Otomobil tampon boya hatlarında plazma yüzey aktivasyonu ile yüzey enerjisinin kontrolü ve uygulanabilirliğinin araştırılması

Abstract

Hafif ve az yakıt tüketimi (düşük emisyon) sergileyen çevre dostu araçların üretimi için kaçınılmaz olarak polimerler gibi düşük yoğunluğa sahip, geri dönüştürülebilir malzemelerin otomobillerde kullanım oranı hızla artmaktadır. Araçlarda en yaygın kullanılan, fiziksel ve mekanik özellikleri nedeniyle ilgi çeken polimerlerden bir tanesi olan polipropilen (PP) malzemeler ekonomik olmaları nedeniyle tampon uygulamalarında tercih edilmektedirler. PP malzemelerin polar olmayan yüzeyleri nedeniyle yüzey ıslatma kabiliyetleri zayıftır. Bu nedenle özellikle boyanabilme ve yüzeye iyi yapışma özelliklerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Bu problemin üstesinden gelmek için yüzey kimyasını değiştirerek yapılan yüzey modifikasyon işlemleri (alevleme, asitle dağlama vb.) mevcuttur. Plazma yüzey aktivasyon işlemi, alevle yüzey aktivasyon işlemine alternatif olarak, yüzeyin hemen altında birkaç nanometre seviyesine kadar altlığa zarar vermeksizin yüzeyi modifiye edebilmektedir. Çevre dostu ve ekonomik olan plazma prosesi ile yüzey enerjisi kontrolü, boyanın ıslatma kabiliyeti, yüzey temizliği, yüzey dağlama ve yüzey aktivasyonu işlemleri başarıyla gerçekleştirilebilmektedir. Soğuk atmosferik plazma işlemi ile yüzey aktivasyon işlemi prosesinin etkinliği kullanılan reaktif gazların türüne ve plazma gücüne ve plazma torç parametrelerine ve plazmanın uygulama yöntemine bağlı olarak değişmektedir. Önerilmiş olan tez çalışması; plazma yüzey aktivasyon işleminin PP tampon yüzeylere uygulanan boyaların dayanımını ve bütünlüğünü artırmak amacıyla yapılan optimizasyon çalışmaları ile sektörde teknolojik bir yenilik kazandırılması ve farklı parçalarda da potansiyel uygulanabilirliğinin araştırılmasını kapsamaktadır. Deneysel çalışmalar, öncelikle test numuneleri üzerinde yapılmış olup, sonrasında ise gerçek otomobil tampon yüzeylerine uygulanmış ve tamponlar performans testlerine tabi tutulmuştur. Tampon boya hatlarinda plazma yüzey aktivasyonu ile yüzey enerjisinin kontrolü ve üretimde uygulanabilirliği karşılaştırılarak, en hızlı ve en ekonomik olarak tampon üretim prosesine dahil edilmesi konusunda çalışmalar yapılmıştır. Proje sonunda, çevreye duyarlı, tampon aktivasyonu geliştirilmiş, boya ve boyanın uygulama süreçlerinde maliyetin azaldığı ve kalitenin yükseltildiği bir operasyon gerçek üretim hattına adapte edilmiş olacaktır

Higher utilisation of low-density materials such as polymers is a pre-requisite for the lightweight vehicle of the future to achieve the forthcoming strict legislation on emissions and recyclability. Of the commodity polymers polypropylene (PP) is by far the most attractive for the automotive bumpers, since not only does it fulfil these requirements but it is inexpensive. A major problem is that PP has a non-polar surface chemistry which means the wetting characteristics of components made from this material are poor. Ultimately, this will result in poor adhesion of paints, coatings or adhesive bonding products. This problem has been overcome in the majority of instances by treating the surface of the substrate in order to alter the surface chemistry. Plasma treatment is an alternativ technique to flaming surface treatment that can be used to modify the surface properties of polymers without also altering bulk properties that affect their function, since the depth of modification is typically limited to the first few nanometers of the surface. Environment friendly and economical plasma treatments are known to improve wettability, induce cross-linking and chemical functionalization of the surface and cause surface etching and ablation. The type of surface modification generated by a plasma treatment is strongly dependent on the choice of reactive gas and treatment conditions (plasma power, plasma gas flow rates, application angle, distance between plasma torch and surface, holding time). This thesis has investigated the effect of an air plasma pre-treatment technique on the surface chemistry and bond integrity of a bumper paints and primers. Optimisation of the pre-treatment was achieved by coupon testing and then transferred to full scale automotive bumper testing. Plasma treated bumpers were then subjected to standard automotive weatherability testing. In this thesis we investigated the plasma surface activation in order to improve the surface energy and appliciability on the bumper paint production lines. At the end of the work, high quality, environmetally friendly plasma openair surface activation method will be adapted on the real production line. .