1. GİRİŞ
Tekstil yüzeylerinin kullanım yerine göre spesifik özelliklere sahip olması gerekmektedir. Bu özelliklerin sayısal olarak ifade edilebilmesi için ise bazı objektif ölçümler yapılmaktadır. Sürtünme parametrelerinin basit tekniklerle objektif olarak ölçülebilmesi ve bu parametrelerin yüzey düzgünlüğünün ve tutumunun ölçülerinden biri olarak kullanılabileceğinin ortaya konulması bu konulardaki değerlendirmeleri büyük ölçüde kolaylaştırmaktadır. Bu nedenle birçok araştırmacı tarafından değişik metotlarla çalışan alternatif cihazlar geliştirilmişlerdir [1-2].
Şansal (1997), tekstil yüzeylerinin sürtünme katsayısının tespitine yarayan ve eğik düzlem teorisine dayanan bir cihazın tasarımını yapmıştır Çalışmada, Yünisan A.Ş. fabrikasında üretilen yünlü dokuma kumaşlar kullanılmıştır. Sonuç olarak, kumaş tuşesi ve yumuşaklığı ile sürtünme kuvvetinin ters orantılı olarak değiştiği görülmüştür [3]. Roedel ve Ramkumar (2003), yatay platform prensibine göre çalışan CRE mukavemet cihazının modifikasyonu sonucu yeni bir test cihazının tasarımını yapmıştır. Çalışmada, farklı pamuk/polyester karışımlı dokunmamış kumaşlar numune olarak kullanılmıştır. Sürtünme testlerine ek olarak dokunmamış kumaşların mekanik özelliklerini belirlemek amacıyla gramaj, kalınlık ve mukavemet testleri uygulamışlardır. Çalışma sonucunda, polyester oranı arttıkça, dokunmamış kumaşlardaki sürtünme değerlerinin artma eğiliminde olduğu sonucuna varılmıştır [4]. Fontaine ve diğerleri (2005), materyalin yüzeysel yapısının tam olarak belirlenmesi gerektiğinden hareketle, blade-disk prensibine göre çalışan tribometer olarak adlandırılan bir test düzeneği tasarlamışlardır. Çalışmada farklı gramajlarda spunbond ve su-jeti yöntemleriyle üretilmiş dokunmamış kumaşlar kuru olarak test edilmiştir. Sonuç olarak, gramaj azaldıkça aynı cins hammaddelerle üretilmiş kumaşlar için yüzey pürüzlülüğü azaldığı vurgulanmıştır. Bunun sebebinin kumaş yüzey durumu, sıkıştırma yoğunluğu ve kullanılan polimer tipine bağlı olduğu belirtilmiştir [5]. Das ve diğerleri (2005), load cell, doğrusal değişken diferansiyel transformatör (LVDT) ve kodlayıcıdan oluşan yeni bir test aparatı tasarlanmışlardır. Sonuç olarak, tüm kumaşlarda kinetik sürtünme katsayısı değerlerinin statik sürtünme katsayısı değerlerinden daha düşük olduğu bulunmuştur. Lif tipi, lif karışım oranı, lif karışım şekli, iplik yapısı, kumaş yapısının sürtünmeyi etkilediği gözlemlenmiştir [6]. Lima ve diğerleri (2005), FrictorQ olarak adlandırılan bir cihaz tasarlamışlardır. Testler genellikle kumaş-kumaş ve standart yüzey-kumaş sürtünmesi esas alınarak yapılmıştır. Standart yüzey olarak pürüzlü metalik yüzey ve pürüzsüz metalik yüzey kullanılmıştır. Sonuç olarak, standart pürüzlü metalik yüzey-kumaş sürtünme katsayısı değeri, standart pürüzsüz metalik yüzey-kumaş sürtünme katsayısı değerinden daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir [7].
2. MATERYAL ve METOT
2.1. Materyal
Çalışmada, deney materyali olarak spunbond tekniği ile üretilmiş % 100 polipropilen (PP) dokunmamış kumaş numuneleri kullanılmıştır. Numuneler Tekstil-Dokusuz Yüzey Test Metodu-Bölüm 3: Kopma Mukavemeti ve Uzama Tayini; ISO 9073-3;1989 ve Tekstil-Dokusuz Yüzey Test Metodu-Bölüm 4: Yırtılmaya Karşı Dayanımı Tayini; ISO 9073-4;1997 standartlarına [8,9] uygun şartlarda test edilerek Tablo 1’de verilen değerler elde edilmiştir. Bu testler numune amaçlı kullanılan dokunmamış kumaşların önemli fiziksel özelliklerinden bazılarını belirlemek için uygulanmıştır. Sürtünme testlerine ek olarak ANSYS V12 sonlu elemanlar analiz programı sayesinde, hareketin başlangıcında ve hareketin devamında kızağa uygulanan kuvvetlerin dağılımı gösterilmiştir.
Bu numuneler; koruyucu örtü, bir defa kullanılıp atılabilen çocuk bezi, hijyenik bayan pedi, ameliyat örtüsü gibi tıbbi malzemeler ve ayrıca mobilya-yatak örtüleri, halı sırtı, geotekstil, tarım ürünleri ve endüstriyel koruyucu giysilik olarak kullanılmaktadır. Dolayısıyla bu kullanım yerlerinin çoğunda dokunmamış kumaşların sürtünme davranışı önemli bir etken olarak ortaya çıkmaktadır.
Tablo 1.
Dokunmamış kumaş numunelerinin fiziksel özellikleri
|
Gramaj (gr/m2)
|
Kalınlık (mm)
|
Kopma Mukavemeti (N/5 cm)
|
Uzama (%)
|
Yırtılma Mukavemeti (N/5 cm)
|
||||||||||||
|
MD
|
CD
|
MD
|
CD
|
MD
|
CD
|
|||||||||||
|
20
|
0.170
|
65.0
|
52.0
|
65.0
|
66.0
|
20.0
|
21.0
|
|||||||||
|
50
|
0.301
|
88.0
|
61.7
|
97.4
|
70.0
|
42.0
|
45.0
|
|||||||||
|
100
|
0.460
|
200.0
|
163.0
|
70.0
|
71.0
|
82.0
|
85.0
|
|||||||||
2.2. Metod
Bu çalışmanın amacına uygun olarak iki farklı çalışma prensibine sahip test cihazları kullanılarak dokunmamış kumaşların sürtünme davranışları tespit edilmeye çalışılmıştır. Bu cihazlar; “Yatay Platform Test Düzeneği” ve “Eğik Düzlem Test Cihazı” olarak isimlendirilmiştir [10-11-12-13].
2.2.1. Yatay Platform Test Düzeneği
Konvansiyonel yapıda üniversal bir mukavemet test cihazı üzerinde, sürtünme deneylerinin yapılabilmesi için tasarım ve ek değişiklikler yapılarak Şekil 1’de gösterilen düzenek oluşturulmuştur. Tasarım ve imalatı yapılmış olan bu test düzeneği sürtünmesiz makara (3,4), esnemeyen çırpı ipi (5), kızak (6) ve kızak yatağından (7) oluşmaktadır
2.2.2. Eğik Düzlem Test Cihazı
Tekstil yüzeylerinin sürtünme katsayısı ile olan ilişkisini açıklayan bir diğer tasarım, eğik düzlemde, yüzeydeki cismin kumaş yüzeyi üzerinden kaydırılması prensibi ile çalışmaktadır. Tasarımı yapılarak prototip imalatı tamamlanmış olan eğik düzlem metoduna göre çalışacak test cihazının platformu (1) ve ana gövdesi (2) ahşap malzemeden imal edilmiştir
3. DENEYSEL ÇALIġMALAR
Çalışma kapsamında spunbond dokunmamış kumaş numunelerine sürtünme testleri yukarıda verildiği şekilde iki farklı metoda göre uygulanmıştır. Tüm testler 20±2 °C sıcaklık, % 65±5 bağıl nem koşullarında ve kumaşlar en az 48 saat süre ile kondüsyonlandıktan sonra yapılmıştır.
4. TARTIŞMA
3.1. Yatay Platform Üzerinde Yapılan Testler
Sürtünme testleri; numunelerin Makine Yönü (MD), Çapraz Yönü (CD) için kumaşın üç farklı noktasında üç farklı sürtünme ortamında (kumaş, ahşap, metal) gerçekleştirilmiştir. Sürtünme testleri sonucunda hareketin başlangıcındaki en yüksek değeri statik sürtünme direnci ve devamında okunan değerlerin ortalaması ise, kinetik sürtünme direnci olarak kabul edilmiştir. Yatay platforma yerleştirilen numune ile delrin parçaya takılan numunenin hafif gergin kalmasına ve kumaşın farklı bölgelerinde sürtünmesine dikkat edilmiştir.
Şekiller incelendiğinde gramaj arttığında hem statik hem de kinetik sürtünme katsayısı değerlerinde bir azalma eğiliminin olduğu gözlenmektedir. Bunun sebebi artan gramaj ile birlikte sürtünme etkileşiminin daha düzenli düzgün (uniform) kumaş yüzeyinde gerçekleştiği ve bunun sonucunda sürtünme katsayılarının azalan yönde bir eğilim gösterdikleri şeklinde yorumlanmıştır.
Numunelerin CD yönündeki sürtünme katsayısı değerleri genelde MD yönüne göre daha yüksek bulunmuştur. Buna gerekçe numunelerin oluşumunda CD yönündeki lif yerleşiminin sürtünme hareketini engelleyici etkisinin daha fazla olması gösterilebilir.
Farklı sürtünme ortamlarının sürtünme davranışı üzerindeki etkisine bakacak olursak; en düşük sürtünme katsayısı değerleri kumaş-metal, en yüksek sürtünme katsayısı değerleri ise aşındırıcı yün kumaş sürtünme ortamında gerçekleşmiştir. Metal yüzeyin, ahşap ve kumaşa göre daha pürüzsüz ve kaygan olmasından dolayı iki yüzey arasındaki etkileşim sırasında sürtünmeye karşı daha az bir direnç gösterdiği, dolayısıyla bu etkileşimde sürtünme katsayısının daha küçük değerlerde ölçüldüğü gözlenmiştir.
Sürtünme hareketinin başlangıcı olarak kabul ettiğimiz statik sürtünme katsayısı değerleri, hareketin devam ettiği anda ölçülen kinetik sürtünme katsayısı değerlerinden genelde daha büyük bulunmuştur. Bu durum temas halinde sürtünen cisimlerde normal beklenen bir sonuç olarak kabul edilmektedir.
3.2 Eğik Düzlem Cihazı Üzerinde Yapılan Testler
Her numune için kumaşların MD ve CD yönlerinde üç farklı sürtünme ortamında (kumaş, ahşap ve metal) testler uygulanmıştır. Sürtünme testleri sonucunda hareketin başlangıcındaki en yüksek tepenin değeri statik sürtünme direnci olarak kabul edilmiştir. Eğik düzlem test cihazında hareketin başlangıcından sonraki direnç tam olarak algılanmadığı için burada sadece statik sürtünme katsayısı değerleri üzerinde durulmuştur. Ölçümler sonucu elde edilen ve Tablo 3’de verilen veriler kullanılarak, Şekil 4 elde edilmiştir.
Tablo 3.
Eğik düzlem prensibine göre çalışan test cihazı test sonuçları
|
Gramaj (g/m2)
|
Sürtünme Ortamı
|
・ﾊ (Sürtünme Katsayısı)
|
|||
|
MD
|
CD
|
||||
|
20
|
KumaĢ
|
0.712
|
0.845
|
||
|
AhĢap
|
0.658
|
0.700
|
|||
|
Metal
|
0.365
|
0.414
|
|||
|
50
|
KumaĢ
|
0.650
|
0.745
|
||
|
AhĢap
|
0.541
|
0.652
|
|||
|
Metal
|
0.300
|
0.323
|
|||
|
100
|
KumaĢ
|
0.589
|
0.624
|
||
|
AhĢap
|
0.453
|
0.500
|
|||
|
Metal
|
0.294
|
0.304
|
|||
3.3 ANSYS Yazılımının Uygulanması
ANSYS yazılımı mühendislerin mukavemet, titreşim, akışkanlar mekaniği ve ısı transferi ile elektromanyetik alanlarında fiziğin tüm disiplinlerinin birbiri ile olan interaksiyonunu simule etmekte kullanılabilen genel amaçlı bir sonlu elemanlar yazılımıdır.
ANSYS yazılımında yer alan sonlu analiz modeli için programın içinde yer alan "preprocessing" imkanları ile kayma hareketini sağlayan kızak için geometri oluşturulmuştur. Kızağın boyutu, malzeme çeşidi ve kızağın durumunun tanımlanmasından sonra kızak üzerine etki eden mukavemet ve deformasyon hesaplanmıştır (Tablo 4). Sonuçlar sayısal ve grafiksel olarak elde edilmiştir (Şekil 5).
Avcıoğlu Kalebek N. ve Babaarslan O. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2011 (1) 20-29 27
Tablo 4. Kızağın mekanik özellikleri
|
Kızağın Durumu
|
Young Modulus (GPa)
|
Mukavemet (kPa)
|
Deformasyon (mm)
|
||||||
|
KumaĢ
|
Statik
|
300
|
103.7
|
1.6 e-9
|
|||||
|
Kinetik
|
444.0
|
5.07e-9
|
|||||||
|
AhĢap
|
Statik
|
13
|
1.255
|
3.89e-12
|
|||||
|
Kinetik
|
3.060
|
1.03e-11
|
|||||||
|
Metal (Alimünyum)
|
Statik
|
70
|
0.90
|
6.74e-13
|
|||||
|
Kinetik
|
2.78
|
|
|||||||
teknolojikarastirmalar.com
