Motorlu taşıtların turbo hatlarında kullanılan çok katmanlı hortumlar için bir ara katman geliştirilmesi

MOTORLU TAŞITLARIN TURBO HATLARINDA KULLANILAN ÇOK KATMANLI HORTUMLAR İÇİN BİR ARA KATMAN GELİŞTİRİLMESİ ÖZET Motorlu araçların turbo hatlarında kullanılan kauçuk hortumların, içlerinden geçecek yüksek sıcaklıktaki ve genellikle motor yağı gibi agresif kimyasallar içeren havaya dayanıklı olması gerekmektedir. Bu sebeple, turbo hatlarında kullanılan çok katmanlı kauçuk hortum yüksek sıcaklık ve yağ dayanımına sahip etilen akrilik kauçuk (AEM), veya yaygın bilinen ticari ismiyle Vamac® elastomeri içerir. AEM elastomeri; etilen, metil akrilat ve karboksilli asit grubuna sahip monomerden meydana gelen bir polimerdir. AEM elastomerinin üretimi esnasında; monomer seçimi ve oranı, molekül ağırlığı dağılımı kontrol edilerek farklı türleri elde edilebilmektedir. Bu türler temel olarak peroksit vulkanizasyon sistemi ile çapraz bağlanma meydana getirenler ve diamin vulkanizasyon sistemi ile çapraz bağlanma meydana getirenler olmak üzere iki gruba ayrılmaktadırlar. Diamin vulkanizasyon sistemi ile vulkanize olabilen terpolimer yapıdaki AEM elastomerlerinin oluşturmuş olduğu çapraz bağların bağlanma enerjisi peroksit ile vulkanize olan dipolimer yapıdaki AEM elastomerlerine göre çok daha yüksektir. Bu nedenle terpolimer yapıdaki AEM elastomerini içeren karışımlar ile daha yüksek sıcaklık dayanımı elde edilmekte ve turboşarj sistemlerinde dipolimer yapıdaki AEM elastomerlerine göre tercih edilmektedir. Turbo hatlarında kullanılan kauçuk hortumlarda, gerek iç, gerek dış katmanlarda, amin vulkanizasyon sistemi ile kürlenenen terpolimer yapıdaki AEM elastomerinden oluşan kauçuk karışımları kullanılmaktadır. Turbo hatlarında kullanılan çok katmanlı hortumun görevini yerine getirebilmesi için hortumu oluşturan katmanların bir bütün olarak hareket etmesi gereklidir. Başka bir deyişle tüm hortum katmanlarının birbirine yapışma değerini veren kat ayrışma değerlerinin yüksek olması zorunludur. Turbo hatlarında kullanılan çok katmanlı hortumlarda, havayla temas edecek iç katmanın hem yüksek sıcaklık hemde yağa karşı dayanıklı olması gerekmektedir. Ancak, hortumun dış katmanının iç katmana göre daha düşük sıcaklık dayanım isteği bulunmakta, herhangi bir yağ teması olmayacağından, yağ dayanım isteği bulunmamaktadır. Bu nedenle, hortum dış katmanında pahalı terpolimer AEM elastomeri içeren bir kauçuk karışımı yerine ucuz etilen propilen dien (EPDM) elastomeri içeren peroksitli kauçuk karışımlarının kullanılması çok daha ekonomik bir hortum üretimine olanak sağlamaktadır. Ancak, bu durumda polar yapıdaki AEM iç katman ile apolar yapıdaki EPDM dış katmanın yapışması en önemli sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışmada, çok katmanlı hortum sistemlerinde ki bu sorunu çözmek için hortum iç ve dış katmanını bağlayıcı ara katman olarak kullanılmak üzere yeni kauçuk karışım sistemleri geliştirilmiş ve optimize edilmiştir. Tasarımı yapılan çok katmanlı hortumun iç katmanında amin ile kürlenebilen etilen akrilik kauçuk (AEM) tabanlı bir karışım, dış katmanında ise peroksit ile kürlenebilen etilen propilen dien (EPDM) terpolimeri ile hazırlanan bir karışım kullanılmıştır. Ara katman olarak farklı kauçuk oranlarına sahip dipolimer AEM ve EPDM ile terpolimer AEM ve EPDM içeren karışımlar hazırlanmış ve özellikleri incelenmiştir. Hazırlanan karışımların mekanik özellikleri ile sıcaklığa ve yağa karşı olan dayanıklıkları belirlenmiştir. Farklı polarite ve viskozitelerdeki elastomerlerin kullanıldığı kauçuk karışımlarında kauçuk karışımını oluşturan bileşenlerin malzeme arayüz gerilimlerini aşarak karışım homojenizasyonunu sağlanması son ürün kauçuk karışımının istenen mekanik, kimyasal, dinamik özellikleri vermesi için şarttır. Bu nedenle tez çalışması kapsamındaki ara katman kauçuk karışımının istenen özellikleri sağlayabilmesi için karışımın içerisine homojenizatör ve uyumlaştırıcı ilavesinin de etkileri incelenmiştir. Hazırlanan karışımların içerisine karışımın homojenliğini arttırmaya yarayan Struktol 60NS homojenizatörü farklı oranlarında ilave edilmiştir. Karışıma, 5 phr oranında eklenen homogenizatörün kürlenme parametrelerinden olan ts2 ve tc90 değerlerinde düşüşe neden olduğu, oranın 5 phr seviyesinden 10 phr seviyesine çıkarılmasyla bu değerlere ters yönde bir etki yaptığı gözlenmiştir. Karışımların ölçülen camsı geçiş sıcaklıklarında da kürlenme parametreleri ile paralel sonuçlar elde edilmiştir. Karışımlara 5 phr homojenizatör ilavesi ile AEM/EPDM karışımların camsı geçiş sıcaklıkları birbirine yaklaşarak uyumluluklarının arttığı görülmüştür. Homojenizatör miktarının 5 phr seviyesinden 10 phr seviyesine çıkarılmasıyla bu etki ortadan kalkmıştır. Hazırlanan karışımlara ayrıca iki elastomer arasındaki uyumu arttırıcı bir malzeme olan EPDM entegre edilmiş maleik anhidrit (MA-g-EPDM) uyumlaştırıcısı ilave edilmiştir. Uyumlaştırıcı eklenmesi ile dipolimer AEM yerine terpolimer AEM içeren karışımlarda viskozitenin arttığı saptanmıştır. Ayrıca, karışımın morfolojisi iyileşmiş hem alt tabakaya hem de üst tabakaya olan yapışma değerlerinde artış meydana gelmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, AEM/EPDM oranı 60/40 olan hem terpolimer hem de dipolimer AEM içeren kauçuk karışımlarının istenilen parametreleri sağladığı ve çok katmanlı hortum sistemlerinde kullanılabileceği belirlenmiştir. Ma-g-EPDM uyumlaştırıcısının iki elastomer (AEM ve EPDM) arasındaki uyumu arttırmaya yönelik etkisi karışımlara dinamik testler uygulanarakta incelenmiştir. Bu amaçla dinamik mekanik analiz (DMA) ve DeMattia testleri uygulanmıştır. Gerçekleştirilen DMA analizlerinde karışımlara Ma-g-EPDM ilavesi ile karışımların tan δ değerinin düştüğü gözlenmiştir. DeMattia analiz sonuçlarına göre, özellikle terpolimer AEM içeren karışımlara Ma-g-EPDM eklendiğinde yırtılma ilerlemesinde azalma meydana gelmiştir. Bu sonuç, geliştirilen karışımların, dinamik açıdan, çok katmanlı hortum uygulamasında ara katman olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Çalışmanın son aşamasında, bu sonuçlara dayanarak, AEM/EPDM oranı 60/40 olan farklı karışımlar (DE6040N, DE6040M10, AE6040M10) hazırlanmış ve hortum üretim sisteminde ekstruder ve örgü makinası kullanılarak çok katmanlı hortum yapısında ara bağlayıcı katman olarak kullanılmıştır. Üretilen hortumların iç katmanı AEM elastomerinden üst katmanı ise EPDM elastomerinden oluşmaktadır. Bu hortumlara ek olarak, karşılaştırma yapmak için sadece AEM elastomerinin kullanıldıği bir hortum yapısı da tasarlanmış ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretimi yapılan hortumların gerçek çalışma şartlarında ki davranımlarını incelemek amacıyla gerçek şartlarında testler uygulanmştır. Ara katman olarak geliştirilen tüm karışımların hortum performans kriterlerini sağladığı görülmüştür. Bu çalışmanın sonucunda, motorlu araçların turbo hatlarında kullanılmak üzere amin ve peroksit bazlı vulkanizasyon sistemi ile beraber kürlenebilen, AEM/EPDM karışımından oluşan bağlayıcı bir ara katmana sahip, çok katmanlı bir hortum ilk kez üretilmiş ve patenti alınmıştır.