Dokusuz Yüzeyler Endüstrisinde Sık Kullanılan Test Metotları, Cihazları Ve Standartları

Transkript

1 Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 2008 (1) TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR Kısa Makale Dokusuz Yüzeyler Endüstrisinde Sık Kullanılan Test Metotları, Cihazları Ve Standartları Çağlar Sivri Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Tekstil Mühendisliği Bölümü Özet Dokusuz yüzeyler için uygulanacak test metotları, üretilen yüzeyin hangi proses ile üretildiğine, hangi bitim işlemlerinden geçtiğine, nerelerde kullanıldığına kadar bir çok parametrenin tek ya da kombine etkisi ile belirlenir. Bu çalışmada dokusuz yüzeyler endüstrisinde en temel ve sıklıkla kullanılan test metotlarına yer verilecektir. Çalışmanın birinci bölümünde dokusuz yüzeylerde test edilen temel parametreler tartışılırken, ikinci bölümünde bu parametrelerin test edilmesi ve kullanılan cihazların tartışılmasına yer verilmiştir. Üçüncü bölümde ise ilk iki bölümde verilen parametreler ve test metotları ile ilgili standartlara yer verilmiştir. Anahtar Kelimeler: Dokusuz yüzeyler, tekstilde test metotları, friksiyon, suya dayanıklılık, ısı transferi, hava geçirgenlik, jeotekstiller. 1. GĐRĐŞ Dokusuz yüzeyler endüstrisi 1930 lu yıllardan itibaren kendini göstermiş, 1960 lı yıllardan itibaren büyüme trendine girmiş ve 1990 yıllarından itibaren ise en büyük gelişimini yapmış bir endüstri dalı olarak karşımıza çıkmaktadır. Dokusuz yüzey test metotları da diğer üretim proseslerinde olduğu gibi üretimin her aşamasında uygulanan test metotlarıdır. Hammadde makineye beslendikten sonra harmanhallaç bölümüne geldiğinde açma ve karıştırma işlemi gerçekleşir. Eğer bu işlem düzgün gerçekleşmezse, tarak istenilen düzeyde tarama yapamaz ve iğneleme, su jetiyle yüzey oluşturma vb. tülbendi dokusuz yüzey haline getirme işlemlerine bozuk bir yüzey gönderilir. Dolayısı ile buradaki yüzey oluşumunun sağlığından endişe duyulur. Üretim esnasında en çok karşılaşılan sorunlardan birisi de, elyafın dokusuz yüzeyin tamamı içindeki yerleşiminin homojen olmaması sorunudur. Bu sorunun bir benzeri ise vatka ağırlığının kenarlarda ortadan daha fazla olmasıdır. Bu sorunlar ve benzerleri dokusuz yüzey üretiminde ciddi test kalemlerini gündeme getirmektedir. 2. DOKUSUZ YÜZEYLERDE KRITIK ÖNEM ARZ EDEN YÜZEY PARAMETRELERI Bu parametreler kalınlık, nem emicilik, kopma dayanımı, su ve ısı transferi, yırtılma direnci vb. temel parametrelerdir Kalınlık Dokusuz yüzeylerde kalınlık ısı iletimi, sıkıştırılabilme kabiliyeti, boya alma kabiliyeti gibi özelliklerini etkiler. Yüzey inceldikçe, materyalin iki farklı yüzeyi arasındaki ısı transferi artmaktadır. Bu durum özellikle çok katmanlı kumaşlarda (örneğin nefes alabilen kumaşlar), yapıştırmaya yardımcı bir tampon malzemesi olarak kullanılan dokusuz yüzey materyali açısından ya da izolasyon amaçlı olarak kullanılan

2 Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 2008 (1) Dokusuz Yüzeyler Endüstrisinde Sik Kullanilan Test Metotlari, Cihazlari dokusuz yüzeyler açısından kritik önem taşır. Çünkü çok katmanlı kumaşlarda kullanılan tampon malzemenin kalınlığı, kompozit yapının buhar iletimini değiştirecek, kalınlık arttıkça buhar iletimi düşecek ve malzeme daha az nefes alabilir özelliğe sahip olacaktır. Bu tampon materyalinin ince olması durumunda ise tersine bir durum söz konusu olacak ancak bu seferde materyal, sahip olduğu kritik incelik eğerinden dolayı mekanik olarak dayanıksız hale gelecektir. Đzolasyon amaçlı kullanılan dokusuz yüzeylerde ise kalınlık izolasyon kabiliyeti açısından her zaman avantaj teşkil edecektir. Đşte tam bu noktada, yüzeyin kalınlığının optimizasyonu nihai ürün açısından önemlidir. Bu da üretimin her aşamasında numuneler üzerinden yapılan kalınlık testleriyle mümkündür. 2.2 Friksiyon Dokusuz yüzeylerde friksiyon, kinetik ve statik sürtünme katsayısı ile belirlenir. Yüzeyde meydana gelen sürtünme, su iticilik, boncuklanma gibi temel özellikleri etkiler. Su iticilik, nem transferi, kirlilik açısından önem arz ederken, boncuklanma tuşe ve yüzeyin görünümü açısından önem arz eder. Özellikle dokusuz yüzeylerden üretilen otomotiv minderlerinde sürtünmeden kaynaklanan boncuklanmalar tuşe açısından olumsuz etkiler doğurur. 2.3 Gerilme Mukavemeti Dokusuz yüzeyler gerek bitim işlemlerinde gerekse kullanıldıkları süre zarfında çeşitli gerilimlere maruz kalırlar. Gerilme mukavemeti açısından en iyi dayanımı iğnelenmiş keçe yüzeyler gösterirler. En zayıf dokusuz yüzeyler ise electrospinning yöntemiyle üretilen ağsı yapıdaki yüzeylerdir. Electrospinning yöntemiyle üretilen dokusuz yüzeyler için henüz bir test standardı ya da cihazı bulunmamaktadır. 2.4 Gerilme-Uzama Dokusuz yüzeyler özellikle koltuk ve iç döşemelerde dolgu materyali olarak kullanıldığı zaman iyi bir gerilme ve uzama kabiliyetine sahip olması istenir. Bu, konfor açısından önemlidir. 2.5 Yırtılma Direnci Dokusuz yüzeylerde yırtılma direnci, diğer yüzeylerde olduğu gibi gerilme-uzama kabiliyeti ile gerilme mukavemeti ile yakından ilişkilidir. Yalnız dokusuz yüzeylerde dokumadaki gibi bir atkı-çözgü bağlantısı ya da ilmek oluşumu bulunmadığından yırtılma açısından daha zayıf bir direnç söz konusudur. 2.6 Termal Direnç Termal direnç bir yüzeyin ısı akışına karşı gösterdiği dirençtir. Termal direnç özellikle dokusuz yüzeylerden üretilen kapitonelerde oldukça önemlidir. Kapitoneler uyku tulumu, yatak örtüsü gibi tekstil ürünlerinin üretiminde temek yüzey olarak kullanılmaktadır. Uyku tulumu özellikle açık ve soğuk hava şartlarında kullanıldığı için iyi bir ısı tutma kapasitesine sahip olmalıdır. Uyku tulumunu kullanan kişinin vücut ısısının korunması için burada kullanılan dokusuz kumaş tabakası içerideki ısının dışarıya çıkmasını engellerken aynı zamanda dışarıdaki soğuk havanın içeriye girmesini engellemelidir. 2.7 Su-Geçirmezlik ve Su Emicilik Bu iki temel özellik dokusuz yüzeylerin kullanım yerine göre önem arz ederler. Su-geçirmezlik dokusuz yüzeyin, suyun geçişine karşı koyabilme kabiliyetini ifade etmektedir. Özellikle konfor istenen ürünlerde su-geçirmezlik önemli hale gelmektedir. Örneğin, bir uyku tulumu sıvı suyu vücudun oluğu bölgeye geçirirse vücut ısısı hızlı biçimde düşmeye başlar. Bunun nedeni ıslak vücudun ısıyı, kuru vücuda göre 20 kat daha hızlı iletmesidir. Nem emicilik hijyenik ve medikal amaçlı ürünlerden temizlik bezlerine kadar birçok üründe önemli bir unsuru teşkil etmektedir. Medikal ürünlerin nemi iyi emmesi hijyen açısından önemlidir. Temizlik bezleri de nem emiciliğin en çok arandığı ürünler arasındadır. Bu yüzeylerde en iyi emiciliği elde etmek için elyaf karışımında, hidrofilik elyaf türlerinin miktarının çok olması ile mikro-fiber gibi geniş yüzey alanına sahip dokuların kullanılması emiciliği önemli ölçüde arttırır. 20

3 Sivri, Ç. Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 2008 (1) Hava Geçirgenlik Hava geçirgenliği kumaşın hava geçişine izin verme özelliğini ifade etmektedir. Hava geçirgenliği özellikle filtrasyon amaçlı olarak üretilen nonwoven yüzeyler için önemlidir. Filtre yüzeylerin tanımlanmış hava geçirgenliği değerine sahip olmaları gerekir. 3. DOKUSUZ YÜZEYLERIN TEST EDILMESINDE KULLANILAN TEST CIHAZLARI 3.1. WIRA Dijital Kalınlık Ölçüm Cihazı Wira dijital kalınlık ölçüm cihazı ile kalınlık ölçümünde iki farklı aparat kullanmak suretiyle iki farklı kalınlık aralığında ölçüm yapabilmek mümkündür. Bu cihazın jeotekstilleri ölçmek için de ayrı bir aparatı mevcuttur Kalınlığı 20 mm ye Kadar Olan Yüzeyler Đçin Kalınlık Ölçümü Ölçüm sırasında numune, bir kelepçe yarımıyla dikey durumda bulunan bir referans levhası ile baskı ayağı arasında dik biçimde tutulur. Uygulanacak basınç değeri 0.02 kpa ya ayarlanır. Basınç değeri girildiği anda cihaz ölçümü gerçekleştirir ve kalınlık değeri (mm) cihazın göstergesinden okunur Kalınlığı 20 mm den Çok Olan Yüzeyler için Kalınlık Ölçümü Bu ölçümde diğerine ek olarak, cam levha kullanılır. Ölçüm sırasında numune zemin levha ile cam levha arasına yerleştirilir. Ölçüm kolu cam levhanın üst noktasına temas edinceye kadar alçaltılır. Uygulanacak basınç değeri 0.02 kpa ya ayarlanır. Basınç değeri girildiği anda cihaz ölçümü gerçekleştirir ve kalınlık değeri (mm) cihazın göstergesinden okunur. Şekil 1. Alevden Koruyucu Ultra Kalınlıkta Nonwoven Kumaş (Anonim,2008) Jeotekstiller için Kalınlık Ölçümü Bu ölçümde diğer kalınlık ölçümlerinden farklı olarak yüzeye kullanılacağı yere göre 2, 20 ve 200 kpa aralığında basınç uygulanır Wira Friksiyon Ölçme Cihazı Cihaz, dokusuz yüzeyin kendisi üzerinde ya da başka bir malzeme üzerindeki temasından kaynaklanan sürtünme kuvvetini ölçer. Cihaz numunenin üzerine sabitlendiği düz bir levhaya sahiptir. Test süresince bu levha 150 mm/dk hız ile çalıştırılır. Đkinci numune ölçüm cihazına bağlı kızak üzerine sabitlenmiştir. Başlangıçta uygulanacak güç maksimuma yükseltilir ve elde edilen değer statik sürtünme katsayısına eşitlenir. Cihaz, mekanizma çalışmaya devam ettikçe meydana gelen ortalama kuvveti belirler ve bu değeri de kinetik sürtünme katsayısına eşitler. 21

4 Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 2008 (1) Dokusuz Yüzeyler Endüstrisinde Sik Kullanilan Test Metotlari, Cihazlari 3.3. TMI Universal Gerilme Mukavemeti Ölçüm Cihazı Bu cihaz 100 farklı standarda göre ölçüm yapabilmektedir. Ölçüm sırasında numune ölçüm cihazına ait bir aparat olan ölçüm sütunu üzerinde birisi sabit, diğeri hareketli durumda bulunan çeneler arasına yerleştirilir. Aletin hareketli olan üst çenesine 2,5 kn kuvvetinde yük hücresi yerleştirilir. Mukavemet değeri; Newton, kgf ya da lbf cinsinden okunur TMI Lab Master Gerilme-Uzama Ölçüm Cihazı Bu cihaz esnek özellikte dokusuz yüzeylerin esneyebilme kabiliyetini ölçer. Ölçümü yapılacak numune cihazın yatay biçimde sabitlenmiş dairesel levhaları arasına yerleştirilir. Uzama, levhaların birbirine hareketinden kaynaklanan sıkıştırma kuvveti ile sağlanır. Uygulanacak standarda göre maksimum 2,3 kg baskı uygulanabilir. Yine uygulanacak standarda göre 0,001 mm/saniye ile 13 mm/saniye arasında değişen hız oranlarında levhalar sıkıştırma işlemini gerçekleştirir. Şekil 2. TMI Lab Master Gerilme-Uzama Ölçüm Cihazında Levhaların Sıkıştırma Pozisyonu [1] 3.5. TMI Yırtılma Direnci Test Cihazı Bu cihaz Elmendorf prensibine göre ölçüm yapar. Dokusuz yüzeylerin keskin ya da ağır nesneler tarafından kesilebilme ya da yırtılabilme derecesini tayin eder. Ölçümün esası, numune üzerinde daha önceden başlatılmış bir yırtığı sürdürüp belirli bir noktaya kadar devam ettirmektir. Ölçüm esnasında kesmek suretiyle bir miktar yırtık başlatılır. Bu kesim işlemi, numunenin, cihazın alt ve üst çenelerine sabitlenecek iki parçası oluşuncaya kadar devam eder. Numunenin bir parçası üst çeneye, diğer parçası alt çeneye iki parça arasında 90 açı oluşacak şekilde sabitlenir. Daha sonra çeneler numunenin iki parçası birbirinde ayrılıncaya kadar devam eder. Cihazın içinde bulunan bir mikroişlemci yardımıyla yırtılan numunenin iki parçası arasında meydana gelen açısal değişim ölçülerek yırtılma direnci tayin edilir. Şekil 3. TMI Yırtılma Direnci Test Cihazı [2] 22

5 Sivri, Ç. Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 2008 (1) Wira Tog Tester (Termal Direnç Ölçümü) Wira Tog Tester, ısıtılmış bir levha ve bu levhanın altına ve üstüne monte edilmiş sıcaklık sensörlerinden ibarettir. Burada ölçümü yapılan kapitone ya da benzer türdeki dokusuz yüzey, önceden ısıtılmış olan levhanın üzerine serilir. Daha sonra, levhanın altında ve üstünde bulunan sensörler iki ortam arasındaki sıcaklık farkına göre ölçüm yaparlar. Daha sonra termal direnç R değeri m 2.K/W cinsinden cihazın göstergesinden okunur Wira Hidrostatik Ölçüm Kafası Bu cihaz dokusuz yüzeylerin suya karşı koyma kabiliyetini ölçer. Burada numune 25 eğimli bir levha üzerine sabitlenir. Numunenin üzerine basınçlı biçimde su püskürtülür. Numuneden diğer tarafa sızan su, emici bir ped vasıtasıyla emilir. Bu pedin kuru ve yaş ağırlığı arasındaki farktan su-geçirme miktarı tayin edilir Wira Islak Bariyer Test Cihazı Bu metot bariyer amaçlı kullanılan dokusuz yüzeyler için özellikle de medikal amaçlı kullanılanları için oldukça önemlidir. Bu test cihazı tersyüz edilmiş bir kavanoz, kapak, tıpa ve conta kullanır. Burada hidrostatik kafadan farklı olarak ölçüm yapılan yüzeyin arka tarafında nem emici bir ped yerine, su geçirgenliğini önlemek için tıpa ile sıkıştırmış fanus bulunmaktadır. Fanusta biriken su miktarı, entegre bir sistem ile ölçülür Wira Sieve Shaker (Elekten Geçirme) Bu test cihazı jeotekstiller için tasarlanmıştır. Zahiri delik boyutu (Apparent Opening Size-AOS), jeotekstillerin uygun kullanımının belirlenmesinde kritik rol oynamaktadır. Zahiri delik boyutu, bir jeotekstil yüzeyinden geçebilecek en geniş partikül boyutuna göre belirlenmektedir. Wira Sieve Shaker cihazı; mekanik bir elek, tepsi, kapak, küresel cam bilyeler çubukları içermektedir. Ölçüm sırasında, eleğin çerçevelerine gerilen numune yüzey üzerine küresel cam bilyeler konulur, elek yanlamasına sallanır. Bu prosedür boyutu bilinen bilyelerin, zahiri delik boyutu belirlenene kadar elekten geçirilmesi suretiyle devam eder TRI/MicroAbsorbMeter Bu cihaz yüzeydeki kılcal damarlar ve gözenekli malzemeler tarafından çekilen damla, su taneciği emme deviniminin ölçümünde kullanılmaktadır. Bu cihaz milisaniye duyarlığında çalışmaktadır ve test edilen akışkanların gerilimini eş zamanlı olarak ölçebilmektedir.kompleks akışkanlara ve biyo-akışkanlara uygulanabilir Bilgisayar entegreli TRI/Upkin (UP-take + Kinetics) cihazı hızlı bir biçimde yer değiştiren sıvının kinetiğini milisaniye duyarlığında ölçmek için geliştirilmiştir. Otomatikleştirilmiş aygıt düzeniyle numune yüzeyi,test için hazırlanmış yüksek veya düşük viskozitedeki sıvı ile teste tabi tutar. Ölçme işlemi süresice kılcal damar basıncı, sıvıyı numune yüzeyin gözeneklerine doğru çeker. Aygıtta bulunan hassas bir sensör numune yüzeyin içinde hareket eden sıvının her milisaniyedeki durumunu ölçmek için kullanılır. 23

6 Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 2008 (1) Dokusuz Yüzeyler Endüstrisinde Sik Kullanilan Test Metotlari, Cihazlari Şekil 4. MicroAbsorbMeter Ölçüm Prensibi FX-Texttest 3300 Hava Geçirgenliği Ölçüm Cihazı Aşağıdaki dijital FX 3300 cihazının resmi, test edilecek herhangi bir numunenin kesilmeden dairesel algılayıcı tutucular (diskler) arasına yerleştirilebileceğini göstermektedir. Kumaş sıkıca (hava kaçmasını engellemek için) onun çevresine tutturulunca kumaş ebatlarının herhangi bir rolü olmamaktadır. Cihaz nonwoven numunesinin iki farklı yüzündeki basınç farkı (Pa) prensibiyle ölçüm yapar. Đki yüz arasındaki basınç eşitlendiği zaman ölçüm durur ve hava geçirgenlik değeri l/m 2 /s cinsinden okunur. Ölçümlerin büyük parçalar üzerinde yapılmasını sağlamak için tutucu ve cihaz gövdesi arasında yeterince yer de vardır (Hes, 2004). Şekil 5 Fx-Texttest 3300 Hava Geçirgenliği Ölçüm Cihazı 4. DOKUSUZ YÜZEY TESTLERINDE UYGULANMAKTA OLAN STANDARTLAR Dokusuz yüzey testlerinde uygulanan standartlar; ürün çeşidine, kullanılacağı yere ve amaca göre değişmektedir. Standartların belirlenmesinde aktif rol oynayan kuruluşlardan başı Edana, Inda, Tappi gibi uluslar arası nonwoven birlikleri çekmektedir. Tablo 1 e bakıldığında çeşitli test metotları ve bunlara karşılık gelen standartlar görülmektedir. 24

7 Sivri, Ç. Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 2008 (1) Tablo 1 Nonwoven Sektöründe Yaygın Olarak Kullanılan Standartlar Standart Test Adı mm ye Kadar Kalınlık Ölçümü ISO 9073:1995 Part 2; EDANA Test Method mm den Daha Kalın Yüzeyler için EDANA Test Method ISO 9073:1995 Part 2 Kalınlık Ölçümü Jeotekstiller için Kalınlık Ölçümü ISO 9073:1995 Part 2 EDANA Test Method BS EN Friksiyon Ölçümü INDA test method IST Gerilme Mukavemeti ISO EDANA Standard Gerilme-Uzama ISO 5081 Yırtılma Direnci ISO ASTM D 1424 M&S P 29 Termal Direnç BS5335 Part Hidrostatik Su Geçirmezlik Ölçümü ISO811:1981 Edana Edana Islak Bariyer Testi Edana IST MIL.-F-36901A Section Elekten Geçirme Testi IST ASTM D Nem Emicilik ISO Edana IST 10.1(95) Hava Geçirgenliği EN ISO 9,237 Edana ASTM D 3, SONUÇ Dokusuz yüzeyler; kapitonelerden uyku tulumlarına, temizlik bezlerinden jeotekstillere, otomotiv döşemelerinden çok katmanlı kumaşlara, hava filtrelerinden bebek bezlerine kadar geniş çapta ürün yelpazesine sahiptir. Dolayısı ile bu yüzeyler için kullanılan test metotları da çok çeşitli olabilmektedir. Aynı parametrenin ölçümü haklı olarak jeotekstillerde farklı test metodu ve aparatıyla uygulanmakta iken temizlik bezlerinde farklı test metodu ve aparatıyla yapılmaktadır. Özellikle performans testlerinde, Wira firmasının test cihazları piyasada yaygın olarak kullanılmaktadır. 6. REFERANSLAR 1. Anonim, Đnternet sitesi. Erişim Tarihi: Anonim, Đnternet sitesi. Erişim Tarihi: Anonim, Đnternet sitesi. Erişim Tarihi: Anonim, Đnternet sitesi. Erişim Tarihi: Hes L., Marketing Aspects of Clothing Comfort Evaluation. X. International Textile and Apparel Symposium, Đzmir. 6. Sivri, Ç Dokusuz Yüzeylerde Kalite Kavramı ve Đncelenmesi. Gazi Üniversitesi, Ankara. 7. Sivri, Ç Kayak Tekstillerinin Performans Özellikleri ve Bu Konudaki Tüketici Beklentileri. Gazi Üniversitesi, Ankara. 8. Sivri, Ç Membranla Lamine Edilmiş Nefes Alabilir Kumaşların Konfor Özelliklerinin Đncelenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta. 25