Döküm Poliüretanlarda Teori (Stokiyometri) Oranının Etkileri
Döküm poliüretanlarda hammaddeye (prepolimere) ilave edilecek kürleştiricinin miktarı ve bu miktarın doğru şekilde hesaplanması-belirlenmesi, elde edilecek elastomer ürünün kalitesi üzerinde kritik bir öneme sahiptir.
Genel olarak NCO terminolojisi ile üretilen ve serbest NCO (izosiyanat) radikalleri içeren prepolimerlere ilave edilecek kürleştirici miktarı aşağıdaki formülle hesaplanır:
Bu formül, ağırlık cinsinden 100 birim hammaddeye (prepolimere) kaç birim kürleştirici ekleneceğini bulmaya yarar. Daha basit bir ifade ile 100 gram prepolimere kaç gram kürleştirici ilave edilmesi gerektiğini kullanıcılara söyler.
Kürleştiricilerin eşdeğer molekül ağırıkları, molekül ağırlıkları ve fonksiyon sayılarına göre hesaplanır. Aşağıda yaygın olarak kullanılan bazı kürleştiricilerin eş değer molekül ağırlıkları verilmiştir:
Prepolimerin %NCO değeri ve kürleştiricinin eş değer molekül ağırlığı nispeten sabit değerler olsa da formüldeki teori (stokiyometri) değeri ihtiyaç ve beklentilere göre ayarlanmalıdır.
Teori (Stokiyometri) oranı, en basit tanımı ile, prepolimerin içerisindeki serbest NCO radikallerinin yüzde kaçlık kısmına kürleştirici ile bağ yaptırılacağını ifade eder. Örnek vermek gerekirse, 0,95 (%95) olarak belirlenmiş teori (stokiyometri) oranı, prepolimer içerisindeki serbest NCO radikallerinin teorik olarak %95’ine küratif ile bağ yaptırılacağı, teorik olarak %5’lik bağ yapmamış serbest bir kısmın bırakılacağı anlamına gelir.
Ülkemizde en yaygın olarak kullanılan kürleştirici türü MOCA olduğundan, MOCA kullanımı ve tercih edilen teori oranının nihai ürün kalitesini-dayanımını nasıl etkilediği aşağıda özetlenmiştir. Ülkemizde genel olarak MOCA miktarının hesaplanması için formül aşağıdaki hali ile basitleştirilmiştir:
Yapılmış denemeler ve testler, 0,95’lik (%95’lik) teori oranı seçildiğinde, kesme-yırtılma, aşınma, esneklik, kalıcı deformasyon gibi etkilerinin hepsine karşı olan dayanımın optimum (en uygun) seviyede olduğunu göstermiştir. Bu sebeple döküm poliüretan işinde en yaygın
olarak 0,95’lik teori oranı tercih edilir.
Teori oranı olarak 0,95’lik değeri tercih edilmesi her ne kadar yaygın bir alışkanlık olsa da, çalışma ortamına ve bu çalışma ortamında poliüretan elastomer ürünlerin yoğun olarak maruz kalacağı etkilere göre teori oranının belirlenmesi en doğru yöntem olacaktır.
Teori oranının 0,90 (%90) ile 1,05 (%105) arasında olması ideal sonuçlar elde edilmesini sağlarken bu aralığın dışında kalmak, başka bir deyişle 0,90’ın altına inmek veya 1,05’in üzerine çıkmak nihai üründe ciddi kalite ve dayanım problemlerine yol açacaktır.
0,90 teori oranın altına inildiği taktirde, kalıptan söküm süresi uzayacak, elde edilmesi beklenen sertlikten daha düşük sertlikte ürün elde edilmesi durumu ortaya çıkacaktır. Aynı zamanda elde edilecek ürün, postkür (postcure) işlemine tabi tutulsa ve 100°C’lik fırında 16 saat pişirilse dahi elastomer parçadan elle ya da tırnakla parçalar koparılacak kadar ürün dayanıksız olacaktır.
1,05 teori oranının üzerine çıkılması ise aşınma dayanımın düşmesi, baskı altında uzama eğilimi ya da uzamanın artması ve darbe ile elastomer parçanın kolayca kırılması gibi problemlere yol açacaktır. Bu sebeplerden dolayı teori oranının 0,90 ile 1,05 arasında kalacağı şekilde hesaplamaların ve prepolimere MOCA ilavesinin yapılması çok önemlidir.
İdeal aralık 0,90 ile 1,05 arasında iken bu değerlerin sağlayacağı dayanım değerleri de aşağıdaki şekilde özetlenebilir.
0,90 Teori Oranı
Kalıcı deformasyonun düşük, yük altındaki dinamizmin iyi olması isteniyorsa 0,90 teori oranı ile çalışılmalıdır. Özellikle ağır yük tekerleri, hidrolik kırıcıların darbe takozları, kalıp yayları gibi parçaların üretiminde 0,90 Teori oranı idealdir. 0,90’lık teori oranı ve dolayısıyla daha az MOCA kullanılırsa, sistemdeki fazla izosiyanat, ikame edilmiş bir üre grubu ile reaksiyona girer ve üç fonksiyonlu olduklarından zincir dal noktası olan bir biüre yapısı oluştururlar.
Oluşan biüre grupları yük altında çalışma performansını iyileştirir. Özellikle
93 ShA-95 ShA ve 55 ShD’nin üzerindeki sertliklerde elastomer parçalar üretilirken 0,90 teori oranı kullanıcılara tavsiye edilir.
0,95 Teori Oranı
Elastomer parça bir çok farklı etkiye maruz kalıyorsa 0,95 teori oranı en ideal olan orandır. Elastomer parçayı hem aşındırmaya hem yırtmaya zorlayan, aynı zamanda esneklik özelliklerini sorgulayan çalışma ortamları söz konusu olduğunda 0,95’lik oran doğru sonuçlar verecektir. Maden elekleri yukarıda bahsedilen çoklu etkiler altında çalıştığından bu tür ürünlere uygun teori oranı 0,95’tir.
1,00 Teori Oranı
Elastomer parça özellikle aşınma ve yırtma etkilerine maruz kalıyorsa ve aynı zamanda bir miktar esnek olması isteniyorsa 1,00 teori oranı en ideal olan orandır. Konveyör bant sıyırıcıları gibi parçalarda bu oran tercih edilmelidir.
1,05 Teori Oranı
Elastomer parça yoğun olarak aşınma ve yırtma etkilerine maruz kalıyorsa 1,05 teori oranı en ideal olan orandır. 1,05’lik oranda aşınma ve yırtılma dayanımı iyileşirken kalıcı deformasyona dayanımın ve esneklik özelliklerinin bozulduğu unutulmamalı ve buna göre
bir tercih yapılmalıdır.
Serkan İltan
Kauçuk & PU Satış Müdürü
Veser Kimyevi Maddeler A.Ş.
