T.Sprey Prosesi ile Polimerik Kaplamalar ve Uygulama Alanları

T.Sprey Prosesi ile Polimerik Kaplamalar ve Uygulama Alanları
Son yüzyıl özellikle sentetik polimerlerle ilgili bilim ve teknolojisinin çok hızlı gelişimine tanık olmuştur. Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde polimer teknolojisi büyüme hızı %10’dan fazladır. Önümüzdeki yıllarda dünyada yıllık polimer üretiminin 300-400 milyon ton olması ve polimerik malzemelerin birçok uygulamalarda diğer malzemelerin yerine alternatif malzemeler olarak kullanılması beklenmektedir. Halen büyük kapasitelerde üretilen ve günlük hayatta kullanımı yüzlerce tonu bulan PE, PP, PS, PVC gibi klasik polimerlerin yanı sıra mühendislik polimerleri de spesifik ve üstün özellikleri nedeniyle uygulamalarda önemli yer tutmaktadır. Polimer esaslı malzeme uygulamalarının önemli bir bölümünü polimerik kaplamalar tutmaktadır. Özellikle korozyona karşı boru hatları olmak üzere, gemi gövdelerinde ve diğer birçok metalik konstrüksiyonlarda, antibakteriyel yüzeylerde, dekoratif uygulamalarda, sızdırmazlık, geçirimsizlik, alev geciktirici uygulamalarında, radyo frekansı engelleyici kaplamalarda ve elektriksel yalıtım amaçlı kullanılmaktadırlar. Ucuz ve geri dönüşebilir hammaddeleri, pratik ve hızlı uygulama avantajı ve estetik özellikleri ile her sektörde kullanıcıların ilgisini çekmektedir.
1990’ların ortalarında Amerika’da bir çok uygulamada boyalara alternatif olarak termal sprey ile polimerik esaslı kaplamalar kullanılmaya başlamıştır. Termal sprey prosesi ile polimer ve plastik esaslı kaplamalar zemin, altyapı ve çelik sistemlerinde korozyona karşı kullanılmak üzere geliştirilmiş ve kullanım alanını hızla genişletmiştir. Bu tür kaplamaların üretiminde kullanılan tozlar genellikle termoplastik özellikte olup, alev sprey , HVOF ve plazma sprey prosesleri ile püskürtülmektedir. Kullanılacak polimerin termal sprey prosesi esnasında polimerize olmaması, bozunmaması veya yanmaması gerekmektedir. Termal sprey ile üretilen plastik kaplamaların kompozisyonunda uçucu organik bileşikler bulunmamalıdır. Aksi halde üretim esnasında çevre kirliliğine yol açabilir. Termal sprey polimer kaplamalar soğuk atmosferlerde kullanılan çelik yapıların boya ile boyanmasını pratik olmadığı koşullarda tercih edilmektedir. Geri dönüşebilir plastiklerin alev sprey prosesi ile üretimi gelecekte önem kazanacağı düşünülmektedir. Korozyon ile mücadele de etkin ve ekonomik yöntemlerden bir tanesi olarak görülmekte ve standard uygulamalara girmektedir [1-6].



Aşağıda yaygın olarak kullanılan polimerik tozlar ve özellikleri sergilenmektedir. Genellikle plazma sprey, HVOF ve alev sprey prosesi ile püskürtülmektedirler. Yapılan araştırmalarda Fluoropolymer tozlar, PVDF, ECTFE, PFA ve FEP bu proseslerle ile rahatlıkla kaplanabilmektedir. Yüksek kaplama kalitesi için kaplama kesitinde ve yüzeyinde por olmaması, yüzeyin düzgün olması gerekmektedir. Sprey parametrelerinin kontrolü ve optimizasyonu sonucunda arzulanan özellikler kazanılabilmektedir. Yapılan tuz püskürtme testlerinde fluoropolymer kaplamaların iyi bir korozyon direnci sergilediği gözlenmiştir. Bazik ve asidik ortamlarda daldırma ile yapılan testlerde ise çok az oranda korozyon başlangıcı tespit edilmiştir. Diğer bir yandan PFA tipi polimer kaplamalarda ise hem asidik hem de bazik çözeltide yüksek bir korozif direnç gözlenmiştir[6].




Termal sprey prosesi fluoropolymer kaplamaların üretiminde uygun bir prosestir. Bu sayede çeşitli iş ve makine parçalarının korozyondan korunması sağlanmaktadır. Bu yöntemlerin en önemli avantajı kaplama sonrasında hiçbir şekilde ısıl işleme kürlemeye gereksinim duyulmamasıdır. Proses optimizasyonu ile arzulanan özelliklerde por içermeyen kaplamalar elde edilebilmektedir. Bunun yanında her tür yüzeye kaplama uygulama avantajı mevcuttur.



Kaplama prosesi esnasında alev sıcaklığının kontrolü kaplama kalitesini belirlemektedir. Düşük alev sıcaklığı ve yüksek püskürtme hızı kaplama kalitesini artırmaktadır [6, 9-10]]. Altlık sıcaklığının polimer katılaşmasına etkisi aşağıda şematik olarak görülmektedir. Polimerik tozun alev ile etkileşimi ve yüksek hızda püskürtme esnasında yüzey aşırı ısınırken, tozun merkez bölgesinde ısı bu derece yüksek değildir. Oda sıcaklığında altlık üzerine yapılan Nylon-11 tozların püskürtme işlemlerinde kızarmış yumurta görüntüsü gözlenmektedir [10].



PEEK esaslı polimerik kaplamalar tribolojik uygulamalarda yatak malzemesi olarak kullanılan polimerlerdir. Yüksek termal stabiltesi ve solventlere karşı direnci nedeniyle yaygın kullanım alanına sahip polimerler arasındadır. HVOF, APS ve alev sprey prosesi ile kaplama uygulamaları rahatlıkla yapılabilmektedir. Kaplama halinde PEEK‘in tribolojik özellikleri kütlesel haline göre üstün performans sergilemiştir. Aşınma hızı kaplamalarda daha düşük olduğu gözlenmiştir. Kaplamalarda kristalinitenin artması sürtünme katsayısının azalmasına neden olmuştur. Çalışma ve test koşullarına bağlı olarak aşınma hızının farklılaştığı belirlenmiştir [7-8]




Genel Değerlendirme
Kaplama öncesi yüzeye kumlama yapılmasına gerek olmayabilir. Ahşap, beton, cam, karton, metal gibi yüzeylere uygulanabilmesi en önemli özelliğidir. Mobil bir sistemdir ve işlem yerinde uygulanabilir. Çok fazla parametre olmadığı için kaplama üretimi zor bir işlem değildir. Diğer kaplama yöntemlerinin bazı uygulamalarındaki gibi astar kaplama yapmak söz konusu değildir. İş parçasına iyi yapışma sağladığı için düşük sıcaklıklarda yüksek darbe direncine sahiptir. Polimer tozlar, boya gibi renk taşıyıcı pigment (kurşun, kadmiyum, formaldehit, benzen) içermediği için kaplama sırasında ve sonrasında uçucu organik kimyasalların (VOC’s) salınımı söz konusu değildir. Bu nedenle sağlıklı bir uygulamadır. Kaplamanın hasar görmesi durumunda tamir edilebilmesi kolaydır. Kullanılan polimer malzemenin çeşidine göre atmosferik etkilere dayanım, iyi korozyon direnci, iyi aşınma direnci gibi özellikler sağlanabilir. Alev sprey ile polimerik kaplamaların optimizasyonunda en etkin proses parametreleri: alev sıcaklığı, püskürtme hızıdır. Bunun yanında sprey mesafesi, püskürtme açısı ve altlık yüzey sıcaklığı ve yüzey özellikleri kaplama kalitesini etkilemektedir. Açık atmosfer uygulamalarında polimerik kaplamalar boyalara göre en az 5 kat daha dayanıklıdır. UV ışınlara karşı dayanım sergilemektedir. Endüstriyel ve deniz atmosferi gibi agresif ortamlarda kullanımı mevcut olup, boyalara göre daha uzun ömürlüdür.

Dr. Fatih Ustel, Dr. Ekrem Altuncu
Sakarya Üniversitesi, Termal Sprey Teknolojileri Araştırma Laboratuarı


Referanslar/ References:
[1] H.I. Rowan, Thermoplastic fluoropolymers of engineering plastics, in: Engineered Materials Handbook, vol. 2, ASM International, Metals Park, OH, 1988, pp. 115–119.
[2] E. Norman, Finishing (1995) 26–28.
[3] S. Grainger (Ed.), Engineering Coatings—Design and Application, Abington Publishing, Abington, 1989, pp. 139–144.
[4] D.V. Rosato, Rosato’s Plastics Encyclopedia and Dictionary, Hanser Publisher’s, Passau, Germany, 1993, pp. 234–235.
[5] J. Brandrup, E.H. Immergut, E.A. Grulke (Eds.), Polymer Handbook, 4th ed., Wiley, New York, 1999, p. V31.
[6] E. Leivo, T. Wilenius, T. Kinos, P. Vuoristo*, T. Mäntylä, Progress in Organic Coatings 49 (2004) 69–73.
[7] S.K. Singh, S.P. Tambe, V.S. Raja, D. Kumar, Prog. Org. Coat., 60 (2007), p. 186.
[8] Jianfeng Li, Hanlin Liao, Christian Coddet, Wear 252 (2002) 824–831.
[9] O.Altun, Sakarya Uni, FBE, Metalurji ve Malz. Müh. ABD. Y.Lisans Tezi, 2011.
[10] M.Ivosevic, Drexel University, PHD thesis, 2006.
[11] John H. Thermal Spray Formation of Polymer Coatings, Glenn Research Center, 2008.
[12] IBEDA flame spray GMBH.
[13] Resodyn Engineered Polymeric Systems.