Processing-structure-property relationship in injection molding of PP based compounds and composites for automotive applications
Otomotiv uygulamalarında kullanılan PP esaslı kompound ve kompozitlerin enjeksiyon yöntemi ile şekillendirilmesinde proses-yapı-özellik ilişkisinin incelenmesi
- Tez No: 840487
- Danışmanlar: PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER
- Tez Türü: Doktora
- 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: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 119
Özet
Mühendislik malzemeleri olarak plastikler, son elli yıldır malzeme bilim ve teknolojisinin en çok araştırılan dallarından birisidir. Hafif, geri dönüşümlü olma ve kolay işlenebilme gibi birçok özelliğin birleşimi sayesinde plastikler, otomotivden ambalaja geniş uygulama alanı bulmuşlardır. Polimer teknolojisinde yaşanan gelişmeler sonucunda günlük alanlardaki“genel kullanım amaçlı”malzeme sınıfındaki plastikler; mühendislik ve ileri teknoloji plastikleri sınıfına yükselmişlerdir. Bugün çelik vb. bir çok malzemenin yerini alan plastiklerin havacılık, savunma sanayinde ugyulamalar bulan ileri teknoloji ürünü malzeme uygulamaları bulunmaktadır. Plastiklerin işlenmesinde hızlı, ekonomik bir yöntem olarak enjeksiyon kalıplama yöntemi etkin bir yöntemdir. Kompleks geometrideki parçaların yüksek adette seri üretiminin gerektiği otomotiv sektöründe birçok plastik parça enjeksiyon yöntemi ile üretilmektedir. Tampon, gövde panelleri, fan taşıyıcı gibi araç dışında ve ön göğüs, kapı panelleri gibi araç iç komponentleri bu parçalara örnektir. CO2(g) salınımı, yakıt tüketimi ve geridönüşümün önem kazandığı günümüzde otomotiv plastikleri öncelik kazanmaktadır. Sürekli gelişen malzeme özelliklerinin proses-yapı-özellik davranışları araştırılması gereken bir konudur. Enjeksiyon kalıplama yönteminde plastik malzemeler bir vida yardımıyla ısı ve sürtünme kuvvetlerinin etkisiyle yoğurularak eriyik hale getirilmekte ve bu eriyik bir kalıp içerisine yüksek hızla doldurularak belirli basınç altında soğutulmaktadır. Diğer bir ifade ile enjeksiyon kalıplama yöntemi, katı fazdaki plastik malzemelerin eriyik faza; eriyik fazdan tekrar katı faz dönüşümü ve kristalizasyon olaylarının gerçekleştiği bir prosestir. Plastik enjeksiyon ile kalıplanmış parçaların (son ürün) özellikleri; görsel kalite, boyutsal dayanım ve mekanik özellik karakteristiği ile ifade edilmektedir. Bu bağlamda kalıplanmış plastiklerin özellikleri; malzemelerin mekanik, fiziksel ve optik özellikleri ile ilişkilidir. Dolayısıyla malzemelerin kristalinite ve mikroyapısına bağlıdır. Enjeksiyon prosesi süresince plastik malzeme özellikleri ile vida, kalıp ve proses koşulları arasındaki termomekanik etkileşim kalıplanmış parçanın (son ürünün) özelliklerini belirlemektedir. Söz konusu bu etkileşim, proses parametrelerinin etkisiyle kalıplanmış plastiğin moleküler dizilimini yani kristalinite ve mikro yapısını etkilemektedir. Diğer yandan, plastik enjeksiyon teknolojisi konusundaki güncel gelişmeler sayesinde bir çok yenilikçi yöntem ortaya çıkmaktadır. Plastik ve/veya kompozit levhaların şekillendirilerek üzerine enjeksiyon yapılmasına olanak sağlayan çoklu enjeksiyon, plastiklerin köpürtülerek mikrohücresel yapıya kavuşturulmasını sağlayan mükrohücresel enjeksiyon yöntemi gibi güncel örnekler bu yöntemler arasındadır. MIT Üniversitesi'nde geliştirilen fiziksel mikrohücresel enjeksiyon yöntem ile elde edilen hücrelerin eş dağılım, boyut ve yoğunlukta olması sağlanarak son ürün özelliklerindeki değişimin en az düzeyde tutulması mümkün olmaktadır. Hedeflenen eş dağılım ve boyuttaki mikrohücresel yapı kontrolü malzeme özellikleri ve proses değişkenlerine bağlıdır. Bu bağlamda malzeme özellikleri-proses parametreleri arasındaki etkileşimin kalıplanmış plastik parça özelliklerine etkisi bir kez daha önem kazanmaktadır. Otomotiv yan sanayinde gerçekleştirilecek bu doktora tez çalışması ile otomotiv plastiklerinin enjeksiyon yöntemiyle şekillendirilmesinde“malzeme özellikleri- proses parametreleri- son ürün özellikleri”arasındaki ilişki incelencektir. Bu kapsamda polimer malzeme ve enjeksiyon teknolojilerinde açığa çıkan yenilikler bilimsel düzeyde ele alınarak ülkemizde plastik enjeksiyon teknolojilerinin endüstriyel boyutta gelişmesinin desteklenmesi, gerekli bilgi birikimlerinin oluşturulması ve üniversite- sanayi işbirliğinin katma değere dönüşmesi açısından önemlidir. Bu tezin amacı, otomotiv plastikleri olarak da bilinen yeni nesil polipropilen (PP) esaslı termoplastik malzemeler kullanılarak plastik enjeksiyon kalıplama ve mikrohücresel enjeksiyon kalıplama yöntemleri ile şekillendirilen plastik parçalarda malzeme yapısı ve özellikleri ve proses parametreleri arasındaki etkileşimin ve son ürün özelliklerine etkisinin incelenmesidir. Elde edilen sonuçlar çerçevesinde her iki yönteme uygun otomotiv sektörüne yönelik termoplastik malzeme önerisinin geliştirilmesidir. Bu kapsamda: -Otomotiv sektöründe kullanılan öncelikli olarak PP kompound ve kompozitleri olmak üzere yeni nesil termoplastik malzeme yapı ve özelliklerinin aydınlatılması - Otomotiv uygulamalarında kullanılan yeni nesil termoplastik malzemelerin enjeksiyon davranışı - Malzemelerin yapısı ve özelliklerinin enjeksiyon proses parametreleri ve son ürünün fiziksel ve mekanik performansı etkisi - Proses kaynaklı hatalarının çözümünde malzeme yapısı ve özellikleri ile proses parametreleri arasındaki ilişki incelenecektir. Mikrohücresel köpürtme yöntemine yönelik; - Otomotiv sektöründe kullanılan PP malzemeler için proses çerçevesi belirlenecek ve proses kararlılığı ile ilgili veriler oluşturulması, -Mikrohücresel köpürtme yöntemi proses parametrelerinin son ürünün mekanik özelliklerine etkisinin incelenmesi - PP malzeme türü ve kullanılan katkı malzemelerin miktarı ve boyutunun mikrohücresel köpürtme yönteminde hücrelerin dağılımı, yoğunluğu ve boyutuna etkisi, ağırlık hafifletme ile ilişkisinin incelenmesi hedeflenmektedir.
Özet (Çeviri)
Plastic as an engineering material is one of the pioneer research topics due to its properties such as lightweigt, recyclablity and easy to process. Therefore, it has been extensively used in the numerous industry from automotive to packaging. As a result of the developments in polymer technology, plastic has risen to the level of engineering and/or high-tech material. Plastic is a promising material to replace many materials such as metals, have high-tech material applications that find applications in the aerospace and defense industries. Injection molding method is an effective method as a fast and economical method in the processing of plastics. Many plastic parts are produced by injection method in the automotive trim parts are exterior components such as bumpers, body panels, fan carrier and vehicle interior components such as dashboard and door panels. Today, when CO2(g) emission, fuel consumption and recycling gain importance, automotive plastics are gaining priority. The process-structure-property behavior of constantly evolving material properties is a subject that needs to be investigated. In the injection molding method, plastic materials are melted by kneading with the help of a screw with the effect of heat and friction forces, and this melt is filled into a mold at high speed and cooled under certain pressure. In other words, injection molding method, solid phase plastic materials into the melt phase; It is a process in which solid phase transformation and crystallization events occur again from the molten phase. Features of plastic injection molded parts (end product); visual quality is expressed by dimensional strength and mechanical property characteristics. In this context, the properties of molded plastics; It is related to the mechanical, physical and optical properties of materials. Therefore, it depends on the crystallinity and microstructure of the materials. During the injection process, the thermomechanical interaction between the plastic material properties and the screw, mold and process conditions determine the properties of the molded part (end product). This interaction affects the molecular arrangement of the molded plastic, namely its crystallinity and microstructure, with the effect of process parameters. On the other hand, thanks to the recent developments in plastic injection technology, many innovative methods are emerging. Current examples such as multi-injection, which allows plastic and/or composite sheets to be shaped and injected, and the microcellular injection method, which enables plastics to be formed into a microcellular structure by foaming, are among these methods. With the physical microcellular injection method developed at MIT University, it is possible to keep the changes in the final product properties at a minimum level by ensuring that the cells obtained are uniformly distributed, in size and density. The targeted uniformity and size control of microcellular structure depends on material properties and process variables. In this context, the effect of the interaction between material properties and process parameters on the molded plastic part properties gains importance once again. In this study which is carried out in the automotive supplier industry, the relationship between“material properties-process parameters-end product properties”in the injection molding of automotive plastics will be examined. In this context, it is important to support the industrial development of plastic injection technologies in our country by considering the innovations in polymer materials and injection technologies at a scientific level, to create the necessary knowledge and to turn university-industry cooperation into added value. This study aims to examine the interaction between material structure and properties and process parameters and the effect on the final product properties in plastic parts shaped by plastic injection molding and microcellular injection molding methods using new generation polypropylene (PP) based thermoplastic materials, also known as automotive plastics. Within the framework of the results obtained, the development of a thermoplastic material proposal for the automotive sector suitable for both methods. In this scope, - To figure out the structure and properties of new generation thermoplastic materials, primarily PP compounds and composites, which are used in the automotive industry. - Injection behavior of novel thermoplastic materials used in automotive applications - The effect of the structure and properties of the materials on the injection process parameters and the physical and mechanical performance of the final product. - The relationship between material structure and properties and process parameters will be examined in the solution of process-related errors. In terms of the microcellular foaming method; - Application and limitation in the automotive trim plastics - Process window which is determined for the PP materials used and data related to process stability will be generated, - Investigation of the effect of microcellular foaming method process parameters on the mechanical properties of the final product are researched. -It is aimed to examine the effect of the PP material type and the amount and size of the additives used in the microcellular foaming method on the distribution, density, and size of the cells, and its relationship with weight reduction
Benzer Tezler
- Elektrik güç sistemlerinde durum kestirimi
Electrical power system state estimation
YEŞİM NEMLİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1993
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. NESRİN TARKAN
- Otomotiv sektörü için AI-Si-Fe-x alaşımlarının geliştirilmesi
Başlık çevirisi yok
NECİP ÜNLÜ
Doktora
Türkçe
1998
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİYAZİ ERUSLU
- Değişken kapasiteli yandan tahrikli elektrostatik mikromotor tasarımı
Başlık çevirisi yok
ERTUĞRUL DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. R. NEJAT TUNÇAY
- Epoksi-fonksiyonelli silikat içerikli polimer nanokompozitlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of epoxy-functional silicate-containing polymer nanocomposites
KÜBRA ŞERİFE YÜKSEL
- İkincil bir çelikte içyapı - özellik ilişkisi
Structure ? property relationship in a secondary steel
ONUR ERTUĞRUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Metalurji MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. KAZIM ÖNEL