Sıvı Transferi

Tekstil materyalleri, liflerin farklı yapısal formlarda birleştiği gözenekli yapılardır. İplikler arasında ve iplik içerisindeki hava boşlukları su buharının geçişi için uygun bölgelerdir. Materyalin sıvıyla teması sonucunda öncelikle kumaş yüzeyinin ıslanması, bunu takiben de kapilar kuvvetlerin etkisiyle sıvının yapı içerisinde yatay ve dikey olarak ilerlemesi gerçekleşir. Mecheels (1971) buhar veya sıvı halindeki rutubetin geçiş yollarını aşağıdaki gibi özetlemiştir:

• Difüzyon yasalarına göre lifler arasındaki boşluklara nüfuz etme (kumaş gözenekliliği ve kalınlığı tarafından etkilenir),

• Absorbsiyon/desorbsiyon mekanizmaları vasıtasıyla lif içerisine nüfuz etme (daha çok doğal lifler için geçerlidir),

• Elyaf/iplikler arasındaki kapilar boşluklarda sıvının transferi (iplik ve kumaş yapısına bağlı olarak oluşan kapilar boşlukların büyüklüğüne bağlıdır) ve lif yüzeylerini ıslatması (yüzeye uygulanan bitim işlemlerine bağlıdır),

• Sıvının lif yüzeyinde göç etmesi (Wang, 2002).

Tekstil materyallerinin sıvıyla teması sonucu sıvının kumaş içerisinde kapilar olarak ilerlemesi için öncelikle liflerin sıvı tarafından ıslatılması gerekir. Bir lif sıvı tarafından ıslatıldığında mevcut lif-hava ara yüzeyi yerini yeni bir lif-sıvı ara yüzeyine bırakır. Sıvının katıyla ve aynı zamanda buharla teması esnasında dengede bulunan kuvvetler arasındaki ilişki (9) numaralı denklemde verilmiştir:

θ γ

γ

γ_KB − _KS = _SBcos (9)

Burada,

γ : yüzeyler arasındaki gerilimler

θ : denge halinde katı yüzeyle bu yüzeyle temas halindeki sıvı yüzey arasındaki temas açısıdır.

Islanma sırasında farklı durumlar için oluşan temas açıları Şekil 1.13’te gösterilmiştir Sıvının tekstil materyali tarafından absorblanabilmesi için sıvı materyale nüfuz ettikçe bir enerji kazanımının olması gerekir, yani (9) numaralı denklemdeki γ_KB’nin γ_KS’den büyük olması gerekir (Saville, 2000):

Şekil 1.13 Temas açıları (Saville, 2000).

Temas açıları üç yüzey arasındaki gerilimlere bağlı olarak değişir. Katı-buhar arasındaki gerilim katı-sıvı arasındaki gerilimden büyükse temas açısı 0-90° arasında, tersi durumda ise açı 90-180° arasında olur. Büyük temas açısı sıvının yüzeyden akıp uzaklaşacağını gösterirken küçük temas açısında sıvı kumaşı ıslatacaktır.

Sıvı nüfuzunun gerçekleşmesini sağlayan esas etken, lifin sıvı tarafından ıslanabilir bir kimyasal yapıya sahip olması ve kumaş geometrisinin de ıslanmaya izin vermesidir. Liflerin ıslanma davranışları lif yüzey özelliklerine, özellikle de suyla ıslanma durumunda yüzeyin hidrofobik veya hidrofilik olmasına bağlıdır. Buna bağlı olarak pürüzlü yüzey özelliklerine sahip liflerden üretilen mamuller ve suyla geçici hidrojen bağları yapmış, yani hidrofil yapıdaki polimerler iyi sıvı absorblama özelliğine sahiptirler (Searle, 1990). Sıvı absorblayan bir kumaş doyma noktasına geldiğinde deri yüzeyinden sıvı alımı durur ve sıvı kumaş içerisinde de hareket etmez. Bu durumda sıvı lif içerisinde, kumaş içerisindeki boşluklarda ve kumaş yüzeyinde bulunabilir.

Dış kuvvetlerin bulunmadığı durumda sıvının tekstil materyalini ıslatmasından sonra yapı içerisinde ilerlemesi, ıslanması sonucu ortaya çıkan kapilar kuvvetler yardımıyla gerçekleşir (Şekil 1.14). Kapilar kuvvetler yardımıyla sıvının yapı içerisinde ilerlemesi için sıvı miktarının belirli bir değerden yüksek olması ve kumaşın iki yüzü arasında devamlı bir su sütunu oluşturması gerekir. Sıvı terin deri yüzeyinden kısa sürede uzaklaştırılmasında da etkili olan bu olay kumaşların termal konfor performansları açısından önemli bir özelliktir. Sıvının deri yüzeyinden kısa sürede uzaklaştırılması ile kişinin kuruluğunun sağlanmasının yanında ıslak kumaşla

sürtünmeden kaynaklanan tahriş ve derinin ıslak kalmasına bağlı olarak ortaya çıkan mantar gibi bakteriyel problemler de önlenir.

Şekil 1.14 Kapilar ıslanmanın şematik gösterimi (Simile, 2004)

Kumaşların kuruma özellikleri de absorblanan sıvının en kısa sürede vücuttan uzaklaştırılıp kuruluğun sağlanması açısından önemlidir. Tam tersi olarak serinliğin istendiği durumda ise rutubet absorbsiyonu fazla ve yavaş kuruyan kumaşların tercih edilmesi gerekir. Kumaşın içerisinde bulunan sıvı rutubetin buharlaşarak kumaştan uzaklaşması olarak tanımlanabilecek kuruma davranışı, rutubetin sıvı olarak lif yüzeyinde veya buhar olarak lifin iç kısmında bulunmasına göre değişir. Gözenekli tekstil yapısı içerisinde kumaş oluşum şekillerine bağlı olarak lif ve iplikler arasında bulunan düzensiz şekilli boşluklar yapı içerisindeki sıcaklık dağılımına göre kısmen sıvı veya buhar halindeki rutubet veya hava ile doludur (Kılınç, 2004). Kumaş içerisindeki sıvı transferi Şekil 1.15’te görülmektedir.

Şekil 1.15 Sıvının kumaş içerisindeki difüzyonu (Kılınç, 2004)

Kumaş anizotropik bir yapıya sahip olduğu için farklı eksenlerinde farklı sıvı transfer davranışları gösterir ve bu davranışların ayrı ayrı ölçülmesi gerekir. Genel olarak kumaşlardaki sıvı transfer mekanizmasının liflerin kapilar kuvvetlerine bağlı olduğu ve lif yüzey özellikleri tarafından belirlendiği görüşü yaygındır. Sıvı suyun kapilar ıslatması üzerinde etkili en önemli lif özelliği ise hidrofilitedir. Giysi konforu söz konusu olduğunda kumaşın sıvı transferiyle ilgili en önemli özelliği anlık sıvı emme kapasitesidir (Yoon ve Buckley, 1984).

Deri sıcaklığı düştüğünde ve terleme azaldığında, deri yüzeyinden meydana gelen ısı kaybının sınırlandırılması gerekir. Islak kumaşlarda termal yalıtım azaldığı için iletimle gerçekleşen ısı kaybını azaltmak mümkün olmayabilir. Bu konuda çalışan araştırmacılardan, vücut yüzeyindeki sıvının uzaklaştırılmasına gerek olmadığını, sadece belirli bir sıcaklıkta tutulması gerektiğini savunanlar vardır. Deride meydana gelen termoregülasyon prosesi dinamik bir yapıya sahiptir ve termofizyolojik konforu sağlamanın en etkili yolu, yüksek ısı direncine sahip kumaşlar yerine ‘dinamik’ kumaşlar kullanmaktır. ‘Dinamik’ kumaş, sıcak ve nemli vücut üzerinde düşük bir ısı yalıtımına sahipken vücut soğuyup kurudukça yalıtım değerinin artırılabildiği kumaştır. Tipik ‘dinamik’ kumaşlar, sadece deri yüzeyindeki sıvıyı absorblamakla kalmaz, aynı zamanda deriyi ve deriye temas eden kumaş katmanını devamlı kuru bırakacak şekilde sıvıyı transfer edebilen bir yapıya, yani yüksek ıslanma yeteneğine sahiptir. ‘Dinamik’ olmayan bir kumaş sisteminde ise, absorblanan sıvı kumaş içerisinde birikir ve sistemin termal direnci kumaş

ıslandıktan sonra hep minimumda ve sabit kalır. Termal dirençteki bu düşüş oranı, suyun kumaş yapısındaki yerine ve yerleşimine göre değişir (Brownless ve ark., 1996).

Kumaşın içerisindeki rutubet konforun bir başka bileşeni olan statik elektriklenme özelliklerini de etkiler. Giysinin yapışarak vücuda sarmalanması konforu olumsuz yönde etkiler ve yüksek higroskobikliğe sahip bir liften üretilen kumaşın içerdiği su nedeniyle statik elektriklenme eğilimi hidrofob liflerden üretilen kumaşlara göre daha düşüktür. Kuru bir ortamda tüm lif tipleri statik elektriklenme oluşturabilir fakat ortamda rutubetin bulunduğu durumda lifin higroskobikliği statik elektriklenme konusunda bir fark yaratır (Aswani, 1985) (Searle, 1990).

1.5.3 Tekstil Materyallerinde Meydana Gelen Birleşik Isı ve Sıvı Transfer