İleri Polimer Malzemeler

İleri polimerler, geleneksel polimer malzemelerin laboratuvar ortamında geliştirilmesiyle oluşturulan polimerlere göre üstün kimyasal ya da fiziksel özellikler sergileyen malzemelerdir. Son yıllarda, yeni teknolojilere özel mevcut malzemelerin yerine geçecek daha farklı özelliklere sahip birçok yeni polimer geliştirilmiştir. Bunlardan bazıları ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilen, sıvı kristal polimerler ve termoplastik elastomerlerdir.

 Ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilen, son derece yüksek molekül ağırlığına sahip, lineer bir polietilendir. Yoğunluğu en yüksek yoğunluklu polietilenden bile daha yüksek olup, 1 mol maddesi yaklaşık olarak 4 milyon gramdır. Elyaf halinde ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilen yüksek oranda yönlenmiştir ve ticari adı Spectra’dır. Bu malzemenin özelliklerinden bazıları şunlardır:

• Çizilme aşınması dahil olmak üzere, aşınmaya karşı sıra dışı dayanıklılık gösterir.
• Darbe direnci son derece yüksektir
• Sürtünme katsayısı çok düşüktür.
• Kendi kendine yağlanma yaparak yapışmaz yüzey özelliği gösterir.
• Çözücülere karşı kuvvetli kimyasal direnç gösterir.
• İleri derecede düşük sıcaklık özellikleri gösterir.
• Ses ve enerjiyi yutma özelliği gösterir.
• Elektriksel olarak kuvvetli yalıtım özellikleri gösterir.
  
  Ancak, diğer ileri polimerlere göre düşük erime sıcaklığına sahip olmasından dolayı, artan sıcaklıkla mekanik özellikleri çok büyük bir hızla düşer. Bu özellikler kombinasyonu nedeniyle, bu malzeme kurşun geçirmez yelek, askeri kompozit miğfer, olta, kayak takımlarının yüzeyi, golf topu çekirdeği, bovling koridoru, buz pateni alt yüzeyi, biyomedikal protezler, kan filtreleri, markalama kalemi ucu, kömür, çimento ve toprak gibi malzemelerin taşınmasında kullanılan ekipman, yatak kovanları, pompa pervanesi, valf salmastraları ve daha sayısız uygulamalarda kullanılmaktadır.

Termoplastik elastomerler, gerçekte termoplastik olan ama ortam şartlarında elastomer (kauçuk) gibi davranış gösteren polimer malzeme türüdür. En çok bilinen ve en yaygın olan termoplastik elastomerlerin bazı türleri, sert ve rijit termoplastik blok parçaları içeren blok kopolimer ile yumuşak ve esnek elastik malzeme blok parçalarından oluşur. Yaygın bir termoplastik elastomerde, sert polimerleşmiş parçalar zincir sonlarında yer alır; fakat merkezi bölgeler, yumuşak polimerleşmiş bütadien ve izopren birimlerinden oluşur. Bu termoplastik elatomerler genellikle ''Stirenik Blok Kopolimer'' olarak isimlendirilir. Ortam sıcaklığında yumuşak amorf merkezi kısım, malzemeye kauçuğumsu elastomerik davranış kazandırır ve sert bileşeninin erime sıcaklığının altında, sert zincir sonu parçaları komşu zincirleri birbirine bağlayarak rijit kristal alanlara sahip bölgeler oluşturur. Bu bölgeler, “fiziksel çapraz bağlar” olup yumuşak zincir bölümlerinin hareketini kısıtlayıcı bir çapa gibi davranır. Bu davranış, termoset elastomerlerdeki “kimyasal çapraz bağlar” gibidir. Termoplastik elastomerlerin çekme modülü değişik değerler alır, merkezdeki zincir başına düşen yumuşak bileşenlerin sayısı artıyorsa modül değeri azalır ve böylece rijitlik de azalır. Stirenik kopolimere ilave olarak termoplastik elastomerlerin başka türleri de vardır. Bunlar termoplastik olefinler, kopolyesterler, termoplastik poliüretanlar ve elastomerik poliamidlerdir. Termoplastik elastomerlerin termoset elastomerlere göre en önemli avantajı, sert fazın erime sıcaklığının üstündeki sıcaklıklarda ısıtıldıklarında erimeleridir (fiziksel çapraz bağ yok olur) ve böylece termoplastik kalıplama yöntemleriyle [şişirme, enjeksiyon kalıplama vs.] üretilebilirler. Termoset elastomerler erimedikleri için, şekillendirilmeleri daha zordur. Ayrıca, erime-katılaşma işlemi tersinir ve tekrarlanabilir olduğundan, termoplastik elastomer parça yeniden şekillendirilebilir. Başka bir deyişle, geri dönüştürülebilirdir. Termoset elastomerler ise büyük oranda geri dönüştürülemez. Şekillendirme sırasında ortaya çıkan hurdalar da geri dönüştürülebilir. Böylece termosete göre maliyeti daha düşük olur. Pek çok uygulamada termoplastik elastomerler geleneksel termoset elastomerlerin yerini almıştır. Termoplastik elastomerlerin tipik kullanım alanları; otomotive dış giydirme aksamı (tampon, şerit vs.), otomotiv kaporta altı parçalar (elektriksel yalıtım, bağlantılar ve salmastralar), ayakkabı tabanı ve topuğu, spor aletleri (futbol topu ve amerikan futbolu topu iç lastiği), tıbbi bariyer film ve koruyucu kaplamalar, sızdırmazlık-tıkama ve yapıştırıcılardaki bileşenlerdir.

• Sıvı kristal polimerler, farklı özellikleriyle kendine birçok farklı uygulama alanı bulan, kimyasal olarak kompleks bir grup ve yapısal olarak belirgin özellikleri olan malzemelerdir. Temel olarak, sıvı kristal polimerler uzamış çubuk şeklinde ve rijit moleküllerden oluşur. Moleküler düzenle ilgili olarak bu malzemeler sıvı, amorf, kristal veya yarı kristal malzeme gruplarından hiç birine girmez. Bu nedenle, maddenin yeni bir hali olarak isimlendirilir. Çünkü sıvı kristal polimerler ne kristaldir ne de sıvıdır. Erimiş (veya sıvı) halde, diğer polimerler rastgele yönlenirken sıvı kristal molekülleri yoğun şekilde aynı yönde yönlenebilir. Katı hale geldiğinde bu yönlenme muhafaza edilir ve ilave olarak moleküller, karakteristik bir moleküller arası boşluğa sahip, alan yapıları şeklini alırlar. Ayrıca, yönlenme ve yerleşim sıralamasına bağlı üç tür sıvı kristal vardır. Bunlar; smektik, nematik ve klosterik sıvı kristallerdir. Sıvı kristal polimerlerin temel kullanım alanları; dijital kol saatleri, düz panel bilgisayar monitörleri ve televizyonlar ile ilgili diğer dijital ekranlardaki sıvı kristal ekranlardır. Oda sıcaklığında kullanılan kolesterik tip sıvı kristal polimerler, akışkan, şeffaf ve anizotropiktir. Ekranlar arasında sıvı kristal malzemenin yer aldığı iki cam panelden oluşan bir sandviç yapıdır. Her bir cam panelin dış yüzeyi şeffaf ve iletken film ile kaplanır, ayrıca karakter oluşturucu harf/rakamlar bu filmin üzerine görüntünün olduğu tarafa dağlanır. İletken filmden uygulanan gerilim, karakter oluşturucu bölgedeki sıvı kristal polimer moleküllerinin yönlenmesini engeller; böylece sıvı kristal polimer kararır ve görülür bir karakter ortaya çıkar. Bazı nematik tür sıvı kristal polimerler oda sıcaklığında rijit katı haldedir ve sahip olduğu özellik kombinasyonu ve işlenme özellikleri nedeniyle pek çok ticari uygulamada yaygın olarak kullanılır. Bu malzemeler şu özelliklere sahiptir:
  
  
• Kuvvetli bir ısıl kararlılığa sahip olup, 230 santigrat dereceye kadar kullanılabilir.
• Yüksek darbe dayanıklılığı vardır ve soğutma durumunda oldukça düşük sıcaklıklara kadar bu özelliğini muhafaza eder.
• Yüksek rijitlik ve dayanıklılığa sahiptir. Çekme modülü 10 ile 24 GPa (gigaPascal-Basınç), çekme dayanıklılığı ise 125 ile 255 MPa (megaPascal-Basınç) arasında değişir.
• Birçok asit, çözücü, çamaşır suyu vs.’ye karşı kimyasal olarak kararlıdır.
  
  Bu malzemelerin ısıl ve kimyasal kararlılığı, çok yüksek moleküler etkileşimle açıklanmıştır. Bu malzemelerin üretim ve işlenmesine ilişkin aşağıdaki maddeler sıralanabilir.
  
  
• Termoplastikler için kullanılan bütün geleneksel yöntemler, bu malzemeler için de kullanılabilir.
• Parçadan parçaya çok kuvvetli bir tekrar edilebilirlik elde edilebilir.
• Düşük viskozite karmaşık veya ince kesitlerin kalıplanabilmesine imkan sağlar.
• Düşük erime ısısı, hızlı erimeyi ve soğumayı sağladığından, kalıplamada çevrim süresi kısadır.
• Bitmiş parçada anizotropik özellikler, moleküler yönlenme özelliği kalıplama sırasındaki eriyik akışını etkiler.
  
  Bu malzemeler, elektronik endüstrisinde ( ara bağlantı elemanlarında, röle ve kapasitör muhafazasında vs ), tıbbi cihaz endüstrisinde (sürekli sterilize edilecek parçalarda), fotokopi makinaları ve fiber optik parçalarda yoğun olarak kullanılırlar.