ekstrüzyon kalıpları

[Ozlem]

ÖZET
Isı ve basınç kullanarak malzemenin kalıptan sürekli geçmesini sağlamak yoluyla uzun parçalar elde etme işlemine ekstrüzyon denir.

Co-ekstrüzyon için bir çok teknik bugünlerde endüstri için kullanıma açıktır.
Co-ekstrüzyon teknolojisini genel hatlarıyla açıklarsak; iki veya daha fazla farklı plastik malzemeyi tek kalıpta üretmektir. Co-ekstrüzyon farklı malzemelerin birleştirilmesinde boru ve profilden, levha ve filme kadar geniş bir üretim alanında çok kullanışlı bir teknolojidir .

Co-ekstrüzyonda başarılı olmak için, malzemeler kimyasal olarak uygun olmalıdır.Bu uyumlu malzemeler erime safhasında birbirlerleriyle eriyip kaynaşırlar. Bu nedenle malzeme katmanları birbirinden ayrılmaz ve ayrı katlara bölünemezler. İki farklı veya uyuşmaz malzemeler arasında bağ veya yapıştırıcı katman(malzeme)  kullanılarak  co-ekstrüzyon yapılabilir.

1. GİRİŞ
Gelişen plastik  teknolojisinin alt kollarından biri olan ekstrüzyon son yıllarda büyük gelişmeler göstermektedir. Bundaki temel gerekçe ekstrüzyon ile üretilen parçalara olan aşırı taleptir.

Ekstrüzyon, makineye malzeme doldurduktan sonra eritme, plastikleştirme ve şekillendirme işlemlerinin kesintisiz olarak kendiliğinden cereyan ettiği bir sürekli plastik işleme tekniğidir. Plastik işleme endüstrisinde ekstrüzyon işlemi, çok geniş bir uygulama sahasına sahiptir. Çeşitli kullanım yerlerine göre ekstrüder silindiri içerisinde tek, çift veya daha fazla vida bulunur. Ekstruder silindiri genellikle elektrikli  bir ısıtıcı ile ısıtılmaktadır (1).

Co-ekstrüzyon teknolojisini genel hatlarıyla açıklarsak; iki veya daha fazla farklı plastik malzemeyi tek kalıbta üretmektir.
 Co-ekstrüzyon farklı malzemelerin birleştirilmesinde boru ve profilden, levha ve filme kadar geniş bir üretim alanında çok kullanışlı bir teknolojidir (2-3).

Co-ekstrüzyon teknolojisi ayrıca gıda ambalajlanmasında da önemli bir yer tutar. Ambalajlanan gıdanın tazeliğini koruyabilmesi için oksijen ve karbondioksidin gıdaya ulaşması, aroma ve nemin ise gıda maddesinden kaçması engellenmelidir. Bu nedenle polimer madedelerden  gaz geçisini azaltan, kontrol eden ve/veya engelleyen malzemelerin geliştirilmesi, plastiklerin gıda maddeleri ambalajında kullanımında önemli bir dönüm noktası olmuştur (2-3).

Co-Ekstrüzyon Kalıplama Teknikleri
1. Profil ve Boru Co-Ekstrüzyon
2. Film ve Levha Co-Ekstrüzyon
3.Tel ve Kablo Kaplama Co-Ekstrüzyon

2. CO-EKSTRÜZYON
Ekstrüzyon
Isı ve basınç kullanarak malzemenin kalıptan sürekli geçmesini sağlamak yoluyla uzun parçalar elde etme işlemine ekstrüzyon denir.
Ekstrüzyon;
1. Metal Ekstrüzyon
2. Plastik  Ekstrüzyon olmak üzere ikiye ayrılır(2-3).

Ekstrüzyon  prosesinde aynı kalitede hassas ölçülerde ve istenilen uzunlukta kesiksiz ürünler elde edebilme avantajı yanında; ekstrüder ile ilgili sistemlerin pahalı olması, ürüne, ekstrüder çıkışından sonra ek(ikincil) işlemlerin uygulanması gereği gibi dezavantajlar bulunmamaktadır (2).

Plastik Ekstrüzyon
Ekstrüzyon , plastik bir maddenin ısı ile akışkan hale getirilerek , belirli bir şekli kalıptan basınçla geçirilmesi ve biçimlendirilmesi yöntemidir. Bu  biçimlendirme, çubuk , boru, profil malzeme, levha, film ve herhangi bir başka malzeme üzerine kaplama şeklinde olabilir (4).

Diğer bir şekilde ifade edersek; ekstruzyon, makineye malzeme doldurduktan sonra eritme , plastikleştirme ve şekillendirme işlemlerinin kesintisiz olarak kendiliğinden cereyan ettiği sürekli bir plastik işleme tekniğidir. Bu işlemlerin yapıldığı makineye ise ekstruder denir (5).

Ekstrüzyonda genelde termoplast plastikler kullanılır. Yaygın olanları PVC , PE , PP , PS , PA , termoplast poliester ve sülfon plastiklerdir (5).

Ekstrüzyon süreçleri ; (5)
-Plastik ve dolgu maddelerinin karıştırılması,
-Levha üretimi,
-Film üretimi,
-Boru ve profil malzeme üretiminden ibarettir.

-Plastik ve Dolgu Maddelerinin Karıştırılması
Fabrikadan saf olarak piyasaya verilen polimerler, kullanım amacı ve beklenilen özellikler bakımından bazı dolgu maddeleri, hatta başka tür plastiklerle karıştırılması gerekir. Ekstrüzyon cihazlarına alınan bu bileşenler eritilerek, cihaz ağzına takılı bir şerit veya tel kalıbından geçirilir, çıkışta da uygun boyda kesilerek gerek enjeksiyon, gerekse diğer biçimlendirme cihazlarında kullanılmak üzere granül hale getirilirler (5).

-Film ve Levha Ekstrüzyon
Ekstüzyonla film ve levha plastik ürünler, “doğrudan” veya “dolaylı” olarak;iki farklı yöntemle elde edilir.
Doğrudan film/levha üretiminde, uygun bir düz film kafası kullanılır(Şekil 3). Ekstrüzyon yatay çalışır ve 0.3-30 mm kalınlık;3.5 m kadar genişlikte ürünler elde edilir (2).

-Profil ve Boru Ekstrüzyon
Ekstrüzyon cihazı ağzına takılan boru veya profil kalıbından çıkan profil veya boru vakım altındaki soğutma suyundan, açık soğutma suyu tankına geçirilir.Vakumun yararı, borunun veya profilin içe doğru çökmesini önlemektir.
Özel amaçlı boru veya profil üretiminde ısı işlemi ve haddeden geçirme gibi yardımcı işlemler uygulanır (2).


CO-EKSTRÜZYON KALIPLAMA TEKNOLOJİSİ

Co-ekstrüzyon iki veya daha fazla farklı plastik malzemeyi tek kalıbta üretmektir.Tipik co-ekstrüde edilmiş malzeme kombinasyonları ambalajlama filmlerinin   türlerini içerir. Bu filmlerde kullanılan farklı plastikler malzeme kombinasyonuna nem direnç sıcaklığı, gaz bariyer özellikleri ekonomik oluşları vb… özellikleri sunar. Bu kullanılan malzeme kombinasyonlarına örnek vermek gerekirse; medikal ve steril tek kullanımlık olan paketler için PE/NYLON/PE malzeme kombinasyonu kullanılır.Ambalajlama filmleri ve alışveriş torbaları için AYPE(Alçak yoğunluklu polietilen)/YYPE(Yüksek yoğunluklu polietilen) kombinasyonu rijitliğinin ayarlanabilmesi ve düşük maliyetli oluşlarından dolayı tercih edilir(2).
Co-ekstrüzyon için bir çok teknik bugünlerde endüstri için kullanıma açıktır.(Bazı patentlerde ve sadece elde edilebilir ve sadece elde edilebilir lisanslar altında)Aslında, bununla birlikte 3 tane kullanılan genel kavram vardır (2).

1. Çeşitli erimiş plastikler sadece kalıpta akışa karşı özel bir adaptörden geçerek birleştirilir.
2. İkinci bilinen teknik ise çoklu manifold co-ekstrüzyondur. Bu yöntemde kalıbın içinde ergimiş plastik gerekmektedir.
3. Üçüncü teknik az bilinen çoklu ağız co-ekstrüzyondur. Bu teknik kalıptan çıkana kadar, birbirlerinden izole edilmiş plastiğin her katmanını tutmak için tasarlanmıştır.

Co-ekstrüzyonda başarılı olmak için, malzemeler kimyasal olarak uygun olmalıdır.Bu uyumlu malzemeler erime safhasında birbirlerleriyle eriyip kaynaşırlar. Bu nedenle malzeme katmanları birbirinden ayrılmaz ve ayrı katlara bölünemezler. İki farklı veya uyuşmaz malzmeler arasında bağ veya yapıştırıcı katman(malzeme)  kullanılarak  co-ekstrüzyon yapılabilir (10).
     
Ayrıca plastik malzemeler; co-ekstrüzyonda katmanlara düzgün yayılmış olan           ekstrüzyon proses sıcaklığında, aynı erimiş akışkan viskozitesine sahip olmalıdırlar. Ekstrüzyon sınıflarında akışkan eşleştirmesi gelişmekle birlikte co-ekstrüzyonda gelişmektedir (.



Co-Ekstrüzyon Teknolojisinin Gıda Ambalajlanmasında Kullanılması

Plastiklerin gıda ambalajlamasında yarattığı devrimi, büyük ölçüde, çok katlı bariyer sistemlerinin yanı sıra gıda hazırlama ve koruma yöntemlerine ve kullanıcının beğeni ve alışkanlıklarına bağlamak mümkündür. Gıda ambalajında plastik kullanımını sınırlayan en önemli konu, gazların ve su buharının plastiklerin çoğundan kolaylıkla geçebilmesidir. Ambalajlanan gıdanın tazeliğini koruyabilmesi için oksijen ve karbondioksidin gıdaya ulaşması, aroma ve nemin ise gıda maddesinden kaçması engellenmelidir. Bu nedenle polimer madedelerden  gaz geçisini azaltan, kontrol eden  ve/veya engelleyen malzemelerin geliştirilmesi, plastiklerin gıda maddeleri ambalajında kullanımında önemli bir dönüm noktası olmuştur (12).

Söz konusu gaz geçirgenliği düşük ve bariyer özelliğine sahip malzeme geliştirilmesinin yanı sıra bu malzemelerden, diğer plastiklerle birlikte çok katmanlı yapıda ambalaj malzemeleri üretim teknolojilerinin geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Bariyer yapılı polimerlerin genelikle pahalı olmaları ve paketlenen malzemeye gerekli korumayı tek başlarına sağlayamamaları nedeni ile söz konusu malzemelerin başka malzeme katmanlarıyla takviye edilmesiyle, ambalajlanan gıdaya arzu koruma sağlanabilmektedir(12).

Bu ambalajların üretilmesinde şişirme-film co-ekstrüzyon teknolojisi kullanılmaktadır. Bu teknolojinin şişirme-film ekstrüzyondan farkı kalıpta  ayrılmış eritici kanallarının olmasıdır (12).

Co-ekstrüzyon malzemeleri; çok farklı üretim sıcaklıklarında kullanılır. Vida geometrisi ve sıcaklık düzeyi üretilecek malzeme için en yüksek üretim derecesine ayarlanmalıdır.

Co-Ekstrüzyon Kalıplama Teknikleri
1- Profil Ve Boru Co-Ekstrüzyon
Co-ekstrüzyondaki diğer bir erken gelişmede vinyl(PS,PVC vb..) ürünlerinin  farklı iki sertlik içeren maddelerin işlenmesidir. İkili-durameter ekstruzyon(yumuşak ve sert olan farklı iki malzemenin ekstrude edilmesidir. Genellikle PVC malzemelerde kullanılır)olarak adlandırılan bu sistem, kasket ile daha yumuşak menteşe maddesi olarak kullanılacak menteşelenmiş, çeşitli maddelerde kullanılır (10).
 
Kalıp dizaynı için gerekenler ve malzeme etkileşimleri co-ekstrüzyonun içerisinde yer aldığı için, bu teknik oldukça uygun bir teknik olarak kabul edilir. Başarılı bir co-ekstrude edilmiş ürün, oldukça ciddi bir çalışmanın sonucunda yoğun bir deneyim ile elde edilebilir. Son zamanlarda yayımlanan makaleler, daha önce referans olarak bahsedilen ve N. Minagawa, J. L. White yazdığı makaleler içerir.Bu makaleler, ekstrüzyon koşullarında daha mantıklı ve tahmin edilebilir bir dizayn sağlayan ikili durameter’ e bir bakış açısı sağlamıştır (10).

2- Film Ve Levha Co-Ekstrüzyon
Levha: Kalınlığı 10 mm veya daha fazla, uzunluğu ise genişliğinden daha fazla olan termoplastik levha.
Film: Nominal kalınlığı 0.0254 mm ( 0.001 inç ) den küçük olan plastik levha, tabaka.

Farklılıkları yalnızca kalınlıklarında olduğu için, levha ve film birlikte düşünülür.  Standart üretim metotları için değişen üretim malzemeleri her ikisi  içinde aynıdır, çift madde üretimi düşünüldüğünde ikisi için tek bir teknoloji ile üretim yapılabilir.  En temel gereksinim tabaka maddesinin (kalıpda veya başka halde) kalıbından önce işlenmesidir. Her iki sistemde düz levhalar, ekstrüzyon levha ve şişirilmiş ekstrüzyon filmlerde kullanılır.

3- Tel Ve Kablo Kaplama Co-Ekstrüzyon
Tel ve kabloların kaplanması yöntemi co-ekstrüzyonun teknolojisinin bir dalıdır. Bir çapraz (kroşet) içinden geçen tel veya kablo üzerine erimiş plastik çekilerek kaplanır. Kaplanmış tel kafadan çıktıktan sonra bir su banyosunda soğutulur, devamlı olarak test edilir ve genellikle bir makaraya sarılır (11).
Temel izolasyon (Primary isolation), izolesiz tel veya tellerin elektriksel izolasyonu için doğrudan plastikle kaplanmasıdır (11).

Ceketleme (Jacketing) veya kılıflama (sheating), tel veya tellerin daha çok mekanik etkenlere karşı korunma amacıyla plastik kaplanmasıdır. Bu işlem çoğu zaman temel izolasyon yapılmış tellere uygulanır (11).

Polietilen ve viniller bu işlemin temel maddeleridir. Polietilen -özellikle düşük ve orta yoğunluklu polietilen- mükemmel izolasyon yeteneği, nem ve kimyasallara direnç, esneklik ve hafiflik sağlar. Son zamanlarda polietilenin özellikleri daha da geliştirilmiştir. Polietilenlere nazaran viniller daha ağırdır ve daha zayıf yalıtıcıdırlar.
Lakin çok esnek yapılabilirler ve kendi kendilerine sönme özellikleri vardır. Dolayısı ile daha çok ceketleme için kullanılırlar. Naylon ise güçlü, ısıya ve aşınmaya dayanıklı olduğu için kullanılır.

3-SONUÇ VE İRDELEME
Co-ekstrüzyonla ilgili yapılan bu çalışmanın sonucunda; co-ekstrüzyon teknolojisinin, iki veya daha fazla plastik malzemeyi tek kalıpta üretmek için kullanılan bir teknoloji olduğu anlaşılmıştır.

Bu teknolojinin çok geniş bir kullanım alanı olduğu görülmüş ve en önemli kullanım alanının gıda ambalajlanmasında kullanılan filmlerin üretilmesi olduğu anlaşılmıştır. Ambalajlanan gıdanın tazeliğini koruyabilmesi, nemin ve aromanın gıda maddesinden kaçmasını engellenmesi co-ekstrüzyonla üretilen filmler sayesinde olmaktadır. Bu filmlerde kullanılan her bir malzeme ambalaj filmine ayrı bir özellik katmaktadır.

Ayrıca bu teknoloji filmden levha üretimine, tel ve kablo kaplamadan, boru ve profil üretimine kadar bir çok alanda kullanıldığı görülmüştür.