10-06-2008, 12:46 AM
YÜKSEK PERFORMANSLI POLiETiLEN LiFLERi
Jel lif çekimi ile elde edilen polietilen lifleri, yüksek modüllü ultra-saglam liflerdir. Yüksek performanslı
polietilen (HPPE) lifleri veya yüksek modüllü polietilen (HMPE) lifleri olarak adlandırılmaktadırlar.
Polietilen makromolekülleri arasında yalnızca van der Waals çekim kuvvetleri etkindir. Bu zayıf çekim
kuvveti nedeniyle yüksek performanslı lif elde edebilmek için, oldukça yüksek molekül agırlıgına sahip
polietilen (UHMW-PE) makromoleküllerine gereksinim duyulmaktadır. Ortalama polimer agırlıgı
1000000 veya daha yüksektir. Polietilen daha uzun ve esnek moleküllere sahip olup, lif ekseni boyunca
oryantasyonu sadece fiziksel islemlerle saglanabilmektedir. Normal polietilen liflerinde makromoleküller
yeterince oryante olmamıstır, dayanıklı lifler elde etmek için molekül zinciri lif boyunca gerilmeli ve
oryantasyon saglanmalıdır. Bununla birlikte polimer zincirleri yeterli etkilesimin saglanabilmesi için
yeterince uzun olmalıdır. Bu nedenle baslangıç materyali olarak yüksek molekül agırlıgına sahip polietilen
makromolekülleri kullanılmaktadır [8].
Sekil 12. HPPE ve normal PE liflerinin makromoleküler oryantasyonu [8]
Yüksek molekül agırlıklı polietilen liflerinin eriyikten lif çekim yöntemine göre elde edilmesi mümkün
degildir, çünkü eriyik viskozitesi oldukça yüksek olmaktadır. Bu nedenle çözeltiden lif çekimi
yapılmaktadır. Polimer uygun bir çözgende çözüldükten sonra düzeden geçirilmektedir. Çözgen içerisinde
makromoleküller birbirlerinden ayrılmakta (yumaklasma olmamakta) ve düzeden geçirildikten sonra da
bu formlarını muhafaza etmektedirler. Düsük yumaklasma nedeniyle, yüksek derecede germe
uygulanabilmektedir. Bu esnada yüksek derecede oryantasyon nedeniyle, yüksek dayanıma sahip ve
yüksek modüllü liflerin elde edilmesi saglanmaktadır.
Sekil 13. Jel lif çekim yöntemi [8]
Polietilen jel lif çekim yönteminde kullanılan çözgen, yüksek sıcaklıklara (>100oC) dayanıklı olmalı fakat
daha düsük sıcaklıklarda (<80oC) polimer kolaylıkla kristalize olabilmelidir. Düzeden geçtikten sonra
çözelti su banyosunda sogutulmakta ve çözgen uzaklastırılmaktadır. Böylece jel formunda lif elde
edilmektedir. Bu islem, çözgenin buharlastırılması veya ayrıstırılması ile de gerçeklestirilebilmektedir.
Ardından bir süper germe islemi ile kristalizasyon saglanmaktadır. Dayanım ve modül tamamen germe
oranına baglıdır. Sekil 14’da HPPE liflerinin birim hacimdeki ve agırlıktaki dayanımları diger liflerle
kıyaslanmaktadır [8].
Sekil 14. Çesitli liflerin hacim bazında ve agırlık bazında mukavemetleri
Piyasada bulunan HPPE lifleri: Dyneema® ve Spectra® lifleridir. Her ikisi de yüksek mukavemet, ve
düsük öz kütleye sahip yüksek modüllü liflerdir. HPPE liflerinin öz kütlesi 1000 kg/m3’ün altındadır ve
dolayısıyla bu lifler suda yüzmektedirler [16].
HPPE lifleri kopma esnasında fazla miktarda enerji absorblayabilmektedirler ve düsük agırlıkları
nedeniyle özgül enerji absorbsiyonu da oldukça yüksektir. Bu nedenle düsük agırlık ve yüksek dayanım
gerektiren balistik koruma ürünlerinde kullanımları uygundur.
Jel lif çekimi ile elde edilen polietilen lifleri, yüksek modüllü ultra-saglam liflerdir. Yüksek performanslı
polietilen (HPPE) lifleri veya yüksek modüllü polietilen (HMPE) lifleri olarak adlandırılmaktadırlar.
Polietilen makromolekülleri arasında yalnızca van der Waals çekim kuvvetleri etkindir. Bu zayıf çekim
kuvveti nedeniyle yüksek performanslı lif elde edebilmek için, oldukça yüksek molekül agırlıgına sahip
polietilen (UHMW-PE) makromoleküllerine gereksinim duyulmaktadır. Ortalama polimer agırlıgı
1000000 veya daha yüksektir. Polietilen daha uzun ve esnek moleküllere sahip olup, lif ekseni boyunca
oryantasyonu sadece fiziksel islemlerle saglanabilmektedir. Normal polietilen liflerinde makromoleküller
yeterince oryante olmamıstır, dayanıklı lifler elde etmek için molekül zinciri lif boyunca gerilmeli ve
oryantasyon saglanmalıdır. Bununla birlikte polimer zincirleri yeterli etkilesimin saglanabilmesi için
yeterince uzun olmalıdır. Bu nedenle baslangıç materyali olarak yüksek molekül agırlıgına sahip polietilen
makromolekülleri kullanılmaktadır [8].
Sekil 12. HPPE ve normal PE liflerinin makromoleküler oryantasyonu [8]
Yüksek molekül agırlıklı polietilen liflerinin eriyikten lif çekim yöntemine göre elde edilmesi mümkün
degildir, çünkü eriyik viskozitesi oldukça yüksek olmaktadır. Bu nedenle çözeltiden lif çekimi
yapılmaktadır. Polimer uygun bir çözgende çözüldükten sonra düzeden geçirilmektedir. Çözgen içerisinde
makromoleküller birbirlerinden ayrılmakta (yumaklasma olmamakta) ve düzeden geçirildikten sonra da
bu formlarını muhafaza etmektedirler. Düsük yumaklasma nedeniyle, yüksek derecede germe
uygulanabilmektedir. Bu esnada yüksek derecede oryantasyon nedeniyle, yüksek dayanıma sahip ve
yüksek modüllü liflerin elde edilmesi saglanmaktadır.
Sekil 13. Jel lif çekim yöntemi [8]
Polietilen jel lif çekim yönteminde kullanılan çözgen, yüksek sıcaklıklara (>100oC) dayanıklı olmalı fakat
daha düsük sıcaklıklarda (<80oC) polimer kolaylıkla kristalize olabilmelidir. Düzeden geçtikten sonra
çözelti su banyosunda sogutulmakta ve çözgen uzaklastırılmaktadır. Böylece jel formunda lif elde
edilmektedir. Bu islem, çözgenin buharlastırılması veya ayrıstırılması ile de gerçeklestirilebilmektedir.
Ardından bir süper germe islemi ile kristalizasyon saglanmaktadır. Dayanım ve modül tamamen germe
oranına baglıdır. Sekil 14’da HPPE liflerinin birim hacimdeki ve agırlıktaki dayanımları diger liflerle
kıyaslanmaktadır [8].
Sekil 14. Çesitli liflerin hacim bazında ve agırlık bazında mukavemetleri
Piyasada bulunan HPPE lifleri: Dyneema® ve Spectra® lifleridir. Her ikisi de yüksek mukavemet, ve
düsük öz kütleye sahip yüksek modüllü liflerdir. HPPE liflerinin öz kütlesi 1000 kg/m3’ün altındadır ve
dolayısıyla bu lifler suda yüzmektedirler [16].
HPPE lifleri kopma esnasında fazla miktarda enerji absorblayabilmektedirler ve düsük agırlıkları
nedeniyle özgül enerji absorbsiyonu da oldukça yüksektir. Bu nedenle düsük agırlık ve yüksek dayanım
gerektiren balistik koruma ürünlerinde kullanımları uygundur.