Plastik Malzeme Plastiklerin Kaynak Edilmeleri PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 105 PLASTİK MALZEMELERİN İŞLENME TEKNİKLERİ PLASTİKLERİN KAYNAK EDİLMELERİ PLASTİK KAYNAĞI * Tüm plastik çeşitleri kaynak edilebilinir mi? Plastiklerden yalnızca termoplastikler kaynak edilirler. Ancak tüm termoplastikler kaynağa uygun değildir.Termoset’lerin kaynağı mümkün değildir.Kaynak yerine “yapıştırma” veya “birbirine geçme” teknikleri ile birleştirme yapılır. * Niçin termoset’ler kaynak edilemezler ? Çünkü, termoset’ler daha önceden şekillenirken bir defa kimyasal reaksiyona girerek sertleştiğinden ikinci kez kaynak için ısıtıldıklarında yumuşamazlar, ancak yanar veya kömürleşebilirler. * Esas olarak kaç tür plastik kaynak çeşidi vardır? İki tip plastik kaynak çeşidi vardır. a)- Dıştan ısıtma isteyen kaynak grubu b)- Isıyı kendisi yaratan kaynak grubu * DIŞTAN ISITMA İSTEYEN PLASTİK KAYNAKLAR 1. SICAK GAZ KAYNAĞI 2. SICAK ELEMAN KAYNAĞI 3. LAZER KAYNAĞI PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 106 4. İNDİKSİYON KAYNAĞI 5. YÜKSEK FREKANS KAYNAĞI 6. ELEKTRİK DİRENÇ KAYNAĞI * ISIYI KENDİSİ YARATAN PLASTİK KAYNAKLARI 1. SÜRTÜNME KAYNAĞI 2. ULTRASON KAYNAĞI 3. TİTREŞİM KAYNAĞI PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 107 SICAK GAZ KAYNAĞI * Proses nasıl çalışır? 1. Bu yöntem büyük parçalar için çok elverişlidir. 2. Birleştirme elemanı olarak ELEKTROT kullanılır. 3. Birleşecek parçaları ısıtmak için SICAK GAZ kullanılır. 4. Sıcak gaz olarak HAVA ve AZOT GAZI kullanılır. 5. Kullanılacak gaz’ların kuru ve temiz olması gerekir. 6. Elektrot ile kaynak edilecek parçanın yapısı aynı olmalıdır. Plastik kaynağı yapılacak parçalara önce parçanın konumuna göre V,T şeklinde ağız açılır. Kaynak edilecek parçalarla birlikte elektrot malzemesi sıcak gaz ile( 120 0 – 180 0 ) ısıtılır.Gaz sıcaklığı ise plastiğin cinsine göre 200 0 – 350 0 arasında olur.Sert termoplastiklerde elektrot’un bastırılması DÜZ bir parça ile,yumuşak plastiklerde RULO ile yapılır. PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 108 SICAK ELEMAN KAYNAĞI * Proses nasıl çalışır? 1. Bu yöntemde elektrot kullanılmaz. 2. Kaynatılacak parçalar alın alına veya T oluşturacak şekilde tutulur. 3. Elektrik resiztansı ile çalışan bir SICAK ELEMAN parçalar arasına getirilir. 4. İyice yumuşayan plastik parçalar arasındaki sıcak eleman hızla aradan çekilir. 5. Parçalar bastırılır. Yüzeyler birbiri ile birleştirilir.Parçalar soğuyuncaya kadar kalıpta tutulur. 6. Parçalar soğuduktan sonra dışarı alınır.PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 109 PLASTİK LAZER KAYNAĞI * Proses nasıl çalışır? * Bu kaynağın önemli özelliği,plastik parçalardan biri lazer ışınlarını geçiren TRANSPARAN özelliğine, diğeri de ışınları EMME (absorbe etme) özelliğine sahip olması gereklidir. * Termoplastiklerin çoğu transparan olduğundan bu şart kendiliğinden yerine gelir. Emme özelliği için plastiğe katkı maddesi ilavesi(Karbon) gerekir. 1. Önce dalga uzunluğu 800-110 nm olan lazer ışını gönderilir. 2. Laser (3) , transparen (1) parçadan ge çer,ışık emici (2) parçanın yüzeyini ısıtır. 3. Bu ısı, (1) no’lu parçanın da ısınma sına sebep olur. 4. Her iki parçanın yüzeyleri erir 5. Parçalar soğur, katılaşır. Güçlü bir bağ oluşur. * Plastik laser kaynaklarında BİNDİRME tipi kaynaklar iyi netice verirken ALIN kaynak tipleri iyi netice vermez. Çünkü plastiklerin ısı iletimleri düşüktür. Yanal ısı yayılması yeterli olmaz.PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 110 * Plastiklerin birbirleri ile laser kaynağı yapılıp yapılamayacağı ilişikteki tablo’da gösterilmiştir. * Laser kaynağı yapılmış plastik parça örnekleriPLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 111 * Laser kaynağı yapılmış plastik parça örnekleri PLASTİK YÜKSEK FREKANS KAYNAĞI ( Dielektrik veya Radyo frekans kaynağı ) * Proses nasıl çalışır ? Bu yöntem, parçaların temas yüzeylerinde yüksek frekans(20 - 60 MHz) oluşturan ELEKTROMANYETİK enerji kullanır. 1.Kaynak edilecek plastiğin “YALITKANLIK”’ını esas alan bir yöntemdir. 2. Kaynak edilecek plastikler iki elektrot plaka arasına konur.PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 112 3. Yüksek frekans elektromanyetik alan doğurur. Plastikler yalıtkandır. Elektrik kayıpları meydana gelir. 4. Plastiklerin molekülleri dipol moment özelliğine sahip olduklarından erime aşamasına kadar titreşirler ve ısı doğar. 5. Parçalar doğan ısı ile yumuşarlar ve elektrotlarla bastırılır. Elektromanyetik alan kesilir. Kaynak soğur ve sonra katılaşma meydana gelir. * Önemli kriterler : * Bu yöntemle dipol momentine sahip genellikle PVC ve PU plastikleri kaynak edilir.Başka plastikler ancak polar katkı malzemesi ilave edilerek bu yöntemle kaynak edilebilirler. * Bu yöntemin en önemli avantajı HIZ’ dır.Plastikler birkaç saniye içinde ısınırlar. PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 113 PLASTİK YÜKSEK FREKANS KAYNAĞI * Bu kaynak yöntemi özellikle tıp alanında ve tüketim mallarının paketlenmesinde kullanılan film’lerin kaynağında çok kullanılır. PLASTİK ELEKTRİK DİRENÇ KAYNAĞI ? * Proses nasıl çalışır? Bu yöntem metallerin “nokta kaynak-spot welding” yönteminde kaynak edilmelerine benzer. 1. Plastik parçalar iki elektrot arasına konur. 2. Elektrik akımı verilir.PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 114 * 3. Noktasal bölgede, elektrik direnç kayıplarından dolayı E=I 2. R.t bağıntısına uyan ısı doğar. Elektrotlar arasında kalan plastiğin noktasal kısmı yumuşar veya erir. Elektrik akımı kesilince eriyik katılaşır. Bu yöntemde kaynak hızlı yapılır, kolayca otomatiğe çevrilebilinir, ekonomiktir. Elektrota ihtiyaç yoktur, çarpılma görülmez. SÜRTÜNME KAYNAĞI * Proses nasıl çalışır? Bu kaynak yöntemi oldukça sert olan PVC gibi plastiklerin kaynağında kullanılır. 1. Kaynak edilecek parçalardan biri sabit, diğeri döner. Sabit olan yavaşça dönel parçaya değdirilir. 2. Sürtünme sonucu ısı doğar. Yüzeyler yumuşar. 3. Parçalar bastırılır. Hareket durur. 4. Kaynak yeri soğur. Katılaşır. Sağlam birleşme olur. PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 115 * Parçalar aşağıdaki diyagramda görüldüğü gibi kaynak için alın alına getirilir, sürtünme başlar ama akma başlamaz. (I. bölge) * Biri sabit diğeri hareketli parçalara kuvvet uygulama sürerken sıcaklık artar, akma kaynak kenarlarına doğru taşmaya başlar.(II. Bölge) * Bu bölge sabit hal (lineer bölge) bölgesidir. Malzemeye sabit hızda kaynak yapmaya devam edilir.(III. Bölge) * İç yüzeylerin sürtünmesi durduğu zaman, soğuma başlar. Kaynağın iyice pekişmesi için kuvvet uygulamaya devam edilir.( IV Bölge) * Bu kaynak yöntemi ile PS = ABS ; PMMA = PC ve PPO = PA plastikleri beraber kaynak edilebilmektedirler. PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 116 SÜRTÜNME KAYNAĞI Polypropilen Emme manifoldu PLASTİK ULTRASONİK KAYNAĞI * Bu yöntem çok hızlıdır.Kaynak zamanı 1 saniyeden az’dır.Kolayca otomatik hale getirilir. * Ultrasonik kaynak makinası 4 ana bölümden oluşur. a)- Güç ünitesi b)-Converter (Dönüştürücü) c)-Booster(Titreşim yapıcı) d)-Sonotrode (Horn = kaynağı yapan takım)PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 117 PLASTİK ULTRASONİK KAYNAĞI * 50-60 Hz olan şehir şebeke cereyanı frekansı, ultrasonik cihaza girdiği anda (20 000-60 000Hz) ‘e yükseltilir. * Bu elektrik enerjisi, converter’e verilir. Converter içersinde piezo elektriksel disk vardır.Bu disk sayesinde elektrik enerjisini düşey yönde titreşim enerjisine(SES enerjisi) çevrilir. * Bu titreşim enerjisi booster’a taşınır.Burada ses dalgasının amplitüd’ü ( ŞİDDETİ) artırılır.Sonra ses dalgaları Horn’a taşınır.Horn ultrasonik kaynak takımıdır ve titreşimi direkt parçaya yansıtır.Aynı zamanda basınç uygular. * Kaynak bölgesine gelen titreşimler (Saniyede 20 000 – 40 000 saykıl),ısı doğurur, böylece plastik yumuşar veya erir.Basınç altında kaynak yapılmış olur. Booster Horn PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 118 * Proses nasıl çalışır ? Bu yöntem , önce şehir şebeke cereyanının frekansını yükseltir,sonra bunu ses(titreşim) enerjisine çevirir.Bu enerji ısı doğurur,bu ısı da plastik malzemeleri yumuşatmak ve eritmek için kullanır. 1.Şekilde görüldüğü gibi parçalar tabla üzerine konur. 2.Horn, parçalara temas ettirilir. 3. Basınç uygulanır. 4.Titreşim verilir. * Proses nasıl çalışır ? 5. Kaynak edilecek parçalar basınç altında tutulurken titreştirip ısıtmaya devam edilir.. 6. Isı, plastiği yumuşatıp erit tikten sonra biraz basınç altında tutulur. 7. Horn parçalar üzerinden kaldırılır .Kaynak tamamlanır. PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 119 * Kaynak Tasarımı ÇIKINTILI BİRLEŞTİRME * Stryrene, ABS,PC gibi amorf yapılarda tercih edilir.Kolay kaynaklanabilen bir tasarım. ADIM TİPİ BİERLEŞTİRME * Parçalarda iyi görüntü ve güçlü kaynak arzulandığında tercih edilir. Amorf yapılılar için daha uygun. KAYMA KENARLI BİRLEŞTİRME * Yüksek mukavemet ve sızdırmazlık istendiği durumlarda tercih edilir. Amorf yapıdaki plastik parça büyük olmalı, kısmi – kristalin parçalar ise NYLON, PPS, PSO olur. ÇIKINTILI-KANALLI TİP BİRLEŞTİRME * Bu tasarımda “taşma” görülmez. Amorf yapılılardan kalın cidarlılar STYRENE,ABS,PC tercih edilir.PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 120 PLASTİK TİTREŞİM KAYNAĞI * Proses nasıl çalışır? Bu yöntemde plastik iki parça açısal şekilde,lineer şekilde ve biaxial şekilde yatay hareket ettirilerek titreştirilir.Bu yöntem ultrasonik kaynak yöntemine benzer, fakat farkı ; çok daha düşük frekanslarda,çok daha yüksek amplitüd(şiddeti)lerde ve çok daha büyük sıkıştırma kuvvetlerinde çalışır. * Titreşim kaynağının 4 aşaması vardır. 1. Katı sürtünme : Bu aşamada yüzeylerden birisi diğerine karşı yatay olarak katı şekilde sürtünür.Birleşme için gerekli ısı doğar. 2. Değişim : Kaynak yerindeki parçalar erimeye başlar.Yüksek kayma sürtünmesinden doğan yüksek ısı sebebiyle,erimiş katmanlar kalınlaşır. Viskozite artar,kayma sürtünmesi azalır,ısınmada kayıp olur.eriyen parçalar üzerindeki basınç artar ve kaynak için akma yükselir. 3.Optimum kaynak mukavemeti: Birleşme optimum mukavemete erişince kaynak işlemi durur. PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 121 Bu işlemin durması demek ; eriyen parçaların hızı ile dışa doğru yayılan parçaların hızları eşit olmuş demektir. 4. Soğutma ; Kaynak yerinde basınç varken, malzeme tekrar katılaşır.Moleküler bağlanma yaparak kaynak olur. KAYNAK PARAMETRELERİ Frekans : 100 – 400 Hz Amplitüd (şiddeti) : 0,5 - 2,5 mm Cyle time (Titreşme zamanı) : 10 saniye Kaynak basıncı : 0,5 - 5 MPa ( 70 – 700 Psi ) KAYNAK EDİLEN PLASTİKLER STANYL , AKULON , ARNİTE , XANTARPLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 122 HANGİ TERMOPLASTİĞİ HANGİ KAYNAK YÖNTEMİ İLE KAYNAK ETMELİYİM? Termoplastikler en iyi “yanma” ile ayırt edilirler. Nasıl yanar? Hangi yöntem? Acrylic – PMMA * Sarı yanar, alevin dibi açık-mavi, aromatik koku vardır, kendi kendine sönmez. --- Ultrasonik, sıcak hava kaynak yöntemi ile kaynaklanır. Acrylonitril Butadien Styrene --- ABS * İsli yanar,alev rengi portakal rengidir,lastik gibi kokar,kendi kendine sönmez. --- Sıcak eleman,sıcak hava,ultrasonik kaynak yöntemi ile kaynaklanır. Polyacetal --- POM * Açık mavi bir alevle yanar, --- Sıcak eleman,sıcak hava+azot gazlı,ultrasonik kaynak yöntemi ile kaynaklanır. Polyamide– PA * Sarı yanar, alevin dibi mavi ve alev islidir, erir ve köpük yapar formik asit gibi koku vardır, kendi kendine sönmez. --- Sıcak eleman ve sürtünme kaynak yöntemi ile kaynaklanır.PLASTİK MALZEMELER Prof.Dr.İrfan AY 123 Polycarbonate --- PC * İsli alevle yanar,sarı alev ve kızarmış kül vardır,tatlı kokar,kısmen kendi kendine söner. --- Tüm kaynak metodları ile kaynaklanır. Polyetilen --- PE * Açık bir alevle yanar,altı mavi,üstü sarıdır,damlama yapar ve donyağı gibi kokar.Kendi kendine sönmez. --- Sıcak eleman,sıcak hava,sürtünme kaynak yöntemi ile kaynaklanır. * Sıcak eleman kaynağı sıcaklığı PE : 80 0 : 200 0 -220 0 Sıcak eleman kaynağı sıcaklığı PE : 100 0 - 200 0 (Hızlı değişim-aşırı zaman) Polypropylene --- PP * Açık alevle yanar,altı mavi üstü sarı renktedir,çok damla damlatır yağ veya mum gibi kokar, kendi kendine sönmez. --- Sıcak eleman,sıcak hava,sürtünme kaynak metotları ile kaynaklanır. Sıcak eleman sıcaklığı : 210 0 ± 10 0 Polystyrene --- PS * Portakal rengi isli bir alevle yanar,Kendi kendine sönmez. --- Sıcak eleman,sıcak hava,ultrasonik kaynak yöntemi ile kaynaklanır. Polysulfon --- PSU * Kendi kendine sönmez. --- Sıcak eleman,sıcak hava,sürtünme,ultrasonik kaynak metodları ile kaynaklanır. Polyvinylcloride --- PVC * Kenarlarında yeşili olan sarı renkli isli bir alevle yanar,Beyaz bir duman ve hidroklorik asit kokusu gibi kokar.Kendi kendine sönmez. --- Tüm kaynak yöntemi ile kaynaklanır. Polyvinylidenchlorid ---PVDF * Kendi kendine sönmez, 380 0 nin üzerinde ısıtılırsa,zehirleyici duman salar. --- Sıcak eleman,sıcak hava,sürtünme,ultrasonik kaynak metodları ile kaynaklanır. Sıcak eleman sıcaklığı : 210 0 ± 8 0