ÖRME TEKNOLOJİSİ VE TEKNİK TEKSTİLLER Ahmet Ünal Reutlingen Üniversitesi / Tekstil ve Dizayn Fakültesi / Tekstil Mühendisliği ve Yönetimi Bölümü Alteburgstr. 150 Reutlingen, Almanya ahmet.uenal@reutlingen-university.de ÖZET Cam, Karbon ve Aramid elyaflarından üretilen teknik kumaşların kullanıldığı kompozit malzemeler, havacılık ve yenilenebilir enerji alanları gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Bu teknik kumaşlar 2 ve 3 boyutlu olarak, dokuma ve çözgülü örme gibi teknolojilerle oldukça başarılı ve yüksek hızla üretilebilirken, karmaşık geometrilerin söz konusu olduğu durumlarda sınırlamalar ortaya çıkmaktadır. Şu anda daha çok giyim tekstillerinin üretiminde kullanılan düz örme makinaları ise sahip olduğu tek iğne seçimi, ilmek transferi gibi imkanlarla karmaşık geometrilerin üretimini de mümkün kılmaktadır. Bu yayında örme teknolojisinin teknik tekstillerin üretimi için sunmuş olduğu olanaklar genel olarak incelenmiş ve düz örme tekniğinin kullanıldığı uygulama örnekleri verilerek gelecek için araştırma önerileri yapılmıştır. Anahtar Kelimeler: Kompozit malzeme, örme teknolojisi, düz örme makinaları 1. TEKNİK TEKSTİLLER VE KUMAŞ ÖZELLİKLERİ Tekstil ürünleri günümüzde klasik giyim tekstillerinden tıbbi tekstillere kadar bir çok farklı alanda kullanılmakta ve buna bağlı olarak bu ürünlerden beklenen özellikler de değişiklikler arz etmektedir. Kompresyon çoraplarında belli bir hesaba göre üretilmiş elastik bir kumaş yapısına ihtiyaç duyulurken asfaltın güçlendirilmesinde kullanılan bir kumaşın, hiç esnemeyen bir yapıda üretilmesi gerekmektedir. Diğer taraftan yapay damar olarak kullanılan bir tıbbi tekstilin ömür boyu vücutta kalması istenirken erezyonu engellemek için kullanılan bir geotekstilin, bitki ve ağaç kökleri geliştikten sonra çözünmesi hedeflenmektedir. Filtre fonksiyonu görecek bir dokusuz yüzey için üretim hızı çok önemli iken özellikle uçak ve uzay sanayiinde kompozit malzeme yapımında kullanılan kumaşta 3 boyutluluk ve istenen forma göre üretim daha fazla önem kazanmaktadır. Bu örneklerde de görüleceği üzere kullanım alanlarının tekstil ürününden beklentisi çok farklıdır ve araştırma-geliştirme çalışmalarında her bir ürün için en ideal malzemenin, kumaş üretim, boya-apre ve konfeksiyon teknolojilerinin seçilmesi gerekmektedir. 2. ÖRME TEKNOLOJİSİ VE ÖRME KUMAŞLAR Tekstil ürünleri genelde elyaf, iplik, tekstil yüzeyi, boya-apre ve konfeksiyon aşamalarından geçtikten sonra kullanıma hazır hale gelmektedirler. Tekstil yüzeylerinin üretimi başlıca dokuma, örme ve dokusuz yüzey teknikleri ile gerçekleştirilmektedir ve her bir tekniğin diğerlerine göre, tekstil ürünün yapısına bağlı olarak avantaj ve dezavantajları vardır. Bu yayında sadece örme teknolojisi incelenmiş ve özellikle teknik tekstillerin üretimi için sunduğu olanaklar açıklanarak uygulama örnekleri verilmiştir. Örme teknolojisi, atkılı ve çözgülü örme makinalarında, ipliklerin iğneler yardımıyla önce ilmek formuna getirilmesi ve bu ilmeklere birbirleriyle bağlantı yaptırılması metoduyla tekstil yüzeyi üretme yöntemi olarak tanımlanabilir. İlmeklerle temel yapısı oluşturulan kumaş içine, kullanım alanına bağlı olarak askı, atlama, tam atkı, kısmi atkı, çözgü iplikleri, dokusuz 39
yüzeyler (örneğin malivat tekniği) vb. eklenerek giyimden kompozit malzemelere kadar birçok farklı alanda kullanılan örme kumaşlar üretilmektedir. 2.1 Çözgülü Örme Makinaları Çözgülü örme kumaşlar, toplu olarak hareket ettirilen iğnelerle raşel, çözgü otomat, kroşe ve malimo makinalarında üretilirler. Bu tekniğin temel özelliği yüksek üretim hızı ve en fazla kumaş üretim çeşitliliğine sahip olmasıdır. Raşel ve çözgü otomat makinalarında daha çok ev ve giyim tekstilleri (perdeler, danteller, spor tekstilleri v.b.) üretilirken kroşe makinalarında dar tekstiller, malimo tipi makinalarda ise kesilmiş cam elyafları, çok eksenli kuvvetlendirme iplikleri ve dokusuz yüzeyler kumaşa dahil edilerek daha çok teknik tekstiller üretilmektedir. 2.2. Yuvarlak Örme Makinaları Yuvarlak örme makinaları aynı anda bir çok örme sisteminin ilmek oluşturabilmesi (örneğin 120 Sistem) nedeniyle çok yüksek kumaş üretim hızına sahiptir ve makina yapısı itibariyle daha çok giyim tekstilleri ve yatak kumaşlarının üretiminde kullanılırlar. 2.3 Düz Örme Makinaları Bilgisayar kontrollü düz örme makinalarında, her bir örme iğnesi tek tek seçilip istenen pozisyona hareket ettirilebilir ve iğne yatakları kaydırılabilir. Tek iğne seçimi, iğnenin kumaş yapısına bağlı olarak ilmek, askı ve transfer pozisyonlarından birisine hareket ettirilebilmesine imkan verirken, iğne yataklarının kaydırılabilmesi bir ilmeğin önden arkaya (veya tersi) transferinden sonra, başka bir iğne üzerine aktarılmasını sağlar. Bu iki özellik, düz örme makinalarında özellikle 3 boyutlu şekillendirilmiş kumaş üretimi için sonsuz olanaklar sağlar. Bu amaçla önce ön ve arka iğne yataklarında birbirinden bağımsız iki kumaş üretilir ve bu kumaşlar farklı metotlarla birleştirilerek 3 boyutlu şekillendirilmiş kumaş haline getirilirler. Farklı uygulama örneklerinden 3 tanesi aşağıda açıklanmıştır. 3. UYGULAMA ÖRNEKLERİ 3.1 Düz örme kumaşlarla ahşap yapıların güçlendirilmesi Termoplastik malzemelerin ısı ile eritilerek bir kalıp içinde istenen şekle getirilebilmesi yöntemi benzer şekilde ahşap malzemelere de uygulanmaktadır. Bu yöntemde buhar, ısı ve basınç yardımıyla ahşap malzemelerin yoğunlukları arttırılarak mukavemet değerleri yükseltilirken aynı zamanda bunun için geliştirilen makinalarda ahşaba 3 boyutlu şekillendirmeler de verilebilmektedir [1]. Bu yöntemle elde edilen malzemeler birbirleriyle birleştirilerek, örneğin bir mimari tasarımda taşıyıcı sistem olarak kullanılabilmektedir. Ahşaptan imal edilmiş bu taşıyıcı sistemlerin özellikle bağlantı noktalarında mekanik özellikler açısından zayıflıklar ortaya çıkmakta ve bu bölgelerin güçlendirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır [2]. Yüksek mukavemetli ipliklerden ilmek, askı ve atlama gibi örgü temel elemanlarının kombinasyonlarıyla üretilmiş düz örme teknik tekstiller bu güçlendirme için en iyi alternatiflerden biridir [3]. Örme kumaşla güçlendirmenin uygulandığı, yoğunlukları arttırılmış ahşap parçalardan, bir agaç gövdesi ve bu gövdeye bağlanmış dal şeklinde tasarlanan taşıyıcı sistem resim 1e`de gösterilmiştir. Bu taşıyıcı sistem, bir ormanda doğal olarak bu şekilde büyümüş normal bir 40
ağacın kopyası olup dikdörtgen ahşap parçalara, önce şekil verilmesi daha sonra birleştirilmesi ve sonunda kenarlarının tıraşlanması ile bu hale getirilmiştir. Taşıyıcı sistem üzerine yükler bindirildiğinde, ahşap katmanların birbirlerinden ayrılmalarını önlemek için güçlendirme gerekmektedir. Bu güçlendirme için ihtiyaç duyulan kumaş geometrisi resim 1a, düz örme makinalarında istenen geometriye göre cam elyafından üretilen kumaş resim 1b-c, kumaşın ahşap yapı üzerine giydirilmesi 1d ve kumaş detayı resim 1f`de gösterilmiştir. a) Güçlendirme için ihtiyaç duyulan kumaş geometrisi b) Ahşap taşıyıcı sistemin şekline göre üretilmiş örme kumaş c) 3 boyutlu örme kumaş d) Örme kumaşın ahşap taşıyıcı sisteme giydirilmesi e) Cam elyafından üretilen örme kumaşla güçlendirilen ahşap taşıyıcı sistem f) İlmek, askı ve atlama yapı elemanlarıyla örülmüş kumaşın detay resmi Resim 1. 3 Boyutlu düz örme kumaş ve ahşap taşıyıcı sistemin güçlendirilmesi 3.2 Kompozit malzeme için 3-Boyutlu düz örme kumaş Diğer bir örnek ise düz örme makinalarında üretilmiş ve düşük ağırlıklı kompozit malzeme imalatında kullanılan örme kumaş yapısıdır. Bu uygulamada iki dış yüzeyin, bu yüzeylerle aynı anda örülmüş bir 3. yüzey tarafından U veya V şeklinde bağlanmasına ihtiyaç duyulmaktadır (Resim 2). 41
Resim 2. Kompozit malzeme için ihtiyaç duyulan kumaş geometrisi Bu amaçla geliştirilen kumaşlar, bir bileşeni yüksek mukavemetli cam elyafı, diğeri ise termoplastik polipropilen olan hibrid ipliklerle üretilmiştir [4, 5]. Daha sonra kompozit malzeme imalatı için bu kumaşın içine kalıp parçaları konulmuş ve kumaş istenen formda tutulmuştur (Resim 3). Resim 3. Kalıp parçaları ile istenen formda tutulan 3 boyutlu kumaş Kalıp içindeki kumaş bu şekilde fırın içine alınmış ve polipropilen ipliklerin erimesi sağlanmıştır. Daha sonra soğumaya geçildiğinde kalıp içinde eriyen polipropilen ipliklerin cam ipliklerini örüldükleri gibi kumaş içinde tutmasıyla 3 boyutlu kompozit malzeme imal edilmiştir (Resim 4). Resim 4. 3 Boyutlu düz örme kumaşla imal edilmiş kompozit malzeme 3.3 Monofilament bağlantılı düz örme kumaş Ön ve arka iğne yataklarında birbirinden bağımsız olarak üretilen iki kumaşın monofilament ipliklerle bağlanmasıyla da 3 boyutlu kumaşlar üretilebilirler. Bu teknik, yuvarlak, çözgülü ve 42
düz örme makinalarında uygulanmaktadır ve bu tip kumaşlar spor ayakkabıları, yeni tip yataklarda ve araba koltuklarında süngerlerin yerine ve dalgıç elbiseleri gibi birçok alanda kullanılmaktadır. İki kumaş yüzeyi arasındaki maksimum açıklık kumaş özelliklerinin belirlenmesinde çok önemlidir ve başta iğne yatakları arasındaki mesafe olmak üzere farklı parametrelere bağlıdır. Yeni tip çözgülü örme makinalarında (Karl Mayer HDR 6-EL HighDistance ) ön ve arka iğne yatakları hareket ettirilerek birbirlerine yaklaştırılıp uzaklaştırılabilir ve iki iğne yatağı arasındaki mesafe 20 ila 65 mm arasında ayarlanabilir. Bu imkan sayesinde monofilament bağlantılı örme kumaşlar için en fazla seçeneği çözgülü örme makinaları sunar ve bu nedenle daha çok bu tip kumaşlar kullanılırlar. Buna karşın çözgülü örme makinalarında 3 boyutlu ve şekillendirilmiş kumaş imalatı toplu iğne hareketi nedeniyle çok sınırlıdır. Düz örme makinaları ise tek iğne hareketi prensibiyle çalıştıklarından dolayı kumaşa şekil verebilme kabiliyetinde sınırsızdır fakat iki iğne yatağı arasındaki mesafe sabittir ve makina yapısı itibariyle değiştirilemez. Bu nedenle iki kumaş dış yüzeyi arasındaki açıklığın, sabit igne yatağı mesafesine rağmen, farklı parametrelerle değiştirilebilmesi için araştırmalar yapılmalıdır. Bu parametrelerden en önemlileri örgü yapısı, monofilament iplik kalınlığı, monofilamentlerin dış yüzeylerle yaptıkları bağlantı açısı ve elastan iplik kullanımıdır. Bu amaçla yapılan başlangıç aşamasındaki araştırmalarda iki yüzey arasındaki açıklığın 30 mm`ye ulaşıldığı resim 3`te gösterilen kumaşlar üretilmiştir. 4. SONUÇ Resim 3. Monofilament bağlantılı 3 boyutlu kumaş Düz örme makinaları özellikle kazaklar olmak üzere, giyim tekstillerinin üretiminde çok önemli bir yere sahip olmasına rağmen teknik tekstillerin üretiminde olması gereken seviyeye henüz gelememiştir. Bu makinalarda pamuk yün gibi ipliklerden istenen herhangi bir forma göre 3 boyutlu kumaş üretmek çok başarılı bir şekilde gerçekleştirilebilirken, örneğin karbon elyafından üretilmesi gereken 3 boyutlu şekillendirilmiş bir teknik kumaş yapısı henüz yeterince araştırılmamıştır. Bu amaçla, daha çok klasik ipliklerin örülmesi için tasarlanan düz örme makinalarının cam, karbon ve aramid elyaflarının işlenmesine imkan verecek şekilde tasarlanması ve örgü yapılarının buna göre geliştirilmesi önümüzdeki yıllarda araştırmalarda önemli bir yer teşkil edecektir. Bu araştırmalar sonucunda hem düz örme makinaları için yeni bir üretim alanı açılacak hem de özellikle kompozit malzeme üretimi için son derece önemli olan, kumaş üretimi esnasında şekil verilmiş 2 ve 3 boyutlu teknik kumaş üretimi mümkün hale gelecektir. 43
5. KAYNAKLAR [1] HALLER, P. Concepts for textile reinforcements for timber structures. Materials and Structures (2007) 40:107 118. [2] HALLER, P. BIRK, T., OFFERMANN, P., CEBULLA H. Fully fashioned biaxial weft knitted and stitch bonded textile reinforcements for wood connections. Composites: Part B 37 (2006) 278 285. [3] ÜNAL, A., OFFERMANN P. The effects of the knit structure on the deformation behaviour of weft knitted reinforced fabrics. Melliand Textilberichte. - Frankfurt, 86 (2005) 4. 50-51 [4] ÜNAL, A.; HOFFMANN G., CHERIF Ch. Development of weft knitted spacer fabrics for composite materials. Melliand Textilberichte. - Frankfurt, 87(2006)4. - S. 224-226. [5] TORUN, A. R., HOFFMANN, G., ÜNAL, A., CHERIF Ch. Spacer fabrics from hybrid yarn with fabric structures as spacer. 16. International conference on composite materials. 2007 Kyoto, Japan. 44