Hava Destekli Eğirme Sistemi ile Endüstriyel Kullanıma Yönelik Sızdırmazlık Uygulaması

Özet

Değişken basınç koşullarına uygun hareket ederek sızıntı oluşumunu engelleyici faaliyet
sızdırmazlık olarak geçmektedir. Sızdırmazlık elemanları döner mil keçesi, O-Ring, takım halka, körüklü keçe gibi farklı isimler ile endüstriyel uygulamalarda bilinse de, hareketli ya da hareketsiz makine parçaları arasında her türlü maddenin sızmasını önleyici elemanlar olarak tanımlanmaktadır.

Bu çalışmada hava destekli eğirme sistemi ile polimerik matrisli kompozit malzemeler zeolit, hidroksiapatit, lüle taşı, aktif kömür katkı maddesi ve ana matris malzemesi olarak polistiren (PS)-polilaktik asit (PLA) kullanımı ile uygulanacak bölgeye dairesel form şeklinde püskürtme işlemi ile kaplanarak belirli bir tabakaya getirilmesi sağlanmıştır.

Bu işlemin katman kalınlığı sızıntı halinin değişkenliği ve uygulanacağı bölgeye göre değişmektedir. Elde edilen ürün/ürünlerimizin uygun maliyette olması, çevresel atıklarında
geri dönüşümü ile kolay üretim imkanı sonucunda sızdırmazlık uygulamalarında çok amaçlı kullanıma yönelik bir materyal olacağı düşünülmektedir.

1.Giriş

Sızdırmazlık materyalleri genel olarak iki basınca sahip bölgede akışkanlığın kontrolünde uygulanmaktadır. Sıvı veya hava geçişini engellemek için kullanılmaktadır. Pompa, kompresör vb. yardımı ile belirli bir basınca sahip akışkanın bir alanı etkilemesi ile kuvvet meydana gelmektedir.

Bu kuvvet sonucunda eğer bariyer malzeme dediğimiz sızdırmazlık elemanı o bölgede yok
ise karşı taraftan sızıntı baş gösterecektir. Bu sebeple endüstriyel uygulamalarda conta, köpük, film vs. materyaller konularak sızdırmazlık sağlanmaktadır [1].

Özellikle maliyet artışları, sızıntı alanının genişlemesi ve yeterli sızdırmazlık performansı sağlayamamaları yeni malzeme arayışlarının oluşumunu desteklemiştir.

Doğal malzeme olarak zeolit, hidroksiapatit, lüle taşı, aktif kömür bu çalışmada kullanılırken, çevresel atık olarak polistiren (PS)-polilaktik asit (PLA) tercih edilerek hava eğirmeye uygun materyaller seçilmiştir. Zeolit, kristal yapıda hidrasyona uğramış alüminyum silikatdır. Absorblama gücü yüksek bir materyaldir [2].

Polilaktik asit (PLA), nişasta bazlı bir biyoplastikdir. Endüstriyel uygulamalarda sıkça kullanımı olan ve petrol ürünlerinin aksine gelecekte de sıkça tercih edilecek bir polimerdir. Özellikle ekibimiz COVID-19 pandemisinde filtrasyon amaçlı PLA temelli aktif kömür kompozit membran üreterek virüs ve bakteri geçişini engellemişlerdir. Uygun bir oksijen geçişi sağlamışlardır [12].

Hava destekli eğirme sistemi nanoteknolojik bir sistemdir. Kompresör ile belirli bir basınçtaki hava belirli bir hüzmeden verilir ve polimer çözeltisi ile buluşturulması sağlanır. Püskürmeye başlayan malzeme dairesel savurmalı sistem ile toplayıcı alana tutunur ve böylelikle belirli bir katman oluşumu sağlanır.

Bu sistem de önemli olan polimer çözeltisinin uygun viskozitesi, havanın belirli bir basınçta ve kontrollü verilmesidir. Uygun mesafe, besleme hızı ve toplayıcı materyal ve alanı çok önemlidir. Kaplama durumunu ciddi şekilde etkilemektedir.

Yapılan bu çalışmada zeolit, hidroksiapatit, lüle taşı, aktif kömür katkı maddesi ve ana matris malzemesi olarak polistiren (PS)-polilaktik asit (PLA) kullanılarak hava destekli eğirme sistemi kullanılarak sızdırmazlık materyali elde edilmiştir.

2. Materyal ve Metot Kullanılan Malzemeler

Zeolit, hidroksiapatit, lüle taşı, aktif kömür katkı maddesi, polistiren (PS), polilaktik asit (PLA) malzemelerini ekibimiz zeolit ve lüle taşını kendileri satın almıştır. Hidroksiapatiti yumurta kabuklarından sentezleyen ekibimiz, aktif kömürü ceviz kabuğundan piroliz ile elde etmiştir. Çevresel atık olarak PS ve PLA temini sağlanmıştır.

Metot Hava Destekli Eğirme Sistemi ile Sızdırmazlık Materyali Üretimi

10 gram PS ve 10 gram PLA ayrı ayrı beherlerde aseton-toluen (%50-50) çözücü sisteminde ısıtıcılı manyetik karıştırıcı yardımı ile çözelti haline getirilmiştir. %0.70 zeolit, %1.45 hidroksiapatit, %1.27 lüle taşı, %0.98 aktif kömür katkı maddesi yarı yarıya doldurulmuş PS-PLA karışım kabına eklenerek ısıtıcılı manyetik karıştırıcıda 1 gece
karıştırılma işlemi gerçekleştirilmiştir.

Bu karışım bir tabanca içerisine doldurularak bir levha üstüne belirli bir basınçta gelen hava
beslemesi ile polimerik matrisli kompozit sızdırmazlık materyali elde edilmiştir. Bu işlem de
hava destekli sistem dairesel nozul kullanılarak desteklenmiştir.

Malzeme biliminde küresel form istenmektedir. Sıkı paketli ve dairesel oluşacak lifler ile yüzey alanı geniş, sızıntı geçişini engelleyecek ortam oluşturulmuş olacaktır. Üretim olarak 15 dakika, 30 dakika ve 45 dakikalık üç farklı kaplama süreleri uygulanarak üç farklı kompozit kaplı levhalar elde edilmiştir.

Hidroksiapatit, kalsiyum fosfat temelli bir inorganik malzemedir. Genel olarak sentez yoluyla
kimyasal işlem sonucunda üretiliyor olsalar da hayvansal kaynaklar, deniz kabukları, yumurta kabuklarından da kimyasal çöktürme yöntemi ile sağlanabilmektedir.

Araştırma grubumuzun uzmanlık alanlarından olan bu materyal üzerine birçok çalışmamız bulunmaktadır. Yumurta kabuklarından yapma sebebimiz hem gıda atığı olması hem de güvenilir olmasıdır. Çünkü deniz ürünlerinde ağır metallerin olması, diğer hayvansal
kaynaklardan elde edilirken kuş gribi, delidana hastalığı kapma riskleri barındırmaktadır.
Absorblama gücü yüksek bir materyal olarak sektörel kullanımı bulunmaktadır [4]

Lüle taşı, genel rengi beyaz ve nadir olarak da kurşuni renkte gözenekli az yapışkan bir mineraldir. Özellikle absorblama materyal olarak sektörel uygulamalarda kullanımı söz konusudur [6]

Aktif kömür, aktif karbon ya da amorf karbon olarak da isimlendirilse de karbon elementinin bir allotropudur. Eriyik materyallerde renk ve koku bileşiklerini tutması için, ısı ve rutubet etkisine maruz bırakılmakta olan çok ince toz halinde, siyah renkli organik bir maddedir.

Araştırma ekibimiz, aktif kömürü ceviz kabuğu veya fındık kabuğundan piroliz ile yaparak filtrasyon amaçlı materyal olarak kullanmışlardır [8].

Polistiren (PS), monomer haldeki stirenden polimerizasyon ile elde edilmektedir. Petrolden
elde edilir ve plastik endüstrisinde daha çok PS kısaltması ile belirtilmektedir. Köpük formunda izolasyon ve destek amaçlı kullanım özelliğinin yanı sıra absorblama uygulamalarında da kullanımı bulunmaktadır.

Bu çalışmada çevresel atık ürünler kullanılarak geri dönüşüm sağlanmış ve maliyeti düşük bir sızdırmazlık uygulaması gerçekleştirilmiştir [10].

3. Sonuçlar

Bu çalışmada, doğal ve çevresel atık kullanımı ile üç farklı kaplama süresinde hava destekli eğirme başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Sızdırmazlık işlevini sağlayabilmeleri amaçlı üç farklı kaplama süresi seçilmiştir. Böylelikle sızdırmazlık uygulamalarında çok amaçlı kullanıma yönelik bir materyal olarak kullanılması düşünülmektedir.

 

Kaynaklar
1. Kerküklü, Y. (2008). Dönel Sızdırmazlık Elemanlarının Performansına Yüzey Pürüzlülüğünün Etkileri (Doctoral dissertation,
Fen Bilimleri Enstitüsü).
2. Mesci, B. (2007). Bakır endüstrisi flotasyon atıkları ve zeolitlerin beton üretiminde kullanılabilirliğinin araştırılması.
3. https://www.enerjiportali.com/zeolit-nedir-nerelerde-kullanilir/
4. Buluş, E., Buluş, G. S., Akkaş, M., Cetin, T., Yaman, E., & Altındal, T. (2020). Production and Characterization of Natural Sourced
Hydroxyapatite Added Polystyrene Tissue Scaffolds by Electrospinning. JOURNAL OF MATERIALS AND ELECTRONIC
DEVICES, 6(1), 12-18.
5. https://www.nanokar.com.tr/blog/nano-hidroksiapatit-iceren-dis-macunlari
6. Korkmaz, Ş. (2014). Doğal Ve Preslenmiş İületaşının bazı Fiziksel Özelliklerinin Karşılaştırılması (Doctoral dissertation,
Anadolu University (Turkey)).
7. https://bilgihanem.com/luletasi-nedir/
8. Buluş, E., Buluş, G. S., & Yakuphanoglu, F. (2020). Production of polylactic acid-activated charcoal nanofiber membranes for
COVID-19 pandemic by electrospinning technique and determination of filtration efficiency. Journal of Materials and Electronic
Devices, 4(1), 21-26.
9. https://tr.wikipedia.org/wiki/Aktif_karbon
10. Akinay, Y. Radar soğurucu kompozit malzeme üretimi.
11. https://www.seyirplastik.com/polistiren-gpps-hips/
12. Bulus, E., Ismık, D., Mansuroğlu, D. S., Fındıkoğlu, M. S., Bozkurt, B., Şahin, Y. M., … & Sakarya, G. (2019, April). Electrohydrodynamic
atomization (EHDA) technique for the health sector of polylactic acid (PLA) nanoparticles. In 2019 Scientific
Meeting on Electrical-Electronics & Biomedical Engineering and Computer Science (EBBT) (pp. 1-4). IEEE.
13. https://turkish.alibaba.com/g/polylactic-acid-price.html

 

 

Erdi Buluş
Öğretim Görevlisi/ Malzeme Teknolojileri Uzmanı
İstanbul Arel Üniversitesi
ArelPOTKAM (Polimer Teknolojileri ve Kompozit Uygulama ve Araştırma Merkezi)
Ulaştırma Hizmetleri Anabilim Dalı Sivil Havacılık Kabin Hizmetleri Programı,
Meslek Yüksekokulu

 

Gülseren Sakarya Buluş                                                                                                Uzman
İstanbul İl Sağlık Müdürlüğü
Bahçeşehir Üniversitesi
Mühendislik Yönetimi Bölümü
Lisansüstü Eğitim Enstitüsü