www.teknolojikarastirmalar.com Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 2007 (2) 1-13 TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR (Makale) Hacimli Materyallerin Sürtünme Testleri İçin Alternatif Ölçüm Metodu Üzerine Bir Araştırma Necla YAMAN, M. Fikri ŞENOL* Ege Universitesi, Mühendislik Fakültesi, İzmir * Uşak Üniversitesi, Mühendislik fakültesi, Uşak ÖZET Tutum değerlerini belirlemek için kullanılan objektif testler, hacimli materyallerin sayısal olarak değerlendirilebilmesi için gerekli ve önemli olmaktadır. Hem kumaş hem de hacimli materyaller için en önemli analizlerden birisi sürtünme testleridir. Bebek bezlerinin değerlendirilmesinde kullanılan objektif ölçümler de genellikle Kawabata Değerlendirme Sistemi (KES-F) kullanılmaktadır. Ancak pek çok potansiyel kullanıcının bu ekipmana ulaşması, pahalı olmaları nedeniyle oldukça zor olmaktadır. Bu nedenledir ki bu çalışmada, mukavemet cihazında belirtilen özellik parametrelerini ölçmek için bir düzenek verilmektedir. Bu çalışma, daha ileri bir veri analizinin karmaşıklığını ve ölçüm zamanını azaltmak için, KES-F sistemi ile ölçülen parametrelerden seçilenlere teorik bir bakış açısı sağlanmaktadır. Bunun yanında bu çalışmada, hacimli materyaller için alternatif sürtünme metodu kullanılmış ve bu materyaller için ölçüm koşulları belirlenmiştir. Atılabilir bebek bezlerinde dinamik sürtünme katsayısı (MIU), sürtünme katsayısının standart sapması (MMD) ve pürüzlülük (SMD) değerleri alternatif metot ile ölçülmüştür. Sonuçlar bir yandan şimdiye kadar kullanılan KES-F ölçüm sonuçlarına paralel olurken, diğer taraftan hacimli materyallerin karakteristiklerini belirlemek için en iyi ölçüm metodu araştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Bebek bezi, Sürtünme, Sürtünme katsayısı, Pürüzlülük 1.GİRİŞ Tekstil yüzeylerinin kullanım yerine göre bazı spesifik özelliklere sahip olması gerekmektedir. Sahip olması gereken özelliklerin sayısal olarak ifade edilebilmesi için ise bazı objektif ölçümlerin yapılmaktadır. Objektif ölçümler, gerçek kopma mukavemetinden çok daha düşük kuvvet etkisinde, kumaşların mekanik olarak verdiği tepkileri belirleme esasına dayanmaktadır. Objektif ölçümlerde iki önemli odak noktası vardır- ölçümün nasıl yapılacağı ve ölçüm sonuçlarının nasıl yorumlanacağı. Hacimli materyallerin objektif ölçümleri için KES-F sistemi kullanılmaktadır. Karmaşık yapısı ve fonksiyonu nedeniyle KES-F sistem oldukça pahalıdır. Bu metodun hem pahalı hem de uygulanmasının zor olması nedeniyle alternatif metot arayışına girilmiştir. Kumaşların sürtünme testlerini pek çok tekstil laboratuarında bulunan mukavemet cihazlarında yapabilmek için alternatif yöntemler geliştirilmiştir [1]. Kumaşlarda alternatif ölçüm yöntem arayışına girilmesine karşın, bebek bezleri ile ilgili böyle bir çalışma yapılmamıştır. Tablo 1 de KES-F sisteminde yapılan objektif ölçümler ve ölçüm aparatları verilmektedir. Hareket arttığı zaman, giysilerdeki pürüzlülük hissi artmaktadır. Giysi konforu hem kumaş-cilt temas alanına hem de cilt nemine bağlıdır. Kumaş ve cilt temas noktası az ve cilt kuru ise giysi konforlu olarak algılanır. Cilt neminin konfor üzerine etkisi incelenmiş [2], ve nem ve ter arttığı zaman cilt ve kumaş arasındaki sürtünmenin arttığı belirtilmiştir [3, 4, 5].
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2007 (2) 1 13 Hacimli materyallerin Sürtünme Testleri için Alternatif Ölçüm Metodu Tablo 1. Objektif ölçümler ve Ölçüm Aparatları Özellik Parametreler Tanım Birimi Aparat MIU Sürtünme katsayısı - KES-FB4 Yüzey MIU nun MMD standart sapması - KES-FB4 SMD Pürüzlülük μm KES-FB4 LC Sıkıştırma grafiğinin lineerliği - KES-FB3 Sıkıştırma Sıkıştırma WC enerjisi gf.cm/cm 2 KES-FB3 RC Sıkıştırma direnci % KES-FB3 Ağırlık W Bez ağırlığı g/cm 2 Terazi Kalınlık T Bez kalınlığı mm KES-FB3 Hassas cilde sahip olan bebekler için kullanılan bezlerde de, kumaşlarda geçerli olan sürtünme özellikleri geçerli olmaktadır. Bebek bezlerinin kullanım sırasında konforlu olarak hissedilmesi için bazı özelliklere sahi olması gerekmektedir. Bunlar: İdrarın hızlı bir şekilde emici tabakaya iletilmesi, Emici tabaka tarafından absorplanan idrarın geri salınmaması, Bez üretiminde kullanılan coverstock tabakasının yüzeyinin mümkün olduğunca pürüzsüz ve nem tutma yeteneğinin olmaması, İdrar ile ıslandığı zaman yüzey pürüzlülüğünün çok fazla değişmemesi, Hem ıslak hem de kuru formda sürtünme katsayısının düşük olması ve aynı zamanda çok fazla bölgesel farklılık göstermemesi, Materyalin yumuşak hissedilmesi için sıkıştırılabilme parametrelerinin de hem ıslak hem kuru formda iyi olması olarak tanımlanmaktadır (6). 2. TEKSTİL MATERYALLERİNİN SÜRTÜNME KARAKTERİSTİKLERİ Tekstil materyalleri viskoelastik yapıdadır ve viskoelastik materyallerin sürtünme testleri sırasında, materyalde deformasyon meydana gelmektedir. Bu nedenle, tekstil materyallerinin sürtünme testlerini değerlendirirken hem kayma hem de deformasyon etkisinin göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Viskoelastik materyallerin sürtünme testlerinin açıklanmasında Bowden ve Taylor teorisi yaygın olarak kullanılmaktadır [7]. Bu tür materyaller de sürtünme karakteristiği, F f = a(n) n (1) ile açıklanabilmektedir. Bu teoriye göre sürtünme noktalarında meydana gelen kaymalar sayesinde kayma sürtünmesi gerçekleşmektedir. Bu mekanizmada lif topluluğunun kayma kuvveti ve sıkıştırma sırasında viskoelastik karakteristikler en önemli faktörler olarak ortaya çıkmaktadır [7]. Sürtünme kuvveti sürtünme sırasında uygulanan kuvvete, kızak hızına, kızak materyalinin hammaddesine ve kumaş yapısına bağlıdır [7]. Hacimli yapılarda sıkıştırma miktarı kumaşınkinden çok daha yüksek olduğu için, materyalin içerisine kızağın batmasını önlemek gerekmektedir. Bu durumda kumaşlarda 2
Yaman, N., Senol M.F. Teknolojik Araştırmalar : TTED 2007 (2) 1-13 kullanılan parametrelerin bebek bezleri gibi hacimli materyallerin testleri sırasında kullanılamayacağı ortaya çıkmakta, kızağın batmasını önleyecek şekilde parametrelerin belirlenmesi gerekmektedir. Sürtünme sırasında uygulanan basınç ile kumaş kalınlığı arasında bazı ilişkiler vardır. b e = a + (2) P + c e : Kumaş kalınlığı a, b, c : Sabit P : Basınç Genel bir eşitlik olarak; e= a(p) b (3) verilmektedir. Tekstil materyallerinin sürtünme testleri sırasında oluşan sürtünme diyagramlarında üç tip karakter gözlenmektedir. İlk karakterde sürtünme hareketi başladıktan sonra sabit sürtünme kuvveti (F f ) gözlenmiştir. İkinci karakterde Stick-slip etkisi gösteren sürtünme kuvvetinin (F f ) osilasyon (salınım) değeri gözlenmiştir. Üçüncü karakterde ise, az çok viskoelastik davranış gösteren sürtünme kuvvetinin dalgalı bir değeri gözlenmektedir [7]. Şekil-1 Karakterize Olmuş Mukavemet Cihazı Grafikleri (a) Sürtünme Kuvveti Sabit Olduğu Zaman, (b) Stick-Slip Etkisi Gösteren Sürtünme Kuvvetinin Salınım Hareketi, (c) Elastik Davranış Gösteren Dalgalı Sürtünme Kuvveti [7]. Genellikle nonwoven materyallerin sürtünme testlerinde osilasyon karakteristiği ortaya çıkmaktadır. Sürtünme testlerinde kauçuk, çelik ve plastik kızaklar kullanıldığında sırayla maksimum, minimum ve orta değerde sürtünme kuvvetleri elde edilmektedir. Kızak hızı sabit iken, kızak ağırlığı artırıldığında dinamik sürtünme katsayısı artmaktadır. Ağırlık sabit tutulduğunda ise hız artışı ile daha düşük dinamik sürtünme katsayısı elde edilmektedir [7, 8]. Wilson modeline göre sürtünme adhezyon teorisi; log F/A = c + n * log N/A n: Eğim c: sabit F: Sürtünme katsayısı N: Normal kuvvet (ağırlık) A: Alan (4) şeklinde ifade edilmektedir. Kumaş ve kızak arasındaki basınç arttığı zaman, statik ve dinamik sürtünme katsayısı azalmaktadır. Wilson modelinde dinamik ve sürtünme kuvveti arasındaki ilişki görülebilmektedir [8, 9, 10, 11]. 3
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2007 (2) 1 13 Hacimli materyallerin Sürtünme Testleri için Alternatif Ölçüm Metodu Stic-slip davranışında, sürtünme direncinin büyüklüğü ve pik sayısı kumaş yapısına bağlı olarak değişmektedir. Yük arttığı zaman, pik sayısı ve statik ve kinetik sürtünme kuvveti arasındaki fark artmaktadır [8, 12, 13]. Uygulanan kuvvet ve sürtünme kuvveti arasındaki ilişki lineer olmamakla birlikte, F=K*N n (K: sürtünme sabiti, n: sabit) eşitliğine uymaktadır. K sistemde mevcut olan basınca bağlıdır ve basınç değişiminden negatif olarak etkilenir [10, 14]. Viskoelastik yapıda olan tekstil materyallerinin sürtünme özellikleri zamana bağlı olarak değişmektedir. Kızak 5 kez geçirildikten sonra sürtünme katsayısı ölçüldüğünde, sürtünme katsayısının büyüklüğü, harekete direnç, direnç büyüklüğü (Fs-Fk) azalmaktadır [8, 13, 14, 15]. Bu çalışmada, bebek bezlerinin konfor özelliklerini belirlemede kullanılan sürtünme testleri alternatif bir düzenek yardımı ile hem kuru hem de ıslak formda ölçülmüştür. 3. MATERYAL ve METOD 3.1. Kullanılan materyal Çalışmada 5 farklı ticari bebek bezi kullanılmıştır. Bebek bezleri, farklı materyallerden oluşmuş tabakalar içeren multi-layer yapıdadır. Bebek bezleri Şekil 2 de görüldüğü gibi coverstock, coverstock alt tabaka, emici tabaka, alt tabaka ve elastik banttan meydana gelmiştir. Şekil-2 Bebek bezinin meydana geldiği tabakalar [16] Uzun bir şerit halinde üretilen emici core tabaka polietilen alt tabaka ve geçirgen polipropilen üst tabaka arasına yerleştirilmektedir. Emici tabaka, alt ve üst tabaka yapıştırıcı kullanılarak birleştirilmektedir. Elastik bantlar bacak ve bel bölgesine monte edildikten sonra bantlar takılmaktadır. Uzun silindir şeklinde üretilmiş olan bu bebek bezleri bebek bezi formunda kesilip paketlenmektedir. Shimadzu IR-470 infrared Spektrofotometre ile bebek bezlerinin tabakalarının ham maddeleri belirlenmiştir. Tablo 2 de kullanılan bebek bezlerinin ham maddeleri verilmiştir. Bebek bezlerini oluşturan her tabakanın görevi birbirinden farklı olmaktadır. Coverstock tabakası sıvının emici tabakaya geçişine izin vermekte ancak tekrar üst yüzeye çıkmasını engellemektedir. Emici tabakanın görevi sıvıyı bünyesinde hapsetmektir. 4
Yaman, N., Senol M.F. Teknolojik Araştırmalar : TTED 2007 (2) 1-13 No Coverstock Tablo 2. Çalışmada kullanılan bebek bezleri Coverstock Alt Emici Tabaka Alt Tabaka Tabaka Bel ve Ayak Bandı 1 Polipropilen Polipropilen Wood Pulp + SAP Polietilen SBR 2 Polipropilen Kağıt Wood Pulp + SAP Polietilen SBR 3 Polipropilen Poliester Wood Pulp + SAP Polietilen SBR 4 Polipropilen Polipropilen Wood Pulp + SAP Polietilen SBR 5 Polipropilen - Wood Pulp + SAP Polietilen SBR SAP: süperabsorban polimer, SBR: sitiren bütadien kauçuk Alt tabaka sıvının dışarı çıkmasını engellemektedir. Emici tabaka bebek bezinin kullanım performansını belirleyen en önemli tabakadır. Tüm emici tabakalar wood pulp ve süper absorban polimerden oluşmuştur. Ancak kullanılan süper absorban polimerlerin çapları ve kullanım miktarları birbirinden farklı olmaktadır. Bunun yanında kullanılan süper absorbanın fonksiyonelliği üretim koşullarına, SAP ın çapına ve yapısına bağlı olarak değişmektedir. Kullanılan tüm süper absorban polimerler akrilik monomerinin polimerizasyonu ile elde edilmiştir [17]. Emici tabaka içerisindeki wood pulp sıvının homojen olarak dağıtılmasını sağlarken, SAP sıvının depolanmasını sağlamaktadır. Çalışmada kullanılan bebek bezlerinin kuru ve ıslak formda kalınlıkları ve SAP/wood pulp oranları Tablo 3 de verilmiştir. Tablo3. Çalışmada kullanılan bebek bezlerinin Kalınlık ve SAP/Wood Pulp oranları NO KALINLIK KALINLIK SAP/WOOD DEĞİŞİM (%) (kuru) (mm) (ıslak) (mm) PULP 1 12,18 15,533 27,5 0.067 2 10,74 13,589 26,5 0.031 3 12,66 15,055 18,9 0.683 4 12,24 15,289 24,9 0.250 5 13,65 17,489 28,1 0.041 3.2. Sürtünme test düzeneği Çalışmada kullanılan test metodu daha önce kumaşlar için pek çok çalışmada uygulanmıştır [1, 7, 18, 19, 20]. Ancak bebek bezleri gibi hacimli materyallerin sürtünme testleri için FAST olarak isimlendirilen bu ölçüm metodu şimdiye kadar kullanılmamıştır. Bu çalışmada ölçüm prensibi, yatay bir platform üzerinde bir kızağın hareket ettirilerek yüzeyler arasında sürtünmenin mukavemet cihazında elde edilen sayısal ve grafiksel veriler aracılığı ile incelenmesine dayanmaktadır. Bu çalışmada Instron 4411 mukavemet test cihazı modifiye edilerek sürtünme testleri yapılmıştır. Şekilde sürtünme testi için mukavemet cihazına monte edilen düzenek verilmektedir. Sürtünme düzeneği 15 x 52 cm 2 yatay paslanmaz çelik parça, sürtünmesiz makara, kızak ve her iki tarafı kancalı bir misinadan oluşmaktadır. Çift tarafı çengelli olan misinanın bir ucu kızağa diğer ucu üst çeneye bağlanmaktadır. Numune plaka üzerine yerleştirilmekte, üst çene hareket ederken, bağlantı vasıtası ile kızak çekilmekte ve sürtünme testi gerçekleştirilmektedir. Bu çalışma daha önce hacimli materyaller için yapılmadığından ölçüm parametrelerini belirlemek için kızak büyüklüğü, kızak materyali, kızak ağırlığı, kızak taban alanı, hız gibi sürtünme parametreleri değiştirilerek optimum ölçüm parametreleri tespit edilmeye çalışılmıştır. 5
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2007 (2) 1 13 Hacimli materyallerin Sürtünme Testleri için Alternatif Ölçüm Metodu Şekil-3 Sürtünme test diyagramı: a: yük hücresi, b: sürtünmesiz makara, c: paslanmaz çelik plaka, d: kızak, e: iki ucu çengelli misina Sürtünme özelliği incelenecek olan bebek bezinin yan elastik bantları kesildikten sonra, yatay platform üzerine çok fazla gerdirilmeden düzgünce yerleştirilmiş ve kenarlarından yapıştırılarak ölçümlerin bezin ağ bölgesinde yapılması sağlanmıştır. Böylece bebek bezinin test sırasında kayması kıvrılması bükülmesi veya toplanması engellenmiş olmaktadır. Kızak ağırlığının değiştirilebilmesi için kızağın tam merkezine bir pim yerleştirilmiştir. Tüm testler 20 ±1 ºC sıcaklık, % 65 ±5 bağıl nem koşullarında ve numuneler 24 saat kondisyonlandıktan sonra yapılmıştır. Islak olarak sürtünme katsayısı ölçümlerinde ise, bebek bezinin ağ bölgesinde 8 x 12 cm 2 boyutlarında bir bölge çizilerek belirlenmiştir. % 0,9 NaCl çözeltisinden 36,6 ml alınarak bu bölgeye pipetlenmiş ve 5 dakika beklenmiştir. Kuru formda belirlenen ölçüm parametrelerine göre sürtünme testleri belirlenen bu bölgede yapılmıştır. 3.3. Sürtünme Özelliklerinin Belirlenmesi Sürtünme testi sırasında belirlenen hızda çekilen kızakta yük değişimi meydana gelmekte ve mukavemet cihazında kuvvet-yer değiştirme grafiği elde edilmektedir. Sürtünme kuvveti ve dinamik sürtünme kuvveti, kuvvet-yer değiştirme grafiğinden hesaplanmıştır. Cihazdan elde edilen kuvvet-yer değiştirme grafiğinde eğri altında kalan alanın enerji olup, cihazda bu alan hesaplatılabilmektedir. Elde edilen enerji değeri aşağıda verilen formülasyonlarda yerine konularak ortalama sürtünme kuvveti ve sürtünme katsayısı hesaplanabilmektedir. E= F f dx (F f ) 0 = E/x μ : Dinamik sürtünme katsayısı μ = F ( f ) 0 : Ortalama sürtünme kuvveti N: Test sırasında uygulanan yük ( ) F f 0 N (5) E: Enerji x: Mesafe E = Ff * x (6) 6
Yaman, N., Senol M.F. Teknolojik Araştırmalar : TTED 2007 (2) 1-13 SPSS istatiksel paket programı kullanılarak statik ve kinetik sürtünme katsayılarının ortalama ve standart sapma değerleri hesaplanmış ve işlem parametrelerinin sürtünme katsayısına olan etkisinin istatistiksel olarak önemli olup olmadığını belirlemek amacı ile varyans analizi yapılmıştır. 4. SONUÇLAR 4.1. Ölçüm Koşullarının Belirlenmesi Bebek bezleri ile yapılan çalışmalarda optimum ölçüm parametrelerini belirlemek amacı ile iki farklı kızak materyali, iki tip kızak büyüklüğü, 4 farklı hız ve 7 farklı ağırlıkta ölçümler yapılmıştır. Tablo 4 de çalışmada kullanılan ölçüm parametreleri verilmektedir. Tablo 4. Çalışmada kullanılan ölçüm parametreleri HIZ (mm/dk) KIZAK ALANI (cm 2 ) KIZAK AĞIRLIĞI (g) KIZAK MATERYALİ - 50-6 - 85-120 - 6-10 - 15-20 - 12-75 - 105-140 - 175 - çelik kızak - deri kaplı kızak Sürtünme testlerinde etkisi olduğu düşünülen bu parametrelerden hız, kızak alanı ve kızak ağırlığı parametrelerinin birbiri ile olan ilişkileri de önem kazandığından bu 3 parametre birlikte incelenmiş ve yapılan regresyon analizi sonucunda optimum hız, kızak büyüklüğü ve kızak ağırlığına karar verilmiştir. Tablo 5 de farklı hız, kızak büyüklüğü ve kızak ağırlığında ölçülen sürtünme katsayısı ve standart sapma değerleri verilmektedir. Tablo 5. Farklı hız, kızak büyüklüğü ve ağırlığında ölçülen sürtünme katsayısı ve standart sapma değerleri Alan Hız 6 mm/dk 10 mm/dk 15 mm/dk 20 mm/dk (cm 2 ) Yük (cn) μ σ μ σ μ σ μ σ 50 0.108 0.0063 0.114 0.0049 0.091 0.0071 0.063 0.0057 6 85 0.184 0.0057 0.172 0.0042 0,181 0,0092 0,178 0,0127 120 0.225 0.0071 0.227 0.0106 0,232 0,0085 0,234 0,0106 75 0.22 0.0071 0.199 0.0127 0,195 0,0029 0,1915 0,0007 9 105 0.265 0.0021 0.256 0.0035 0,262 0,0092 0,261 0,005 140 0.287 0.0149 0.283 0.0106 0,269 0,0255 0,293 0,0085 175 0.302 0.0156 0.2895 0.0076 0,284 0,0113 0,284 0,0127 Hız, yük ve kızak alanı parametrelerinin önemli olup olmadığını anlamak için varyans ve regresyon analizi yapılmıştır. Varyans analizi sonucunda R 2 değeri 0.954, düzeltilmiş R 2 değeri 0.940 olarak belirlenmiştir. Varyans analizine göre yapılan değerlendirmede sürtünme katsayısı değerinin yük, alan ve yük-alan interaksiyonundan etkilenirken; hız, hız-yük ve hız-alan interaksiyonundan etkilenmediği ortaya görülmüştür. 7
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2007 (2) 1 13 Hacimli materyallerin Sürtünme Testleri için Alternatif Ölçüm Metodu Sürtünme katsayısı için hız, yük ve kızak alanı için geriye doğru eliminasyon yöntemine göre regresyon analizi yapılmış ve sonuçlar Tablo 6 da gösterilmiştir. Tablo 6. Geriye doğru eliminasyon yöntemine göre regresyon analiz tablosu: Hız, kızak büyüklüğü ve kızak ağırlığının sürtünme katsayısına etkisi (Bağımlı değişken dinamik sürtünme katsayısı) MODEL ÖZETİ R 2 Düzeltilmiş R 2 Hata 0.876 0.860 2.613 E-02 MODEL 1 ANOVA SD KT KO F F önem Regresyon 3 0.102 0.03413 56.343 0.000 Hata 27 0.01454 0.00061 MODEL ÖZETİ R 2 Düzeltilmiş R 2 Hata 0.871 0.861 2.458 E-01 MODEL 2 ANOVA SD KT KO F F önem Regresyon 2 0.102 0.05092 84.279 0.000 Hata 25 0.0151 0.000604 İlk etapta yapılan regresyon analizine göre elde edilen denklem: Sürtünme katsayısı = -0,0159 + 0.01622 * Alan 0.000853 * Hız + 0.00114 * Yük Regresyon katsayılarının t-testi incelendiğinde, yük ve alan değişkenlerinin önem taşıdığı, ancak regresyon sabiti ve hız bağımsız değişkenlerinin önem taşımadığı görülmüş ve 2. etap analizde hız parametresi elimine edilmiştir. İkinci etapta yapılan regresyon analizine göre elde edilen denklem: Sürtünme katsayısı = -0,0268 + 0.01622 * Alan + 0.00114 * Yük Regresyon katsayılarının t-testi incelendiğinde, yük ve alan bağımsız değişkenlerinin önem taşıdığı ancak regresyon sabiti değişkeninin önem taşımadığı görülmüştür. Bu durumda standart sapma değerinin en düşük olduğu 10 mm/dk hız değerinde sürtünme deneylerinin yapılmasına karar verilmiştir. Farklı alanlarda aynı basınçta yapılan sürtünme katsayısı ölçüm sonuçları birbirine yakın çıkmakta, ancak büyük kızak kullanılan durumda standart sapmanın daha düşük olduğu görülmektedir. Bu nedenle standart sapmanın en düşük olduğu 105 cn yük değeri ve 3 x 3 cm 2 lik kızak ile sürtünme deneylerinin yapılmasına karar verilmiştir. Farklı kızak materyali ile yapılan sürtünme katsayısı ölçümlerinde deri kaplı kızak ile daha yüksek sürtünme katsayısı değerleri ölçülmüş, ancak genel olarak kuvvet-yer değiştirme grafik karakteristiğinde bir değişme gözlenmemiştir. Kızak materyalinin yüzeyi deri ile kaplanarak cilde uygun hale getirildiğinden deri kaplı kızak ile deneylerin yapılmasına karar verilmiştir. Bebek bezlerinin sürtünme testleri ağ bölgesinde belirlenen 80 mm lik bir alanda yapılmıştır. 8
Yaman, N., Senol M.F. Teknolojik Araştırmalar : TTED 2007 (2) 1-13 Bebek bezlerinin pürüzlülük ölçümleri coverstock tabakasına uygulanmış ve sürtünme testlerinde uygulanan parametreler ile deneyler yapılmıştır. Pürüzlülük değeri maksimum ve minimum kuvvetler arasındaki fark ile belirlenmiştir. Çalışmada sürtünme katsayısı ölçümleri 5 tekrarlı, pürüzlülük ölçümleri ise 8 tekrarlı olarak yapılmıştır. 4.2. Sürtünme Kuvvetleri 4.2.1. Kuru Numunelerde Elde Edilen Sürtünme Kuvveti Farklı bebek bezleri ile yapılan testler sonucu elde edilen grafiklerden tespit edilen statik ve dinamik sürtünme kuvvetleri, standart sapma ve varyans değerleri Tablo 7 de verilmiştir. Tablo 7. Kuru numuneler için statik ve dinamik sürtünme kuvveti (N), sürtünme kuvvetinin standart sapması ve varyans değerleri STATİK DİNAMİK No sürt. kuv. (N) Stan. sapma Varyans sürt. kuv. (N) Stan. sapma Varyans 1 0,2737 0,0066 3,3 E-05 0,3835 0,0385 0,0010 2 0,2433 0,0060 2,65 E-05 0,2803 0,0157 0,0002 3 0,1373 0,0042 1,31 E-05 0,3671 0,0263 0,00052 4 0,3277 0,0039 1,13 E-05 0,3841 0,0338 0,0009 5 0,2668 0,0030 6,8 E-05 0,3657 0,0389 0,0011 4.2.2. Islak Numunelerde Elde Edilen Sürtünme Kuvveti Farklı bebek bezleri ile ıslak formda yapılan testler sonucu elde edilen grafiklerden tespit edilen sürtünme kuvvetleri standart sapma ve varyans değerleri Tablo 8 de verilmiştir. Tablo 8. Islak numuneler için sürtünme kuvveti (N), sürtünme kuvvetinin standart sapması ve varyans değerleri STATİK DİNAMİK No sürt. kuv. (N) Stan. sapma Varyans sürt. kuv. (N) Stan. sapma Varyans 1 0,311 0,0156 0,0002 0,8098 0,2810 0,0592 2 0,2923 0,0079 4,69 E-05 0,3499 0,0288 0,0006 3 0,3581 0,0052 1,99 E-05 0,4570 0,1402 0,0131 4 0,3424 0,0019 2,76 E-05 0,3407 0,0357 0,0010 5 0,3747 0,0099 7,35 E-05 0,5852 0,0382 0,0011 4.3. μ= F/N ilişkisi kullanılarak hesaplanan statik ve dinamik sürtünme katsayısı değerleri 4.3.1. Kuru Numunelerde Elde Edilen Sürtünme katsayısı değerleri Tablo 7 deki sürtünme kuvveti değerlerinin μ= F/N ilişkisi kullanılarak hesaplanan sürtünme katsayısı değerleri Tablo 9 da verilmektedir. 9
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2007 (2) 1 13 Hacimli materyallerin Sürtünme Testleri için Alternatif Ölçüm Metodu Tablo 9. Kuru numuneler için sürtünme katsayısı, sürtünme katsayısının standart sapması, varyans değerleri STATİK DİNAMİK No Sürt. kat. (μ) Stan. sapma Varyans Sürt. kat. (μ) Stan. sapma Varyans 1 0,2657 0,0632 0,0030 0,3723 0,0425 0,0012 2 0,2362 0,0566 0,0024 0,2721 0,0152 0,002 3 0,1333 0,0397 0,0012 0,3564 0,0255 0,0005 4 0,3182 0,037 0,0010 0,3729 0,032 0,0008 5 0,2590 0,0289 0,0006 0,3550 0,0377 0,0011 4.2.2. Islak Numunelerde Elde Edilen Sürtünme Katsayısı değerleri Tablo 8 deki sürtünme kuvveti değerlerinin μ= F/N ilişkisi kullanılarak hesaplanan sürtünme katsayısı değerleri Tablo 10 da verilmektedir. Tablo 10. Islak numuneler için sürtünme katsayısı, sürtünme katsayısının standart sapması, varyans değerleri STATİK DİNAMİK No sürt. kat. (μ) Stan. sapma Varyans sürt. kat. (μ) Stan. sapma Varyans 1 0,3019 0,14816 0,1646 0,7862 0,2728 0,0558 2 0,2837 0,0753 0,0043 0,3397 0,0279 0,0006 3 0,3477 0,0491 0,0018 0,4437 0,1361 0,0124 4 0,3324 0,0183 0,0003 0,3308 0,0347 0,0009 5 0,3638 0,0943 0,0067 0,5682 0,0371 0,0010 4.4. Kuru ve ıslak numuneler için pürüzlülük değerleri Sürtünme testlerinin yapıldığı işlem parametrelerinde ölçülen ıslak ve kuru formda pürüzlülük değerleri Tablo11 de verilmiştir. Tablo 11. Kuru ve ıslak numuneler için pürüzlülük, standart sapma ve varyans değerleri KURU ISLAK No Pürüzlülük (N) Stan. sapma Varyans Pürüzlülük (N) Stan. sapma Varyans 1 0,0021 0,0012 0,000001 0,3673 0,0796 0,0048 2 00043 0,0025 0,000005 0,2463 0,1286 0,0124 3 0,0032 0,0015 0,000002 0,2463 0,1321 0,0098 4 0,0042 0,0037 0,00001 0,2075 0,1397 0,0146 5 0,0076 0,0032 0,000008 0,4786 0,0687 0,0035 5. GENEL DEĞERLENDİRME Alternatif yöntem kullanılarak hacimli materyaller olarak değerlendirilen bebek bezlerinin sürtünme özellikleri incelenmiştir. Daha önceki çalışmalarda ölçülen sürtünme katsayısı ve sürtünme katsayısının standart sapma değerleri incelenmiş [21, 22, 23, 24] ve daha önceki çalışmalarda elde edilen değerlerin daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Özellikle sürtünme katsayısının standart sapması oldukça yüksektir. Kullanılan ölçüm cihazı farkı nedeniyle bu sonuç beklenen bir sonuçtur. KES-F sisteminde sürtünme testleri bir piyano teli yardımı ile yapılırken, çalışmada kullanılan cihazda bir plaka söz konusudur. Piyano teli ölçüm sırasında hacimli materyalin içerisine battığı için, ölçüm sırasında yüzey sürtünme kuvveti yanında itme kuvvetleri de ölçülmektedir. Bu nedenle sürtünme katsayısı değerleri KES-F sistemi ile ölçülen çalışmalarda daha yüksek çıkmıştır. Çalışmada kullanılan yöntemde, kullanılan kızağın 10
Yaman, N., Senol M.F. Teknolojik Araştırmalar : TTED 2007 (2) 1-13 materyal içerisine batması gibi bir durum söz konusu olmadığı için, materyalin gerçek sürtünme katsayısı değerleri ölçülmüştür. Bu hatayı gidermesi nedeniyle çalışmada kullanılan yöntemin daha uygun olduğu düşünülmektedir. Çalışmada sürtünme katsayısı, yük ve kızak alanı arasında bir ilişki olduğu belirlenmiş, ancak istatistiksel açısından aralarındaki ilişkinin çok az olduğu görülmektedir. Bu çalışmada hem kuru hem de ıslak formda ölçülen sürtünme katsayısının standart sapmaları, önceki çalışmalarda ölçülenlere göre daha kararlı çıkmaktadır. Bebek bezlerinde bulunan absorbanların üniform dağılımı sağlanamadığından yüzeyde bölgesel farklar meydana gelmekte ve bu nedenle ıslak numunelerde ölçülen sürtünme katsayısının standart sapması daha yüksek çıkmaktadır. Bu çalışmada elde edilen pürüzlülük (maksimum ve minimum sürtünme kuvvetleri arasındaki fark) değerleri 0,002 ve 0,008 N arasında değişmektedir. Kuvvetler arasındaki fark attığı zaman, materyalin pürüzlülüğü de artmaktadır. Pürüzlülük sonuçlarından anlaşılacağı gibi yüzey materyaline bağlı olarak, çalışmada kullanılan ticari bebek bezlerinin pürüzlülükleri birbirinden farklıdır. KAYNAKLAR 1. Pan, N., Zeronian S.H. and Ryu H.S., An Alternative Approach to the Objective Measurement of Fabrics, Textile Research Journal, 63(1), 33-43, 1993. 2. Hollies, N.R.S., Custer, A.G., Morin, C.J., Howard, M.E., A Human Perception Analysis Approach to Clothing Comfort, Textile Research Journal, 49, 557-564, 1979. 3. Sulzberger, M.B., Cortese, T.A., Fishman, L., Wiley, H.S., Studies On Blisters Produced By Friction, Journal Invest. Derm, 47, 456-465, 1966. 4. Gwosdow, A.R., Stevens, J.C., Berglund, L.G., Stolwijk, A.J., Skin Friction & Fabric Sensation In Neutral and Warm Environments, Textile Research Journal, 574-580, 1986. 5. Kenins, P., Influence of Fibre Type and Moisture on Measured Fabric-to-Skin Friction, Textile Research Journal, 64(12), 722-728, 1994. 6. Yaman, N., Şenol M.F., Bebek Bezlerinin Genel Özelliklerinin İncelenmesi, Tekstil ve Konfeksiyon, 3, 142-148, 2004. 7. Virto, L., Naik, A., Frictional Behaviour of Textile Fabrics, Textile Research Journal, 67(11): 793-802, 1997. 8. Ajayi, J.O., Effects of Fabric Structure on Frictional Properties, Textile Research Journal, 62(2): 87-93, 1992. 9. Schuck, R.O., Loeb, L., Technique for Comparative Frictional Measurements on Wet Fabrics, Textile Research Journal, 40. 957, 1970. 10. Zurek, W., Jan Kowiak, D., Frydrych, I., Surface Frictional Resistance of Fabrics Woven From Filament Yarns, Textile Research Journal, 55: 113, 1985. 11. Carr, W.W., Posey, J.E.,, Tincher, W.C., Frictional Characteristics of Apparel Fabrics, Textile Research Institute, 129-136, 1988. 12. Stockbridge I.I.C.W., Kenchington K.W.L., Corkindale K.G., Greenlands J., The Subjective Assessment of the Roughness of Fabrics, Journal Textile Institute, 48, 26, 1957. 11
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2007 (2) 1 13 Hacimli materyallerin Sürtünme Testleri için Alternatif Ölçüm Metodu 13. Hearle, J.W.S., Husain, A.K.M.M., Studies in Needled Fabrics: Effects of Friction on The Processing and Properties of Needle-Bonded Fabrics, Journal Textile Institute, 62, 83, 1971. 14. Wilson, D., A Study of Fabric-on-Fabric Dynamic Friction, Journal Textile Institute, 54, 143, 1963. 15. Elder, H.M., Fisher, S., Armstrong, K., Hutchison, G., Fabric Softness, Handle, and Compression, Journal Textile Institute, 75(1), 37-64, 1984. 16. http://www.madehow.com/volume-3/disposable-diaper.html 17. Aliouche, D., Bal, K., and Lahfati, K., D absorption Des Liquides Par Les Bio textiles A Structure Absorbante Complexe Influence Des Gels De Polymères Super Absorbants Ann. Chim. Sci. Mat., 25, 557-566, 2000. 18. Ajayi, J.O., Elder, H.M., Fabric Friction, Handle, and Compression, Journal Textile Institute, 88 (3), 232-241, 1997. 19. Ajayi, J.O., Fabric Smoothness, Friction, and Handle, Textile Research Journal, 62(1), 52-59, 1990. 20. Ajayi, J.O., Effects of Fabric Structure on Frictional Properties, Textile Research Journal, 62 (2), 87-93, 1992. 21. Pan N., Yen K.C., Zhao S.J., Yang S.R., A New Approach to The Objective Evaluation of The Fabric Handle From Mechanical Properties Part I: Objective Measurements For Primary Handle", Textile Textile Research Institute, 531-537, 1988. 22. Yokura, H., Niwa M., Objective Hand Evaluation of Non-Wovens Used for Nappies, International Journal of Clothing Science and Technology, 9(3), 207-213, 1997. 23. Niwa, M., Inoue, M., Kawabata S., Objective Evaluation of The Handle Blankets, Textile Research Journal, 71(8), 701-710, 2001. 24. Yokura, H., Niwa, M., Objective Hand Measurements of Nonwovens Used For Top Sheet Of Disposable Diapers, International Journal of Clothing Science Technology, 14(3/4), 230-237. 2002. 12