , köpüklü malzeme veya herhangi bir bileşiğin , meydana getirdiği bazı kısmi elemanlarının çıkartılması yahut yakılması ile elde olunur . Mesela yanmış olan kil , sünger taşı (bims) , tüf (tuff) , cüruf , alçı gibi malzemelerden muhtelif izolasyon malzemeleri yapılmaktadır. www.makinateknik.org 3. ISI İZOLASYON MALZEMELERİ Teknikte kullanılan ısı izolasyon malzemeleri (ısı izolasyonu malzeme ile yapılır); - Organik asıllı - Anorganik asıllı - Sentetik asıllı olmak üzere başlıca üç grupta toplanabilir . Bazı hallerde organik yapıda , anorganik bağla- yıcı elemanlar bulunabileceği gibi , anorganik yapıda da organik bağlayıcı elemanların bu- lunması mümkündür .(2) 3.1. İZOLASYON MALZEMELERİNİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ -Gözenekli özgül ağırlık İzolasyon malzemelerinin gözenekli özgül ağırlıkları ? = 10 ila 1000 kg/m 3 arasında değişmektedir. İzolasyon malzemeleri karakterleri icabı çok sayıda gözenek ihtiva ettiklerine göre sıkıştırmaya bağlı olarak gözeneklerin hacimlerinde değişmeler olur. Sıkıştırma kuvveti büyük ise demir, bakır, gibi katı hal meydana gelir ki özgül ağırlık mefhumundan bu katının birim hacminin ağırlığı anlaşılır. Gözenekli yapıda sıkıştırma -basma- kuvvetine bağlı olarak hacim ve dolayısıyla özgül ağırlık değiştiği cihetle gözenekli özgül ağırlık deyiminin kullanılması uygun görülmüştür.(tablo 1) Tablo 1. muhtelif özgül ağırlıktaki organik ve anorganik asıllı izolasyon malzemelerinin muhtelif gözenekli özgül ağırlıklarda hacimsel olarak ihtiva ettikleri gözenek yüzdeleri Gözenekli özgül hacim Organik malzeme 1500 kg/m 3 Anorganik malzeme 2600 kg/m 3 Hacimsel olarak % de gözenek 10 99,5 99,7 100 93,5 96 300 80 88,5 500 67 81 1000 33 61,5 1500 - 42,5 2000 - 23 Aynı bir ham malzemeden hareketle farklı gözenekli özgül ağırlıkta izolasyon malzemeleri elde edilebilir. Gözenek özgül ağırlığı da ısı iletim katsayısı ile özgül ısıya tesir eder. Taneli veya toz halindeki izolasyon malzemelerinde tanelerin birbirlerine göre konumları önemlidir. En sık ve dengeli yerleşme şekli birbirine ikişer noktadan temas eden aynı büyüklükteki üç adet kürenin üzerine yerleştirilen dördüncü küre halinin genleştirilmiş şeklidir. Bu şekilde kürelerin büyüklüğüne bağlı olmadan ara boşluklar % 25,94 dür. Kurşun tane halinde % 28,3 ila 31,8 arasında, demir tane halinde ise % 35,5 civarındadır. Değerlerin değişmesinde yüzeylerin pürüzlülüklerinin büyük etkisi olmaktadır. www.makinateknik.org Şayet farklı büyüklükteki küresel taneler nazara alınırsa ara boşluklar daha az olur dolayısıyla özgül ağırlık artar. Kurutulmuş kum ile beton karışımında ara boşluk % 15 değerine düşer. Şayet iyi bir karıştırma yapılır ve tane çapları farklı olursa % 5 değerine kadar düşüldüğü de vakidir.(2) - Özgül ısı ve rutubet İzolasyon malzemelerinin ısınarak kendi bünyesinde tuttuğu ısı yönünden özgül ısı önemlidir. Anorganik ısı izolasyonu malzemelerinde özgül ısı c = 0,21 kcal/kg ?C civarında alınabilir. Özgül ısı alında sıcaklığa bağlı olarak değişim gösterir ve sıcaklıkla fazlalaşır. Ayrıca izolasyon maddesinin ihtiva ettiği rutubet miktarı da özgül ısının yükselmesine sebep olur.(tablo 2) (2) Tablo 2. Muhtelif malzemelerin için özgül ısılar verilmiştir. Adı Özgül ısı (kcal/kg ?C) 0?C - 100 ?C 0?C - 300?C 20?C - 600?C 20 ?C - 900?C Alçı 0,20 0,21 - - Asbest 0,20 - - - Asfalt 0,22 - - - Beton 0,304 - - - Bitüm 0,41 – 0,46 - - - Curuf 0,18 - - - Camyünü 0,19 – 0,21 0,22 0,25 0,27 Ham ipek 0,33 - - - Jüt 0,32 - - - Kizelgur 0,21 0,22 – 0,26 - - Şekillendirilmiş kizelgur 0,20 - 0,226 0,238 Kuvarz 0,19 - - - Kaolin, kil 0,22 - - - Kum 0,19 – 0,22 - - - Magnezit 0,24 - - - Mantar 0,40 - - - Zifli mantar 0,31 – 0,36 - - - Porselen 0,19 0,21 0,233 - Tuğla 0,18 – 0,22 - - - Turba 0,45 - - - www.makinateknik.org Tablo 3. Rutubet izolasyon malzemelerinin özgül ısılarına etkisi Ağırkıkça rutubet yüzdesi Özgül ısı kcal/kg ?C Anorganik Tahta ve benzeri 0 0,21 0,32 1 0,22 0,33 5 0,25 0,36 10 0,28 0,39 20 0,34 0,44 50 - 0,55 -Isı iletim katsayısı Isı iletim katsayısı sıcaklığa ve özgül ağırlığa göre değişmektedir. Ayrıca rutubetin de bu değişimlere tesiri olmaktadır.(tablo 4) Tablo 4. organik izolasyon malzemelerinin muhtelif özgül ağırlıklardaki ısı iletim katsayıları Özgül hacim kg/m 3 Mantar levha kcal/mh ?C Mineralize ağaç Kcal/mh ?C Organikli lif kcal/mh ?C Organik lifli şilte kcal/mh ?C Lifsiz kcal/mh ?C 20 - - - - 0,030 50 0,029 - - 0,030 0,032 100 0,032 - - 0,030 0,033 200 0,040 0,050 0,038 0,038 0,041 300 0,048 0,056 0,040 - - 400 0,055 0,067 0,044 - - 500 0,062 0,083 0,050 - - 600 - 0,106 0,060 - - Malzemelerin lift durumlarına göre de - iç yapı şeklinde bağlı olarak - yani liflerin enine veya boyuna olmasına göre ısı iletim katsayısı değişmektedir.(2) Tablo 5. tahta için bu özellik belirtilmiştir. Özgül hacim kg/m 3 Tam kuru kcal/mh ?C 200 0,048 300 0,064 400 0,079 500 0,095 600 0,111 700 0,127 800 0,143 www.makinateknik.org 900 0,159 3.2. ORGANİK ASILLI ISI İZOLASYON MALZEMELERİ Lif , tane ve köpük şeklinde olabilirler . Lif şeklindeki organik izolasyon malzemeleri pamuk , yün , ipek , jüt , saç , saman , tahta tahta kıymıkları , talaş ve turbdur . Tane şeklinde olanlar , mantar , turb , toz halinde talaştır . Köpük şeklinde olanlar ise , sertleştirilmiş suni melamin reçinesidir . Bağlayıcı ele- man olarak genellikle katran , asfalt , alçı , çimento , suni reçine , reçine , kola kullanılır . Anorganik bağlama elemanları, ısı iletim katsayısını organik bağlama elemanlarına nazaran yükseltir . Asfalt , katran ve reçine gibi bağlayıcı malzemeler aynı zamanda rutubet yönünden muhafaza malzemesi olarak da iş görürler . Fakat yanıcıdırlar ve 150 – 250 ?C arasında bağlayıcı eleman olarak işlem görürler. Organik ısı izolasyon malzemelerine kullanma yerinin özelliklerine göre , keçe , kumaş , levha gibi muhtelif şekiller verilebilir.(2) 3.2.1. OLUKLU MUKAVVALAR Tahta kıymıklarından mukavva imalinde yararlanılabilir . Bu halde bağlayıcı elemana ihtiyaç yoktur . Asfalt veya lak emdirilerek rutubete karşı mukavemet arttırılır . Oluklu mu- kavvalar hava kanalları teşkil edecek şekilde monte edilerek ısı iletim katsayısı k = 0,005 kcal/mh ?C değerine kadar düşürülür .Yoğuşan suların birikmeleri tehlikesi sebebiyle soğut- ma tesisleri ile ilgili izolasyonlarda tercih edilmez. En yüksek 80 ?C sıcaklığa kadar kullanışlıdır .(2) 3.2.2. PAMUK KEÇELERİ Pamuk artıklarının keçemsi hale getirilmesi neticesinde k = 0,06 kcal/mh ?C olacak şekilde ? = 0,5 gr/cm 3 özgül ağırlığında izolasyon malzemesi elde olunur . Mahzurları oluklu mukavvaya benzer . Levha halindeki keçe düz ve eğik satıhlar ile hava akımına mani olu- nacak yerlerde tercih edilirler.(2) 3.2.3. TAHTA LİFLİ HAFİF YAPI LEVHALARI Köknar kıymıkları eleklerde ayrılarak buhar ile yumşatılır ve bilare lifli yapı haline getirilir . Lifler ile su ve fenol reçinesi uygun bir oranda karıştırılarak merdaneler arasından geçirilip belirli kalınlıkta levha halinde elde olunurlar . Kalınlıkları 6 ila 13 mm arasında olup , -k- ısı iletim katsayısı ise sıcaklık ile rutubete bağlı olarak değişir ve aşağıdaki tablo 6’de verilen verilen değerleri alır . Bugün Avrupa’da birçok memlekette mesela İsviçre’de Pavatex , İsveç’de Treetex – Platten isimleri altında piyasaya sürülmekte ve binalarını iç dekorasyonunda çok kullanılmaktadır.(2) Tablo 6 - Tahta lifli yapı levhalarının ısı iletim katsayıları –k-(kcal/mh ?C) Ortalama sıcaklık( ?C) 0 10 20 30 Ağırlıkça %7,6 rutubet 0,035 0,039 0,044 0,048 Kuru 0,031 0,035 0,040 0,044 www.makinateknik.org 3.2.4. ANORGANİK BAĞLAMA ELEMANLI TAHTA LİFLİ YAPI LEVHALARI Tahta kıymıklarının eleklerde ayrılarak portlant çimentosu veya diğer anorganik bağlama elemanı kullanılarak hafif yapı levhaları elde olunur . Bu levhaların basma zorlan- malarına mukavemetleri çok yüksek olup , prefabrik evlerde çok kullanılır . Ortalama olarak ? = 326 kg/m 3 ve k = 0,068 kcal/mh ?C değerindedir.(2) 3.2.5. TURB İZOLASYON LEVHALARI Özel bir bağlayıcı elemana ihtiyaç göstermeden turbun pres edilmesiyle elde olunur. En yüksek 100 ?C sıcaklığa kadar kullanılabilir , ortalama ? = 162,5 kg/m 3 özgül ağırlığında ve k = 0,0335 – 0,041 kcal/mh ?C ısı iletim katsayısı değerindedir . Hareket halindeki soğutma tesislerinde çok tercih edilir.(2) 3.2.6. HALAT , HORTUM ŞEKLİNDEKİ ORGANİK İZOLASYON MALZEMELERİ Pamuk ve jüt artıkları saç örgüsüne benzer formlarda halat şekline getirilir . Hortum şeklinde olanların içleri mantar taneleri , kizelgur gibi izolasyon malemeleri ile doldurulur. Her iki şekil bilhassa sıcak su geçen boruların izolasyonunda kullanılırlar . Yoğuşma sebe- biyle soğuk izolasyonuna ve 90 ?C nin üzerindeki sıcaklıklar için izolasyona uygun değildir- ler.(2) 3.2.7. TANELİ İZOLASYON MALZEMELERİ - MANTAR – Taneli izolasyon malzemelerinin en önemlisi mantardır . Meşe mantarı bilhassa Portekiz , İspanya ve Cezayir’de çok miktarda bulunup , tabii haliyle hava gözenekli taneler halindedir . Öğütme , ayırma , suya bastırma gibi işlemlerle kalite yükseltilir . 400 ?C de hava gönderilerek hem gözenekler arttırılır hem de küflenmenin önüne geçilir. -Kuru taneli doldurma Isı izolasyonu yapılacak kısımda meydana getirilen boşluklara kuru mantar taneleri doldurulur . Ortalama ? = 40-50 kg/m 3 özgül ağırlığında ve pratik kullanma sıcaklığı olan 100 ?C ye kadar k = 0,028 – 0,038 kcal/mh ?C değerindedir . En yüksek 150 ?C ye kadar kul- lanılabilir . -Levha ve sekillendirilmis haldeki mantar Pratikte bilhassa işçilik ve konstruksiyon bakımlarından kolaylık olmak üzere basınç- la levha haline veya boru gibi şekle getirilmiş mantar kullanılır . Mantar tanelerine zift em- dirilerek istenilen şekilde pres edilirler . Bu şekilde elde edilen levha veya şekillendirilmiş haldeki mantarların özgül ağırlıkları ? = 120-150 kg/m 3 arasında değişir ve ısı iletim katsa- yıları da k = 0,030 – 0,038 kcal/mh ?C değerlerini alır . Şayet izole edilecek kısımda hava ge- çirgenliğini de önlenmek isteniyorsa , özgül ağırlık ? = 250 kg/m 3 olacak şekilde pres edilir- ler . Bu halde mantar en fazla 110 ?C kadar kullanılabilir . Şayet alt kısmına kizelgur tabaka-www.makinateknik.org sı konursa 140 ?C ye kadar yükselen sıcaklıklarda da kullanılabilirler . Pratikte bilhassa soğ- uk hava tesislerinde , terleme olan duvar , döşeme ve tavanlarda , havalandırma kanallarında , ısıtma ve sıcak su devrelerinde , alçak basınç kazanlarında pres edilmiş mantar tercih edilir . Mantar levhalar döşenmelerinden önce temasta bulunulacak yüzeylere bitüm ihtiva eden harç veya zift tatbik edilir . Sanayide ise kizelgur ihtiva eden harç kullanılır.(2) 3.3. ANORGANİK ASILLI ISI İZOLASYON MALZEMELERİ Anorganik asıllı ısı izolasyon malzemeleri lif , tane ve toz halindeki anorganik maddelerden meydana gelir . Cam yünü , cürüf yünü , erimiş mineraller , asbest kizelgur , sünger taşı , magnezit , ba- ca kurumu , kömür tozu , kül ise tane şeklinde anorganik maddelerdir . Bağlayıcı eleman ol- arak portlant çimentosu tercih edilmek üzere çimento , alçı kullanılır . Yüksek sıcaklıklar için kil ve kuvarz gibi seramik cinsi bağlayıcı elemanlardan faydalanılır.(2) 3.3.1. CAM YÜNÜ Cam yüksek sıcaklıkta muhtelif malzemenin bir arada erimesi ve aralarında kim- yasal bir bağ bulunmaması esasına dayanır . Ham madde olarak muhtelif cinsleri için SiO 2 (kuvarz kumu) , Na 2 CO 3 (soda) , K 2 CO 3 (potas) , Na 2 SO 4 , CaCO 3 (mermer) , CaCO 3 , MgCO 3 (dolomit) , CaO , MgO , PbO , Pb 3 O 4 , metaloksitleri , fosfat , çinko oksit , arsenik muhtelif oranlarda kullanılır . Alkaliler (Na , K gibi) ile PbO erime noktasını düşürür ve camın mukavemet ve sertliğini azaltırlar . % 71 SiO 2 , % 5,4 H 3 BO 3 (Bor asidi) , % 18 Na 2 CO 3 , % 9 K 2 CO 3 , %14,5 CaCO 3 , % 6 Al(OH) 3 olursa 1450 ?C de eriyen cam elde edilir. Renksiz camda ; % 70 SiO 2 , % 10 Na 2 O , %5 K 2 O , % 8 CaO , %4 Al 2 O 3 , % 3 B 2 O 3 bulunur . Ayrıca Cu 2 O 3 mavi , Cu 2 O kırmızı , Se (selen) kırmızı MnO 2 menekşe rengi verir- ler . Cam , izolasyon malzemesi olarak çapları mikron boyutunda olan ince lifler haline getirilerek kullanılır . Cam yünü elde edilmesi için hammadde oranları yukarıda verilenlerden farklı olup , ortalama olarak %54 SiO 2 , %15,7 Al 2 (OH) 3 , %0,5 Fe 2 O 3 , %16 CaO , %3,8 MgO , %8 bo- roksit alınır . İmal usulüne göre takriben 3-40 mikron çapındaki liflerden meydana gelmiş olup , 500 ?C gibi yüksek sıcaklıklara kadar kullanılır. Özel olarak imal edilip 700 ?C sıcaklığa ka- dar kullanılan cinsleri de mevcuttur. Daha yüksek sıcaklıklar için arada ya hava boşluğu bırakılır veya kizelgur gibi daha yüksek sıcaklıklara mukavim izolasyon malzemeleri araya yerleştirilir. Özgül ağırlıkları takriben 15-200 kg/m 3 arasında değişip ısı iletim katsayıları 0?C sıcaklıkta k = 0,028 kcal/mh ?C değerinden 450 ?C sıcaklıkta k = 0,065 kcal/mh ?C değe- rine kadar artar. Özgül ısısı 0,18 kcal/kg ?C gibi çok küçük değerde olduğundan aralıklı ça- lışmalar için uygundur. Diğer izolasyon malzemelerine nazaran pratikte oldukça geniş bir kullanma sahası bulan cam yününün aşağıdaki özelliklerini belirtmekte fayda vardır. - yanıcı değildir - dış kuvvetler tesiriyle kolayca deformasyona uğrar - higroskobik değildir - kimyasal olarak nötrdür , korozyon tehlikesi yoktur - atmosferik şartlara dayanıklıdır - asitlere karşı (hidrofluorik asit hariç) dayanıklıdır www.makinateknik.org - küf tutmaz - haşerelerin yuvalanması olmaz - bıçakla kolayca istenilen şekilde kesilebilir - işçiliği kolaydır - vana gibi çok girintili olan parçaların izolasyonlarına uygundur - deri ile temas edince kaşındırır bu sebeple eldiven kullanılması tavsiye olunur - sarsıntı ve ufalanmaya mukavimdir Pratikte bilhassa buzdolaplarında , havagazı fırınlarında , merkezi ısıtma sistemlerinde , duvar , döşeme ve tavanlarda , sanayide , vana izolasyonlarında , taşıtlarda çok fazla kullanıl- maktadır. Cam yünü aşağıdaki farklı usullere göre elde olunur. - Çubuk çekme usulü (Stabziehverfahren) - Hazne tambur usulü (Trommelverfahren veya Gosslarverfahren) - Meme çekme usulü (Düsenziehverfahren) - Meme üfleme usulü (Düsenblasenverfahren) - Savurma usulü (Schleuderverfahren) - Kombine savurma ve uzatma usulü (Schleuderziehverfahren veya TEL verfahren) -Çubuk çekme usulü Bu eski bir usuldür. Ortalama 3-4 cm çapındaki cam çubuğun bir ucu 1200 ?C er- gime sıcaklığına kadar ısıtılır ve diğer bir cam çubuk bu uca yaklaştırılarak çok hızlı ola- rak çekilir.Aynı prensibin daha geliştirilmiş bir hali olarak takriben 110 cm uzunluğunda ve 4 mm çapındaki 50 ile 100 adet cam çubuk 10 mm aralıkla düşey olarak hareket ettirile- rek alt uçları bir alev veya elektriki ısıtıcı ile 1200 ?C ye kadar ısıtılır. Sıra halindeki cam çubukların tam altında 1 metre çapında ve 1 metre uzunluğunda 2500 d/d hız ile dönen tambur bulunur. 0,85 m/h hız ile düşey hareket eden cam çubukların eriyen uçlarından tam- bur üzerine düşen cam damlaları 6-10 ? çapında ince lifler halinde tambur üzerine sarılır- lar. 100 çubuktan 1 saatte 0,8 - 2,5 kg arasında cam yünü elde edilir. - Tambur usulü Bir sonraki kısımda anlatılacak meme çekme usulünün ilk tatbik şeklidir.50 cm uzunluğundaki şamot kaplı bir kabın tabanında 1-2 mm çapında 20 ila 40 tane kadar delik bulunur. Kabın içine cam kırıkları doldurularak gaz , yağ veya elektriki olarak 1200 ?C ye kadar ısıtılır. Kabın dip tarafında eriyen camın viskozitesi belirli bir değere düşünce delik- lerden aşağıya akmaya başlar. Deliklerin tam altında dönmekte olan tambura sarılarak takri- ben 15 ? çapında cam liflerinden meydana gelmiş bir tabaka elde edilir. -Meme çekme usulü Tambur usulünde kullanılan şamot kaplı kap yerine takriben 1 litre hacminde meme denilen küçük kaplar kullanılır. Alt kısımda 1-2 mm çapında platin veya platin – iridyumdan meme uçları bulunur. İlk defa 1919 yılında kullanılan bu usule göre 1430 ?C ye kadar ısınan cam meme ucundan alt taraftaki yatay tambur üzerine akarak 100 m/s hız ile çekilir ve 5-6 ? çapında cam lifler elde edilir. 1 meme ucundan takriben 0,6-0,9 kg/h cam yünü elde edilir ve 100 www.makinateknik.org tane meme yanyana bulunur. Bu usule göre , ortalama % 95 üniform kalınlıkta cam lifleri elde edilmektedir. -Meme üfleme usulü Meme üfleme usulü eski ve yeni usul olmak üzere 2 kısımdır. Bugün kullanılmayan eski usule parçalama usulü de denilebilir. Eritme kabından erimiş olarak akan cam sadece bir taraftan buhar veya nadiren hava üflemek suretiyle parçalanır ve parçalara ayrılan kıs- ımlar aynı zamanda ince lifler haline getirilir. Bu sebeple de , lifler kısa olmaktadır. Yeni usule göre , meme uçlarından akan camın mekanik bir şekilde çekilmesi söz konusu değildir. Cam liflerin meydana gelmesi meme uçlarından akan cama buhar , hava veya gaz üflenmesi ile olur ve bu sebeple de pnömatik çekme usulü de denilebilir. Buhar , hava veya gaz meme uçlarından akan cama paralel gönderilerek oldukça u- zun ve homogen lifler elde edilir. Owens Corning Firması tarafından cam yünü için gelişti- rilen bu usul sonraları taş ve cürüf yünü için de kullanılmaya başlanmıştır. Bu usule göre , 5 – 30 cm uzunluğunda 6 – 10 ? çapında lifler elde edilir. Bir tek memenin verimi saatte 1,5 – 2,5 kg civarındadır. % 35 ila 40 arasında tanecik ihtiva eder. Avrupa’da imalat 1959 yılında . 22000 ton iken 1965 yılında , 17800 tona düşmüştür. Grünzweig – Hartmann Firması bu usulü taş yünü için % 50 – 55 SiO 2 , % 30 – 35 CaO, % 2,5 – 4 Na 2 O, K 2 O geliştirmiştir. -Savurma usulü Gaz veya yağ alevi ile ısıtılan kabın içine konan cam kırıkları 1300 ?C ye kadar ısı- tılır ve kabın altındaki delikten 3000 – 4000 d/d hız ile dönen seramik bir tabla üzerine erimiş cam dökülür. Merkezkaç kuvvet tesiriyle seramik tabla üzerine dökülen erimiş cam küçük bilyalar halinde savrularak, çok ince film tabakası meydana gelir. Savrulan bilyalar arkasında bir lif meydana getirerek, uzaklaşır ve küçülür. Bir yan- dan küçük bilyanın uzaklaşması, diğer yandan seramik tablanın dönmesi lifleri uzatır. Elde edilen lifler çok kalındır ve ortalama 12 – 40 ? çapında, 10 – 30 cm uzunluğunda olup, saat- te 40 – 50 kg elde edilirler. Hager usulü iyileştirmek için aşağıdaki muhtelif tedbirler alınarak, aynı prensibe da- yanan başka usullerde tatbik edilmektedir. Bergia – Savurma usulü, Hager metodunda 10 – 30 cm uzunluğundaki lif çaplarının oldukça kalın 12 – 40 ? arasında bulunması ve takriben % 50 tanecikler meydana gelmesi aleyhte faktör olup, bu hususu kırık cam kullanılma imkanı nisbeten telafi etmektedir. Bu mahzuru ortadan kaldırmak için halka meme (Ringdüsenaerfahren) usulü gelişti- rilmiştir. Geliştirilen bu usule göre, ateşe dayanıklı seramik tablaya yivler (oluklar) yapıl- mıştır. Ayrıca, seramik tablanın kenarına ilave edilen delikler yardımıyla cam liflerinin çap- ları 10 – 12 ?’a kadar düşürülmüşse de, liflerin uzunlukları daha da kısalmıştır. Tanecik yüz- desi de % 30 ila % 40’a düşmüştür.Bu mahzur sebebiyle bu metottan vazgeçilmeye başlan- mıştır. Messler – Savurma usulü, bu usul daha ziyade Bazalt yünü için geliştirilmiştir. Dönen tabla seramik yerine Nikel – Krom alaşımından yapılmıştır. Hammaddenin konduğu ve ısıtıl- dığı silindirik kap ekseni etrafında dönen bir alev ile 900 ?C kadar ısıtılmaktadır. Lif çapları 9 – 12 ? arasında değişmektedir. Johns – Manville usulü, John – Manville büyük bir Amerikan firması olup, daha ziya- de cürüf yünü imali için geliştirilmiştir. Hammaddenin 1600 ?C sıcaklığa kadar ısıtıldığı kap 1,2 metre çapında 5 metre yük- sekliğinde olup, günde 30 ton kapasitelidir. www.makinateknik.org Bu usule göre, Nikel – Krom alaşımlarından yapılmış 200, 300 ve 1300 mm çapın- daki tamburlar 2000, 5000 ve 5500 d/d hız ile dönerler. Çapraz durumdaki bu tamburlar üzerine gelen erimiş cam, merkezkaç kuvveti ile ince lifler haline gelir. Lif çapı 4 ila 6 ? arasında değişmektedir. -Kombine savurma uzatma usulü Kombine savurma usulüne savurma işlemindeki merkezkaç kuvvet ile çekme işlemin- deki uzatma müşterek tatbik edilerek yüksek kalitede cam yünü elde edilir. 1959 yılından beri tatbik olunan bu usul Laboratorium Etude Thermique’de 1956 yı- lında planlanmış olup, TEL usulü olarak da adlandırılır. 1943 Mayısında alınan bir patent ile Hager usulünde dönen seramik tabla yerine, dönen bir hazne ve haznenin de etrafında erimiş camın merkezkaç kuvvet ile fırladığı de- likler göz önüne alınmıştır. Üstüste 9 tane olmak üzere çevrede 30 ar yani toplam 270 delik bulunur. Haznenin etrafında da halka şeklinde yanma kamerası bulunup yanmış sıcak gazlar delikleri yalıyacak şekilde yüksek hız ile aşağıya doğru üflenir. 3000 d/d veya daha yüksek devir ile dönen haznenin deliklerinden 1300 ?C de erimiş olarak merkezkaç kuvvet ile savrulan cam lifleri yüksek hızlı gaz ile aşağıya doğru yöneltilir ve bir nevi çekme olarak uzatılır. Kombine sa- vurma usulüne göre, 5 ? çapına kadar inilen cam liflerinin uzunluğu 5 – 15 cm arasında de- ğişir. Sistemde ufak bir değişiklikle 25 cm uzunluğunda lifler de elde edilebilir. Bu meto- da göre kullanılan hammaddenin oranları SiO 2 ..........................% 60 – 65 Na 2 O, K 2 O...............% 14 – 16 B 2 O 3 .........................%2–6 arasında deişip, lif çapları 3 ?’a kadar düşürülmüştür.(tablo7) Tablo 7. Muhtelif Usule Göre Yapılan Cam Yünlerinin Özellikleri Usul Çapı ? Uzunluğu cm Tane % Debi kg/h Çubuk çekme 10 5 _ 2,5 Tambur 15 5 _ _ Meme çekme 6 5 _ 0,9 Meme üfleme 10 5-30 40 2,5 Savurma(Hager) 12-40 10-30 50 50 Kombine(TEL) 3-5 5-25 _ _ Savurma Uzatma Cam yünü imalinin en son usulü olan kombine savurma ve uzatma usulü, gerekli lif çaplarının çok küçük olması, gerek lif uzunluklarının gaz akımına göre ayarlanabilmesi ve gerekse hiç tanecik bulunmaması gibi müsbet olan özellikleri neticesinde geniş bir tatbik sahası bulmuştur.(2) 3.3.2. CÜRÜF YÜNÜ www.makinateknik.org Cürüf yünü metalürji sanayinin bir yan ürünü olup, sıvı haldeki cürufun lif haline getirilmesi ile elde olunur. Cam yününe nazaran yapısı homojen olmayıp çoğu hallerde kimyasal bakımdan nötr değildir. En yüksek 750 ?C sıcaklığa kadar dayanıklı olup, özgül ağırlıkları 1500 ila 350 kg/m 3 arasında değişir. Isı iletim katsayısı da, özgül hacme ve sıcaklığa bağlı olarak değiştiği için 100 ?C sıcaklık ve ? = 150 kg/m 3 de k=0,041 kcal/mh ?C değerinden 500 ?C sıcaklık ve ? = 350 kg/m 3 de k = 0,108 kcal/mh ?C değerine kadar deği- şir.Cürüf yünü çoğu kez mineral yün olarak da adlandırılıp vana, flanş ve boru izolasyon- larında kullanılır. Cam yününe nazaran daha ucuz olup, biraz daha yüksek sıcaklığa dayanık- lıdır.(2) 3.3.3. ASBEST Kısa olan asbest lifleri, anorganik su camı potasyumlu silikat bağlayıcı eleman yardı- mıyla püskürtme izolasyon yapılır. Tabanca ile ısı izolasyonu yapılacak yüzeye püskürtülen asbest lifleri ile yüzeyde hiçbir delik kalmayacak şekilde istenilen kalınlıkta izolasyon temin edilir. Bu sekilde izolasyon ses izolasyonu için de faydalı olduğu gibi yangın tehlikesine karşı da tercih olunur.(2) 3.3.4. KİZELGUR Aslında bitkisel bir yapı olup, kuvarz ihtiva eder. Bitkisel yapı hayatiyetini kaybedin- ce çok küçük gözenekler teşekkül eder. Kirecimsi hale getirilmekle ihtiva ettiği organik kı- sımlar kaybolur ve öğütülerek arzu edilen incelikte elde olunur. Yanmaz ve yüksek sıcaklık- larda kullanılabilir. Kizelgur sanayide muhtelif şekilde tatbik olunur. -Toz halinde kuru kizelgur Ara boşlukları doldurma yoluyla ısı izolasyonunda faydalanılır. Özgül ağırlığı 210 ila 315 kg/m 3 arasında değişip, ögül ağırlığa göre 100 ?C sıcaklıkta ısı iletim katsayısı k=0,048 ila 0.052 kcal/mh ?C değerlerini alır. En fazla 1000 ?C sıcaklığa kadar kullanılabilir ve bu sı- caklıkta ısı iletim katsayısı takriben k = 0,135 kcal/mh ?C değerindedir. -Şekillendirilmiş kizelgur Kizelgur bağlayıcı eleman olarak kil veya kalker ilave edilerek yakılır ve çok yük- sek sıcaklıkta ateşe dayanıklı kizelgur taşı elde olunur. Özgül ağırlığı ? = 300 ila 700 kg/m 3 arasında değişip ısı iletim katsayısı ise 100 ?C sıcaklıkta k = 0,069 kcal/mh ?C değerinden 1000 ?C sıcaklıkta k = 0,305 kcal/mh ?C değerine kadar yükselir. Diatomit cinsi 1000 ?C, Diatomit F ateşe dayanıklı cinsi ise 1500 ?C ye kadar kulla- nışlıdır. Tablo 8’te özgül ağırlık ve sıcaklık değişimlerine bağlı olarak ısı iletim kat- sayısının aldığı değerler görülmektedir.(2) 3.3.5. MAGNEZYUM KARBONAT www.makinateknik.org Tabii mağnezit taşının (MgO) kireçlendirilmesi, sonra CO 2 ve su ile karıştırılması ile elde olunur. Yüksek sıcaklıklarda çatlaması sebebiyle ancak 270 ?C sıcaklığa kadar uy- gundur.(2) Tablo 8. Diatomit kizelgur taşının muhtelif özgül ağırlık ve sıcaklıklarda ısı ile-tim katsayısının değişimi Adı Özgül ağırlık kg/m 3 Isı iletim katsayısı (kcal/mh ?C) Basınç kg/m 2 100?C 400?C 800?C 1000?C Diatomit 300 0,069 0,110 0,166 _ 2-6 330 0,074 0,115 0,171 _ 2,5-7 Diatomit F ateşe dayanıklı 700 0,127 0,169 0,225 _ 27-45 700 0,17 0,215 0,275 0,305 30-40 3.3.6. MAGNEZİT Mağnezit aslında çok gevşek ve toz halinde olup, asbest lifleri ile karıştırılarak iste- nilen şekilde pres edilir. Yüksek sıcaklıklarda kizelgur malzemesiyle karışık olarak kullanılır. Genellikle 200 ?C sıcaklığa kadar kullanışlı olup, ısı iletim katsayısı k = 0,047 ila 0,059 kcal/ mh?C değerleri arasında değişir.(2) 3.3.7. PERLİT Perlit bir silikat türü olup bünyesinde ortalama % 70 – 75 arasında SiO 2 - silisyum dioksit – bulunur. Diğer bileşenleri % 12 – 16 arasında Al 3 O 3 , % 4-5 arasında K 2 O, % 2 – 4 arasında Na 2 O, % 0,5 – 2 arasında F 2 O 3 , % 0,1 – 0,5 arasında CaO, % 2-6 arasında H 2 O ve %0,1 den daha az MgO, TiO 2 , MnO 2 , Cr, Ba, PbO, S bulunur. Perlit ham olarak gri ve siyah arasında muhtelif renk tonlarında olup özgül ağırlığı 2,2 – 2,4 gr/cm 3 arasındadır. (tablo 9) Tablo 9. Perlitin özellikleri Yumuşama sıcaklığı 800 - 1100?C Ergime sıcaklığı 1315 - 1390 Özgül ısısı 0,20 kcal/kg ?C Rutubet % 0,5 Özgül ağırlığı 2,2 – 2,4 gr/cm 3 Perlit özel olarak yapılan döner fırınlarda 800 - 1100?C civarında ısıl işleme tabi tutularak genişler -patlar- ve küçük tanelere dönüşür. Hacımca genişleme 10 – 30 misli arasında olur rengi beyazlaşır. Genleşmiş perlit olarak ısı iletim katsayısı yoğunluk ve kullanma sıcaklığına bağlı olarak çok düşük değerlere düşer. Bu özelliğinden dolayı ısı izolasyon malzemesi olarak kullanılır. www.makinateknik.org Genleşmiş perlitin yoğunluğu 30 – 190 kg/cm 3 , ısı iletim katsayısı 0,034 – 0,040 kcal/mh ?C arasında olup ses izolasyonu özelliği de 125 Hz’de 18 db civarındadır ayrıca su emme özelliği vardır. Perlit yapılarda ve sanayide ısı izolasyon malzemesi olarak muhtelif şekillerde kulla- nılır. Gevşek dolgu şekli Perlitin su emme özelliği olduğundan genleşmiş perlit silikonla işleme tabi tutulup bu özelliği kaldırılır. Bu haliyle ateşe dayanıklı olup küflenme olmaz ve -269 ile 1090 ?C sıcaklık aralığında olmak üzere hem yapılarda sandviç, briket duvarlarda olduğu gibi, hem örneğin -190?C civarındaki nitrojen tanklarının ve hem de örneğin 1000 ?C civarındaki çelik kütüklerin, veya ara sıcaklıklardaki çeşitli fırınların ısı izolasyonlarında kullanılır. Gevşek dolgu olarak kullanıldığında özgül ağırlığı 80 – 130 kg/m 3 arasında değişir.(2) Perlit betonu Mukavemetinin düşük olması sebebiyle perlit betonu taşıyıcı yük gelmeyen perde duvarları, çatı ve bina döşemelerinde kullanılır. Genleşmiş perlit, alçı ve katkı maddelerinden yapılan bölme panolarının ısı iletim katsayıları 0,16 kcal/mh ?C civarındadır.(2) Tablo 10. Perlit betonu özellikleri Kuru Islak M Basınç Çekme Aderans Isı iletim Yoğ. Yoğ Dayanımı Dayanımı katsayısı Kg/m 3 Kg/m 3 Kg/cm 2 Kg/cm 2 Kg/cm 2 W/mK A 576 808 24,13-34,47 6,20 6,80 0,10-0,12 B 488 728 15,85-23,44 4,10 4,00 0,09-0,10 C 432 648 9,65-13,78 3,30 2,10 0,08-0,09 D 352 584 5,52-8,61 1,60 - 0,07-0,08 3.4. SENTETİK ASILLI ISI İZOLASYON MALZEMELERİ www.makinateknik.org Plastik köpükler olarak da adlandırılarak sentetik asıllı izolasyon malzemelerini ham madde ve elde ediliş, boşluk yapısı, köpürme şekli ile sertlik derecesine göre sınıflandır- mak mümkündür.(2) Ham madde ve elde ediliş şekilleri - Polikondenzasyon reaksiyonları sonucu Üre-Formaldehit ve Fenol- - Polimerizasyon reaksiyonları sonucu -polivinil klorür (PVC) ve polistiren (PS)- - Poliadiyon reaksiyonları sonucu -Poliüretan-(tablo 11,12) Gözenek yapısı şekilleri - Açık gözenekli, boşluklar birbirleri ve dış ortam ile ince kanallar tarafından bağıntılı olurlar. - Kapalı gözenekli, boşluklar arasında kanallar ile bağıntı yoktur. - Karışık gözenekli, açık ve kapalı gözenekler çeşitli oranlarda karışık bulunurlar. Köpürtme şekilleri - Gaz karışım yolu - hava veya kimyasal etkisi olmayan bir gaz ile ham maddenin çok hızlı köpüklendirilmesi – - Fiziksel yol - freon gibi organik asıllı çözücü maddelerin hammadde ile karıştırı- lıp belirli derecede buharlaşmaları sonucu veya inert gazların çözümlenmesi ile köpüklendir-me – - Kimyasal yol - kimyasal reaksiyon sonucu – Sertlik dereceleri - Yumuşak olanlar - Sert olanlar - gevrek veya elastik olabilirler – - Yarı sert olanlar Tablo 11. Sentetik asıllı izolasyon malzemelerinin özgül ağırlıkları Hammadde Gözenekli kg/m 3 Gözeneksiz kg/m 3 Üre – Formaldehit 6 -12 1450 Fenol Formaldehit 30 - 120 1400 - 1900 Polistrol 13 - 30 1050 Sert Poliüretan 30 – 150 1200 Sert PVC 35 - 75 1380 Tablo 12. Sentetik asıllı izolasyon malzemelerinin özellikleri www.makinateknik.org Hammmadde Reaksiyon çeşidi Gözenek şekli Sertlik Yol –usul- Tesis Yapılış ÜreFormaldehit polikondenzasyon açık gevrek karıştırma sabit veya taşınabilir devamlı Fenol-Formaldehit polikondensazyon karışık gevrek fiziksel sabit veya taşınabilir devamı tek form Polistrol polimerizasyon kapalı elastik fiziksel sabit tek form Sert Poliüretan poliadisyon karışık gevrek fiziksel, kimyasal sabit veya taşınabilir devamlı , tek form Yumuşak Poliüretan poliadisyon açık yumuşak elastik fiziksel, kimyasal sabit devamlı Sert PVC polimerizasyon kapalı veya açık elastik fiziksel, kimyasal sabit Tek form Yumuşak PVC polimerizasyon kapalı veya açık Yumuşak elastik fiziksel, kimyasal sabit devamlı, tek form 3.4.1. POLİÜRETANLAR (PUR) Rijit ve elastomer olarak, ayrıca bunların köpükleri tiplerinde de üretilen poliüretan reçineleri birçok sanayi dallarında yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. İnşaat elemanlarından makine parçalarına, ısı izolasyon malzemeleri ve organ yapımı gibi çok değişik yerlerde sarfedilebilen bu plastikler kullanımı kolay ve ucuz bir malzemedir. Reçinenin büyük bir bölümü hücresel yapılı köpük olarak, kalan kısımlar rijit ve elastomer parça – malzeme ve lif imalinde kullanılmaktadır.(3) ELDE EDİLMESİ Poliüretanlar bir izosiyonatla bir polialkolün oda sıcaklığında katılma polimerizasyonu sonucunda elde edilirler. Polialkol yerine bazen polieterde kullanılır. İzosiyonatlar ise amin ve poliaminlerin fosgenasyonunda elde edilir. R – NH 2 + COCL 2 = R – NCO + 2HCL Amin Fosgen İzosiyonat HO(CH 2 ) x OH + OCN(CH 2 ) x CNO = [ - O (CH 2 ) x OCONH (CH 2 ) x NHCO - ]y Polialkol Diizosiyanat Poliüretan Poliüretan sentezinde çok kullanılan izosiyanatlar: TDI : Toluen (tolyene) diizosiyanat, MDI : Metilen difenil izosiyanat, PMDI : Polimerik diizosiyanat, Ayrıca alifatik diizosiyanatlar da daha az olmak üzere kullanılır. Kullanılan polialkoller ise bunlar polieter veya poliester bazlı makroglikollerdir. Ancak izosiyanatla katılma tepkimesine girecek hidroksil grubu ihtiva etmelidirler. Polietilen bazlılar genelde polialkilen oksit grubu ihtiva eden makroglikollerdir. www.makinateknik.org Poliüretan yapımında izosiyanat ve polialkol ana maddeleri dışında gerek köpük yaptırmak ve gerekse çeşitli özellikler kazandırılmak üzere aşağıdaki yardımcı maddeler de kullanılır. -Tersiyer amin : Katalizör, suyun izosiyanat grubunu parçalayarak köpük yapıcı CO 2 ’in çıkmasını kolaylaştırır. -Su : Parçalanmayı sağlar, Triklorofluorometan da kullanılır. -Yüzey aktif madde : Homojen büyüklükte hücre oluşumu içindir. -Fosfor bromür : Yanma direnci verir. -İzosiyanürat : Alev ve yanma direnci ile rijitlik verir. Bazen su yerine triklorofluorometan kullanıldığında, bu maddenin kaynama noktası 23 ?C olduğundan, köpük oluşumunu doğrudan doğruya sağlar. Poliüretanlar, kapalı gözenekli gevrek ve açık gözenekli yumuşak elastik olmak üzere iki tipte yapılırlar.(1) -Yumuşak poliüretan yapımı ve özellikleri Sabit olan tesislerde poliyester esaslı Moltopren S blokköpürme şeklinde ve polieter esaslı Moltopren T ise blok ile form yani kalıp köpük şeklinde elde edilir. Blok köpükte diizosiyanat (desmodur T), polialkol (desmofen) ve su, Moltopren S için desmofen 2200,210 ve desmodur T 6 5, moltopren T için desmofen 3300, 3400, 3500, 3600, 3700 ve desmodur T 80 kullanılır. Ayrıca sübye ve stabilize hale getiren reaksiyon hızlandırıcılardan faydalanılır. Dişli pompa ile memeli karıştırıcıya gelen polialkol burada diizosiyonat ve reaksiyon hızlandırıcı ile karışır, alt tarafta hareket eden bandın üzerine akıtılır. Karıştırıcı ileri geri hareket ederek bant üzeri motopren kaplanır. 2 metre genişlik ve 0,7 metre yükseklikte saatte 8 ton kapasiteli tesisler mevcuttur. Yumuşak moltopren - 40 ile 100 ?C arasında kullanılabilir ve özgül ağırlığı 20 – 70 kg/m 3 arasında değişir. 0 ?C deki ısıl iletim katsayısı 0,033 kcal/mh ?C civarındadır. Yumuşak moltopren duvar ve döşemelerde, taşıtlarda ısı ile ses izolasyonları için kullanılır.(1) -Sert poliüretan yapımı ve özellikleri Yumuşak poliüretan yapımında kullanılan ana maddeler kullanılır. Polialkol daha fazla hidroksil ihtiva eder. Çözücü maddenin cinsine göre (tablo 13) kullanma sınırları, difüzyon direnç faktörleri, akpalı gözenek yüzdesi ile ısı iletim katsayıları değişir. Tablo 13. Çözücü madde cinsine göre sert poliüretan özellikleri ? = 30 – 50 kg/m 3 Isı iletim katsayısı kcal/mh ?C Kullanma sınırı ?C Kapalı gözenek yüzdesi % Difüzyon direnç faktörü CO 2 F 11 (CCl 3 F) CO 2 + CCl 3 F 0,32 0,021 – 0,023 0,022 - 0,024 -200, +120 -30, +80 -200, +100 50 – 60 90 – 95 90 - 95 15 – 20 60 – 80 60 – 80 Sert poliüretan bilhassa soğuk ve + 100 ?C ye kadar ısı izolasyonunda kullanılır. Ayrıca taşıyıcı eleman olarak da çalışmaları bir avantajdır.(1) www.makinateknik.org KÖPÜK YAPIM ve DÖKÜMÜ Bir dozaj pompasıda ihtiva eden poliüretan işleme makinasının baş kısmında yuka- rıda sayılan maddeler belirli oranlarda karıştırılan malzeme ile beraber kalıba fışkırtılır. Su ve katalizör etkisiyle parçalanma sonucu oluşan CO 2 hemen köpük meydana getirir. RNCO + H 2 O = R-NH 2 + CO 2 R’NCO + RNH 2 = RNHCONHR’ Üre gruplarıyla elastomer köpük böylece çapraz-kenet bağlı yapı kazanmış olur.(3) ESNEK KÖPÜK İMALİ Çıkış maddesi olarak 80/20 TDI (toluen diizosiyanat) kullanılır. Bu madde %80 2,4 TDI, %20’de 2,6 TDI’dan ibarettir. Köpük için %80 oranında 80/20 TDI, %20 oranında da PMDI (polimetilen diizosiyanat) kullanılır yarı esnek köpük yapılacak ise PMDI %100 ora- nında kullanılır. Köpük yapımı tesise bağlı olmak üzere üç şekildedir: - Tek kademe yöntemi Bütün girdiler karıştırılarak köpürmeye bırakılır. -Önpolimer yöntemi İzosiyanat ve poliol önceden karıştırılır ve önpolimer elde edilir, sonra katalizörler katılarak köpük oluşturulur. -Karışık yöntem İzosiyanata bir kısım poliol karıştırılır, kalan poliola da katalizör diğer dolgu madde- leri ilave edilerek köpük yapımı sağlanır. Her üç yönteme göre tesislerde özel karıştırma sistemleri vardır. Süreksiz karıştırma- da haznedeki girdiler köpürme tepkimesi başlayana kadar karıştırmaya devam edilir sonra, kalıba dökülür. Bunun kontrolü zordur. Malzeme kaybı yanında her defasında karıştırıcının temizlenmesi işçiliği vardır. Sürekli karıştırmada ise zayiat yoktur. Her dolgu maddesi için bir dozaj pompası veya besleme sistemi bulunur.(3) - Esnek köpük özellikleri Yoğunluğu 15 kg/m 3 ’den 750 kg/m 3 ’e kadar çok amaçlı olarak üretilen esnek PUR köpük malzemelerin sıcaklık direnci en çok 120 ?C’dir. Hafif, esnek ve yalıtma özellikleri çok iyi olan malzeme kimyasal bakımdan vasat dirençli polimerdir. Seyreltik asit ve bazlar- la aktif olmayan çözücülere direnci iyidir. Mekanik dayanımı azdır. (çekme day. 1–4 kgf/cm 2 ) Darbe ve aşınma dayanımı ile küfe karşı direnci iyidir.(1) RİJİT KÖPÜK İMALİ Bu ürün de izosiyanat bazlı olup “izosiyanat” ihtiva eder. Üretim şekli tamamen es- nek köpük gibidir. Çoğu rijit köpükler polimetilen diizosiyanat’ın izosiyanat grup sayısı mol başına 2.7 olmalıdır. Poliol ile normalde 1/1 olan tepkimedeki madde miktarı izosiyanürat www.makinateknik.org lehine 2/1 olursa izosiyanüratın fazlası trimerizasyona sarfedilir. Yine tersiyer amin ve su katalizör olarak kullanılır.(1) Rijit poliüretan köpüklerin özellikleri Rijit köpükler çok geniş olan kullanım alanına göre 1.6 – 960 kg/m 3 yoğunluk aralı- ğında imal edilirler. Düşük yoğunluklu (32 kgf/m 3 ) olan tiplerin ısı ve elektrik yalıtmaları çok iyidir. Isı yalıtma değeri bu malzeme için (4.4 – 5) 10 -5 cal/cm 2 .cm. ?C. saniyedir. 50-60 yoğunluktakiler sanayi amaçlar, 33 – 52 genel amaçlar ve 900 – 1050 yoğunluktaki malzeme- de RIM(*) içindir. Aleve dirençli çok özel tipleri uzun araştırmalar sonucu yapılmış olup ya doğrudan kaplama veya levhalar halinde kullanılırlar.(1) 3.4.2. POLİÜRETAN ELASTOMERLER Bunlar doğrusal polimerler olup toluen diizosiyanat veya metilen difenil diizosiyanat ile bifonksiyonel poliollerden (polieter, poliester...) elde edilirler. Polieterler elastomere düşük yoğunluk, iyi hidroliz, küf dayanımı ve iyi dielektrik özellikler için katılırlar. Poliesterler ise yüksek yoğunluk, aşınma ve yırtılma dayanımı ile çözgen direnci vermek için kullanılırlar. (*) RIM: Reaction injection machine, Cihaz ağız kısmında tepkime ile polimerin oluşumu ve kalıplanması Mermi parçaları imali gibi) Poliüretan elastomerler döküm, termoplast ve öğütülebilir gom şeklinde üretilirler. Sonuncusu birincil plastikler gibi değildir. Diğer elastomerlere göre daha ucuz olan poliüretan elestomerleri ozon, küf, nem, oksi-dasyon ve aşınmaya daha dayanıklıdır. Döküm poliüretan elastomerlerin çoğu termoset yapı-dadır. Alifatik çözücülere, seyreltik asit ve bazlara karşı dayanıklıdırlar. Soğukta darbe daya-nımları yüksektir. Döküm elastomerlerin sertliği 50 shore A’dan azdır. Yani bir yumuşak lastik ayarındadır. Termoplast elastomer sertliği ise 10A – 80D shore değerindedir. Poliüretan elastomerlerine cam ve karbon elyafı katılarak mekanik özellikleri, özel ve çeşitli dolgularla da UV, hidroliz ve oksidasyon dirençleri arttırılır.(1) 3.4.3. POLİÜRETAN KAPLAMA Köpük ve elastomer olarak uygulanabilir. Köpük poliüretan kaplama daha çok yalıt- ma amacıyla yapılır. İçten veya dıştan karıştırmalı özel tabancalarıyla RIM usulüne göre püskürtülür. Özel koruyucu donanımı gerektirir. Tipik kullanım yerleri kapılar, su ısıtıcıları, çatı kaplamaları, soğutucular ve buz kutuları imalidir. Elastomer kaplama iyi yapışma, çabuk kür, cidar esnekliği ve kimyasal direnç gibi özellikler dolayısıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. İzosiyanat ve ön polimer toluen diizosi- yanat bazlıdır. Bazen alifatik yapı da sararmayı önleme ve pigmentli kullanım bakımlarından uygulanmaktadır.ASTM Standartlarında 5 sınıf kaplama tarif edilmiştir.(3) 3.4.4. PVC, POLİVİNİL KLORİD Sert, yumuşak, opak ve saydam tipler halinde termoplast bir ürün olarak üretilen PVC özellikle plastikleştirici ile işlenmiş şekilde yaygın olarak kullanılan bir malzemedir. Yurdu- muzda da “petvinil” adıyla, PETKİM tarafından 150000 ton/yıl kurulu kapasite ile üretilen PVC, özellikle kablo yapımında güçlükle ve pahalı bir şekilde kullanılan lastiğin egemenliği- ni ortadan kaldırmıştır. Zira hem üretim kolaylığı, hem ucuzluk ve hem de çevre koşullarına daha dirençli olmasından dolayı PVC bu sanayi dalındaki yerini almıştır. www.makinateknik.org PVC, Türk Standardları Enstitüsünce hem hammadde olarak, hem de biçimlendirilmiş ürünler olarak standart kapsamlarına alınmıştır.(2) ELDE EDİLMESİ PVC’nin monomeri “vinil klorid”dir.CH 2 = CHCl bileşim formülündeki monomer -14 ?C’de kaynayan bir gazdır. Eski yıllarda geniş ölçüde asetilen ile tuz asiti tepkimesinden elde edilirdi. Bugün asetilen yerine etilen kullanılmaktadır. Bu çıkış maddelerinden önce 1.2 diklor etan elde edilir, daha sonra bu ürün pirolizle (ısıl bozulma) tuz asiti gazı ve vinil klorid karışımına çevrilir. Karışımdaki vinil klorid ayrılarak PVC polimerizasyonu için kulla- nılır. Ekzotermik olan vinil klorid polimerizasyonu üç şekilde yapılabilmektedir. Bunlar ö- nem sırasına göre süspansiyon, emülsiyon ve kütle polimerizasyonlarıdır. Süspansiyon poli- merizasyonu için: Vinil klorid önce basınçlı tepkime kabında sıvı monomere çevrilir. Tepkime kazanın- da mekanik bir karıştırıcı kullanılarak monomer sulu faza dağıtılır. Süspanzoid madde olarak polivinil alkol, jelatin veya karboksi metil selüloz kullanılır. Uygun basınç ve sıcaklık koşul- larında polimerizasyon başlar. Ekzotermik olay soğutma ile telafi edilir. Bütün vinil klorid polimerizasyonlarında başlangıçta tepkime kazanına katılan peroksit, perkarbonat veya peres- terler ayrışarak olayı başlatırlar. Tepkime süresince sıvı monomer toz halinde polimere dö- nüşür. Gözenekli bir yapıda olan tanecikler iyi kalite bir plastikleştirici ve diğer katkı mad- deleriyle karıştırılır. Trikrezil fosfat kullanıldığında yumuşak PVC, plastize edilmez veya az oranda epoksi gibi bir plastikleştirici kullanılırsa rijit PVC üretimi yapılır. Yumuşak PVC için kullanılan trikrezil fosfat, düşük sıcaklık kırılmalarını da önlediğinden diğerlerini tercih edilir. PVC’nin oluşum denklemini basit olarak aşağıdaki gibi verebiliriz: CH 2 = CHCl + CH 2 = CHCl + ... n tane - CH 2 – CHCl – CH 2 – CHCl - ... n PVC yapılmasında ilk adım olarak karbon (C) ile yanmış kalk (CaO), sıcaklığı 2500 ila 3000?C ye yükseltilmiş elektrikli ocaklarda ısıtılarak kalsiyum karbit (CaC) 2 elde edilir. İkinci adımda kalsiyum karpit, su ile birleşerek Ca(OH 2 ) ve asetilen (C 2 H 2 ) meydana gelir. Üçüncü adımda asetilen (C 2 H 2 ) ile klorürasit (HCl) yüksek basınç altında birleşerek Vinilklorür (CHCl) ve CH 2 elde edilir. Vinilklorür ise hidrojenperoksit (H 2 O 2 ) veya sıcaklık yükselmesi ile polimerizasyon sonucu polivinilklorür haline geçer. Polivinilklorür köpüğünün gözenek yapısı elde ediliş şekline bağlıdır. Yüksek basınçlı halde kapalı gözenekli, düşük basınçlı halde açık ve kapalı gözenek- li, basınçsız halde ise açık gözenekli yapı meydana gelir. Fiziksel yoldan köpük elde edilmesinde PVC maddesi içine atıl bir gaz veya gaz karışımı gönderilir. Kimyasal yoldan köpük elde edilmesinde ise katı haldeki köpük malzemesinin ısı te- siri ile bozulması ve azot (N 2 ) açığa çıkmasından faydalanılır. PVC köpüğünün yüksek basınçlı yoldan elde edilmesinde 40 ila 60 kısım PVC 3 ila 15 kısım köpürtücü madde ile 40 ila 60 kısım yumuşatıcı madde kullanılır. Bu oranlara gö- re PVC köpüğü yumuşaktır. Sert PVC köpüğü için ise 100 kısım PVC ve 20 kısım da kö- pürtücü madde kullanılır. PVC köpüğünün alçak basınçlı yoldan elde edilmesinde 100 kısım PVC ile 4 kısım köpürtücü madde kullanılır. www.makinateknik.org Basınçsız yoldan elde edilme halinde PVC için karbon dioksit (CO 2 ), azot (N 2 ) veya hava gönderilerek karıştırılır, dönen bant üzerine dökülür ve kurutma kanallarında 165-175?C ye kadar 3 ila 15 dakika arasında ısıtılır. Müddet arttıkça kapalı gözenek sayısı azalırken açık gözenek sayısı artar. Yüksek basınçlı yoldan elde edilen Polivinilklorür köpüğü 50 ?C sıcaklığa kadar kul- lanılabilir ve 0 ?C sıcaklıktaki ısı iletim katsayısı 0,033 kcal/mh ?C dir.(1) ÖZELLİKLERİ PVC’nin yumuşak, rijit, opak ve saydam türleri vardır. Ayrıca dolgu maddeleri de, el- de edilmek istenilen özelliklere göre karıştırılabilir. Bağıl yoğunluğu 1.4 civarındadır. Yumuşak PVC vasat mekanik özelliklere sahiptir. Çekme dayanımı 140 – 240 kgf/cm 2 kadardır. Rijit malzeme ise 400 – 500 kgf/cm 2 gibi yük- sekçe çekme dayanım değerlerine sahiptir. Bir termoplast plastik olarak PVC hemen her biçimlendirme sürecine uygundur. Fiziksel dayanımı, elektriksel yalıtma özelliği iyidir. Birçok kimyasal maddelerle harmanlanarak özellikleri iyileştirilen PVC, ayrıca kopoli- merize olabilir. % 5 – 40 oranında vinil asetatla kopolimerize edildiğinde özellikleri geliştirilir. % 10 kadar viniliden klorid ile çekme dayanımı % 10 – 20 yükselir. Dietil maleat veya dietil fumarat ile kopolimerize edildiğinde yumuşama noktası yükselir, akrilik esterlerle de iyi işlenebilmesi sağlanır. Sert PVC 80 ?C’de yumuşamaya başlar, 170 - 180?C’lerde de bozulur. Basınç altında 40 ?C, normal atmosfer basıncında da 80 ?C’ye kadar kullanılabilir. PVC enjeksiyon kalıplanmasında HCl (tuz asiti gazı) çıktığında kalıp malzemelerinin korozyona dayanıklı (paslanmaz) olması gerekir. PVC’nin kimyasal direnci iyi sayılır. Oksijen, ozon ve klora dirençli olmakla beraber brom, fluor, 60 ?C’nin üzerindeki sülfat asiti ve nitrat asiti, polimeri etkiler. Bunların dışında asitlere dayanır. Organik asitler, alkoller ve alifatik hidrokarbonlar PVC’yi etkilemez, ancak etilen diklorid, ketonlar, nitrobenzen veya tetrahidro furan çözer.(2) 3.4.5. POLİETİLEN , PE Günümüzde plastikler içinde en fazla üretilen polietilen, toplam plastiklerin % 40’ı kadar bir tüketim oranına sahiptir. Alçak, orta, yüksek ve çok yüksek yoğunluk türlerinde üretilen polietilenin yaygın olanları alçak ve yüksek yoğunluklu olanlarıdır. Etilenin (CH 2 = CH 2 ) yüksek basınçta (1000 ila 3000 kg/cm 2 ) ve 20 ?C sıcaklıkta polimerizasyonu ile polietilen ( - CH 2 – CH 2 – CH 2 -) elde edilir. Düşük basınçlı yoldan da polietilen elde edilmekte olup fiziksel özellikleri farklıdır.(tablo 14) Tablo 14. Düşük basınçlı ve yüksek basınçlı polietilenin özellikleri Yüksek basınçlı yol Düşük basınçlı yol Kullanma sıcaklığı ?C - 60 , + 95 - 15 , + 120 Özgül ağırlık kg/m 3 0,92 0,95 Isı iletim katsayısı Kcal/mh ?C 0,30 0,36 www.makinateknik.org Yüksek basınçlı yoldan köpük ve ince levha alçak basınçlı yoldan köpük şeklinde elde edilir.(2) 3.4.5.1. ALÇAK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN ELDE EDİLMESİ Dallanmış yada standart polietilen diye tanımlanabilen alçak yoğunluklu polietilen bugün etilenin yüksek basınç polimerizasyonu ile elde edilir. 1000 – 3000 atmosfer basınçta, 250 ?C sıcaklıkta polimerleşme karışık bir şekilde tamamlanır. Katı üründe çözünmüş olarak % 50-60 kadar kristal halde polimer bulunur. Diğer kısımlar dallanmış ve zincirli polimerler- den ibarettir. Karışımdaki kristal polietilen 115 ?C’de erir, bazı çözücülerde sıcakta çözünür. Polietilenin oluşum denklemini basit bir katılma polimerizasyonu halinde göstermek mümkündür: (CH 2 = CH 2 ) n = .. – CH 2 - CH 2 – CH 2 -...n ancak tepkime çok çeşitli şekillerde yürüyerek ara ürünler, uzun zincirli dallanmış ürünler ve nihayet molekül kütlesi birkaç binden başlayıp milyonlara varan polimerler mey- dana getirmek üzere karışık bir şekilde cereyan eder. Alçak yoğunluklu polietilende katı kristal yapı azdır. Bunun aksine uzun, dallanmış zincirler yapının çoğunu oluşturur. Bu sebeplerden dolayı kütle nispeten yumuşak bir yapıdadır. Bu yumşaklık derecesini sert lastik veya yumuşak kablo plastiklerinden daha sert, rijit plastiklerden daha yumuşak şekilde kabaca tarifleyebiliriz.(1) ÖZELLİKLERİ Alçak yoğunluklu polietilen süt beyaz renkte, opak, dokunulduğunda mum hissi veren, plastize PVC’den biraz sert, film halinde puslu, çok ince ise saydam olabilen bir malzemedir. Alçak yoğunluklu polietilen, kimyasal maddelere ve korozyona dayanıklı bir plastiktir. Adi sıcaklıkta hiçbir çözücü çözmez, fakat sıcakta benzen ve karbontetraklorid gibi çözücülerde şişer. 100 ?C’de tuz asiti, sülfat asiti ve derişik nitrat asiti 24 saatlik bir zaman periyodunda etkilemez. Daha uzun zamanda, şartlara bağlı olarak, polietilen az veya çok et- kilenir. Bilhassa basınç altında kimyasallara karşı direnci düşerek çatlamalara uğrar. Katkı maddeleri olmayan ve dallanmış yapıda bulunmayan polietilen ışığa ve açık hava şartlarına pek dayanıklı değildir. Ergeç polimer yapısı tahrip olur. Ancak karbon siyahı, kendisiyle uy- umlu bir plastikleştirici, UV stabilizatörü gibi katık maddeleriyle direnci ve ömrü artar. Yer altı kablolarında olduğu gibi hava ve ışık teması kesilen polietilen bozulmadan yıllarca da- yanır. Alçak yoğunluklu polietilen 80 - 85?C’ye kadar kullanılabilir, yüksek sıcaklıkta gitgide yumuşar ve nihayet mum kokusu vererek parçalanır. Mekanik dayanımı orta derece olup uzaması ve darbe (vurma) dayanımı yüksektir. Yapısına bağlı olarak çekme dayanımı 100 – 300 kgf/cm 2 ’dir. Elektrik yalıtımı çok iyi olup yüksek frekanskı yerlerde teflon grubu plastiklerden hemen sonra gelen uygun bir malzemedir. Alçak yoğunluklu polietilen levha ve parça halinde çubuk sıcak hava ve diğer yön- temlerle kaynak edilebilir. Folyo veya film halinde de sıcak dikişle yapıştırılabilir.(1) www.makinateknik.org 3.4.5.2. YÜKSEK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN ELDE EDİLMESİ Yüksek yoğunluklu polietilen bugün birkaç yöntemle elde edilebilmektedir. Radikal polimerizasyonunda yüksek basınç uygulanır. Koordinasyon polimerizasyonunda alçak basınç ve 50 – 75 ?C sıcaklıkta katalitik sentez yapılır. Katalizör olarak heptanda çözünmüş titan tetraklorid ve alüminyum alkil kullanılır. Polimerizasyon ısısı soğutularak giderilir. Ele geçen polimer formu toz veya granüldür. Sıvı ortamda süzülerek alındıktan sonra kurutularak ambalajlanır. Yüksek yoğunluklu polietilen sentezinde diğer yol “metal oksit katalizörlü polimeri- zasyon”da etilen gazı parafinde çözülür, 60 - 200?C sıcaklıkta, 35 atm basınç altında, belirli bir sürede işlem tamamlanır. Soğutma ve çözücü buharlaştırılmasından sonra ürün elde edi- lir. “Doğrusal” (lineer) polietilen” de denilen yüksek yoğunluklu polietilen % 90 oranında kristal hal ihtiva eder. Ana zincir en az 200 karbon atomludur. ASTM standartlarında Tip 3 ve Tip 4 olarak tanımlanan yüksek yoğunluklu polietilen’in bağıl yoğunluğu 0,940 ve daha yukarı olarak verilmiştir.(1) ÖZELLİKLERİ Yüksek yoğunluk polietilen, görünüm olarak alçak yoğunluklu polietilen’e benzerse de ondan çok daha sert, molekül kütlesi 150000 – 400000 dolaylarında bir polimerdir. Suya, kimyasal maddelere direnci iyidir. Işık ve açık hava koşullarına alçak yoğunluklu polieti- len’de olduğu gibi dayanıklı değildir. Özel dolgularla bu direnç arttırılabilir. Mekanik özel- likler çok iyi olup, özellikle darbe ve çekme dayanımları yüksektir. Bazı dolgu maddeleriyle de özellikler daha da iyileştirilir. Normalde çekme dayanımı 225 – 350 kgf/cm 2 civarındadır. Sıcaklık dayanımı 100 ?C’nin üzerindedir. Enjeksiyon, ekstrüksiyon, toz, kaplama, film çekme, döner kalıplama gibi birçok biçim- lendirmelere uygun bir malzemedir. Enjeksiyon kalıp sıcaklığının 50 - 70?C’de tutulması ci- hazdan çıkan ürün kalitesini yükseltir. Yüksek yoğunluklu polietilen elektriksel uygulamalara da çok elverişlidir.(1) 3.4.5.3. ÇOK YÜKSEK MOL AĞIRLIKLI POLİETİLEN Yeni bir ürün olarak ASTM standarlarında bağıl viskozitesi 2.3 ve daha büyük ola- rak tanımlanan, elektriksel, kimyasal ve fiziksel verileri yüksek yoğunluklu polietilene’e ben- ziyen fakat molekül kütlesinin çok yüksek oluşu yanında darbe ve aşınma dayanımlarıyla, özel süreç karakteristiklerine sahip çok değerli bir malzemedir. Molekül kütlesi 3000000 ve- ya daha yukarı değerlerdedir.(2) 3.4.6. POLİSTROL Benzol (C 6 H 6 ) ve etilen (CH 2 = CH 2 ) ile alüminyum klorür (AlCl 3 ) birleşmeleri so- nucu etillenzol (C 6 H 3 – CH 2 – CH 3 ) elde edilir. Polimerizasyon ile de polistrol meydana ge- lir. Polistrol 70 ?C ye kadar dayanıklı olup ısı iletim katsayısı 0,12 kcal/mh ?C’dir. Sitirofleks, 0,02 ila 0,15 mm kalınlığındaki polistrol levhaların yanyana dizilmelerin- den meydana gelmiştir. Elastik ve bükülebilir özellikte olan sitirofleks sarsıntıyla ufalanmaz, özgül ağırlığı tabaka kalınlığına bağlı olmakla beraber 12 kg/m 3 civarındadır ve -40?C ila www.makinateknik.org 80 ?C sıcaklıkları arasında kullanılabilir 20 ?C sıcaklıktaki ısı iletim katsayısı 0,029 kcal/mh ?C dir. Polistrol köpükleri sitropor, eksporit, izokolor, poresta, isopor, lamipor, nobipor gibi isimlerle satılır. 75 ?C sıcaklığı kadar kullanılabilirler, yapıştırma için 80 ?C kadar ısıtılmış bitüm ile temas etmesinde de mahzur yoktur. Benzol, keton, madeni yağ ve benzine karşı mukavim değildir. Isı iletim katsayıları da -150?C sıcaklıkta 0,013 - 100?C sıcaklıkta 0,018, -50?C sıcak- lıkta 0,0275 ve +50 ?C sıcaklıkta da 0,0375 kcal/mh ?C değerini alır.(3) 3.4.7. POLİSTİREN PLASTİK KÖPÜK Ambalajlama ve ısı (veya soğukluk) yalıtımları uygulamalarında polistiren köpük kullanımı oldukça fazla ve yaygındır. Korozyona uğrama, küflenme, çürüme gibi istenmeyen özellikleri taşımaması, ucuz olabilmesi onun kullanımdaki etkinliğini açıklamaktadır.(1) ELDE EDİLMESİ Polistirenin hammaddesi (monomeri) stirendir. Stiren ise benzen ve etilenden yapılır. Alüminyum kloridin katalizörlüğü ile, basınç altında etilen gazı benzen içerisinden geçirilir. 90 ?C’de katılma tepkimesi sonucu etil benzen oluşur. Elde edilen etil benzen demir oksit ve magnezyum oksit karışımı katalizörlüğünde, 600 ?C sıcaklıkta dehidrojenasyon (hidrojen atılması) ile vinil benzen, yani stirene dönüşür. Elde edilen stiren destillenerek saflaştırılır. Vinil benzen monomeri süspansiyon veya kütle polimerizasyonu ile polistirene dö- nüştürülür. Çözelti veya emulsiyon polimerizasyonu ile de polistiren elde edilirse de bazı nedenlerle bugün tercih edilmemektedir. Stirenin kütle polimerizasyonu inhibitörsüz stirenin peroksit başlatıcısı ile bir karıştırma kabında ön polimerleşmesi ile başlar. Daha sonra ısı transferiyle tepkime karışımdaki polimerin doygunluk konsantrasyonuna kadar asıl polimeri- zasyon devam eder. Normalde, yeteri kadar viskoz, %30 polimer konsantrasyonunda 4,5 ? x 12 m ölçüsünde bir silindirik kaba aktarılır. Devamlı dolu bulunacak şekilde sıvı hal muha- faza edilerek, varsa kaçaklarda da önlenerek kulenin üst kısmı soğutulmak, altı da ısıtılmak suretiyle kontrollü polimerizasyonda erimiş polimerin dipte toplanması sağlanır. Daha sonra silindirden bir lüle grubu yardımıyla alınan ince çubuk plastikler soğutulur, parçalanır ve kalıplamaya hazır olarak ambalajlanır. Polistiren plastik köpük [EPS,(expandable polystyrene beads)] başlıca iki yöntemle elde edilir. Bunlar polimerizasyon ve emprenye etme yöntemleridir.(1) -Polimerizasyon Yöntemi Bu yöntemde stiren monomeri, su ve katalist süspansiyon halinde açık kapta sert boncuk kademesine kadar ısıtılır. Sonra kapalı halde basınç uygulanır. Bir süre sonra da şişirme elemanı (n-pentan) ilave edilerek 50 – 52?C’de pişirilir. Daha sonra da kap boşal- tılarak yeniden aynı maksat için kullanıma verilir.(1) -Empreyne Yöntemi Belirli eleklerden geçirilerek ön işlemi yapılmış polistiren tanecikleri su içinde pentan ile süspansiyon haline getirilerek basınç altında ısıtılır, soğutularak boşaltılır. www.makinateknik.org Polimerizasyon tekniğinde şişkin granüller değişik hacimlerde üretilir. Empreyne tekniğinde de ön işlemli plastik tanecikler kullanılır. Her iki yöntemde de taneler pentanın polistiren matrislerde çevrilmiş olmasıyla ele geçmiş olur. Polistiren granülün tesiste işlenmesi üç kademede gerçekleştirilir. Bunlar, ön genleşme, yaşlandırma (olgunlaştırma) ve kalıplamadır. Ön genleşmede özel kalıba alınan granüller 80 ?C’ye kadar arttırılan sıcaklıkta, ba- sıncın da yükseldiği bir ortamda (içindeki pentandan dolayı) büyürler. İç hücrelerin büyüme- siyle yoğunluk azalır. Bu işlemlerde değişik yoğunlukta granüller meydana geleceğinden bunlardan hafif olanlar genleşme kabının yukarısında, ağır olanlar da alt taraflarında birikir- ler. Dahili bir karıştırıcı pervane yardımıyla granüller kabın yukarısına doğru yol alır. Böyle- ce kısmen homojenlik sağlanır. Genleşme kabından dışarı alınan şişkin granüller 36 ?C’nin altında düşürülecek ve pentan buharlarının uzaklaştırılmasını sağlayacak bir soğutma işlemi- ne tabi tutulurlar. Yaşlandırma (olgunlaştırma) işlemi yoğunluk ve diğer isteklere bağlı ola- rak 4-24 saatte tamamlanır. Bütün kalıplama sistemleri aynı süreç kademelerine sahiptir: Doldurma, buharlı ısıtma ve havalandırma, soğutma ve çıkarma. Ancak kalıplama sis- temleri küçük işlem farkları taşır. Blok kalıplamada istenen yoğunluğa göre doldurma kolay- dır. Bazen hızlı çalışmak için basınçlı yükleme de yapılabilir. Alışılagelen ince cidarlı kalıp- lamalarda kalıbın doldurulması özel yapılı granüllerle olur. Buharla ısıtma ön şişirilmesi yapılıp kalıba zayıfça doldurulmuş granüller tekrar bu- hara maruz bırakılır. Buhar, buhar odacığı deliklerinden geçerek kalıbın iç cidarları aracılığı ile ön şişmeli granülleri hava sirkülasyonu sağlayarak ısıtılır, etkili sıcaklığı alan granüller yumuşar ve biraz daha şişerler. Sıcaklık yeteri kadar yükselince granüller içindeki pentan da ayrılarak granül cidarları birbirine kaynar. Böylece sıcaklık, basınç ve süreye bağlı olarak çeşitli yoğunluklarda kalıplama yapılabilir. Gazın da neden olduğu yüksek basınç, buharın kesilmesi ve soğuma sonucu düşer. İnce cidarlı küçük parçaların dökümü için devre periyodu 6 saniye, blok dökümler için ise 15 – 20 dakikadır. Sıcak hava ve vakumun uygulandığı modern yöntemlerde bu süre %50-70 oranında düşer, ayrıca ürün kalitesi de yükselir.(1) 3.4.8. FENOLİK PLASTİKLER ELDE EDİLMESİ Fenol veya fenol türevleriyle formaldehit, reçinenin çıkış maddeleridir. Bunların yoğ- uşma polimerizasyonu için katalizör olarak asitli yada alkali maddeler kullanılır. Fenol yeri- ne türevlerinin kullanılması halinde lastik ve yağlarla uyumlu, daha yüksek kaliteli ürünler elde edilir.(1) Katalizör olarak asit veya alkali kullanıldığında tepkimeler başka türlü yürür: -Asit Katalizörlü Reçine İki kademeli veya “Novalac” reçine imali de denilen bu yöntemde katalizör olarak asit kullanılır. Tepkime kazanına koyulan maddelerden formaldehit/fenol oranı 0.8/1’dir. Be- lirli sıcaklık koşullarında tepkime başlayarak önce metilol oluşur. Bu madde ortamdaki fenol- le birleşir ve dihidroksi difenilmetan meydana gelir. Bu madde sıcakta eriyebilen, çözünebi- len doğurusal yapıdadır. Novalac reçine denilen bu ön ürüne ikinci kademe olarak heksa (heksametilen tetramin=urotropin) ilavesi yapılmak suretiyle kalıplama sırasında yoğuşma polimerizasyon ürünününde çapraz- kenet bağlarının oluşumu sağlanır.(1) www.makinateknik.org -Alkali Katalizörlü Reçine Tek kademeli reçine imali olup bu yöntemde alkali katalizör kullanılır. Tepkimede kullanılacak olan formaldehit/fenol oranı 1.25/1 dir. Formaldehit yeteri kadar kullanıldığı için heksa ilavesine gerek olmaksızın kalıplamada kür sağlanır. Bu yöntemle elde edilen reçineye “Resole” reçinesi denir. Tepkime daha fazla formaldehit ve alkali katalizörlüğünde devam ederek yoğuşma ile metilen köprülü Resole reçinesini verir. Elde edilecek ürün kalitesi açısından tepkimelerin kontrollü bir şekilde sona erdirilmesi gerekmektedir. Her iki şekilde de elde edilen reçineler, odun unu, mineral madde, cam lif gibi dolgu maddeleriyle karıştırılmış halde piyasaya verilirler. Bazen de kumaş ve cam doku gibi pekiştiriciler kullanılarak yapısı sağlamlaştırılır.(1) ÖZELLİKLERİ Fenolik reçineler oldukça sert, basınç kalıplama termoset ürünlerdir. Sıcaklık dayanıklığı, elektriksel yalıtma, boyut kararlılığı en belirgin özellikleridir. Çekme dayanımı, tiplerine göre 300-1200 kgf/cm 2 arasında değişmektedir. Uzama termoplastların aksine çok küçük değerlerdedir. Değişik tipler için % 0,2-4 dolaylarındadır. Keza, darbe dayanımları da dolgu maddelerine göre büyük değişim gösterir. Genel olarak kimyasal özellikleri iyi değildir. Kuvvetli alkali maddeler reçineyi parçalarken tuz asiti yüzeysel olarak etkiler. Akışkanlara ve asetik asit çözeltisine direnç gösteren reçineyi kuvvetli oksitleyiciler (nitrat asiti gibi) dolgu maddesine göre az veya çok etkiler. Darbe dayanımlı tipler kendine bu özelliği verecek selülozik, mineral veya cam elyafı dolgu ihtiva eder. Yüksek olan darbe dayanımı 533 J/çentik m.dir. dolgudan dolayı hacim faktörü büyüktür. Sızdırmaz tip, çok parlak, döner kalıplama veya basınç kalıplama süreçlerine uygun bir malzemedir. Hassas yerlerde kullanılır. Elektrik reçinesi mineral dolgulu olup yaltma özelliği yüksektir. Su absorbsiyonu azdır. Özel dolguların ark dayanımı 180 saniyenin üzerindedir. Isıya dayanıklılar mineral dolguludur. Kısa süre 200 ?C’ye dayanabilir. Bazı türler 250 ?C’ye kadar yine kısa süre için dayanabilir. Dolgu maddesine bağlı olarak uzun süre 150-180?C’lere dayanabilirler. Özel amaç reçinelerin kimyasal direnci arttırılmış olup, bunun dışında bir çok iyi özelliklere sahiptir.(1) 3.4.9. MELAMİN FORMALDEHİT, ÜRE FORMALDEHİT, ÜRE FORMALDEHİT REÇİNELERİ Amino reçineleri formaldehit ile amino (NH 2 ) grubu ihtiva eden çeşitli bileşiklerin kontrollü tepkimeler sonucu elde edilen termoset ürünlerdir. Üre-Formaldehit ve Melanin- Formaldehit reçineleri bu sınıfın belli başlı örnekleridir. Bunlar sıvı, püskürtme-kurutulmuş katı ve dolgulu kalıplama tozu veya granül halinde piyasaya verilir. Amino reçinesinden yapılan parçalar sert, dayanıklı ve elektrik yalıtma özellikleri çok iyidir. Birçok bakımlardan fenoliklerden üstündür.(3) www.makinateknik.org ELDE EDİLMESİ Üre-Formaldehit reçinesi üre ile formaldehitin yoğuşma tepkimesi sonunda elde edilir. Başlangıçta monomer katılma ürünü, daha sonra da bir mol üreye iki mol formaldehit katılarak Dimetilol üre meydana getirilir. Bu madde de asitli ortamda kondensazyona uğrayarak sağlam metilen veya metilen eter bağları havi reçineyi oluşturur. Bu ürün su kaybederek bir dizi çapraz-kenet reaksiyonlar sonucu (>N-CH-N<) köprü- leri oluşturulur. Böylece rijit ürün meydana gelir. Melamin-formaldehit reçinesi: Melamin, tıpkı siyanamidin bir trimeri görünümündedir. Melamine 6 mol formaldehitin katılmasıyla heksametilol melamin oluşur. Asit katalizörlüğünde bu ürün kondensazyonla erimez, rijit, metilen veya metilen eter köprülü polimeri meydana getirir. Tepkime sıcaklığı, PH, komponentlerin oranı ve monomer derecesine bağlı olarak değişik özelliklerde reçine elde edilir. Sıvı reçine ise önce elde edilmiş olan metilol ile metil alkol veya butil alkolün beraberce tepkimeye sokulması sonucu imal edilir. Bu metillenmiş veya butillenmiş reçineler hidroksil, karboksil ve amid fonksiyonel gruplarını ihtiva eden bileşiklerle ısıtılacak olursa katı, çözgen dayanımlı kaplama malzemesi haline geçer. Amino reçinesi ve reaktifler arasındaki eter değişim tepkimeleri çapraz kenet bağlı film polimerini oluşturur.(1) ÖZELLİKLERİ Amino reçineleri hafif pastel, renksiz ve berraktır. Ayrıca renklendirilebilirler. Çekme dayanımları ve sertlikleri fenoliklere göre daha yüksek değerlerdedir. Kendi aralarında melamin grubu üre reçinelerinden daha vasıflıdır. Isı dirençleri yüksek, iyi dielektrik özelliklerine sahiptirler. Yüksek polariteleri dolayı- sıyla indüksiyon fırınlarında (yüksek frekans ocakları) homojen olarak ön ısıtmaları yapılabilir. Melaminler 90-120 ?C’lik ön ısıtılmayla tabi tutulursa da üre reçineleri için bu işlem gereksizdir. Melaminler 150-550 atm ve 180 ?C’de, Üre reçinesi 140-1400 ?C atm ve 125-170?C’de basınç kalıplama ile biçimlendirilebilirler. Çözücü ve yağlara karşı gösterdiği direnç ve yüzeysel sertlik amino reçinelerinin önemli özelliklerindendir.(1) 5. HAVA TABAKALARI İLE ISI İZOLASYONU Bilindiği üzere hareketsiz haldeki hava tabakaları da ısının geçişine karşı direnç teşkil ederler. Hava tabakasının yatay ve düşey olmasına ve hatta yatay tabakalarda ısının aşağıdan yukarıya veya yukarıdan aşağıya geçmesine göre bu direnç değişir. (tablo 15, 16) Tablo 15. Muhtelif hava tabakası kalınlıklarında ve hava tabakasının durumuna göre ısı iletim katsayıları Kalınlık (cm) 0,5 1 2 4 6 8 10 15 20 Konum Isı iletim katsayıları kcal/mh ?C Düşey 0,037 0,056 0,099 0,190 0,286 0,385 0,485 0,740 1,00 Yatay (ısı yukarıya) 0,038 0,061 0,113 0,217 0,319 0,423 0,526 0,785 1,04 Yatay (ısı aşağıya) 0,037 0,055 0,091 0,161 0,231 0,301 0,370 0,543 0,72 www.makinateknik.org Tablo 16. Muhtelif hava tabakası kalınlıklarında yatay duran borular için ısı iletim katsayıları verilmiştir. Hava tabakası sıcaklığı ?C Yüzeylerin sıcaklık farkı ?C 100 mm çapında boru 200 mm çapında boru 400 mm çapında boru Kalınlık 20 50 100 200 20 50 100 200 20 50 100 200 0 10 0,097 0,207 0,38 0,71 0,097 0,224 0,42 0,79 0,10 0,23 0,46 0,88 10 0,188 0,394 0,67 1,09 0,195 0,440 0,79 1,34 0,22 0,47 0,89 1,64 100 50 0,205 0,434 0,76 1,33 0,210 0,479 0,88 1,58 0,22 0,51 0,98 1,88 100 0,215 0,456 0,81 1,38 0,218 0,498 0,92 1,64 0,23 0,53 1,03 1,93 10 0,349 0,718 1,18 1,82 0,370 0,813 1,44 2,37 0,41 0,87 1,67 2,99 200 50 0,360 0,757 1,26 2,02 0,378 0,851 1,50 2,55 0,41 0,91 1,73 3,16 100 0,368 0,777 1,30 2,10 0,385 0,870 1,54 2,65 0,42 0,93 1,77 3,27 10 0,94 1,94 3,15 4,67 1,01 2,23 3,87 6,32 1,14 2,41 4,55 8,06 400 50 0,95 1,97 3,20 4,82 1,02 2,25 3,91 6,47 1,14 2,43 4,59 8,18 100 0,95 1,99 3,23 4,91 1,02 2,27 3,94 6,56 1,15 2,45 4,61 8,28 Tabloların incelenmelerinden hava tabakası kalınlığı arttıkça ısı iletim katsayılarının büyüdüğü dolayısıyla ısı kaybının artığı görülmektedir. Bu sebeple hava tabakalarını ince levhalarla daha küçük kalınlıkta bölümlere ayırmak yoluna gidilmiştir. Tatbik edilen yollardan en çok tutulanı hava tabakasının Alfol -çikilota kağıdı- ile kısımlara ayrılmasıdır. Düz yerleştirmede küçük tabakalar arasında mesafa 10 ila 15 mm arasında değişip Alfol kalınlığı 15 mikron civarındadır. Büklümlü yerleştirmede küçük tabakalar arasındaki mesafe homojen olmamakla beraber 8 ila 10 mm arasında değişir ve Alfol kalınlığı da 7 mikron civarındadır.(tablo 17) . Tablo 17. Alfol levhaları arasındaki 10 mm mesafeye ve sıcaklıklara göre ısı iletim katsayılarının değişimleri görülmektedir Ortalama sıcaklık ?C Isı iletim katsayısı kcal/mh ?C Düz Bükümlü Duvar Boru 0 0,027 0,034 0,040 50 0,030 0,041 0,047 100 0,033 0,047 0,053 150 0,037 0,053 0,059 200 0,042 - 0,066 300 0,053 - 0,078 Pratikte çok ince Alfol yerine ince alüminyum levhaların kullanılmaları da vakidir.(2) www.makinateknik.org KAYNAKLAR 1) PLASTİKLER DÜNYASI, Hikmet YAŞAR 2) YAPILARDA ISI YALITIM VE BUHAR GEÇİŞİ, Alpin Kemal DAĞSÖZ 3) TEKNOLOJİDE PLASTİKLER, G. R. PALİN