1. GİRİŞ
İçinde bulunduğumuz yüzyılda elektrikli ve elektronik cihazların, sosyal yaşamdaki yeri ve önemi sürekli artmaktadır. Cep telefonları, bilgisayarlar, radyo-TV’ler ve benzeri pek çok elektronik cihaz hayatımızın vazgeçilmez öğeleri haline gelmişlerdir. Özellikle cep telefonu uygulamalarındaki gelişmelerle birlikte yaygınlaşan baz istasyonları ve internet erişiminde kullanılan kablosuz ağların yaşam alanlarımızın büyük bir alanına etki etmesi çeşitli sorunların ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Bu sorunlar, hem canlıların sağlığını tehdit etmekte, hem de elektronik cihazlar üzerinde olumsuz etkilere neden olabilmektedir. Örneğin; yüksek gerilim hatları yakınından geçen helikopterin kontrolünü yitirerek düşmesi, güçlü radar sinyallerinin olduğu havaalanı yakınlarında elektronik kumandalı ateşleme sistemine sahip otomobillerin çalışmaması ya da kilitlenmesi, uzun süreli elektromanyetik radyasyona maruz kalan insanlarda halsizlik, hafıza kaybı, kalp artışında hızlanma veya yavaşlama gibi etkiler ortaya çıkabilmektedir. Bu sebeple, hem bu cihazların canlılar üzerindeki etkileri en aza indirgenmeli, hem de bir arada kullanılan bu cihazların, birbirleriyle uyumlu çalışmaları sağlanmalıdır.
Ayrıca kullandığımız elektriksel cihazlara her geçen gün bir yenisinin eklenmesi, özel radyo ve televizyonların sayılarının artması, bilgisayarların işlemci hızlarının yükselmesi hayatımızı kolaylaştırmakla birlikte “elektrosmog” olarak adlandırılan elektromanyetik çevre kirliliği sorununu da beraberinde getirmiştir. Elektromanyetik kirliliğin artması ve elektronik sistemlerin elektromanyetik duyarlılığının artmasıyla birlikte, elektromanyetik uyumluluk önem kazanmıştır.
Bir aygıt, donanım veya sistemin, bulunduğu elektromanyetik çevre içinde, bu çevreyi veya diğer donanımları rahatsız edecek düzeylerde elektromanyetik gürültü oluşturmadan ve ortamdaki diğer sistemlerin oluşturduğu girişimden etkilenmeden, kendisinden beklenen işlevlerini yerine getirme yeteneğine elektromanyetik uyumluluk (EMC, electromagnetic compability) denir. Diğer bir deyişle EMC, cihaz ve sistemlerin hedeflenmiş çalışma koşullarında olumsuz şekilde diğer sistemlerden etkilenmeden veya diğer sistemleri etkilemeden çalışabilme yeteneğidir. Elektromanyetik kirliliğin artması ve elektronik sistemlerin elektromanyetik duyarlılığının artmasıyla birlikte, elektromanyetik uyumluluk önem kazanmıştır [1].
Çevremizi saran elektromanyetik dalgaların neden olduğu zararların azaltılması için kullanılan başlıca yöntemlerden birisi ekranlamadır. Ekranlamayı; bir cihaz, bir platform (uçak, gemi v.b), belirli bir yapı (oda, bina v.b) veya canlı bir organizmanın elektromanyetik dalgalardan izole edilmesi şeklinde ifade etmek mümkündür [2].
Ekranlamada göz önüne alınması gereken iki önemli parametre vardır. Bunlar:
1. Ekran materyalinin kendi ekranlama etkinliği
2. Ekrandaki boşluklar ve süreksizliklerin oluşturduğu ekranlama etkinliğidir [3].
Ekranlama amacıyla kullanılacak malzeme; iyi elektrik iletkenliğine (dalgaların malzemeye nüfuzunu mimimize etmek için) ve yüksek manyetik geçirgenliğe sahip olmalıdır (manyetik enerjiyi ısıya çevirmek için) [4]. Ekranlamada kullanılan klasik metal malzemelerinin sınırlı esneklik, ağırlık, korozyon ve ekranlama verimliliğini ayarlama zorluğu gibi çeşitli dezavantajları bulunmaktadır. Bu nedenle günümüzde ekranlamada daha hafif, esnek ve daha düşük maliyetli tekstiller tercih edilmektedir.
Elektromanyetik radyasyondan korunma için üretilen tekstil yüzeylerini, kullanım alanlarına göre iki temel grup altında incelemek mümkündür. Bunlar:
1. Sağlık alanında kullanılan tekstil yüzeyleri
2. Endüstri ve savunma sistemlerinde kullanılan tekstil yüzeyleri
Literatürde, elektromanyetik dalgaları ekranlama özelliğine sahip dokuma kumaş yapıları ile ilgili çeşitli çalışmalar bulunmaktadır. Cheng ve arkadaşları, açık-uç friksiyon iplik eğirme tekniği ile çalışan DREF III model makinede merkezinde paslanmaz çelik tel, örtü lifi olarak ise paslanmaz çelik, kevlar ve viskon kesik elyafının kullanıldığı iplikler üretmişlerdir. Ardından bu iplikleri, farklı konstrüksiyonlardaki dokuma kumaşların üretiminde kullanmışlardır. Üretilen kumaşlara uygulanan testlerle, kumaşların, elektriksel olarak iletkenliği ve elektromanyetik radyasyona karşı koruyucu özellikleri araştırılmıştır [6].
Chen ve arkadaşları kaplama metodu ile ürettikleri, merkezde bakır, sargı lifi olarak da paslanmaz çelik içeren kompozit iplikleri, dokuma ve örme tekniklerinin bir arada kullanıldığı bir sistemle kumaş haline getirmişlerdir. Ardından bu kumaşları, elektromanyetik radyasyona karşı koruyucu özellikte kompozit malzeme üretiminde güçlendirici eleman olarak kullanmışlardır [7].
Ueng ve Cheng, açık-uç friksiyon iplik eğirme tekniği ile kompozit iplikler üretmişlerdir. Ardından bu ipliklerden mamul iletken dokuma kumaşların elektromanyetik ekranlama ve elektrostatik deşarj özelliklerini incelemişlerdir. Çalışmanın sonucunda, kumaşların elektromanyetik ekranlama özelliği ile elektrostatik deşarj özelliğinin, kumaşın konstrüksiyonuna, sıklıklarına ve yapısındaki iletken madde oranına göre değiştiğini belirtmişlerdir [8].
Bu çalışmanın temel amacı, farklı yapılarda geliştirilen kumaşların elektromanyetik ekranlama özelliklerini incelemektir.
2. MATERYAL VE YÖNTEM
Bu çalışmada, öncelikle kontrollü şartlarda, içi oyuk iğ kaplama tekniği kullanılarak kompozit iplik üretilmiştir. Ardından Tablo 1’de özellikleri verilen elektromanyetik radyasyona karşı koruyucu özellikte dokuma kumaş tipleri geliştirilmiştir.
Numune kumaşların üretiminde kullanılan kompozit iplik, içi oyuk iğli kaplama tekniği kullanılarak 35 mikron (Nm 131) SS üzerine 100 denye PES (36 filament) ipliğinin 300 Tur/m bükülmesiyle elde edilmiştir. İçi oyuk iğli kaplama tekniği ile merkezdeki mikro incelikte metal telin zarar görmeden yüksek seviyede örtülmesi sağlanmaktadır. Bu yöntem Şekil 2’de verilmiştir. Dokuma kumaşların üretiminde, geliştirilen kompozit ipliklerin yanı sıra 35 mikron (Nm 131) AISI 316 L tipi SS ve 50 mikron (Nm 56) gümüş kaplı bakır iplikler de kullanılmıştır.
Şekil 2.
İçi oyuk iğli kaplama makinesi, şematik görünümü ve fotoğrafı.
Çalışma kapsamında, numune kumaşların üretimi Leonardo Silver HI Driver Vamatex armürlü, kancalı dokuma makinelerinde gerçekleştirilmiştir. Dokuma makinesi 4 ana 2 kenar olmak üzere toplam 6 çerçeveye sahiptir. Vamatex armürlü dokuma makinesinin resmi Şekil 3’te verilmiştir.
Okyay, G., Bilgin, S., Akgül, E., Örtlek, H., G. Teknolojik Araştırmalar: TTED 2011 (1) 1-10 5
Şekil 3.
Numune kumaşların üretiminde kullanılan dokuma makinesi.
B1, B2 kumaş numunelerinin üretiminde 2 tip atkı ipliği, D1, D2 kumaş numunelerin üretiminde tek tip atkı ipliği kullanılmıştır. B1 kodlu kumaşın üretiminde 35 mikron SS ve kompozit iplik, B2 kodlu kumaşın üretiminde ise 50 mikron gümüş kaplı bakır ve kompozit iplik sırasıyla atılmıştır. Bütün kumaş tiplerinde çözgü ipliği tipi ve sıklığı aynıdır (Tablo 1). Kumaş numunelerinin örgü yapıları Şekil 4’te şematik olarak gösterilmiştir.
Tablo1.
Kumaş numunelerinin kodları ve özellikleri.
|
Kumaş Kodu
|
Kumaş Örgü Yapısı
|
Atkı İpliği
|
Atkı sıklığı (tel/cm)
|
Çözgü İpliği
|
Çözgü Sıklığı (tel/cm)
|
Kumaş Gramajı (g/m2)
|
Kumaş Kalınlığı (mm)
|
||||
|
B1
|
Bezayağı
|
35 mikron SS/ Nm 52 Kompozit iplik
|
50
|
1,27
|
0,32
|
||||||
|
B2
|
Bezayağı
|
50 mikron Gümüş/ Nm 52 Kompozit iplik
|
50
|
Nm 52 Kompozit iplik
|
25
|
1,54
|
0,37
|
||||
|
D1
|
Dimi (2/2)
|
Nm 52 Kompozit iplik
|
38
|
1,40
|
0,41
|
||||||
|
D2
|
Dimi (3/1)
|
Nm 52 Kompozit iplik
|
38
|
1,40
|
0,41
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Kumaş numunelerinin SE ölçümleri, ASTM-D 4935 standardını esas alan koaksiyel tutucu metodu ile yapılmıştır. Bu metotta bir tutucu iletim kablosu ve vektör devre çözümleyici kullanır. Numune materyal, flanşlı koaksiyel tutucunun içine yerleştirilir ve sabitlenir. S parametrelerinin ölçümüyle (S
11-yansıma ve S21-araya girme kayıpları) toplam ekranlama etkinliği içerisinde yansıma ve soğurmanın katkılarını belirlemek mümkündür [9]. Şekil 6’da ölçümleri yaptığımız test düzeneği görülmektedir.
Kumaş numunelerinin SE değerlerini belirleyebilmek için ölçüm aparatında ölçümleri iki basamakta gerçekleştirdik. Birinci basamakta, referans değerler için referans ölçüm yapıldı. İkinci basamakta ise ölçüm alanına uygun olarak 133-76 mm bilezik içinde 33 mm dairesel formda hazırlanan fiili test numunelerinin ölçümleri yapıldı. Kumaşların ekranlama etkinliği değerleri belirlenirken (1) denklemi kullanıldı.
SE (dB)= Referans ölçüm sonucu (dB) - Zayıflatma ölçüm sonucu (dB) (1)
İkinci basamakta ise ölçüm alanına uygun olarak 133-76 mm bilezik içinde 33 mm dairesel formda hazırlanan fiili test numunelerinin ölçümleri yapıldı.
Ölçüm aparatının üst frekansının maksimum değerini hesaplamak için (2) denklemi kullanıldı [7].
c- ışık hızı (3x10
8m/s).
D – Dış iletken iç çapı (mm).
d - iç iletken dış çapı (mm).
(2) denklemi ile elde edilen sonuca göre ölçüm aparatımızın üst frekansının maksimum değerinin 1.73 GHz’i aşmaması gerektiği bulunmuştur. SE ölçümlerinde alt frekans değeri ise 30 MHz olarak alınmıştır. Numunelerin SE özelliklerinin değerlendirileceği üst frekans sınırı belirlenirken Tablo 1’de verilen ortalama kumaş kalınlığı değerleri kullanılmıştır. Çünkü test yapılan numunelerin kalınlığı serbest uzayda elektromanyetik dalganın dalga boyunun 1/100’nü geçmemelidir [7].
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2011 (1) 1-10 Farklı Yapılardaki Dokuma Kumaşların Elektromanyetik Ekranla… 8
Elektrik alanın yüzdesel olarak ne kadar zayıfladığını göstermek için ise % Azalma kullanılır. % Azalma (3) denklemine göre hesaplanabilir.
Pratikte verilen ekranlama etkinliği değerlerinin anlamlı olabilmesi için Tablo 2’de SE ve % Azalma değerleri belirtilmiştir.
Tablo 2.
SE ve % Azalma değerleri.
|
SE (dB)
|
% Azalma
|
Açıklama
|
|
0-10
|
0-68,377
|
Ekranlama beklenmez
|
|
10-30
|
68,377-99,838
|
Basit Ekranlama
|
|
30-60
|
99,838-99,900
|
Normal Ekranlama
|
|
60-90
|
99,900-99,997
|
Yeterli Ekranlama
|
|
90-120
|
99,997-99,999
|
Mükemmele Yakın Ekranlama
|
|
120-
|
99,999 ve yukarısı
|
Maksimum Ekranlama
|
3. TARTIŞMA VE SONUÇ
Üretilen kumaşların SE ölçüm sonuçları değerlendirilmiştir. Bütün kumaşların ekranlama etkinlikleri, kumaş kalınlıkları 2 mm’den az olduğu için 30 MHz-1.73 GHz aralığında değerlendirilmiştir.
0.55-1.73 GHz frekans aralığında B1 kodlu, 1.49-1.73 GHz frekans aralığında B2 kodlu dokuma kumaşlar 40 dB ve üzeri SE göstermektedir. Bezayağı örgü yapısında dokunmuş kumaşlarda en yüksek SE değeri B1 kodlu kumaşın ölçümünde 1.70 GHz’de 55.21 dB olarak ölçülmüştür. Bu sonuçlara göre B1 kodlu kumaşın yapısında 35 mikron SS ipliğinin kullanılmasıyla, bu kumaşın daha fazla ekranlama etkinliği özelliği kazandığı görülmektedir. Bezayağı kumaşlarda belirli frekanslarda elde edilen SE değerinin normal ekranlama aralığında (Tablo 2) olduğu görülmüştür (Şekil 7).
D1, D2 kodlu dimi kumaşlar SE ölçüm sonuçları Şekil 8’de grafiksel olarak gösterilmiştir.
D1 kodlu kumaşın 0.06-0.81 GHz frekans aralığında, D2 kodlu kumaşın 0.21-1.73 GHz frekans aralığında 40 dB ve üzeri ekranlama etkinliğine ulaştığı görülmektedir. Dimi örgü yapısında dokunmuş kumaşlarda en yüksek ekranlama etkinliği değeri D1 kodlu kumaşın ölçümünde 1.31 GHz’de 56.25 dB olarak ölçülmüştür. Bu sonuçlara göre D1 kodlu kumaşın SE değerini, D2 kodlu kumaşın SE değeri ile karşılaştırdığımızda SE değerlerinde önemli bir değişimin meydana gelmediği görülmüştür (Şekil 8). Dimi kumaşlarda belirli frekanslarda elde edilen SE değerinin normal ekranlama aralığında
4. SONUÇ VE ÖNERİLER
Çalışma kapsamında, üretilen farklı yapılardaki dokuma kumaşların elektromanyetik ekranlama özellikleri incelenmiştir. Atkı ve çözgü sıklıkları ile örgü yapıları aynı olan fakat yapısında 35 mikron SS bulunduran kumaşın, yapısında gümüş kaplı bakır tel bulunduran kumaşa göre daha fazla SE özelliği kazandığı görülmüştür.
Çözgü ve atkı sıklıkları aynı olan, örgü yapıları sırasıyla 2/2 dimi ve 3/1 dimi olan kumaşların benzer ekranlama etkinliği gösterdiği bulunmuştur. Kumaş konstrüksiyonunda, aynı çözgü ve atkı sıklığı kullanımı durumunda farklı örgü yapılarının SE değeri üzerinde anlamlı bir etkiye sahip olmadığı görülmüştür.
Üretilen kumaşların ekranlama etkinlik değerleri, koaksiyel tutucu metoduna göre ölçülmüştür. Bu metotta üst frekans değeri sınırlıdır. Teknolojinin ilerlemesi ile kullanılan elektrikli ve elektronik cihazların yaydığı elektromanyetik dalgaların frekans değerleri artmaktadır. Bir başka ifadeyle sürekli artan elektromanyetik kirliliğin, yapısı da gün geçtikçe değişmektedir. Elektromanyetik kirlilik kaynaklı problemlere karşı geliştirilen kumaş yapılarının, elektromanyetik ekranlama etkinlikleri belirlenirken mümkün olduğunca yüksek frekanslar için ölçümler yapılmalıdır. Bu anlamda, bu çalışmada üretilen kumaş yapıları farklı yöntemlerle de test edilip yorumlanabilir.
Çalışma kapsamında, elektromanyetik kirliliğe karşı koruyucu özellikte üretilen kumaş numunelerinin koruyucu iş kıyafetleri, cibinlikler, yatak, yorgan, yastık gibi alanlarda kullanılabileceğini düşünmekteyiz. Ancak nihayi ürünün konfeksiyon sonrası ticarileştirilebilmesi için bu kumaşların ekranlama özelliklerinin yanısıra estetik ve konfor özelliklerinin de incelenmesi gerekmektedir.
TEŞEKKÜR
Bu çalışmadaki kumaşların üretiminde bizlerden yardımlarını esirgemeyen Cihan Tekstil İşletmesi çalışanlarına, özellikle Tekstil Mühendisi Sayın Bayram SÜRMELİ’ye teşekkür ederiz.
KAYNAKLAR
1.
Cengiz, S., 2009, “Elektromanyetik Girişimden Korunmada Ekranlama Etkinliği ve Elektromanyetik Uygulama Alanları”, Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta.
2.
Kılıç, B., 2010, “Elektromanyetik Test Altyapıları ve Montaj Yöntemleri ”, UAKAE Dergisi, Mayıs-Ağustos, pp: 49-58.
3.
Sevgi, L., 2000, “Elektromanyetik Uyumluluk – Elektromanyetik Kirlilik TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası Yayını, 316s, İstanbul.
4.
http://www.iso.org.tr/tr/documents/cevre/elektromanyetik%20kirlilik%20rapor.pdf, Eylül 2008.
5.
Kılıç, G., 2010, “Elektromanyetik Radyasyona Karşı Koruyucu Özellikte Antistatik Örme Kumaşların Üretimi İçin Farklı Kompozit İpliklerin Geliştirilmesi ”, Yüksek Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, , Kayseri, Türkiye.
6.
Cheng, K., B., Cheng, T., W., Lee, K., C., Ueng, T., H., Hsing, W., H.,2003, “ Effects of Yarn Constitutions and Fabric Specifications on Electrical Properties of HybridWoven Fabrics”, Composites Part A:applied science and manufacturing, vol: 34, pp: 971 978.
7.
Chen, H., C., Lee, K., C., Lin, J., H., 2004, “Electromagnetic and Electrostatic ShieldingProperties of Co-Weaving-Knitting Fabrics Reinforced Composites”, Composites Part A:applied Science and Manufacturing, vol: 35, pp: 1249-1256.
8.
Ueng, T., H., Cheng, K., B.,2001, “ Friction Core-Spun Yarns for Electrical Properties ofWoven Fabrics”, Composites Part A:applied science and manufacturing, vol: 32, pp: 1491 1496.
9.
David, V., Vremeră E., Sălceanu A., Nica I., Baltag O., 2007, “On the Characterization of Electromagnetic Shielding Effectiveness of Materials”, 15-th IMEKO TC 4 International Symposium on Novelties in Electrical Measurements and Instrumentation; vol. I, pp: 73-78.
