Dolgu Maddeleri

Kompozit üretiminde kullanılan dolgu maddeleri farklı tane çaplarında ve matris yapı içerisinde dağınık olarak bulunmaktadırlar. Taneli (agrega) kompozitlerde kullanılan tane çapı genel olarak 1µm’den daha büyüktür. Taneciklerle (dolgu malzemeleri) güçlendirilmiş kompozitlerde ise tanecik boyutu, 0,01-0,1 µm arasında değişmektedir. Taneli kompozit olarak en çok kullanılan malzemelerden biri olan betonda, tüm hacmin yaklaşık olarak %60-%80 kadarını taneler oluştururken dolgulu kompozitlerde ise, dolgu malzemelerinin hacim oranı, toplam hacmin %25’i ve üstünde değerler almaktadır [1], [34].

Taneli kompozitler, genel olarak sert yapıdaki tanelerin, sünek bir matris malzemesine bağlanmasıyla üretilmektedir. Bu türden kompozit malzemelere örnek olarak, çimento ile agrega karışımlarından oluşan betonlar, polimer bağlayıcı ve agrega karışımlarından oluşan polimer betonlar gibi malzemeler verilebilir [1].

Dolgulu kompozitlerde, matris malzemesi asıl yük taşıyıcı faz olmasına rağmen, kompozit içerisinde dağılı olarak bulunan dolgu malzemeleri genel olarak dislokasyonların hareketini engelleyerek matrisin dayanımını arttırır ve neticede daha güçlü bir kompozit elde edilmesine olanak sağlar. Taneli kompozitlerde ise, matris malzemesi genellikle yardımcı yük taşıyıcı olarak görev alırken matris yapı içerisinde dağınık olarak bulunan taneler matrisin şekil değiştirmesini engellerler [1].

Dolgu malzemeleri, özelliklerindeki gelişmeler sayesinde kompozit ürün uygulamalarında eskiye oranla daha yüksek miktarda kullanılmaktadır. Maddesel, bitkisel, sentetik kökenli, toz, yaprak, kristal halinde, tercihen reçineye göre hareketsiz ve nihai ürüne yeni özellikler getiren ürünlerdir [5].

Toz, bez (fabric), lif ve benzeri gibi dolgular, polimerlerin fiziksel ve mekanik özelliklerini iyileştirmek için kullanılırlar [33]. Dolgular, özgül ağırlığı ya azaltır ya da

14

arttırırken, hacmi, çekme dayanımını, sertliği, aşınma direncini ve rijitliği arttırarak, plastikleri geliştirmelerinin yanı sıra elektriksel ve termal özellikleri, görünüşü ve kimyasal direnci de iyileştirirler [32].

Dolgular, ürünün fiyatına ve istenilen özelliklerine bağlı olarak çeşitli oranlarda kullanılırlar [33]. Bu oranlar, mevcut ağırlığın %80’ine kadar çıkabilir [35]. Eğer dolgular çok yüksek miktarlarda kullanılırlarsa, kümelenerek zayıf noktalar ve boşluklar meydana getirirler. Böylece kendilerinden beklenen hedefi gerçekleştiremezler. Dolguların birincil amacı, polimer zincirinin hareketini kısıtlamaktır, böylece dayanımı arttırırlar fakat sünekliği (düktilite) azaltırlar. Ayrıca, ürünün maliyetini azaltmak, ürünün büzülmesini kontrol etmek veya malzemenin biçimlendirilebilmesini arttırmak için kullanılabilirler [33].

Lifli dolgular, ürünün dayanımını arttırmada özellikle etkilidir. Bu dolgular cam lifleri, organik tekstil lifleri veya asbest (kayalifi) gibi mineral lifler olabilir. Lifli dolgular, sonradan lif takviyeli plastikler olarak kalıplanan polimerik malzemeler ile karıştırılabilmesi için sıklıkla kısa boylarda kırpılırlar [36].

Dolgu malzemeleri, düşük nem alma özelliğine sahip olmalıdır. Nem ürünün sonlanmış yüzey rengini etkiler [35]. Dolguların boyama etkisi de önemlidir. Boya yerine de kullanılırlar fakat bazı hallerde iyi renk vermezler [5]. Çinko oksit ve titanyum oksit, asıl polimere renk vermek için pigment olarak kullanılırlar [37].

Genel olarak kullanılan dolgu maddeleri; odun unu (wood flour: çok ince toz haline gelmiş testere tozu), silika unu ve kum, kuvars, cam küreler (glass spheres), talk pudrası, doğal kalsiyum silikat (wollastonite, CaSiO3), kalsiyum karbonat (CaCO3), karbon siyahı,

kil ve alüminyum trihidrat, kırpıntı bez, kırpıntı kâğıt, mika tanecikleri, asbest ve hatta bazı sentetik polimerler vb. maddelerdir [32], [35], [9]. Parçacık boyutları 10nm (nanometre)’den makroskobik boyutlara kadar değişir. Dolgu içeren polimer malzemeler, ayrıca kompozit malzemeler olarak da sınıflandırılır [9]. Örneğin, cam küreler, kil veya kalsiyum karbonat, polyester reçinelerin rijitliğini arttırırken, fiyatı azaltmak için hazır kalıplama bileşenli levhalara veya dökme kalıplı bileşenlere eklenirler [32]. Tipik dolgu malzemeleri ve özellikleri Çizelge 2.1’de belirtilmektedir [35].

15

Çizelge 2.1. Tipik dolgu malzemeleri ve özellikleri.

Dolgu Malzemeleri Özellikleri

Cam dolgu İyi elektrik yalıtım özelliği Ahşap tozu,

Kalsiyum karbonat Düşük maliyet ve dayanım, büyük sudeler için uygundur

Asbest Yüksek ısı direnci (sağlığa zararlı olduğundan tavsiye edilmez)

Alüminyum tozu Yüksek mekanik dayanım Kırpıntı kâğıt,

Kırpıntı bez, Mika tanecikleri

Makul seviyede elektrik yalıtım özelliği ile birlikte iyi dayanım

2.2.5.1. Plastikleştiriciler (Yumuşatıcılar)

Polimerlerin; esneklik, süneklik ve tokluğu, plastikleştirici (yumuşatıcı) denilen katkılarla iyileştirilebilir. Yumuşatıcıların ilavesi, aynı zamanda sertlik ve rijitliği de düşürür. Yumuşatıcılar, genellikle sıvı haldedir ve düşük buharlaşma basıncı ve molekül ağırlığına sahiptirler. Küçük yumuşatıcı moleküller, büyük polimer zincirleri arasına yerleşerek ve zincirler arası mesafeyi uygun şekilde arttırarak moleküller arası ikincil bağ kuvvetlerini düşürürler. Yumuşatıcılar, polimerlerin camsı geçiş sıcaklığını düşürerek polimerlerin ortam şartlarında, sünek ve esneyebilir olması istenen uygulamalar için uygun hale gelmesini sağlar. Bu uygulamalardan bazıları; ince film, boru, yağmurluk ve perdelerdir [9].

2.2.5.2. Stabilizatörler (Dengeleyiciler)

Bazı polimer malzemelerin mekanik bütünlüğü, normal atmosfer şartlarında hızlı bir bozulmaya uğrar. Plastiklik özelliğinin zayıflaması; renk değişimi, mekanik özelliklerin yitirilmesi, çatlamalar ve yüzey çatlakları ile kendini gösterir [35]. Bu bozulmayı engelleyen katkılara, dengeleyici adı verilir [9]. Dengeleyiciler, plastiklerin özelliklerini yitirmelerini azaltan veya önleyen antioksit, antiozon (ozona karşı koruyucu) maddeleri içeren ve ultraviyole ışınları absorbe eden maddeler olarak, plastik içine ilave edilirler [35].

Polimerin ışığa özellikle de ultraviyole (UV) ışımasına maruz kalması, yaygın olarak bilinen bir bozulma şeklidir. UV ışınlar, molekül zincirindeki kovalent bağlarla

16

etkileşime girerek bunların kopmasına, bazılarının da çapraz bağlanmasına neden olabilir. UV kararlılığının sağlanması için iki yaklaşım vardır. Birincisi, yüzeyi ince bir tabaka halinde, UV-emici malzeme ile kaplamaktır. Bu çözüm, aslında güneş ışınlarını engelleyici olarak davranır ve UV ışınlarının önceden içeri girerek zarar vermelerini engeller. İkinci yaklaşımda ise, UV ile kırılan bağlarla reaksiyona girerek, polimerin daha fazla zarara uğramasına neden olacak reaksiyonları engelleyici malzemeler ilave etmektir [9].

Bir başka önemli bozulma türü ise oksidasyondur. Oksidasyon, oksijen (bu çift atomlu oksijen (O2) veya ozon (O3) olabilir) ile polimer molekülleri arasındaki kimyasal

etkileşimin bir sonucudur. Dengeleyiciler; oksijeni, polimere ulaşmadan tüketerek ve/veya oksidasyon reaksiyonunun oluşumunu engelleyerek malzemenin daha fazla zarar görmesini engeller [9].

2.2.5.3. Renklendiriciler

Renklendiriciler, boya ve pigment şeklinde ilave edilerek polimerin belirli bir renge sahip olmasını sağlarlar. Boya molekülleri, polimer içerisinde tam olarak çözünür [9]. Boyalar, mineral veya organik kökenli ürünlerdir. Reçinenin ve jelkotun boyanmasında kullanılırlar. Çeşitli boya tipleri ve madensel boyalar, genellikle metal oksitleridir. En tanınmışı olan titan oksit (TiO) beyaz renk verir. FeO, siyah renk verir. Bazı ürünlerin ağırlaştırıcı etkisi de vardır [5]. İnorganik pigmentler genellikle kömürleşme olmadan veya rengi solmadan yüksek sıcaklıklara dayanabilir. Pigmentler, polimerler içerisinde çözünen katkı maddeleri değildir, daha çok dağılmış halde bulunurlar ve malzemenin geçirgenlik özelliğini azaltırlar. Pigmentler ayrıca, kaliteyi değerlendirmeyi güçleştiren hava boşlukları gibi kusurları gizlerler. Neredeyse sınırsız sayıda bir renk yelpazesi, şeffaflık, yarı saydamlık ve opaklık mümkündür [32].

2.2.5.4. Alev Geciktiriciler

Pek çok polimer, doğal (saf) haliyle alevlenme özelliğine sahiptir. Yanıcı polimerlerin alevlenme direnci alev geciktirici katkı ile arttırılır. Bu geciktiriciler, gaz fazı boyunca, yanma olayıyla etkileşime girerek veya daha az ısı oluşturan bir reaksiyon meydana getirerek mevcut sıcaklığı düşürür ve yanmanın yavaşlamasını veya ara vermesini sağlayarak iş görürler [9].

17