Aşınmada polimerik malzemelerin davranışı

Aşınma ve sürtünmeye maruz malzemelerin iyi tribolojik özellikler yanında, başka özelliklere de sahip olması beklenir: yorulma ve basma dayanımının iyi, ısıl genleşme katsayısının küçük, ısıl iletim katsayısının, şekil verilebilme yeteneğinin ve aşınma dayanımının iyi olması gibi.

Polimerik malzemeler, çok düşük sürtünme katsayılarına sahiptirler; bazı tribolojik şartlarda aşınmaya karşı çok yüksek direnç gösterirler, özgül ağırlıkları oldukça düşüktür (0,9-2,2 g/cm3). Oksidasyon ya da korozyona karşı dayanıklı malzemelerdir ve oldukça kolay şekillendirilebilirler. Küçük miktarlarda toz ya da diğer partikülleri yatak yüzeyine absorbe edebilirler, böylece abrasif aşınma önlenmiş ve sessiz çalışma sağlanmış olur. Elastik deformasyon kabiliyetinin yüksek oluşu titreşimlerin sönümlenmesini ve sessiz çalışmayı sağlar. Özellikle dinamik yüklemelerde sönümleme özelliği dolayısıyla, karşı elamanın da dinamik zorlanmasını ve aşınma hızını düşürür.

Polimerlerde sürtünme ve aşınmayı azaltma çalışmaları, sürtünme elemanlarının aşınma dayanımlarının arttırılması üzerinde yoğunlaşmaktadır.

Polimerlerde aşınmaya dayanıklı malzemelerin geliştirilmesi, sürtünme yüzeylerinin aşınmaya daha dayanıklı malzemelerle kaplanması, sürtünme elemanlarının malzeme açısından doğru seçilmesi, aşınma yüzey bölgesi ve malzemenin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi söylenebilir.

Bu amaçla yapılacak çalışmalar:

- Aşınmaya karşı polimerik elamanları güçlendirmek için, karışıma yağlama özelliği olan madde karıştırmaktır: Grafit tozları polimerlerle bileşime girerek hem

sürtünme hem de aşınımı azaltır. Grafit tozları yüksek sıcaklık aşınımı gerektiren uygulamalarda kullanılır. Grafit tozları kısmen sulu ortamlarda etkindirler. Grafit aynı zamanda bir dolgu maddesi gibi hareket ederek, kalıp içerisinde malzemenin katılaşması sırasında meydana gelebilecek çekintileri azaltır.

- Dolgu maddeleri aynı zamanda temel malzemenin fiziksel ve mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi yanında yeterli mekanik özelliklerin muhafaza edilmesi amaçlanır ve birbirinden bağımsız düşünülemez. Bu amaçla polimerlere aşınmaya karşı dirençli liflerle takviye edilmelidirler.

Cam, karbon ve aramid lifleri gibi lifler aşınmaya karşı dayanım ve benzer mekanik nitelikler geliştirir. Standart cam lifleri reçine çevresini iyi bir şekilde çevreler. Bununla birlikte cam zerrecikleri ve kaba kesilmiş cam lifleri, 20'den az (L/D) aspect oranıyla gerçek anlamda aşınmayı arttırır.

Diğer taraftan karbon lifleri temas eden yüzeylerin aşınımını azaltır. Takviyeli karbon lif kompozitleri için aşınma faktörü cam lifleriyle takviye edilmiş kompozitlerden daha azdır.

Aramid liflerinin aşınma dirençleri karbon liflerinden daha iyidir. Aramid lif takviyeli kompozitlerin temas yüzey aşınmaları karbon lif kompozitlerinin temas yüzey aşınmalarından daha küçüktür. Aramid-lif kompozitlerinin sürtünme katsayısı karbon lifleriyle yapılan kompozitler ve cam lifiyle yapılan kompozitlerin tam ortasındadır [69].

Polimerlerde baskın aşınma mekanizmaları; adhezif, abrasif ve yorulmadır. Birçok plastiğin sert yüzeye karşı sürtünmesi sırasında plastiğin yüzeye yapışması sonucu transfer film meydana gelmektedir. Transfer film oluşumu sürtünme ve aşınma açısından önemli faktördür. Transfer film yağlayıcı etkisi göstererek sürtünme katsayısını düşürür [70].

Polimerlerde sürtünme direnci, uygulanan normal kuvvetin yanında kayma hızına ve sıcaklığa bağlı olarak önemli ölçüde değişiklikler göstermektedir. Polimer-polimer

veya daha sık rastlanan şekliyle polimer-metal sürtünmesi, metal-metal sürtünmesinden oldukça farklı bir yapıdadır. Bu farklılık büyük ölçüde polimerlerin viskoelastik karakterinden ileri gelmektedir. Polimerik malzemelerin sürtünme davranışlarını belirleyen önemli bir faktörde elastisite modülü ile sertlik oranıdır (E/H). Bu oran pürüzlerin temas noktalarındaki şekil değişim karakterinin önemli bir göstergesidir. Metallerde bu oran ≥100 iken, polimerlerde 10 civarındadır [64].

BÖLÜM 3. DENEY TASARIMI

Deney tasarımı, 1920’ lerde istatistik biliminin babası sayılan İngiliz istatistikçi Sir Ronald Fisher tarafından, tarım alanında araştırmalar yaparken bulunmuş ve geliştirilmiştir. Fisher ayrıca, deney verilerinin analizi için bugün klasik sayılan “Varyans Analizi” (ANOVA) yöntemini de geliştirmiştir. Yöntem, kısa bir süre içinde, Amerika’da tarım sektöründe üretimin geliştirilmesi için yoğun olarak uygulanmış ve Amerika’nın bu alanda dünyada lider konumuna gelmesine büyük katkıda bulunmuştur. Tarım alanında, çeşitli gübre ve dozları ile iklim koşullarının ve sulama düzeylerinin çeşitli ürünlere olan etkilerini belirlemek üzere uygulanmıştır.

Deney tasarımı, daha sonra kimya ve ilaç sektörlerinde de uygulanmış olmasına rağmen, imalat sektöründeki uygulamaları 1970’lere kadar son derece kısıtlı kalmıştır. Amerika’da imalat sektörü 1980’lerin başında, deney tasarımını Japon kalitesinin nedenlerini araştırırken yeniden keşfetmiştir. Deney tasarımı, o tarihlerde Japonya’da profesör Genichi Taguchi önderliğinde yoğun ve etkili olarak uygulanmaktaydı. Taguchi deney tasarımına kurumsal yenilikler getirmemiştir. Ancak üretimdeki uygulamalarda yenilikler yapmış ve başarılı uygulamalarla yöntemin imalat sektöründe kabul görmesini sağlamıştır [71].

Deney tasarımı, değişik koşullarda bağımsız değişkenlerin bağımlı değişkeni nasıl etkilediğini araştırmak için gerekli tasarımları hazırlayan ve çözümlemelerini veren istatistik dalıdır.

Deney tasarımı; belirlenmiş bir tasarım matrisine göre; proses üzerinde etkili olması muhtemel proses değişkenlerinin sistematik olarak değiştirilerek, bir deneyim veya bir takım sıralı deneylerin gerçekleştirilmesi yöntemidir. Değişik koşullar altında elde edilen sonuçlar aşağıdakilere ulaşabilmek amacı ile değerlendirilir:

- Test edilen değişikliklerin içinde etkili olanların tamamlanması,

- Belli bir aralıkta değişkenlerin çeşitli seviyelerinin etkilerinin ölçümlenmesi, - Prosesin mevcut durumda isleyişinin daha iyi anlaşılması,

- Birtakım etkenlerin ve etkileşimlerin karşılaştırılması.

Bu yöntemin ürün veya proses geliştirme çevriminin başlarında uygulanması aşağıdakiler gibi bir çok fayda sağlar:

- İyileştirilmiş proses çıktıları,

- Nominal veya hedef değer etrafındaki değişkenliğin azaltılması, - Toplam geliştirme süresinin düşürülmesi,

- Toplam maliyetin azaltılması [72]