ATABB

Oğuzboyu

Teflon
Genellikle teflon adıyla tanınan flüorinli polimer, politetraflüoro etilendir (PTFE). PTFE’nin kimyasal, ısıl ve elektriksel özellikleri, birçok plastikten daha üstündür. Dolayısıyla bu ürün, modern üretimin çok önemli birçok gereksinmesini karşılar.
Bu polimere gösterilen aşırı ilgiyi aşağıdaki özellikleri doğrular: Kimyasal eylemsizliği (yalnızca, ergimiş metaller, çok yüksek sıcaklıktaki flüorin ve bazı tuzlaştırılmış bileşikler tarafından etkilenir); 260°C’a kadar yüksek sıcaklıklara çok iyi dayanması (kısa sürelerde ise, daha yüksek sıcaklıklara dayanıklıdır); —265°C’a kadar soğuğa dayanıklılığı; son derece iyi bir elektrik yalıtkanı olması; yapışkan olmaması; kendi kendini yağlaması; uzun ömürlülüğü; nemden etkilenmemesi; yanıcı olmaması.
PTFE’ NİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ
PTFE molekülünü kovalent bağlarla bağlanmış flüorin ve karbon atomları oluşturur. Karbon ile flüorin arasındaki bağ, bilinen en güçlü bağlardandır (110 K kal/mol dolaylarında). Polimerin üstün kimyasal ve ısıl direncini, bu gücü sağlar. Makromolekülde atomların yapısal düzenlenişi de, teflonda değişik özelliklerin olağandışı toplanmasına katkıda bulunur.
Billursu polimerde karşılıklı itme nedeniyle flüorin atomları, paralel makromoleküllerin sarmal biçim almasına neden olur. Yüksek billurlaşma ve buna bağlı olarak da yoğunlaşmış yapı, polimerin bilinen tüm çözücüler içinde çözünmemesini ve erime noktası üstündeki sıcaklıklardaki yüksek ağdalılık indisini açıklar. Flüorin tabakaları arasındaki itme de, düşük sürtünme katsayısını açıklar.
PTFE’nin birçok dönüşüm noktası vardır. Bunların ikisi, üretim yönünden önemlidir. Sözgelimi 20°C’taki dönüşüm noktası, üretim öncesinde tozu bu değerin biraz üstündeki bir sıcaklığa (21 – 25°C) çıkartmayı gerektirir.
Bu, dönüşmenin işlem sıcaklığı biraz yüksek ya da biraz düşük değerler arasında gerçekleştirilmesini sağlar.
Billur hali ve camsı (cam gibi) hal arasında 327°C’taki dönüşüm noktasının varlığı, 327°C’ın üstündeki sıcaklıklarda ürünün toplaştırılmasını zorunlu kılar. Düşük ısı iletkenlik katsayısı nedeniyle, toplaştırılma, billurun erime sıcaklığının üstündeki sıcaklıklarda yapılır. Isı iletkenlik katsayısının düşüklüğü ve hacimdeki önemli değişmeler nedeniyle, camsı halden soğutmanın yavaş yapılması gerekir. Bu özel sıcaklık engelini aşmaya gerekli sürenin uzunluğu, üründe keskin sıcaklık artımlarının bulunmamasını sağlar. Bu artımlar iç gerilmelere, hatta kırılmalara neden olabilirler, öte yandan, dönüşme noktasının altındaki soğuma hızı, polimer kütlesindeki billursu ve amorf bileşenlerin oranını etkiler. Toplaştırılmış bir parçanın yavaş soğutulması, billursuluk derecesini yükseltir; hızlı soğutma ise, amorf yapıyı geliştirir. Bunun nedeni, amorf maddenin yeniden billurlaşmaya olanak bulamamasıdır.
PTFE camsı hale geldiğinde, polimeri polimerleşmede simgeleyen yüksek (yüzde 90′dan fazla) billurlaşabilme oranını yeniden kazanamaz. Bu, sonradan hangi işlem uygulanırsa uygulansın geçerlidir.Billursu ve amorf yapılar arasındaki oranlar, ürünlerin fizik ve mekanik özelliklerini etkiler.
PTFE’nin ısıl çözülmesi belli belirsiz 250°C’ta başlar; ama üretim amaçları için 400°C’tan aşağısı uygun değildir. Bundan sonra, 500°C ın üstünde ısıl çözülme çok hızlıdır. Çözülme ürünlerinin tümü gazdır (küçük miktarda perflüorinler ve büyük ölçüde karbonflüorür. Bu nedenle ısıl, çözülme tamamlandığında katı bir artık kalmaz.
PTFE’NIN MEKANİK ÖZELLİKLERİ
PTFE’nin çekme direnci, ancak yüksek sıcaklıkta uzun süre kaldığında biraz etkilenir. 250°C’ta bir ay tutulan deneme parçalarının çekme direnci, yüzde 1 kadar azalmıştır. Bu oran, sıcaklık 290°C’a çıkarılınca, yüzde 10-20′ye çıkmıştır. PTFE’nin yük altında biçim değiştirmesi yükün cinsine, uygulandığı zamana ve sıcaklığa bağlıdır. “Zor” güçlüyse ve uzun süre uygulanmışsa, biçim değişmesi kalıcı olur. Ama bazı durumlarda ürün, 327°C’ın üstünde ısıtılırsa hemen hemen eski halini alır. Yüzeyi üstüne basınç uygulanmasını gerektirecek durumlardaysa, polimer yararlı değildir. Yerine başka bir şey kullanılmalıdır. Teflonun çarpışmaya direnci yüksektir ve nispeten küçük sıcaklıklarda (—75°C’ın altında) bile oldukça yüksek kalır. Statik ve dinamik sürtünme katsayıları, katı cisimler arasında en düşük orandadır ve ancak ıslak buzun gene ıslak bir buza sürtünme katsayısı ile karşılaştırılabilir. Bu katsayılar, 0°C’ın altındaki sıcaklıklarda, yük azalınca ve temas yüzeyleri arasındaki hız oranı büyük olunca, biraz artar.
Ayrıca, PTFE yapışkan değildir; üstüne herhangi bir madde çok güç yapıştırılabilir.
PTFE’NİN ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERİ
PTFE’nin eşine rastlanmayan ve uygulamada —100°C’tan 300°C’a kadar ve 108 Hz’e kadar, tüm frekanslarda değişmez olan elektriksel özellikleri vardır. Kalınlık azaldıkça, yalıtkanlık artar. Uzun süre yüksek sıcaklıkta kalsa bile, bu özellikleri yitirmez.
Uzun süre suda kalsa bile, hacim direnci değişmez. Yüzey direnci ise yüzde 100 oranda nemde bile değişmez. Teflonun yalıtkanlık (di-elektrik) katsayısı, bilinen yalıtkan tüm maddelerden daha azdır ve uzun süre 300°C sıcaklıkta 109 Hz’e kadar olan frekanslarda kalsa bile, değeri değişmez. Elektrik arkı alevine de iyi direnir. Çok uzun süre elektrik arkı alevine tutulduğunda, karbon artıkları bırakmadan buhara dönüşür. Dolayısıyla, yüzey direnci azalmaz. Uzun süre yüksele sıcaklıkta kalmasının, yüzey direncine etkisi yoktur. Bu yüzden PTFE, yalıtkanlık özelliğinin yüksek çevre sıcaklığıyla koşullandığı elektrik uygulamaları için eşi olmayan bir maddedir.
PTFE TİPLERİ
PTFE’nin değişik tipleri, üretimde değişiklik yapılarak ve özel üretim sonrası işlemlerle elde edilir. Bunlar, ürünün döküm ya da preste çekme ile elde edilişine göre sınıflandırılır. Her iki yöntem de, uygun bir polimerle ürünün en az fiatla üretilmesini sağlayan yan üretim ürünleri çıkarır. Bu yüzden PTFE ürünleri temelde, döküm tozları ve çekme tozları olarak ikiye ayrılır.
Çekme tozlan, döküm tozlarından daha yumuşak olmalarıyla ayırt edilir. Bu özellik, otomatik üretim makinelerinin kolaylıkla beslenmesini sağlar.
PTFE’nin fiziksel özelliklerini (yük altında biçim bozulmasına dayanma; esneklik; yıpranmaya da yanma; sertlik) değiştirmek gerektiren uygulamalarda, toplaştırılma sıcaklıklarına (370 – 380°C) dayanabilen inorganik tamamlayıcı tozlar da kullanılır.
Bu zenginleştirilmiş tozlar, dökülebilir ya da çekilebilir. Bununla birlikte bazıları, yumuşaklığı artırmak için, çekmeden önce ön işlem, den geçirilir. Bu tozlar, normal tozlarla aynı biçimde üretilir. Ama ürünün gözenekliliğini en aza indirmek için, daha yüksek çalışma basıncı uygulanır.
Hamur çekmede ortalama 500 mikron boyutlarda kümelerden Doluşan beyaz tozlar kullanılır. Bunlar PTFE dağılımının (dispersiyonunun) katılaşmasından oluşan hamur biçiminde çekilen tozlardır. Üretimden önce, organik yağlayıcılar (hafif nafta, ksilen, çözücü benzin gibi) karıştırılır ve 20–35 kg/ sm2 basınçla, silindir biçimi preslerde ön biçim verme işlemi yapılır. Ön biçim verilmiş ürün pistonlu çekicide çekilir ve çekilen parçalar kurutulup toplaştırılır.
Bu özel üretim yöntemi çok düşük boyut oranlaması (ön biçim verilmiş parça ile çekilmiş parçanın kesit alanları arasındaki oran) ve çok iyi parlatılmış yüzeyler (yuvarlak borular, küçük tüpler, değişik kesitler ve şeritler gibi ürünlerde) sağlar.
Dağılım ve boyalar, formüllemeyi izleyen yoğun PTFE dağılımından elde edilir. Başlıca tipleri aşağıdadır.
Aşılamak için gereken dağılımlarda yüzde 60 polimer vardır ve bir nemlendirici katılmasıyla dengelenir. Genellikle cam, amyant, dokuma ve örgüler, porselen, karbon, grafit gibi gözenekli maddeler de kullanılır. Yüzey kaplamalarında kullanılan dağılım ve boyalar, alüminyum kapların kaplanmasın, da kolayca uygulanır. Bilinen teflon kaplı mutfak eşyaları, su ile inceltilerek, fırça ile sürme ya da püskürtme yoluyla yapılır.
Öncelikle kullanılan boya, ağırlığının yüzde 55′i polimer olan sulu dağılımdır. Bu dağılımlar, belirli bir oranda asit karışımı katılarak, değişik metallerde astar boya olarak kullanılır. Bu astarlar işlenecek yüzeye çok iyi uygulanırlar. Yüzde 43 polimerli sulu dağılımdan oluşan boyalar, astar üstüne saydam bir boya olarak ikinci tabaka halinde sürülür.
PTFE’NİN ÜRETİMİ
PTFE, termoplastik bir reçine olarak sınıflandırılmasına karşılık, 327°C üstündeki camsı halindeki yüksek ağdalılığıyla ve bilinen hiçbir çözücüde çözülmemesiyle öteki termoplastik reçinelerden ayrılır. Önce de değinildiği gibi, PTFE döküm, çekme, hamurdan çekme gibi yöntemlerle üretilebilir. Tabak, yuvarlak boru, bilezik üretimine uygun olan döküm yöntemi
metal tozları ve seramik üretimiyle ilgilidir. Bu yöntemde soğuk toz 100 – 300 kg/sm2 basınçta kabaca biçime sokulur. Bu ürün sonra, 360–380°C arasında sıcak hava ile (kalıp içinde yada dışında, basınç altında yada basınçsız) tavlanır. Daha sonra uygun bir oranda soğutulur. Soğutma oranı ve yöntemi, ürünün özelliklerini, karmaşık biçimlere sokulabilmesini, ekli parçaları, v.b. etkiler.
Çekme ise sürekli uzunluktaki kesitlerde, yuvarlak borularda, tüplerin yapımında kullanılır. Arkhimedes vidalı yatay çekiciler kadar, dikey çekicilerde de uygulanır. Bu makinelerde toz ısıtılmış bir kalıptan geçirilirken, biçim verme, tavlama ve soğutma işlemleri tek bir işlemin bölümleriymiş gibi birbiri ardına gerçekleştirilir. Çekme hızı, ısı iletim katsayısının azaldığı ve ulaşılması gereken çok yüksek sıcaklık değeri nedeniyle, öteki termoplastik reçinelerden daha yavaştır.
Hamurdan çekme, ince ürünlerde, özellikle ince borular ve ince ekli tüplerde (genellikle elektriksel yalıtıcı olarak kullanılırlar) uygulanır.
Daha önce de değinildiği gibi, bu yöntemde, çekmeyi kolaylaştırmak için uygun organik yağlayıcılarla karıştırılmış tozlar kullanılır. Tozun özel yüzeyi nedeniyle, yağlayıcı tümüyle emilmelidir. Ön biçim verme 20 – 35 kg/sm2 basınçla, silindir biçimi bir kalıp içinde yapılır; ön biçim verilmiş ürün sonra, yavaş hızla çalışan çekicinin basınç odasına aktarılır. 40°C’a kadar ısıtılmış, boş yeri olmayan kalıp içinde, oda ısısında çekilir. Pistonun bir tam vurgusuyla, bir bütün ön biçim verilmiş ürün çekilir. Daha sonra bu, bir öncekine kaynaklanır. Ürün sonradan, boru biçiminde fırınlardan geçirilerek, içindeki yağlayıcı katkı maddeleri buharlaştırılır ve tavlanır. Bunun süresi, yağlayıcının buharlaşma ve tavlama , hızına bağlıdır. Tavlama sıklığına ulaşınca, zehirli madde içeren az miktarda gaz oluşabilir. Bu hava solunursa, birkaç günde geçen grip tipi hastalıklara yol açar.
PTFE’NİN ÖZEL İŞLEMLERİ
PTFE’nin, önceden de belirtildiği gibi, yapışmama özelliği vardır. Bu özelliği doldurma hunileri, karıştırıcılar, reaktörler ve bilyalı yataklarda kullanıldığı zaman son derece yararlıdır. Öte yandan, tamamlanmış ürünü başka şeylere yapıştırmak da çok zordur. Yapışabilmesi için yüzeyin, PTFE’yi etkileyebilen ender kimyasal maddelerden olan erimiş metal sodyum ile kimyasal tepkimeye tutulması gerekir. Böylece yarı tamamlanmış ürünün yüzeyinde oluşan kısmi flüorin yitimiyle, yüzeyde mikro gözenekleşme olur ve yapıştırılabilir. Kullanılan zamklar genellikle epoksi tiptedir. Bu işlemden sonra, serbest karbon atomları oluştuğundan, yüzeyin rengi koyulaşır.
PTFE çok iyi temizlenmiş yüzeylere, basınç altında ısıtılarak kaynaklanabilir. Kaynaklanacak yüzey, tavlama sıcaklığına kadar basınç altında ısıtılır. Tavlanmamış çekme tozlarından bir kat sürülürse, sonuç daha iyi olur. Yarı tamamlanmış PTFE, ± 0,05 mm’ye kadar toleransla, normal metal, ağaç ve plastikleri işleyen araçlarda işlenebilir. Su ya da sütsüleştirilmiş yağlar gibi yağlayıcılar, polimerin kendi kendini yağlayabilme özelliği nedeniyle, gerekli değildir. Ama soğutucu kullanılması, kesme hızında artış sağlar.
Küçük boyut toleransları istendiğinde, özel bir ısı işlemi uygulanır. Yarı tamamlanmış ürün, tamamlanmış ürünün kullanılacağı yerde ki en yüksek sıcaklığın 40 – 50°C üstüne kadar. Isıtılır ve kalınlığına bağlı olarak —genellikle her 12 mm kalınlık için bir saat— bu sıcaklıkta tutulur. Daha sonra, soğumanın yavaş olması gereklidir. Bu işlemle yarı tamamlanmış üründeki iç gerilmeler yok edildiğinden, boyutsal kararlılık sağlanmış olur.
PTFE’NİN UYGULAMA ALANLARI
Teflon kusursuz kimyasal, mekanik, elektrik ve ısıl özellikleri nedeniyle çok geniş bir alanda kullanılır.
Bilinen tüm çözücülere, kimya sanayisinde kullanılan hemen her asit ve alkaliye dayanıklılığı, geniş sıcaklık derecelerinde kullanılabilmesi, teflonu gerçekten değerli bir madde haline getirmiş, teflonun kullanılmasıyla, başka türlü çözülemeyecek birçok teknik sorun ortadan kalkmıştır.
Üstelik ömrü uzun olduğundan, bakım yapma işlemlerini büyük ölçüde azaltmıştır. Sözgelimi, contalardaki birçok uygulama; düz ve yivli tutucular, vida bağlantılarındaki contalar, valf ve pompa gövdeleri, pompa uyarıcıları, iç kaplamalı boru ve tüpler, gözenekli filtreler, kompresörlerdeki piston bilezikleri (segmanlar), karıştırıcılar, musluklar, kaplamalar, v.b. birçok yerde kullanılır. PTFE’nin çarpıcı elektriksel özellikleri de, elektrik ve elektronik üretiminde geniş ölçüde yerelmasına (özellikle küçültmede ve yüksek sıcaklığa tutulan kablolarda) yol açmıştır.
Teller ve kablolar için ÇOK ince ve esnek kaplamalar yapılmakta, özellikle aşındırıcı ortamlarda bile 250-280°C sıcaklıkta kullanılmakta, yalıtım için 0,5 mm kadar incelikte, her cins cismin biçimine uyabilen şeritler yapılmaktadır.
PTFE’nin elektrik ve elektronik üretimindeki uygulamaları teller, kablolar, motorlar, transformatörler, radarlar, eklemler, dalga yönlendiricilerin kaplanması ve yalıtılması, PTFE - bakır karışımı ile yapılan baskılı devreler, transformatör ve kondansatörlerin hava sızdırmaz kutuları, eşeksenli kabloların uzun parçaları, katot tüpleri ve musluklar, kondansatörler için ince tabakalar ve birçok başka konularda olmaktadır.
PTFE’nin düşük sürtünme katsayısı, onunla yapılan mekanik parçaların yağlanmasını gerektirmez. Yük altında biçim değiştirmesi, cam ve bronz gibi doldurucularla azaltılır. Mekanik alanda en önemli uygulamaları arasında kuru yataklar, yatak contaları, kendiliğinden yağlanan yataklar, kompresörler için piston bilezikleri, dönen millerin salmastra kutuları, şaftlar, oluklar, lastik tutuculara bağlanmış PTFE plakaları, taşıyıcı bantlar, yağ bilezikleri, pullar, kutular, pnömatik makine parçaları, dişliler, musluk yatakları, kâğıt kıvırma makineleri, zamklama makineleri için besleme kanalları, ölçü pistonları, yaylar için kendiliğinden yağlanan pullar, v.b. sayılabilir.
PTFE ürünleri çok yüksek sıcaklıklarda çalıştırılacaksa, polimerin bazı belirli davranış özellikleri dikkate alınmalıdır. Öteki plastiklere benzemeyen PTFE, yüksek sıcaklıkta ne erir, ne de akar. 250°C’ta bile, PTFE ürünleri mekanik özelliklerinin çoğunu korurlar. Mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda bile belli bir esneklikleri vardır ve basınçla karşılaştıklarında kırılgan değildirler. PTFE’nin çizgisel genişleme katsayısı birçok metalden fazla olduğundan, bir ürünün planlanma, sında, bu katsayı göz önüne alınmalıdır. Erimiş bir parça —150°C’a soğutulduğunda, yüzde 2 kadar büzülür; 250°C’a ısıtıldığında ise, ancak yüzde 4 genişler.
PTFE, özelliklerinde önemli bir eksilme olmadan, çok düşük sıcaklıklarda uzun süre tutulabilir. Sıvı oksijen içinde esnekliğini yitirmeyen birkaç polimerden biridir. Aşırı sıcaklık koşulları içindeki uygulamaları arasında bilyalı musluk yatakları, hidrolik düzenleyiciler, nükleer denetimler, yakıt boruları, metal koruyucularla korunan esnek tüpler, roket parçaları, jet motoru contaları, gazları sıvılaştırma kompresörlerinin piston segmanları, kayak kaplamaları, pompa diyaframları, v.b. sayılabilir. PTFE yapışabilir olmadığından besin, dokuma, makyaj gereçleri, kâğıt ve kimya sanayilerinde, ayrıca doldurma hunilerinde, sıkıştırıcı ve karıştırıcı aygıtlarda kullanılır.
Kararlılığı ve fizyolojik eylemsizliği tıp ve cerrahide özellikle aygıtlar, yapma damarlar ve pipetlerde geniş ölçüde kullanılmasını sağlamıştır. Uzay uygulamaları arasında, elektronik aygıtların yanı sıra, roketler için burun konileri ve ısı yitimini önleyen kaplayıcılar sayılabilir.