Applying different surface treatments on different plastic materials, examining the effect on paint test performance and developing a high-performance painting process
Farklı plastik malzemelere farklı yüzey işlemleri uygulaması, boya test performansına etkisi incelenmesi ve yüksek performanslı bir boya prosesi geliştirilmesi
- Tez No: 740115
- Danışmanlar: PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 137
Özet
Günümüzde otomotiv sektöründe kullanılan standart plastik parça boyama sürecine baktığımızda yüzey temizlik, yüzey ön işlem, astar, bazkat ve vernik uygulamalarından oluşmaktadır. Yüksek performanslı mühendislik polimerlerinin, yüksek mekanik ve kimyasal özelliklerine, atmosfer direncine rağmen çeşitli uygulamalarda düşük yüzey enerjisi nedeniyle kullanımı sınırlıdır. Bu sebeple otomotiv sektöründe yüzey ıslatma kabiliyetini arttırıcı yüzey ön işlem uygulamalarının araştırılıp, geliştirilmesi son yıllarda önemli derecede artmıştır. Günümüzde aktif olarak kullanılan ve yeni geliştirilen yüzey aktivasyon işlemlerine baktığımız da alev ile dağlama, mekanik ve kimyasal dağlama, korona ve plazma yöntemleri yer almaktadır. Bu çalışma kapsamında da otomotiv sektöründe kullanılan ve kullanılma potansiyeli olan Poliamid (PA GF15), Akrilonitril Bütadien Stiren (ABS), Polikarbonat-Akrilonitril Bütadien Stiren (PC/ABS), Polipropilen (PP TD10, PP TD17, Primerless PP) polimerik bazlı malzemelerden test plakaları hazırlanmış ve çeşitli varyasyonlarla üzerlerine boya uygulaması yapılmıştır. Bu varyasyonlar, yüzey ön işlemi ve astar uygulaması ile ilgili olarak iki kategoriye ayrılmaktadır. Yüzey ön işlemi için üç farklı yöntem kullanılmıştır; (1) alev uygulaması, (2) atmosferik plazma uygulaması, (3) yüzey ön işlemi uygulaması yok. Astar uygulaması için iki koşul vardır; (1) astar uygulaması, (2) astar uygulaması yok. Kullanılan yüzey işlemlerde değişken parametre; uygulama mesafesi olarak belirlenmiş olup, diğer tüm proses parametreleri seri üretim şartlarında sabit tutulmuştur. Uygulama mesafesi alev ile dağlama metodunda 10 ve 20 cm olarak, atmosferik plazma yönteminde ise 7 ve 10 mm olarak tanımlanmıştır. 10 cm uzaklıktan uygulanan alev, sonrasında astar, bazkat ve vernik uygulaması şu an seri üretimde kullanılan parametre ve proses adımlarıdır. Bu çalışmanın amaçlardan biri farklı yüzey ön işlemlerin polimerik yüzeylerde yaptığı değişikliği inceleyip, boya yapışma test performansları üzerindeki etkisini anlamaktır. İkinci amaç seri üretimde kullanılan mevcut proses adımlarında azaltma yapılıp yapılamayacağını gözlemlemektir. Üçüncü amaç ise her bir polimerik yüzey için optimum boya proses adımlarını belirlemektedir. Deney çalışmasında ilk adım olarak, test plakalarının yüzeyi üzerilerinde bulunma ihtimali olan partikül boyutundaki tozları uzaklaştırmak için basınçlı hava ile temizlenmiştir. Sonra yüzeyler izopropil alkol ile silinip enjeksiyon prosesinde gelebilecek yağ ve kirlerden arındırılmıştır. Silme işlemi tamamlandıktan sonra alkolün tamamen buharlaşması ve yüzeyin tamamen kuruması için basınçlı iyonize hava uygulanmıştır. İyonize hava kullanılmasının amacı yüzeyin tekrar toz tutmasını engellemektedir. Temizlik adımından sonra yüzey ön işlem adımına geçilmiştir. Burada plakalar üzerine 10 cm uzaklıktan alev , 20 cm uzaklıktan alev, 7 mm uzaklıktan plazma, 10 mm uzaklıktan plazma uygulamalarından biri uygulanmış veya herhangi bir yüzey işlemi uygulanmamıştır. Sonrasında astar uygulaması adımına geçilmiştir. Burada astar uygulamasının varlık ve yokluk durumlarını karşılaştırabilmek için plakalar üzerinde iki durumda yaratılmıştır. Sonrasında tüm plakaların üzerine sırasıyla bazkat ve vernik uygulaması gerçekleştirilip final test plakaları elde edilmiştir. Tüm bu uygulanan farklı varyasyonların boya test performansları üzerindeki etkisi incelenmiştir. Gerçekleştirilen boya test performansları; yapışma direnci, su direnci, nem direnci, termik çevrim direnci, darb darbe direnci ve taş çarpma direncidir. Yapılan testlerin sonuçları her bir malzeme için özel değerlendirilip, boya test performansı bakımından en optimum proses adımları belirlenmiştir. Test sonuçlarına göre belirlenen optimum proses adımları her bir malzeme için şu şekildedir; PA GF 15 malzemeye ait sadece iki farklı proses tüm boya testlerini pozitif sonuçlandırmıştır. Bunlar; (1) 7 mm uygulama mesafesi ile plazma uygulaması + astar + bazkat + vernik, (2) 10 mm uygulama mesafesi ile plazma uygulaması + astar + bazkat + vernik'dir. ABS malzeme için altı farklı proses seçilebileceği görülmüştür. Bunlar; (1) 10 cm uygulama mesafesi ile alev uygulaması + bazkat + vernik, (2) 20 cm uygulama mesafesi ile alev uygulaması + bazkat + vernik, (3) 7 mm uygulama mesafesi ile plazma uygulaması + bazkat + vernik, (4) 10 mm uygulama mesafesi ile plazma uygulaması + bazkat + vernik, (5) astar + bazkat + vernik, (6) bazkat + vernik'dir. PC/ABS malzeme için 5 farklı proses koşulu uygun sonuçlanmıştır. Bunlar; (1) 10 cm uygulama mesafesi ile alev uygulaması + bazkat + vernik (2) 20 cm uygulama mesafesi ile alev uygulaması + bazkat + vernik, (3) 20 cm uygulama mesafesi ile alev uygulaması + astar + bazkat + vernik, (4) astar + bazkat + vernik, (5) bazkat + astar'dır. PP TD10 malzemeye ait altı farklı proses tüm boya testlerini pozitif sonuçlandırmıştır. Bunlar; (1) 10 cm uygulama mesafesi ile alev uygulaması + bazkat + vernik, (2) 10 mm uygulama mesafesi ile plazma uygulaması + bazkat + vernik, (3) 10 cm uygulama mesafesi ile alev uygulaması + astar + bazkat + vernik, (4) 20 cm uygulama mesafesi ile alev uygulaması + astar + bazkat + vernik, (5) 7 mm uygulama mesafesi ile plazma uygulaması + bazkat + vernik, (6) 10 mm uygulama mesafesi ile plazma uygulaması + bazkat + vernik'dir. PP TD17 malzeme için 2 farklı proses koşulu uygun sonuçlanmıştır. Bunlar; (1) 10 mm uygulama mesafesi ile plazma uygulaması + bazkat + vernik, (2) 10 cm uygulama mesafesi ile alev uygulaması + astar + bazkat + vernik'dir. Son olarak Primerless PP malzemesi ise altı farklı proseste tüm boya testlerini pozitif sonuçlandırmıştır. (1)10 cm uygulama mesafesi ile alev uygulaması + bazkat + vernik, (2) 7 mm uygulama mesafesi ile plazma uygulaması + bazkat + vernik, (3) 10 mm uygulama mesafesi ile plazma uygulaması + bazkat + vernik, (4) 10 cm uygulama mesafesi ile alev uygulaması + astar + bazkat + vernik, (5) 20 cm uygulama mesafesi ile alev uygulaması + astar + bazkat + vernik, (6) 10 mm uygulama mesafesi ile plazma uygulaması + astar + bazkat + vernik'dir. Her üç farklı PP kopolimerinin de istenilen boya test performansının elde edilmesi için yüzey ön işlemi ve/veya astar uygulaması gerekli olduğu gözlenmiştir. Her malzeme ıslanabilirliğini en iyi derecede arttıran yönetm 7 mm uygulama mesafesinden uygulanan plazmadır. Plazma uygulamasında uygulama mesafesi azaldıkça ıslanabilirlik kapasitesinde artış gözlemlenmiştir. Hem alev uygulaması hem de plazma uygulamasında uygulama mesafesi azaldıkça, yüzey aktivasyona etki artmaktadır Temas açısındaki en yüksek artış sırasıyla PP TD10, Primerless PP, PP TD17, ABS, PC/ABS, PA6 GF15 malzemelerinde olmuştur. PP TD10 ve PA GF15'in ıslanabilirliği sırasıyla % 63.6 ve % 29 arttı. Yüzey ıslanabilirliğinin boya test performansı üzerinde tek etkili parametre olmadığı görülmüştür. Yüzey ıslanabilirliği yüksek olsa bile yüzeyde aşırı pürüzlülük, çatlama vb. gibi problemler varsa bu durumun boya katmanlarının yapışmasını olumsuz etkilediği ortaya çıkmıştır. Fakat uygun yüzey ön işlem parametresi ile astarın elimine edilebileceği görülmüştür. Bu astar eliminasyonu ile hem bir proses adımı azalacak yani üretim süresi kısalacak hem bu adımın çevreye verdiği zarar da elimine edilecek hem de genel prosesin maliyeti azalacaktır. Sonuç olarak her malzemeye aynı işlem adımları uygulanmış olmasına rağmen performans testi sonuçları farklı çıkmıştır. Her polimerik malzeme için optimum yüzey ön işlem yöntemi ile parametre ve astar gereksiniminin birbirinden farklı olduğu gözlemlenmiştir. Bu fark, malzemenin benzersiz fiziksel ve kimyasal özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle her malzeme için optimum proses parametresinin belirlenmesi gerekmektedir. Böylelikle hem maliyet hem süre hem de çevreye verilecek zarardan kazanç sağlanabilecektir.
Özet (Çeviri)
Nowadays, the standard plastic part painting process which is used in the automotive industry today, consists of surface cleaning, surface pre-treatment, primer, base coat and clear coat applications. Although high performance engineering polymers have high mechanical & chemical properties and atmospheric resistance, their use in various applications is limited due to their low surface energies. For this reason, the research and development activities of surface pretreatment applications that increase the surface wetting ability in the automotive industry have increased significantly in recent years. Flame, mechanical and chemical etching, corona and plasma application methods are among the actively used and newly developed surface activation processes. In this study, test plates were prepared from polyamide (PA GF15), Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS), Polycarbonate/Acrylonitrile Butadiene Styrene (PC/ABS), Polypropylene (PP TD10, PP TD17, Primerless PP) polymeric materials that are used in the automotive industry. Various variations of surface pre-treatment, primer, base coat and clear coat were applied to the test plates. These variations were divided by two categories as related to surface pretreatment and primer application.Three different methods were used for surface pretreatment; (1) flame application, (2) atmospheric plasma application, (3) no surface pretreatment application. There are two conditions for primer application; (1) primer application, (2) no primer application. Application distance was determined as a variable parameter in surface pretreatment methods. Other process parameters were kept constant. This application distance was defined as 10 and 20 cm for flame application, 7 and 10 mm for atmospheric plasma application. After each surface treatment, the surface wetting abilities were analyzed by contact angle measurement and the both morphological and roughness paramter change on the surface were examined with scanning electron microscope (SEM) and 3D optical microscope device. The effect of both surface pretreatments and primer applications on paint performance tests was analyzed. Examined paint performance tests were adhesion resistance, water resistance, humidity resistant, thermal cycle resistance, impact resistance and stone impact resistance. The results of these paint performance tests were evaluated for each material as separately and the optimum painting process steps were determined as special to each polymeric material.
Benzer Tezler
- Akımsız nikel fosfor/nikel bor dubleks kaplamaların korozyon ve aşınma dirençlerinin incelenmesi
Corrosion and wear resistance of electroless dublex ni-p/ni-b coatings
GÖKÇE DİL
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiDisiplinlerarası Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ GÖKŞENLİ
- Alüminyum 7075 alaşımının akışla şekillendirme ve yaşlandırma işlemi sonrası mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the microstructure and mechanical properties of aluminum 7075 alloy after flowforming and ageing process
ABDULKERİM KELLECİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN
- Aluminyum ekstrüzyonunda kalıp malzemesi olarak kullanılan sıcak iş takım çeliklerinin yüzey işlemleri ve tribolojik karakterizasyonu
Surface treatment processes and tribological characterization of hot work tool steels used as die material in aluminum extrusion
GÜLŞAH AKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. ŞEYDA POLAT
- Microbial decontamination of food packaging films using corona non-thermal plasma
Korona deşarjlı soğuk plazma uygulaması ile gıda ambalaj filmlerinin mikrobiyal dekontaminasyonu
EMİNE GİZEM ACAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜRBÜZ GÜNEŞ
- Aşırı plastik deformasyon uyfulanmış S500MC otomotiv çeliğinin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical properties of severe plastic deformed S500MC automotive steel
İBRAHİM KARADEMİR
Doktora
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BAHATTİN ÇELİK