3.1 Malzeme
Bu çalışmada kumaş üretiminde kullanılan iplik kaliteleri farklı kaynaklardan temin edilmiştir. Bu ipliklerden Ne 20/1 Pamuk (ring), poliester, viskon ve pamuk (O.E rotor) iplikler sırasıyla Sembol Đplik San ve Tic. Ltd, Karsu Tekstil San ve Tic. A.Ş ve Tunç Tekstil Đhracat San. Tic. A.Ş.’den temin edilmişlerdir. Seçilen iplikler ticari iplikleri temsil etmektedir. Kullanılmamış ve test üretiminde kullanılan dilli iğneler ise, örme işletmesinin kendi üretiminde kullandığı iğnelerden temin edilmiştir.
3.1.1 Đplik Kalite Parametrelerinin Ölçülmesi
Tekstil üretim proseslerinde ipliklerin hacimsel yapısı, makine elemanlarının yüzeyleri arasındaki temas miktarını, dolayısıyla alanını etkiler. Bu sebeple yüzeylerin aşınması ipliklerin numara, büküm, filament sayısı, ştapel veya kontinu filament olması vb iplik yapısının çeşitli karakteristiklerine bağlı olarak etkilenir [5,13,37,48]. Đnterlok kumaş üretiminde kullanılan iplikler için yapılan kalite testlerinden, sürtünme katsayısı ve kopma mukavemeti testleri Edip Đplik Sanayi ve Ticaret A.Ş.’nin kalite kontrol laboratuarında, diğer testler ise ĐTÜ Tekstil ve Konfeksiyon Kalite Kontrol Laboratuarında yapılmıştır. Her iplik tipi için 20 bobin test edilmiştir. Tablo 3.1’de interlok kumaş üretimde kullanılmış olan ipliklerin fiziksel özelliklerine ait veriler sunulmuştur.
Kullanılan ipliklerin numara kontrolleri, ĐTÜ Tekstil ve Konfeksiyon Kalite Kontrol Laboratuarında bulunan, Zweigle (KG Reutlingen) marka metrik çıkrık kullanılarak yapılmıştır [80]. Đplik büküm katsayısı açma-kapama yöntemine göre Officine Brustio (ETT) marka büküm cihazı kullanılarak belirlenmiştir [81].
Keisokki marka (Evennes tester 80 type B) uster cihazında, ipliklerin düzgünsüzlük (%CVm, %U), ince yer (-%50), kalın yer (+%50), neps (+%200) miktarı ölçülmüştür [82]. Tüylülük ölçümleri, Zweigle (G565) test cihazında yapılmıştır [82]. Đplik sürtünme testleri, Zweigle G534 marka test cihazında katsayı ölçüm yöntemine göre [83] ve iplik kopma mukavemeti - uzama testleri Uster Tensorapid III test cihazında Edip Đplik San ve Tic AŞ’de gerçekleştirilmiştir [84].
Tablo 3.1 Kullanılan Đpliklere Ait Test Sonuçları TESTLER / KALĐTELER PAMUK
(Ring) VĐSKON (Ring) PAMUK (OE-rotor) POLĐESTER (Ring) Numara ( Ne) 19/1 19.5/1 19.9/1 20/1 Numara %CV 1.1 1.2 1.0 1.6 Sürtünme Katsayısı 0.15 0.13 0.17 0.21 Sks % CV 10.41 6.25 9.91 10.44 Kopma Uzaması %E 6.1 14.8 5.4 12.9 Kopma Dayanımı RKM 13.3 19.6 10.3 35.4 RKM %CV 7.5 6.4 8.5 6 Büküm Katsayısı αe 4.09 3.862 3.7 3.33 % CVm 14.20 10,11 13.92 10.99 % Um 11.36 8.084 11.14 8.792
Đnce Yer %50 (adet/km) 0.15 0 2.4 0
Kalın Yer %50 ( adet / Km) 21.2 0,75 4.53 2,8
Neps %200 ( adet/ km) 78.1 4.2 112 9.4
3.1.2 Aşınmış Đğne Numunelerinin Hazırlanması
Örme kumaş üretiminde etkili olan makine parametrelerinin ve iplik kalitelerinin, örme esnasında dilli iğnelerin kancasında meydana gelen aşınmalar üzerine etkilerinin incelendiği bu çalışmada, parametrelerin etkilerini görebilmek amacıyla test üretimi Deniz Tekstil A.Ş’nin Muratlı / Çorlu örme tesislerinde gerçekleştirilmiştir. Mayer & Cie. Marka 14 pus / 20E (2*876 iğne), 14 sistemli interlok örme makinesi (2 sistemi aktif olarak) kullanılmıştır. Kullanılan örme makinesinde, silindir ve kapak iğnelerinin bulunduğu, iki iğne yatağı seti bulunmaktadır. Şekil 3.1’de test üretiminde kullanılmış olan örme makinesi görülmektedir.
Şekil 3.1 Mayer & Cie. Marka 14 Pus / 20E (2*876 iğne), 14 Sistemli Đnterlok Örme Makinesi
Parametrelerin etkilerini iğneler üzerinde görebilmek amacıyla dört farklı üretim programı uygulanmıştır.
1. Temel Durum: Bu optimum çalışma koşullarında yapılan bu üretim, daha sonra yapılacak olan üretimlerde değişen parametrelerin etkisini ortaya çıkarabilmek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Temel duruma ait üretim şartları Tablo 3.2’de verilmiştir.
2. Đplik Giriş Gerginliği: Örme kumaş üretimi esnasında örme kalitesini ve iğne ile iplik arasındaki temas üzerinde etkili olacağı düşünülen iplik giriş gerginliği [4,5,13],
diğer üretimler için standart olan 1.5-2 cN’dan 4.5-5 cN arasında olacak şekilde arttırılmıştır.
3. Kumaş Çekimi: Bu durumda, makinede örülen kumaşa uygulanan çekim kuvvetinin, iğne kancasında meydana gelen aşınmaya ne şekilde etki edeceğini görebilmek amacıyla, kullanılan örme makinesinin üretim limitleri içinde çekim miktarı 3N’den 5N’a arttırılmıştır.
4. Makine Hızının Etkisi: Üretim hızının iğne aşınması üzerinde, olumlu ya da olumsuz bir etkiye sahip olup olmadığını görebilmek amacıyla gerçekleştirilmiş durumdur. Makine hızı hariç diğer parametreler temel durumla aynı kalmak şartıyla, üretim hızı 48 tur/dak’dan 28 tur/ dak’ya düşürülmüştür.
Tablo 3.2 Kumaş Üretimlerine Ait Makine Parametreleri
Makine Parametreleri Üretim Programları
Đplik Gerginliği Kumaş Çekimi Đplik Sevk Miktarı Makine Hızı
1.Temel Durum 1.5-2 cN 3 N 320 cm /tur 48 tur / dak
2. Đplik Giriş Gerginliği 4.5-5 cN 3 N 320 cm /tur 48 tur / dak 3. Kumaş Çekimi 1.5-2 cN 5 N 320 cm /tur 48 tur / dak 4. Makine Hızı 1.5-2 cN 3 N 320 cm /tur 28 tur / dak
3.1.3 Đğne Örnekleme ve Temizleme Prosedürü
Her parametre için yapılacak üretim öncesinde, iğne yatağında daha önceden belirlenmiş iğne yuvasına hiç kullanılmamış iğneler yerleştirilmiştir. Beşer günlük (120 saat) üretimden sonra yerleri önceden belirlenen iğneler, makineden çıkarılarak, kodlanıp plastik poşetlere yerleştirilmiştir. Örme makinesinin işletmedeki diğer makinelerle birlikte düzenli olarak bakımı ve temizliği gerçekleştirilmiştir. Đğne numuneleri, SEM analizine tabi tutulmadan önce petrolium eter çözeltisi içinde yıkanarak, örme işlemi esnasında maruz kaldıkları toz, yağ ve lif tozlarından arındırılmıştır.
3.1.4. Đğnelere Ait EDX Analizi
Taramalı elektron mikroskobunda enerji yayılımlı spektrometri (energy dispersive spectrometre - EDX) analizi, X ışını enerji yayılımı analizine dayanmaktadır. Bu teknik, incelenen numunenin veya ona ait bir alanın, element kompozisyonunu tanımlamak amacıyla kullanılır. Đncelenen malzemeye ait kimyasal analiz, X ışınlarına ait sinyallerin enerjisinin ve şiddetinin ölçülmesiyle gerçekleşmektedir. EDX analizi, küçük boyutta miktarsal analiz için oldukça kuvvetli bir araçtır. Malzemeye ait spektrum, çok kısa bir sürede (10-100sn) hızlı bir şekilde hesaplanabilmektedir [71].
Bu bölümde iğnelere ait malzeme analizi, analizin yapıldığı bölgeyi gösteren SEM görüntüsü ve spektrum verilmiştir. Yapılan EDX analizleri sonucunda, yüzeyin genelinde kompoziyon farkı olmadığı görülmüştür. Kanca iç bölgesinden yapılan EDX analizlerinde, yansıyan sinyallerin dedektör tarafından yeterli miktarda toplanamaması sebebiyle doğru bir ölçüm alınamamıştır. Bu nedenle, malzeme analizi için en uygun yüzey olarak Şekil 3.2’ da görüldüğü gibi, kancanın yanal yüzeyi tercih edilmiştir. EDX analizi, Anadolu Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü elektron mikroskobu laboratuarında bulunan değişken basınçlı analitik FESEM (Zeiss Supra 50 VP) cihazında gerçekleştirilmiştir.
Şekil 3.3’de iğne yüzeyinde yapılan malzeme analizine ait malzeme spektrumu
görülmektedir. Tablo 3.3’de de görüldüğü üzere, iğne malzemesi ağırlıklı olarak Fe (%98,95) den oluşmaktadır. Az miktarda Al (%1,05) rastlanmıştır.
Şekil 3.3 Kullanılmamış Đğne Yüzeyine Ait Malzeme Spektrumu
Tablo 3.3’de EDX analizi sonucunda, iğnenin yapılmış olduğu malzemenin içinde var olan elementlerin ağırlık ve atomik yüzdeleri görülmektedir.
Tablo 3.3 Đğne Malzemesindeki Elementlerin % Olarak Ağırlıkları
Şekil 3.4’ de iğne yüzeyindeki malzeme dağılımı görülmektedir. Yüzeyde siyah noktalar halinde görülen kısımlar Al’ un, açık gri olarak görülen kısımlar ise Fe’in olduğu bölgeleri işaret etmektedir. Al bölgeleri, iğne kancasında incelenen yüzeyin genelinde var olduğu görülmektedir.
Element Ağırlık % Atomik %
Al K 0.51 1.05
Fe K 99.49 98.95
Şekil 3.4 Geri Yansıyan Elektron Dedektöründen (BSD) Elde Edilen SEM Görüntüsü-Đğne Yüzeyindeki Al’nin Dağılımı.
3.2 Metot
3.2.1 SEM Stereoskopi
Đplik ile temas eden metal yüzeylerin aşınmasının belirlenmesinde geçmişte kullanılan teknikler, büyük oranda kayıp metal miktarının ölçülmesi şeklinde olmuştur. Alternatif bir diğer metot ise, atomik yükleme işlemi ile radyoaktif hale getirilmiş olan metal parçasının üzerinden ipliğin hareket ettirilmesi ile toplanmış metal miktarının hesaplanmasında radyoaktif tekniğin kullanılması şeklindedir. Bu tekniğin kullanımı, her tip ipliğin radyoaktif ölçümler için uygun olmaması sebebiyle sınırlıdır. Örme iğnesinde iplik teması ile meydana gelen aşınmanın belirlenmesinde metot olarak SEM çekimleri kullanılmaktadır. SEM’de, kullanılmış iğne yüzeylerinin incelenmesi halinde ipliğin yapmış olduğu izler gözlemlenebilir [12,13,48].
Aşınma sonrası iğne yüzey topografilerinde değişim kaçınılmazdır [13]. Bu sebeple, metal yüzeyin üç boyutlu olarak incelenmesi, daha gerçekçi yüzey bilgilerinin elde edilmesini sağlamaktadır. Bu çalışmada SEM Stereoskopi yönteminin tercih
edilmesinin nedeni, bu yöntem ile yüksek çözünürlüğe sahip yüzey görüntülerinin elde edilmesinin mümkün olmasıdır [13,85].
SEM çıktı olarak numunenin iki boyutlu görüntüsünü verir. Bu şekilde çıkan görüntülerden iki boyutlu ölçüler (yüksekliğin veya genişliğin), cetvel veya piksel sayımı yapan programlar ile elde edilebilir [71,85]. Bu şekilde elde edilen veriler yanıltıcı olabilir. Bu sebeple SEM’de stereo görüntülerin kullanımı, uzaysal ilişkilerini saptamak için karmaşık topografilerinin anlatılması açısından önemlidir. Yüksek alansal çözünürlükte yüzey yapısının tam olarak elde edilebilmesi için stereo görüntülerin kullanılması gerekmektedir [16].
Stereoskopik SEM çekimlerinde, kabin içine yerleştirilen numunenin saat yönünde döndürülmesi halinde sol göz görüntüsü, saat yönünün tersine döndürülmesi halinde ise sağ göz görüntüsü elde edilir [86]. Şekil 3.5’de numunenin SEM kabini içinde nasıl döndürüldüğü gösterilmektedir [64].
Şekil 3.5 SEM Đçinde Numunenin 0 Derece ve α Kadar Eğim Verilmiş Pozisyonları SEM görüntülerinden yüzey mikro topografik bilgilerin elde edilebilmesi için kullanılan teknikler şunlardır:
- SEM’de numuneye açı verilmesi, - SEM’de elektron demetine açı verilmesi,
- Çoklu dedektör tekniği ile stereo görüntü çiftlerinin elde edilmesi şeklindedir [16].
Đncelenecek bölgeye ait üç boyutlu bilgi elde edebilmek için, numunenin farklı konumlardaki görüntüleri SEM’de çekilir. Farklı açılarda yüzey görüntüsü alınırken çalışma mesafesine ve büyütme miktarına dikkat edilmelidir. Her iki görüntünün elde edilişindeki parametreler birbirinin aynı olmalıdır. Numunenin SEM içinde belli bir açı ile döndürülmesi ile elde edilen bu görüntülerde, döndürme açısı önem taşır. Açı derecesi öncelikle söz konusu yüzeydeki ölçülebilir farklılığın elde edilebileceği genişlikte olmalıdır. Aynı zamanda, ikinci görüntünün çekimi esnasında ilgili noktanın tanınabilmesine yetecek kadar da açı derecesi küçük olmalıdır [65,86]. Stereoskopik etki, mikroskoptaki büyütmeye ve döndürme açısına bağlıdır [72,85]. Numuneye verilmesi gereken açı yüzey morfolojisine bağlı olarak 5° ile 15° arasında değişebilir. Önemli olan görüntü üzerinde referans alınan noktanın açık bir şekilde tanınabilmesidir [15]. Bütün parametrelerin, incelenecek detayın derinliğine ve boyutuna göre uygun değerlere sahip olmaları gerekir. Stereo görüntülerin elde edilmesinde odak mesafesi sabit tutulmalıdır [72,85].
Dört farklı iplik ve dört farklı makine parametresi kullanılarak elde edilen üretimlerden örnek olarak alınan 16 dilli iğnenin, iplik ile doğrudan temas halinde bulunduğu kanca içi bölgesine ait SEM görüntüler alınmıştır. Đncelenecek olan bütün yüzeyler, 1024*768 piksel çözünürlüğe ve 256 gri seviyeye sahip olacak biçimde Zeiss Supra 50VP SEM cihazında stereoskopik olarak görüntülenmiştir. Yapılan tüm iğne SEM çekimlerinde, 15 kV hızlandırma voltajı (EHT), 16mm çalışma mesafesi (WD), 3000x büyütme ve ikincil elektron görüntüleme yöntemi kullanılmıştır. Stereo çekimlerde uygulanan eğim açısı +6° ve -6° olmak üzere toplam 12 °’dir.
3.2.2. Yüzey Pürüzlülük Parametreleri
Sert katı yüzeyler öngörülen geometrik formdan, derecesi makrodan nano boyutlara varabilen sapmalar içerir. Yüzey sapmalarına ilave olarak katı yüzey, tüm malzemenin kendisine özgü fiziksel ve kimyasal özelliklerine sahip pek çok bölgelerden meydana gelir. Yüzey yapısı nominal yüzeyden tekrarlanan sapmaları,
pürüzlülüğü içerir. Bu sapmalar da aşağıda bahsedilen parametreler ile ifade edilmektedir [26,58].
Standart yüzey pürüzlülük parametreleri genel olarak dört grupta toplanabilir. Bunlar;
- Amplitüt parametreler (Ra, Rq, Rz, vb.) - Hibrid parametreler (RLo, RLr)
- Fonksiyonel parametreler (Sbi, Sci, Svi, vb.)
- Uzaysal parametreler (RNr, Rsk, RD vb.) [26,58,87].
Pürüzlülük ölçümü ya bir çizgi profilinin ölçülmesi ya da bir set paralel çizgi profillerinin (yüzey haritalama) ölçülmesi şeklindedir. [26,58].
Yüzey pürüzlülüğünü ifade etmede en yaygın olarak kullanılan parametreler ise Ra ve Rq’dır. Bu iki istatistiksel yükselti tanımlayıcısı ANSI (the American National Standards Institute) ve ISO (the International Standardization Organization) tarafından desteklenen pürüzlülük parametreleridir. Yaygın olarak kullanılan bu parametreler aşağıdaki gibi tanımlanmaktadır [26,28,58,88].
- Ortalama pürüzlülük parametresi Ra: Bu parametre, ortalama düzlemden ölçülen yüzey yükseltilerindeki sapmaların mutlak değerinin aritmetik ortalamasıdır. Ortalama pürüzlülük parametresi, bütün yüzeydeki yükselti varyasyonlarının belirlenmesi ve var olan üretim işlemlerinin takibi için faydalı bir parametredir. Ra ‘daki bir değişim işlemdeki değişikliği işaret
eder. N profil sayısı, M her profildeki noktaların sayısı, z (
n m y
x , ) noktasındaki yükseklik ise Ra,
( )
∑ ∑ = − = − = 1 M 0 m 1 N 0 n n m,y x z MN 1 a R (3.1)Ra, bir ortalama referans düzleme göre ilişkili olarak tanımlanır ve profile ait referans düzleminden sapmaları ifade eder.
- Standart sapma veya varyans Rq: Bu değer Ra’ ya ilişkin bir parametredir ve pürüzlülük profilindeki pürüzlülük değerlerinin karelerinin kareköküdür. RMS (root mean square roughness) olarak da bilinir.
∑ ∑ = − = − = 1 M 0 m 1 N 0 n ) y , x ( z 1 q R 2 m n MN (3.2)
- Yüzeyin on nokta yüksekliği Rz(ISO): Örneklenen bölgedeki en yüksek 5 tepenin (Zpi) ve en derin 5 vadinin (Zvi), mutlak değerlerinin ortalamasıdır [89]. ∑ +∑ = = = 5 1 j 5 1 i vi pi z z 5 1 z R (3.3)
- Çarpıklık (Skewness) : Aynı Ra veya Rq ya sahip asimetrik profillerin arasındaki farkı tanımlar ve Rsk ile gösterilir.
( )
∑ ∑ = − = − = 1 N 0 n 1 M 0 m m n 3 q 3 z x ,y MN 1 R 1 sk R (3.4)Ra ve Rq, yüzey parametreleri içinde en yaygın olarak kullanılan parametrelerdir. Bu çalışmada da Ra parametresi, iğne yüzey pürüzlülüğünün ifade edilmesinde ve iğnelerdeki aşınmanın değerlendirilmesinde kullanılmıştır.
Değerlendirmelerde kullanılan Ra ölçümleri SEM stereoskopi yöntemiyle elde edilen görüntülerden ölçülmüştür. Ayrıca iğne yüzey karakteristiği hakkında genel bir bilgi sahibi olabilmek amacıyla, Tübitak-MAM boyutsal laboratuarında bulunan Mahr Perthometer Concept 6.x cihazında “kullanılmamış” ve “kullanılmamış” iğne kancalarının yanal yüzeyinden ölçümler alınmıştır.