Optimization of polymer resin systems for tubular composites

Polimer matrisli kompozit malzemeler kullanım amaçları göz önünde bulundurularak ihtiyaç doğrultusunda gerekli hammaddeler seçilip, tasarlanır ve üretilirler. Bu sayede en uygun maliyetle en uygun ürün elde edilmiş olur. Bu durum kompozit malzemelerin kullanım alanlarının günden güne artmasını sağlamaktadır. Otomotiv sanayi şüphesiz kompozit malzemelerin en yaygın olarak kullanıldığı sektördür. Bunun yanında biyomedikal sektörü, üstyapı ve altyapı sektörleri, denizcilik, havacılık ve uzay sektörleri, kompozit malzemelerinin gerek mukavemet ve hafiflik avantajlarıyla gerekse de uyumluluk, alev ilerletmezlik ya da kimyasallara dayanıklılık gibi farklı performans özellikleri sebebiyle tercih edilir. Proje bazlı yapılan üretimlerde ihtiyaç doğrultusunda hammadde tedarik edilir. Kullanımı planlanan hammaddelerin prosese göre belirlenen fire değerleri dahil edilerek hammadde siparişi verilir. Bu çalışmanın ilk bölümünde bitmiş bir projeden kalan polyester reçine hammaddesinin değerlendirilmesi üzerine çalışıldı ve mekanik değerlerden ödün vermeden maliyeti düşürerek yeni ürün içerisinde malzemenin değerlendirilmesi sağlandı. Buna göre %10'luk polyester reçine eklenmesi ürün maliyetini %6,66 oranında düşürürken, depolama modülünde ise polyester reçine ihtiva etmeyen referans malzemeye göre daha yüksek performans gösterdiği gözlemlendi. Deneme çalışmalarında ilk olarak geniş aralıklarda çalışılıp ardından yapılan gözlem sonucu aralıklar daraltılıp spesifikleştirildi. Dinamik mekanik analiz ile reçine karışımlarının performansları ölçülürken %10'luk polyester reçine içeren karışım ile helisel sarım metodu kullanılarak boru üretimi gerçekleştirildi. Hem üretimde kullanılabilirliği hem de ürünlere yapılan boylamsal ve çembersel çekme testleri ile mekanik değerlerinde düşüş olmadığı gözlemlendi. Maliyet çalışması ürünün birim fiyatları göz önünde bulundurularak hesaplandı. Daha gerçekçi sonuçlar için elde kalan malzemenin 3 aylık raf ömrü boyunca kullanılmadığı takdirde depolanması, ardından bertarafı için işlem görmesi ve nakliyesi gibi kalemler de eklenmelidir. Ancak bu değerler firmaların bulunduğu lokasyona göre değişiklik göstereceğinden hesaplamaya dahil edilmedi. Tezin ikinci bölümünde ise termoplastik bir ürün olan polistiren köpüğün termoset reçine içerisine iki farkı yöntemle karıştırılarak mekanik geri dönüşümü sayesinde kullanıma kazandırılması planlandı. Plastiklerin geri dönüşümü %100 gerçekleşmez. En verimli geri dönüşüm metodu fiziksel geri dönüşüm yani atık malzemeyi kullanılabilecek boyutlara getirdikten sonra bir başka ürünün üretiminde hammadde olarak kullanımı olarak tarif edilir. Burada hem atık malzeme değerlendirilir hem de diğer bir ürün üretilirken hammadde maliyetleri düşürülebilir. Atık olan strafor köpüğün tedariği, deplanması, parçalanıp üretim içerisine katılması basamaklarında oluşacak maliyet hesaplamalara dahil edilmedi. Yapılan çalışmada bu karışım için iki farklı metot denendi. İlk olarak küçük parçalar haline getirilen PS köpük reçine içerisine eklendi. İkinci olarak ise reçinenin ihtiva ettiği seyreltici olarak kullanılan stiren monomer içerisinde PS köpük çözülerek reçine içerisine eklendi. Her iki yaklaşım sonrasında üretilen malzemelerin test sonuçlarında mekanik değerlerin düşmesinin yanısıra malzemenin camsı geçiş sıcaklığı da polistiren miktarı arttıkça azaldığı gözlemlendi. Bu sonuç bize polistiren köpüğün yapısının bozulduğunu ve vinilester reçinenin çapraz bağ yoğunluğunu düşürdüğünü göstermektedir. Polistiren köpüğün direkt vinil ester reçine içerisinde çözünmesi, stiren monomer içerisinde çözünmesinden daha olumlu sonuçlar ortya koymuştur. Yine de elde edilen karışımlarda oluşan yüksek viskoziteli yapı üretimi yapılacak ürünün proses seçiminde dikkat edilmesi gereken bir unsur olarak göze çarpmaktadır. İkinci metotda vinilester reçinenin çözücüsü olan stiren viskoziteyi düzenlemekte faydalı olsa da mekanik performans konusunda daha düşük değerler sunmaktadır. %5'lik ve %10'luk polistiren köpük eklenmesi arasında mekanik performans olarak farklılık olsa da ihtiyaca göre %10'luk karışım maliyet kazancı ve geri dönüşüm açısından tercih edilebilir. Kompozit malzemelerin en önemli tercih sebebi olarak ihtiyaca göre ürün üretimini düşünebiliriz. Geleneksel malzemelere göre üretilmiş bir ürünün aynı spektlerde kompozit olarak üretilmesi, ürünün uzun soluklu kullanımı, uzun önem göz önüne alındığında daha düşük maliyetle elde edilmesi, kullanım süresi boyunca daha az bakım gerektirmesi gibi başlıca özellikler belirtebiliriz. Reçine karışımı çalışması vinilester reçine yerine polyester reçine ile çalışılsaydı daha farklı sonuçlar elde edilebilirdi. Polyester reçinesi çarpraz bağ oluşumunda sitiren köprü görevi görmektedir. Vinil esterde ise uç uca bağlanarak kürleşme gerçekleşir. Bu sebeple polyester reçine içerisinde çalışılması daha mantıklı gözükmektedir.