Optimization of injection molding parameters for improving the bonding of thermoplastic elastomer to EPDM rubber used in automotive sealing systems
| dc.authorid | 0000-0002-9257-1390 | en_US |
| dc.contributor.advisor | Gizli, Nilay | |
| dc.contributor.author | Günindi, Eylül Ezgi | |
| dc.date.accessioned | 2022-05-31T10:55:07Z | |
| dc.date.available | 2022-05-31T10:55:07Z | |
| dc.date.issued | 2022 | en_US |
| dc.date.submitted | 2022 | |
| dc.department | Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı | en_US |
| dc.description.abstract | Sealing profiles provide sound, dust, water, and heat insulation for the vehicle. There are two kinds of sealing profiles based on EPDM or Thermoplastic elastomer (TPE). Dynamic profiles are used in the moving part of the vehicle and are mainly produced using an EPDM based rubber compound, which has excellent sealing performance and oxygen, ozone, and chemical resistance. TPE materials are generally preferred in static profiles known as inner or outer waist belts. With the growing concern about recyclability and environmental protection, thermoplastic elastomers have gained importance over non-recyclable thermoset rubbers. Thermoplastic elastomers, which are recyclable because they are physically cross- linked, contain a thermoplastic for easy processability and an elastomer for flexibility and elasticity. Despite this, it is still not possible to use TPE completely instead of EPDM-based rubber in automotive sealing systems. Instead, it is preferred to use these two materials as a hybrid. The best example of this application that can be given is the glass channel profile, produced with EPDM-based rubber compound extrusion and TPE material injected in the corner molding areas by injection molding. And the bonding of these materials has critical importance for this kind of application. In this study, the effect of injection process parameters on the bonding of 65 ShA±5 EPDM-based rubber compound and TPE material was investigated, and optimum (solution set) process conditions were determined for these materials and mold design. During the study, mechanical tests were carried out on the two component test samples obtained from two different experimental design plans, and the results were statistically analyzed using the Minitab 17. The injection speed, holding pressure, gate-joint distance, mold temperature, injection temperature, and holding time parameters were investigated using a fractional factorial design in the first design of experiment study. It was observed that injection speed, mold and injection temperature have positive direct effects on the bonding performance in flow direction, while holding pressure has a negative single effect. It was seen that the holding time did not have a significant effect on adhesion. The effect of the gate-joint distance variable was interpreted as inconsistent. In the second experimental design, the gate-joint distance and holding time parameters were removed, the cooling time was added to the design, and the bonding performance in the flow direction and across direction was examined. It has been confirmed that the parameters of injection and mold temperature and injection speed have positive effects on the adhesion of the EPDM and TPE materials, with the mold temperature has a significant effect. Holding pressure should be adjusted high enough so as not to move the EPDM insert into the mold. The cooling time did not have a single positive effect on the adhesion, as did the holding time and should be set high enough according to the part design. Optimum (solution set) injection process parameters for EPDM and TPE materials and mold design used in the study were obtained. After the tensile strength test, the surfaces of the TPE and EPDM parts were examined by SEM analysis. Additionally, a real sealing profile was produced with the set solution obtained in the second design of the experiment study for verification, and it was observed that the bonding strength results at those process parameters fulfilled the customer expectations. | en_US |
| dc.description.abstract | Sızdırmazlık profilleri aracın ses, toz, su ve ısı izolasyonunu sağlayan fonksiyonel parçalardır. Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM) veya Termoplastik Elastomer (TPE) esaslı olmak üzere iki çeşit sızdızmalık profili mevcuttur. Bunlar dinamik ve statik sızdırmazlık profilleri olarak adlandırılmaktadır. Dinamik profiller aracın hareketli kısmında kullanılmakta olup, ağırlıklı olarak mükemmel sızdırmazlık performansı ve oksijen, ozon ve kimyasal direncine sahip olan EPDM kauçuk kullanılarak üretilmektedir. Termoplastik elastomer malzemeler genellikle iç veya dış sıyırıcılar olarak bilinen statik profillerde tercih edilmektedir. Geri dönüştürülebilirlik ve çevre koruma konusuyla ilgili artan endişe ile termoplastik elastomerler, geri dönüştürülemeyen termoset kauçuklara göre önem kazanmıştır. Fiziksel olarak çapraz bağlı olduklarından, geri dönüştürülebilir olan termoplastik elastomerler, kolay işlenebilirlik özelliği veren bir termoplastik ve malzemenin esnekliğini ve elastikiyetini sağlayan bir elastomer içerir. Buna rağmen, otomotiv sızdırmazlık sistemlerinde henüz EPDM tabanlı kauçuk yerine tamamen TPE kullanımı gerçekleştirilememektedir. Bunun yerine, bazı uygulamalarda bu iki malzemenin hibrit olarak kullanımı tercih edilmektedir. Bu uygulamaya en iyi örnek, yarı dinamik bir profil olarak sınıflandırılabilen cam kanal profillerinin EPDM bazlı kauçuk hamur ile üretilip, köşe kaynak bölgelerinde TPE malzeme kullanılması verilebilir. Enjeksiyon kalıplama ile gerçekleştirilen bu üretim esnasında, malzeme uyumluluğu, yüzey kalitesi ve proses koşullarından etkilenen EPDM profil ile TPE kaynağın yapışma performansı kritik önem taşımaktadır. Bu çalışmada, enjeksiyon proses parametrelerinin 65 ShA±5 sertlikteki EPDM bazlı kauçuk hamur ve TPE malzemenin yapışma üzerinde etkisi incelenmiştir, çalışmada kullanılan malzemeler ve kalıp tasarımı için optimum (çözüm seti) çalışma koşulları belirlenmiştir. Çalışma esnasında iki ayrı deney tasarımı planı üzerinden elde edilen numuneler üzerinden mekanik testler gerçekleştirilmiştir, elde edilen sonuçlar Minitab 17 programı kullanılarak istatiksel olarak analiz edilmiştir. Birincisi deney tasarımında enjeksiyon hızı, tutma basıncı, giriş-bağlanma mesafesi, kalıp sıcaklığı, enjeksiyon sıcaklığı ve tutma süresi parametreleri kesirli faktöriyel tasarım ile incelenmiş olup, enjeksiyon hızı, enjeksiyon sıcaklığı ve kalıp sıcaklığı akış yönündeki parçanın yapışmasının tek başına pozitif etkilediği, tutma basıncının ise negatif etkilediği gözlenmiştir. Bekleme süresinin ise yapışma üzerinde önemli bir tekli etkisinin olmadığı sonucuna varılmıştır. Giriş-bağlanma mesafesi sonuçlarının etkisi tutarsız olarak yorumlanmıştır. İkinci deney tasarımında giriş-bağlanma mesafesi ve tutma süresi parametreleri çıkartılacak yerine soğutma süresi eklenmiş, akış yönünde ve akış yönüne ters durumlardaki yapışma performansı incelenmiştir. Enjeksiyon sıcaklığı, kalıp sıcaklığı ve enjeksiyon hızı parametrelerinin parçanın yapışmasına tekli pozitif etkilesi olduğu doğrulanmış, kalıp sıcaklığının önemli derecede etkili olduğu sonucuna varılmıştır. Tutma basıncı ise, kalıp içerisine yerleştirilen EPDM numunesini hareket ettirmeyecek kadar yüksek seviyede ayarlanmalıdır. Soğutma süresi, tutma süresi gibi yapışma üzerinde tekli olumlu etkisi göstermemiştir. Parça tasarımına göre gerekli seviyede ayarlanması yeterlidir. Çalışmada kullanılan kalıp tasarımı ve malzemeler için uygun enjeksiyon çalışma koşulları belirlenmiştir. Kopma testi sonrası TPE ve EPDM parçalarının yüzeyleri SEM analizi ile incelenmiştir. Ayrıca, ikinci deney tasarım çalışması sonrasında elde edilen çözüm seti ile gerçek bir sızdırmazlık profil üretimi ile parametrelerin doğrulama çalışması yapılmıştır ve elde edilen kopma mukavemet değerlerinin müşteri beklentilerini karşıladığı gözlemlenmiştir. | en_US |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11454/74825 | |
| dc.language.iso | en | en_US |
| dc.publisher | Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü | en_US |
| dc.relation.publicationcategory | Tez | en_US |
| dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | en_US |
| dc.subject | Thermoplastic Elastomer | en_US |
| dc.subject | EPDM Rubber | en_US |
| dc.subject | Injection Molding | en_US |
| dc.subject | Bonding Performance | en_US |
| dc.subject | Polymer Bonding | en_US |
| dc.subject | Design of Experiment | en_US |
| dc.subject | Termoplastik Elastomer | en_US |
| dc.subject | EPDM Kauçuk | en_US |
| dc.subject | Enjeksiyon Kalıplama | en_US |
| dc.subject | Yapışma Performansı | en_US |
| dc.subject | Polimer Yapışma | en_US |
| dc.subject | Deney Tasarımı | en_US |
| dc.title | Optimization of injection molding parameters for improving the bonding of thermoplastic elastomer to EPDM rubber used in automotive sealing systems | en_US |
| dc.title.alternative | Otomotiv sızdırmazlık profillerinde kullanılan termoplastik elastomerin EPDM kauçuk ile yapışma performansının iyileştirilmesi için enjeksiyon proses optimizasyonu | en_US |
| dc.type | Master Thesis | en_US |
