Enjeksiyon Kalıplama
Enjeksiyon Kalıplama, polimer granüllerinin bir piston veya vida aracılığıyla sıkıştırılması, ısıtılarak eriyik hale getirilmesi ve ardından bir kalıp içine yüksek basınçla enjekte edilmesi sürecidir (Şekil 26.3(b)).
Kalıplanan polimer, cam geçiş sıcaklığının (Tg) altına kadar soğutulur, kalıp açılır ve ürün dışarı çıkarılır.
Kalıp içindeki büzülmeyi telafi etmek için fazladan polimer enjekte edilir.
Enjeksiyon sırasında moleküller akış yönüne paralel olarak hizalanır, bu da malzemenin güç kazanmasına yol açar, ancak özelliklerde anizotropi (yön bağımlılığı) oluşur.
Bu işlem, polimer basınç altında soğuduğu için yüksek hassasiyetli kalıplamalar sağlar; ancak yavaştır (çevrim süresi 1-5 dakika arasındadır) ve kalıplar oldukça pahalıdır.
Termoplastikler için kalıplama sıcaklıkları genellikle 150–350 °C arasında (yaklaşık 1,3–1,6 Tg) ve ayrıntılı ürün elde etmek için gereken basınçlar oldukça yüksektir (30–120 MN/m²).
Enjeksiyon Kalıplama Türleri
Gaz Destekli Enjeksiyon Kalıplama
Molten polimer içine (genellikle azot gazı) gaz enjekte edilir. Gaz, erimiş plastiği kalıp duvarlarına iter, böylece boşluklu yapılar oluşur veya malzeme tüketimi azaltılır.
İnce Duvarlı Enjeksiyon Kalıplama
Bu yöntem, 1 mm'den daha ince duvarlara sahip parçaların üretilmesine odaklanır. Yüksek basınca ve hızlı çevrim sürelerine dayanıklı özel kalıp ve makineler gerektirir.
Sıvı Silikon Kauçuk (LSR) Enjeksiyon Kalıplama
Özellikle sıvı silikon kauçuk (LSR) için kullanılır. LSR, ısıtılmış kalıba enjekte edilir ve burada ısıl işlemle sertleşerek esnek ve dayanıklı bir parça haline gelir.
Yapısal Köpük Kalıplama
Polimere köpürtücü ajan veya gaz eklenerek çekirdek kısmı hücresel, dış kısmı katı olan parçalar üretilir. Böylece ağırlık ve yoğunluk azalırken dayanım korunur.
Metal Enjeksiyon Kalıplama (MIM)
Metal tozları ve bir polimer bağlayıcı karıştırılarak bir ham madde hazırlanır. Bu karışım kalıba enjekte edilir, bağlayıcı uzaklaştırılır ve daha sonra parça sinterlenerek yoğun bir metal bileşen elde edilir.
Enjeksiyon Kalıplamanın Avantajları
• Yüksek hacimli üretimlerde oldukça maliyet-etkindir.
• Çok çeşitli genel ve özel malzeme seçenekleri sunar.
• Ürün geliştirmede büyük tasarım özgürlüğü sağlar.
• Pirinç tanesi kadar küçük veya araç gösterge paneli kadar büyük parçalar üretilebilir.
• Kompleks parçalar üretilebilir, geleneksel imalat yöntemleriyle zor olan tasarımlar mümkün olur.
• Düşük/hiç atık üretir ve atıklar %100 geri dönüştürülüp yeniden kullanılabilir.
Enjeksiyon Kalıplamanın Dezavantajları
• Yüksek ilk kalıp ve ekipman maliyetleri.
• Kalıp tasarımı ve üretimi uzun süre alır.
• Malzeme sınırlamaları ve üretim hatası riski.
• Çevre ve sürdürülebilirlik endişeleri.
• Tasarım kısıtlamaları, ileri mühendislik uzmanlığı gerektirir.
• Yüksek hacimli üretimlere daha uygundur.
Enjeksiyon Kalıplama Uygulamaları
Plastik enjeksiyon kalıplama, yüksek hacimli plastik parça üretimi için endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır.
Kullanım alanları neredeyse sınırsızdır, ancak özellikle bazı temel uygulamalarda öne çıkar:
• Otomotiv bileşenleri
• Gıda ve İçecek ambalajları
• Stok malzemeler (makara, çubuk, boru vb.)
• Oyuncaklar ve figürler
• Mobilya bileşenleri
• Bağlantı elemanları ve montaj parçaları
• Mekanik bileşenler (dişliler, valfler, pompalar, bağlantılar vb.)
• Elektronik donanım ve muhafazalar
• Tıbbi cihaz bileşenleri
• Genel plastik parçalar
Polietilen Tereftalat
Polietilen Tereftalat (PET), özellikle şişe üretiminde, ambalaj endüstrisinde yaygın olarak kullanılan çok yönlü bir termoplastik polimerdir. PET şişe tipi reçine, içecek, gıda ve ilaç ambalajlarının gereksinimlerini karşılamak için özel olarak formüle edilmiş bir PET türüdür. PET şişe tipi malzemenin en önemli avantajlarından biri, FDA (Gıda ve İlaç Dairesi) ve EFSA (Avrupa Gıda Güvenliği Otoritesi) gibi küresel düzenleyici standartlara uygunluk sağlayarak gıda güvenliğine sahip olmasıdır. Sürdürülebilirliğe yönelik artan endişeler doğrultusunda, PET şişe tipi malzemeler, yapısal bütünlük ve güvenliği koruyarak daha yüksek oranda geri dönüştürülmüş içerik barındıracak şekilde geliştirilmektedir.
1. Yapı
PET (Polietilen Tereftalat), polyester ailesine ait yarı kristalin bir termoplastik polimerdir. PET şişe tipi malzemenin yapısı, tereftalik asit (TPA) ve etilen glikolün (EG) polikondensasyonu ile oluşan uzun zincirli polimer moleküllerine dayanır.
PET'teki tekrar eden birim şudur:
{-O-CH₂-CH₂-O-CO-C₆H₄-CO-}
Bu yapı şu bileşenlerden oluşur:
-
Ester grupları (-COO-) → Esneklik ve dayanıklılık sağlar.
-
Benzen halkaları (C₆H₄) → Sertlik ve mukavemet kazandırır.
-
Eter bağları (-O-) → İşlenebilirlik ve termal stabiliteye katkıda bulunur.
2. Özellikler
PET (Polietilen Tereftalat) şişe tipi reçinesi, fiziksel, mekanik, termal, kimyasal ve bariyer özelliklerinin benzersiz kombinasyonu sayesinde, içecek ve gıda ambalajları için tercih edilen malzemedir. Yüksek şeffaflık, hafiflik ve pürüzsüz yüzey sağlayarak şişelere çekici ve parlak bir görünüm kazandırır.
Mekanik olarak:
-
Güçlü, sağlam ve darbe ile stres çatlaklarına karşı dirençlidir.
-
Şekillendirme sırasında esneklik sunarken, yapısal bütünlüğü koruyacak yüksek sertlik sağlar.
Termal olarak:
-
Yaklaşık 75–80°C cam geçiş sıcaklığına (Tg) ve yaklaşık 250–265°C erime sıcaklığına sahiptir.
Kimyasal olarak:
-
Asitlere, yağlara ve çözücülere karşı mükemmel direnç gösterir ve nemli ortamlarda hidrolojik stabilitesini korur.
Diğer Özellikler:
-
Toksik değildir ve gıda güvenliğine uygundur (FDA ve EFSA onaylıdır).
-
Üstün bariyer özellikleri, oksijen ve karbondioksit geçirgenliğini sınırlar ve nem emilimini önler.
-
%100 geri dönüştürülebilir olup, sürdürülebilirlik ve çevresel etkilerin azaltılmasına katkı sağlar.
Bu özellikler PET'i su şişeleri, gazlı içecek şişeleri, meyve suyu ambalajları ve gıda güvenliği, dayanıklılık ve estetik gerektiren diğer tüketici ürünleri için ideal hale getirir.
3. Şişe Tipi PET'in Kullanım Alanları
Şişe tipi PET, çok yönlülüğü ve güvenliği sayesinde birçok sektörde kullanılır:
1. Gıda ve İçecek Endüstrisi
-
Gazlı ve gazsız içecekler için su ve içecek şişeleri
-
Süt, yoğurt içecekleri ve taze meyve suları için kaplar
-
Yemeklik yağlar, soslar ve sirke için ambalajlar
2. İlaç ve Sağlık Sektörü
-
Şurup ve vitamin takviyeleri için ilaç şişeleri
-
Şampuan, losyon ve kozmetik kapları
3. Endüstriyel ve Kimyasal Uygulamalar
-
Deterjanlar, temizlik maddeleri ve çözücüler için evsel ve endüstriyel kimyasal kapları
-
Laboratuvar kimyasalları ve reaktifleri için steril ambalajlar
4. Sürdürülebilir Ambalaj ve Geri Dönüştürülmüş PET Ürünler
-
Tekstil, otomotiv parçaları ve yeniden kullanılabilir ambalajlar için geri dönüştürülmüş PET şişeler
-
Biyolojik olarak parçalanabilir ve sürdürülebilir şişe çözümleri
4. Şişe Tipi PET'in Avantajları
-
Maliyet Etkin: Cam ve metale kıyasla daha düşük üretim maliyetleri
-
Kırılmaya Dayanıklı ve Dayanıklı: Taşıma ve kullanım sırasında kırılma riskini azaltır
-
Hafif: Nakliye ağırlığını ve karbon ayak izini azaltır
-
Çok Yönlü ve Şekillendirilebilir: Farklı şişe tasarımlarına kolayca uyum sağlar
-
Gıda Teması İçin Güvenli: FDA ve EFSA onaylı
-
Çevre Dostu: Geri dönüşümü destekler ve sürdürülebilirlik girişimlerini teşvik eder
5. Şişe Tipi PET'in Dezavantajları
-
Çevresel Sorunlar: Uygun şekilde atılmadığında plastik kirliliğine katkıda bulunur
-
Isı Hassasiyeti: Yüksek sıcaklıklarda deformasyona uğrayabilir
-
Gaz Geçirgenliği: Cam kadar etkili bir oksijen bariyeri oluşturmaz
-
Kimyasal Sızma (Düşük Risk): Aşırı koşullarda eser miktarda antimuan oksit salabilir
-
Geri Dönüşüm Zorlukları: Kaliteyi koruyabilmek için ileri seviye ayırma ve işleme teknikleri gerekir
Tetrafloroetilen/Perfloropropilen (FEP)
Tetrafloroetilen/Perfloropropilen (FEP), tetrafloroetilen (TFE) ve hekzafloropropilen (HFP) monomerlerinden oluşan, ergitilerek işlenebilen bir floropolimerdir. Floropolimer ailesine ait olan FEP, politetrafloroetilen (PTFE) ile benzer özellikler taşır, ancak HFP’nin eklenmesi sayesinde işlenebilirliği daha yüksektir.
Yapı
Tetrafloroetilen/Perfloropropilen (FEP) kopolimeri, tetrafloroetilen (TFE) ve hekzafloropropilen (HFP) monomer birimlerinden oluşan düzensiz bir omurgaya sahiptir. TFE birimleri, floropolimerlere özgü yüksek ısı ve kimyasal direnci sağlarken, HFP birimleri kristalliği bozarak esnekliği ve ergitilerek işlenebilirliği artırır. Polimer zinciri, TFE’den gelen tekrarlayan –CF₂–CF₂– segmentleri ve HFP’den gelen –CF₂–CF(CF₃)– segmentlerinden oluşur. HFP’nin içerdiği hacimli triflorometil (-CF₃) grupları, moleküller arası etkileşimleri azaltarak erime noktasını PTFE’ye kıyasla düşürür. Bu moleküler yapı sayesinde FEP, mükemmel yapışmazlık, kimyasal direnç ve şeffaflık özellikleri sunarken, geleneksel eritme işlemleriyle daha kolay şekillendirilebilir.
Özellikler
Tetrafloroetilen/Perfloropropilen (FEP) kopolimerleri, ısıl kararlılık, kimyasal direnç, elektrik yalıtımı ve mekanik esneklik gibi benzersiz özellikleri bir araya getirir. FEP, 200°C’ye (392°F) kadar sürekli yüksek sıcaklıklara dayanabilir ve yapısal bütünlüğünü korur. Asitler, bazlar ve organik çözücüler dahil olmak üzere geniş bir kimyasal yelpazeye karşı son derece dirençlidir, bu da onu zorlu endüstriyel ortamlarda ideal hale getirir. PTFE gibi düşük sürtünmeli, yapışmaz bir yüzeye sahiptir ve kirlenmeyi önler. PTFE’den farklı olarak, eritilerek işlenebilir bir yapıya sahiptir, bu sayede ekstrüzyon, enjeksiyon kalıplama ve şişirme kalıplama gibi yöntemlerle üretilebilir. Aynı zamanda düşük dielektrik sabiti ve yüksek delinme voltajı ile mükemmel elektrik yalıtım özelliklerine sahiptir ve tel-kablo kaplamalarında yaygın olarak kullanılır. Şeffaf ve UV ışınlarına dayanıklı olması sayesinde optik ve dış mekân uygulamalarında da kullanılabilir.
Tetrafloroetilen/Perfloropropilen (FEP) Kopolimerlerinin Kullanım Alanları
✔ Tel ve Kablo Yalıtımı – Havacılık, otomotiv ve telekomünikasyon sektörlerinde yüksek ısı ve kimyasal direnci nedeniyle tercih edilir.
✔ Kimyasal İşleme Ekipmanları – Boru, vana ve tank kaplamaları olarak kimyasallara dayanıklı astarlarda kullanılır.
✔ Tıbbi Tüpler ve Kateterler – Biyouyumlu olması ve sterilizasyon işlemlerine dayanıklılığı sayesinde tıbbi cihazlarda kullanılır.
✔ Gıda ve İçecek Sektörü – Yapışmaz kaplamalar olarak mutfak ekipmanları ve gıda işleme makinelerinde kullanılır.
✔ Yarı İletken Endüstrisi – Çip üretim ekipmanlarında yüksek saflık ve kimyasal direnç nedeniyle kullanılır.
✔ Isı Daralan Tüpler – Ekstrem ortamlarda elektrik yalıtımı ve koruma sağlar.
✔ Optik Fiber Kaplamaları – Sinyal iletimini etkilemeden fiberleri korur.
✔ Laboratuvar Ekipmanları – Kimyasallara dayanıklı beher, şişe ve laboratuvar araçlarında kullanılır.
FEP Kopolimerlerinin Avantajları
✔ Mükemmel Kimyasal Direnç – Çoğu asit, baz ve çözücüye karşı inerttir.
✔ Yüksek Isı Dayanımı – Yaklaşık 200°C’ye (392°F) kadar sıcaklıklara dayanabilir.
✔ Yapışmaz Yüzey – PTFE (Teflon) gibi maddelerin yüzeye yapışmasını engeller.
✔ Düşük Sürtünme Katsayısı – Hareketli parçalarda aşınmayı azaltarak verimliliği artırır.
✔ Mükemmel Elektrik Yalıtımı – Yüksek dielektrik dayanımı sayesinde elektrik uygulamalarında idealdir.
✔ Şeffaf ve UV Dirençli – Optik ve dış mekân kullanımı için uygundur.
✔ Biyouyumlu – Gıda ve tıbbi uygulamalarda güvenle kullanılabilir.
FEP Kopolimerlerinin Dezavantajları
✖ Düşük Mekanik Dayanım – PTFE’ye kıyasla daha düşük çekme mukavemeti ve aşınma direnci gösterir.
✖ Yüksek Maliyet – PVC veya polietilen gibi yaygın plastiklere kıyasla daha pahalıdır.
✖ Sınırlı Sıcaklık Dayanımı – PTFE’ye göre biraz daha düşük ısıl stabiliteye sahiptir.
✖ Zor İşlenebilirlik – Kalıplama ve ekstrüzyon işlemleri için özel ekipman gerektirir.
✖ Flor İçeren Gazların Açığa Çıkması – Aşırı ısıtıldığında toksik gazlar yayabilir.