Plastik esaslı levhaların vakum ve ısıyla şekillendirme parametrelerinin ürünün kalınlık dağılımına etkisini araştırmak amacıyla deneysel bir araştırma yapılmıştır. Araştırmada ön şekillendirme sırasında malzeme cinsinin, malzeme kalınlığının, erkek kalıp çapının ve daldırma derinliğinin değiştirilmesinin ürünün kalınlık dağılımını nasıl etkilediği belirlendi. Araştırma sonucunda erkek kalıp ve dalma derinliğindeki değişikliklerin son ürün kalınlık dağılımını açıklayan bir kurala bağlanamayacağı gösterilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Vakum ve ısı ile şişel verme methodılı, Thermoplastic Levha, Polyvinyl Chloride (PVC), Polylactic Acid (PLA). INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF THERMOFORMING PARAMETERS OF PLASTIC BASED PANELS ON THE FINAL THERMOFORMED PRODUCT. An experimental investigation was conducted to study the influence of thermoforming parameters for plastic-based panels on the final thickness distribution of the thermoformed product. In this work, the effect of material type, material thickness, male mold (plug) diameter and different plug depths on the thickness distribution of the product was investigated during thermoforming.
Araştırma sonucunda erkek kalıp çapı ve tapa derinliği uzunluğundaki değişimlerin nihai ürün kalınlık dağılımını açıklayan bir kurala bağlanamayacağı gösterilmiştir. Her kalıp çapı ve tapa derinliği için ayrı bir sonuç çıkarılmalıdır. Hayatım boyunca beni destekleyen ve koşulsuz seven annem Özlem CABBAR'a, babam Faruk CABBAR'a ve canımdan çok sevdiğim eşim Zeynep CABBAR'a şükran ve takdirlerimi sunuyorum.
GİRİŞ
KURAMSAL TEMELLER VE KAYNAK ARAŞTIRMASI
Biyokompozit ve biyoplastik malzemelerin endüstride yedek parça olarak uygunluğunu test etmek için Bravo, Toubal, Koffi ve Erchiqui (2018) ekibi, dişlilerin bir parçası olarak huş ağacı lifleriyle güçlendirilmiş biyolojik olarak parçalanabilir polietilen malzeme ile yarı parçalanabilir biyokompozit polietilen malzeme üretti. Yapılan inceleme sonucunda yarı bozunabilir biyo-kompozit malzemenin yedek parça olarak daha uygun olduğu görüldü. Yarı bozunabilir biyo-kompozit malzeme oluşturma sürecinde petrokimya bazlı plastik malzemelere takviye malzemesi eklenerek mekanik özellikler iyileştirilmektedir.
Boronat, Fombuena, Garcia-Sanoguera, Sanchez-Nacher ve Balart (2015), yaptıkları çalışmada matris olarak şeker kamışını ve dolgu malzemesi olarak yumurta kabuklarını kullanarak polietilen bazlı bir biyokompozit malzeme ürettiler. Ancak diğer malzeme grupları ile karşılaştırıldığında su ve nem oluşumunun en görünür olduğu biyokompozit malzemedir. Biyokompozit malzemelerin üretiminde kullanılan malzemeler, oluşturulan malzemenin mekanik özelliklerini şekillendirmektedir.Rapa ve arkadaşları (2016) yaptıkları çalışmada PLA malzemesi ve asetiltribütilsitrat (ATBC) plastiğinden biyokompozit malzeme üretmişlerdir.
Üretilen biyokompozit malzeme incelendiğinde PLA'ya göre kırılganlığının azaldığı ve termal özelliklerinin arttığı görüldü. Bu şekilde oluşturulan biyokompozit malzemenin, soğutulmuş sıcaklıklarda ve 4,5 pH'ın üzerindeki bir pH'ta yağlanmamış gıda ambalajı için uygun olduğu bulundu.
MATERYAL VE DENEYSEL YÖNTEM
- Kullanılan Termoplastik Malzemeler
- Vakum ve Isı ile Şekil Verme Cihazı
- Seramik ısıtıcılar
- Dalma derinliği mastarları ve erkek kalıplar
- Dişi kalıp ve plaka kitleme çenesi
- Numune Hazırlığı
- Deneyin Yapılışı
Bambu çekirdekli PLA malzemesinin erimesini sağlamak için ekstruder sıcaklığı 230 °C'ye ayarlandı ve katmanlı bambu çekirdekli kaynaşık tabakalar üretmek için yazıcı tablası sıcaklığı 60 °C'ye ayarlandı. Ağırlıkça %40 bambu içeren filamentin dolgu oranı seçilirken Evlen, Özdemir ve Çalışkan (2019) tarafından yapılan çalışmaya göre %33 dolgu oranı seçilmiştir. 15 x 15 cm ebatlarında önceden hazırlanmış termoplastik levhalar, seramik ısıtıcıların (Orion marka 1000 W 3 adet kızılötesi seramik ısıtıcı) sıcaklığı 300 °C'ye ulaştıktan sonra 1 dakika süreyle vakum ve ısıyla şekillendirme için cihazda ısıtılır.
Vakum ve ısı şekillendirme cihazımızda 3 adet 1000 watt Orion marka kızılötesi seramik ısıtma elemanı kullanılarak termoplastik malzemeler doğru sıcaklığa ısıtıldı. Ön ısıtma işleminden önce 15 x 15 cm ebatlarındaki plaka kilitleme çeneleri kullanılarak dişi kalıba tutturulur. Deneyde kullanılan konik dişi kalıp 5083 alüminyum malzemeden yapılmış olup, konik dişi kalıp Şekil 3.10'da gösterilmektedir.
Ön şekillendirme sonrasında dişi konik kalıbın vakum deliklerinden plakaya vakum uygulanarak dişi kalıbın şeklini alması sağlanır. Numuneler 0,45 mm ve 0,25 mm kalınlığındaki PVC levhalar ve 5 farklı erkek kalıp çapı ve 5 farklı daldırma derinliği kullanılarak oluşturulmuştur. 0,90 mm kalınlığındaki bambu levhalar için numuneler, 35 mm dalma derinliğine sahip 5 farklı erkek başlık çapı ve 40 mm erkek çapına sahip 4 farklı dalma derinliği (25 mm, 30 mm, 40 mm ve 45 mm) kullanılarak yapılmıştır. .
0,45 mm ve 0,25 mm kalınlığındaki PVC levha numuneleri ve 0,90 mm kalınlığındaki bambu levha numuneleri kullanılarak, her bir spesifik daldırma derinliği ve erkek kalıp çapı için 3 adet numune yapılmıştır. Kalınlık ölçümleri kesilen parçanın her iki yüzeyinde önceden belirlenen 28 ölçüm noktasından alınır. Belirtilen dalma derinliği burcu ve erkek formun çapı resim 3.11'de görüldüğü gibi hareketli üst tabla üzerine monte edilir.
Her işlemden sonra Testo 875-i termal kamera ile görüntü kaydedilir ve her şekillendirme işlemi sırasında sıcaklık dağılımı belirlenir. Ön şekillendirme işlemi tamamlandıktan 5 saniye sonra konik dişi vakum deliklerinden plakaya vakum uygulanarak dişi kalıbın şeklini alması sağlanır. Alınan kalınlık dağılım verileri sac kalınlığı, malzeme türü, erkek kalıp çapı ve dalma derinliği gibi parametreler dikkate alınarak incelenir.
BULGULAR VE TARTIŞMA
Dalma derinlik burç uzunluğu 25 mm
PVC panelin ısıtılan yüzeyi ile düşey ve yatay çizgilerdeki sıcaklık dağılımını incelediğimizde panelin merkez düşey çizgilerindeki ortalama sıcaklık dağılımının 168 °C olduğu görüldü. Yatay sıcaklık çizgisi P1 ile dikey sıcaklık çizgisi P2 karşılaştırıldığında dikey sıcaklık çizgisi P2'deki sıcaklık dağılımının yatay sıcaklık çizgisi P1'e göre daha homojen olduğu bulunmuştur.
Dalma derinlik burç uzunluğu 30 mm
19 numaralı numunenin termal kamera görüntüleri incelendiğinde, ön ısıtma sıcaklığı işleminde seramik ısıtıcılar 300 °C'ye ayarlandığında PVC plaka yüzeyindeki minimum sıcaklığın 120,1 °C, maksimum sıcaklığın ise 225 °C olduğu belirlendi. C ve ortalama plaka sıcaklığı 173 °C idi. P2 yatay sıcaklık çizgisi incelendiğinde 155 °C'den 181 °C'ye kadar her noktada farklı bir sıcaklık dağılımının olduğu belirlendi. 19 numaralı numunenin ön şekillendirme işlemi sırasında erkek kalıbın termoplastik yüzeye temas ettiğinde maksimum yüzey sıcaklığının 150 °C olduğu, plakaya vakum uygulanıp dişi kalıbın kendi kendine hareket etmesine izin verildiğinde ise maksimum yüzey sıcaklığının 150 °C olduğu görülmüştür. sıcaklığı 70°C'ye düşürdü.
Dalma derinlik burç uzunluğu 35 mm
40 numaralı numunenin termal kamera görüntüleri incelendiğinde PVC levha yüzeyindeki minimum sıcaklığın 103,9 °C, maksimum sıcaklığın 176 °C ve ortalama levha sıcaklığının 165 °C olduğu belirlendi.
Dalma derinlik burç uzunluğu 40 mm
Erkek kalıp çapı 45 mm seçilerek dalma derinliği 35 mm'den 40 mm'ye çıkarılan numuneler karşılaştırıldığında; Dalma derinliği 40 mm olan numuneler, 1. Erkek kalıp çapı 50 mm seçilerek dalma derinliği 35 mm'den 40 mm'ye çıkarılan numunelerle karşılaştırıldığında; 40 mm daldırma derinliğine sahip numunelerde 1.
Dalma derinlik burç uzunluğu 45 mm
Ölçüm noktalarındaki kalınlık ölçümleri dikkate alındığında erkek formlarda kullanılan numunelerin kalınlıklarından en az 0,03 mm, maksimum 0,3 mm daha ince olduğu belirlendi. 64 numaralı numunenin termal kamera görüntüleri incelendiğinde PVC levha yüzeyindeki minimum sıcaklığın 49,8 °C, maksimum sıcaklığın 174,1 °C ve ortalama levha sıcaklığının 154,9 °C olduğu belirlendi.
Erkek kalıp çapı 30 mm
Erkek kalıp çapı 35 mm
Erkek kalıp çapı 40 mm
Erkek kalıp çapı 45 mm
Erkek kalıp çapı 50 mm
Derinlik değeri 35 mm'de sabit tutularak 30 mm, 35 mm, 40 mm, 45 mm ve 50 mm erkek kalıp çapları kullanılarak numuneler oluşturuldu. Numuneler incelendiğinde dalma derinliği ve erkek kalıp çapındaki değişimin numunelerin kalınlık dağılımına etkisine ilişkin dikkat çekici sonuçlar görülmektedir: 1. Erkek kalıp çapı 40 mm'de sabit tutularak numuneler dalma derinliği 25 mm, 30 mm, 40 mm ve 45 mm'dir.
Erkek kalıp çapı ve daldırma derinliğini seçmeden (tablo 4.2.2) sadece vakum uygulayarak dişi kalıp şeklini alan numunelerin kalınlık dağılımlarını incelediğimizde seçilen numunelere göre erkek kalıp çapı ve daldırma derinliği 25 mm, 30 mm, 40 mm olup erkek kalıbın ilk çapı 40 mm'de sabit tutulmuştur. Numuneler mm ve 45 mm daldırma derinlikleri kullanılarak oluşturulmuştur. Çalışmada erkek kalıp kullanılarak oluşturulan numuneler ile sadece vakum kullanılarak oluşturulan numunelerin kalınlık dağılımları karşılaştırılmıştır.
24°C'deki erkek kalıp çapı, ön kalıplama işlemi sırasında ısıtılmış termoplastik yüzeye temas ettiğinde, ısı transferinden dolayı termoplastik yüzeyi inceltmeden yüzeyi katılaştırır. Dalma derinliğinin ve erkek kalıp çapının arttırılması veya azaltılmasının nihai ürünün kalınlık dağılımını etkilediği kaydedilmiştir. Erkek kalıp çapı veya dalma derinliği artırıldığında veya azaltıldığında ürünün kalınlığı ölçülen bazı noktalarda artarken bazı noktalarda azalmaktadır.
Bu nedenle dalma derinliğinin ve erkek form çapının arttırılması veya azaltılmasının ürün kalınlığına etkisinin genelleştirilemeyeceği gösterilmiştir.
Dalma derinliği: 35 mm
Erkek kalıp çapı 40 mm
103 numaralı numunenin termal kamera görüntüleri incelendiğinde, ön ısıtma sıcaklığı işlemi sırasında seramik ısıtıcılar 300 °C'ye ayarlandığında PVC levha yüzeyindeki minimum sıcaklığın 101,9 °C, maksimum sıcaklığın ise 101,9 °C olduğu tespit edildi. sıcaklık 181, 5°C idi. °C ve ortalama plaka sıcaklığı 164,5 °C idi. Isıtılan 0,25mm kalınlığındaki PVC levha yüzeyinin dikey ve yatay çizgilerde sıcaklık dağılımı incelendiğinde; P2 dikey sıcaklık doğrusunda ortalama yüzey sıcaklığı 168°C’dir. 103 numaralı numunenin ön şekillendirme işlemi sırasında erkek kalıbın termoplastik yüzeye temas etmesi ve vakum uygulandığında maksimum yüzey sıcaklığının 143,5°C olduğu görülmüştür. plakaya yerleştirildi ve dişi kalıp şeklini alarak 83 °C'ye düştü.
106 numaralı numunenin termal kamera görüntüleri incelendiğinde, ön ısıtma sıcaklığı işleminde seramik ısıtıcılar 300 °C'ye ayarlandığında PVC levha yüzeyindeki minimum sıcaklığın 99,4 °C, maksimum sıcaklığın ise 99,4 °C olduğu belirlendi. 172,8 °C ve plakanın sıcaklığı 156,2 °C idi. 106 numaralı numunenin ön şekillendirme işlemi sırasında erkek kalıbın termoplastik yüzeye temas ettiği andaki maksimum yüzey sıcaklığının 132,8 °C olduğu ve plakaya vakum uygulanıp dişi kalıbın soğumasına izin verildiğinde maksimum yüzey sıcaklığının 132,8 °C olduğu görülmüştür. Sıcaklık 67°C'ye düştü. Numuneler, 0,90 mm kalınlığında ve 15 x 15 cm boyutlarında plakalar halinde, %40 bambu içeren ve %33 dolum oranına sahip filament ile 3D (üç boyutlu) yazıcı kullanılarak üretilmiştir.
Dalma derinlik burç uzunluğu 35 mm
119 numaralı numunenin termal kamera görüntüleri incelendiğinde, ön ısıtma sıcaklığı işlemi sırasında seramik ısıtıcılar 300 °C'ye ayarlandığında PLA plaka yüzeyindeki minimum sıcaklığın 80,2 °C, maksimum sıcaklığın ise 160,5 olduğu tespit edildi. °C. 119 numaralı numunenin yatak ve düşey sıcaklık dağılımları incelendiğinde P1 yatak sıcaklık dağılımının 110 °C'ye ulaştığı ve maksimum sıcaklığın 150 °C olduğu tespit edilmiştir. 106 numaralı numunenin ön şekillendirme işlemi sırasında erkek kalıbın termoplastik yüzeye temas ettiği maksimum yüzey sıcaklığının 136,5 °C olduğu, plakaya vakum uygulandığında dişi kalıbın soğumasına izin verildiği gözlendi. şeklini koruyabilmesi için sıcaklığın 105,3 °C'ye düştüğü varsayılmaktadır.
Erkek kalıp çapı 40 mm
134 numaralı numunenin termal kamera görüntüleri incelendiğinde PLA levhanın yüzeyindeki minimum sıcaklığın 92,3 °C, seramik ısıtıcılar 300 °C'ye ayarlandığında maksimum sıcaklığın 172 °C olduğu tespit edilmiştir. ön ısıtma sıcaklığı işlemi. C ve ortalama plaka sıcaklığı 149,9 °C'dir. 134 numaralı numunenin ön şekillendirme işlemi sırasında erkek kalıbın termoplastik yüzeye temas ettiğinde maksimum yüzey sıcaklığı 148,9°C olmuş ve plakaya vakum uygulanmıştır.
SONUÇ VE ÖNERİLER
PVC plastik esaslı malzemeler için simülasyonlar yapılarak, istenilen kalınlık dağılımına göre değişken parametrelerin doğru seçimine yardımcı olacak bir çalışma yapılabilir. Ağırlıkça %40 bambu çekirdekli PLA filamenti ile 3D (üç boyutlu) yazıcı kullanılarak üretilen levhanın vakum ve ısıyla şekillendirme işlemine uygun olduğu gözlemlenmiştir. Termoplastik levhaların termoform işlemi sırasındaki sıcaklık dağılımları ve termoplastik görüntüleri incelendiğinde numunelerin ön ısıtma aşamasında homojen bir sıcaklık dağılımına sahip olmadığı görülmüştür.
Plakaların ön ısıtma aşamasında her noktada eşit bir sıcaklık dağılımı sağlamak amacıyla, Schmidt, Maoult ve Monteix (2003) deneyi ile doğrulandığı gibi, kızılötesi seramik ısıtıcılar yerine halojen lambaların kullanılması düşünülebilir. Homojen ısıtma sürecini iyileştirin. Deneysel çalışmamızda vakum ve termal şekillendirme parametrelerinin yanı sıra, Morales ve diğerlerinin (2014) yaptığına benzer şekilde kalıp malzemesi değiştirilerek kalıp malzemesinin kalınlık dağılımına etkisi araştırılabilir. Yeni yeşil ve biyokompozit malzemelerin geliştirilmesi: çekme ve bükülme özellikleri ve akustik emisyon kullanılarak hasar analizi.
Gear fatigue life and thermomechanical behavior of new green and bio-composite materials VS high-performance thermoplastics. Evaluation of the thermoformability of blends of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)/poly(lactic acid) compatibilized with diisocyanates. Design of packaging materials with viscoelastic and gas barrier properties by optimized treatment of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) with lignin.
