Yüksek ısıl iletimli, düşük sürtünme katsayılı yeni nesil termoplastik poliüretan

Abstract

Termoplastik poliüretan malzemeler günümüzde endüstrinin birçok farklı yerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Uygulama alanına göre farklı mekanik ve kimyasal özellikler gösteren termoplastik poliüretanların birçok çeşidi vardır. Mevcut özelliklerin yanında, uygulamaya yönelik olarak malzemeye farklı özellikler kazandırabilmek için termoplastik poliüretan malzemeler çeşitli katkı maddeleriyle karıştırılarak spesifik, hedefe yönelik termoplastik poliüretan malzemeler elde edilmektedir.Bu çalışmada, endüstride yaygın olarak kullanılan hidrolik ve pnömatik sistemlerin en önemli parçalarından biri olan sızdırmazlık elemanları malzemeleri ele alınmıştır. Enerji verimliliğinin ve ürün ömürlerinin önemli hale geldiği günümüzde hidrolik ve pnömatik sızdırmazlık elemanları ömürlerinin uzatılması, enerji verimliliklerinin arttırılması ve bakım gereksinimlerinin azaltılması hidrolik pnömatik sızdırmazlık elemanları sektörü için büyük önem taşımaktadır. Bu çalışma, hidrolik pnömatik sızdırmazlık elemanları malzemelerinde düşük sürtünme katsayısı ve yüksek ısıl iletim katsayısı gibi özelliklerin malzemenin standart fiziksel ve kimyasal özelliklerini bozmadan malzemeye kazandırılması açısından önem kazanmaktadır.Hidrolik & Pnömatik sızdırmazlık elemanları malzemelerinden beklenen standart özellikler; çekme dayanımı, kopma uzaması, sertlik, baskı altında deformasyon ve aşınma dayanımı olarak özetlenebilir. Standart malzemelerin sahip oldukları bu özelliklerin yanında, malzemelere düşük sürtünme katsayısının kazandırılmasının, malzemenin sürtünmeden kaynaklı aşınmasını ve ısı oluşumunu azaltacağını, yüksek ısıl iletim katsayısının kazandırılmasının da oluşan sıcaklığın malzemeden çevreye transferinin kolaylaştıracağı öngörülmüştür. Bu iki özelliğin yetersiz olduğu durumlarda sızdırmazlık elemanları çalışma yüzeylerinde sıcaklık artışı sebebiyle yanmalar ve aşınmalar gözlemlenmektedir. Sonuç olarak da bu problemler sızdırmazlık elemanı için başarısızlık göstergesi olan sızıntıya sebep olur. Bu durumların önlenmesi sayesinde sızdırmazlık elemanları daha yüksek enerji verimliliği ve daha uzun çalışma ömürleriyle sektörde avantaj elde edebilecektir.Çalışmada kullanılan termoplastik poliüretan malzemeye belirtilen özelliklerin kazandırılabilmesi için boron nitrür, MoS2, PTFE ve grafit gibi dört farklı katkı malzemesi üçer farklı dozajda kullanılmış ve termoplastik poliüretan malzeme ile çekilerek toplamda on iki farklı çeşit oluşturulmuştur. Katışkıları yapılan malzemeler çift vidalı ekstruder ile çekilmiş ve ısıl işlemleri yapıldıktan sonra plastik enjeksiyon makinası ile sızdırmazlık elemanı ve test plakaları üretilmiştir.Değişmesi beklenen özelliklerin incelenebilmesi için FTIR, ısıl iletim katsayısı, çekme kopma, sıkıştırma, sürtünme katsayısı ve özel test tertibatıyla sürtünme karşılaştırma testleri yapılmıştır.Yürütülen testlere göre tüm sonuçlar incelendiğinde %5 PTFE ile oluşturulmuş altı numaralı malzemenin mevcut özellikler bozulmadan hedef özellikleri malzemeye kazandırdığı gözlemlenmiştir. Bu malzemede sertlik, %100 uzama altındaki gerilme ve baskı altında deformasyon değerleri kabul edilebilir sınırlar içinde kalırken, ısıl iletim katsayısı değeri artmış ve sürtünme katsayısı değeri azalmıştır.

Today, thermoplastic polyurethane materials are widely used in many different applications. There are many types of thermoplastic polyurethanes which offers different mechanical and chemical properties according to application area. In addition to the existing properties, thermoplastic polyurethane materials mixed with various additives to obtain specific, targeted thermoplastic polyurethane materials in order to impart different properties to the material for application.In this study, materials of the sealing elements are approached which is one of the most important parts of the hydraulic & pneumatic systems widely used in industry. Nowadays when energy efficiency and product life become vital, it is quite important that prolongation of the sealing element life, increasing the energy efficiency and reducing maintenance requirements for hydraulic & pneumatic sealing elements sector. This study gains importance in terms of bringing the properties such as lowcoefficient of friction and high thermal conductivity coefficient in materials of hydraulic pneumatic sealing materials without breaking the standard physical and chemical properties of the material.Standard features expected from hydraulic & pneumatic sealing materials summarized as tensile strength, elongation at break, hardness, deformation under pressure (compression set) and wear resistance. In addition to these properties of standard materials, it envisaged that imparting low coefficient of friction to materials will reduce wearing because of friction and heat formation, imparting high thermal conductivity will facilitate transferring the heat generated from the material to the surrounding area. If these two properties are insufficient, burn spots and abrasionsdue to temperature increase observed in the working surfaces of the sealing elements. Herewith these problems cause leakage that is the indication of failure. By preventing these situations, the sealing elements will be able to benefit from the sector with higher energy efficiency and longer working life.Four different additive materials such as boron nitride, MoS2 ,graphite and PTFE were used at three different doses each to gain the specified properties to the thermoplastic material which is used in this study. The base material compounded with the additives was re-granulated with twin-screw extruder and after heat treatment of the materials, test plaques and sealing elements were produced with the help of plastic injection machines. FTIR, thermal conductivity coefficient, tensile, compression set, coefficient of friction and friction tests carried out to examine the properties expected to change. When all the results analyzed according to the tests performed, it has been observing that Sample 6 which has 5% PTFE acquired the targeted properties without deteriorating the existing properties. In this compounded material, the coefficient of thermal conductivity increases and the coefficient of friction decreases while the hardness, stress at 100% strain and compression set values are within acceptable limits.