Design, development and performance characterization of innovative P84/polyester hybrid felts
Yenilikçi P84/polyester hibrit keçelerin tasarımı, geliştirilmesi ve performans karakterizasyonu
- Tez No: 1015939
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İKİLEM GÖCEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Textile and Textile Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Modern tekstil terbiye endüstrisinde, dokuma ve örme kumaşların boyutsal kararlılığını (çekmezliğini) sağlamak ve kumaşa yüksek kaliteli bir tuşe kazandırmak küresel rekabetin en temel unsurlarından biridir. Tekstil materyallerinde kalıcı boyutsal kararlılığı sağlamak için uygulanan en standart ve etkili mekanik yöntem“sanforizasyon”işlemidir. Bu işlem sırasında, ısıtılmış Palmer silindiri ile nemli kumaş arasında arayüz görevi gören ağır hizmet tipi teknik bir dokusuz yüzey (nonwoven) olan“sanfor keçesi”, uygulanan basıncı ileterek çekmezlik işleminin başarısını belirleyen en hayati bileşendir. Literatürdeki mevcut çalışmalar incelendiğinde, araştırmaların neredeyse tamamının kumaşın çekme parametrelerine ve sanfor makinesi ayarlarına odaklandığı görülmektedir. Ancak bu sürecin kalbi olan sanfor keçelerinin malzeme mühendisliğine, tasarımına ve performansına odaklanan bilimsel çalışmalar yok denecek kadar azdır. Geleneksel olarak %100 Polyester (PES) veya Polyester/Akrilik (PES/AC) karışımlarından üretilen mevcut endüstriyel keçeler maliyet odaklı olsalar da, yüksek hız ve yüksek sıcaklık gerektiren modern üretim ortamlarında termal ve mekanik limitlerine ulaşarak yetersiz kalmaktadır. Bu tez çalışmasının temel amacı, geleneksel sentetik liflerin termal ve mekanik sınırlarını aşmak üzere, yüksek performanslı P84® HT (poliimid) liflerinin kullanıldığı yenilikçi bir P84/Polyester hibrit sanfor keçesi geliştirmektir. P84® HT liflerinin 380°C gibi olağanüstü yüksek bir camsı geçiş sıcaklığına (Tg) ve çok loblu (multi-lobal) kesit yapısına sahip olması, geleneksel malzemelerin kusurlarını gidermek için stratejik bir mühendislik hamlesi olarak kullanılmış; geliştirilen bu yapının performansı endüstriyel ölçekli denemelerle hem kumaş hem de keçe düzeyinde sistematik olarak karakterize edilmiştir. Tekstil ürünlerinde gözlemlenen çekme problemi; iplik eğirme, dokuma ve yaş terbiye süreçleri boyunca materyale uygulanan sürekli mekanik gerilimlerin bir sonucudur. Kumaş suyla temas ettiğinde, hidrofilik lifler (özellikle pamuk ve viskon) şişer; bu enine şişme ipliklerin kumaş içinde daha kıvrımlı bir yol izlemesine ve sonuç olarak kumaşın boyunun ve eninin kısalmasına neden olur. Bu doğal büzülme eğilimini engellemek için kullanılan sanforizasyon (basınçlı çekmezlik) işlemi, kumaşı herhangi bir kimyasal çapraz bağlayıcı kullanmadan, yalnızca buhar, ısı ve kalın bir kauçuk bandın mekanik geri tepme kuvveti (recoil) ile fiziksel olarak sıkıştırır. Kumaş kauçuk bant ünitesinde sıkıştırıldıktan sonra, kurutma ünitesine (Palmer) girer ve burada sanfor keçesi ile sıcak çelik silindir arasına sıkışarak kazandığı boyutları sabitler. Keçede kullanılan liflerin özellikleri bu noktada kritik hale gelmektedir: Poliimid (P84® HT): Evonik tarafından üretilen bu lif, 280-300°C sürekli çalışma sıcaklığına, 380°C camsı geçiş sıcaklığına (Tg) ve %38 LOI (Limiting Oxygen Index) değeri ile yanmazlık özelliğine sahiptir. En büyük fiziksel avantajı, yuvarlak kesitli liflere kıyasla %90 daha fazla yüzey alanı sunan çok loblu (multi-lobal) geometrisidir. xxiii Polyester (PET): Mekanik mukavemeti yüksek (50-60 cN/tex) ve maliyeti düşük olmakla birlikte, maksimum çalışma sıcaklığı ~125°C ve Tg değeri ~79°C civarındadır. Akrilik (PAN): Hacimli ve yumuşak bir yapı sağlasa da, 200°C üzerindeki sıcaklıklarda termal bozunmaya uğrayarak keçede sertleşme ve kumaşta“parlama”(glazing) adı verilen kalite kusuruna yol açar. Araştırmada karşılaştırmalı bir analiz yapabilmek adına üç farklı sanfor keçesi kullanılmıştır: DHALL: Referans olarak alınan %100 Polyester keçe. CIBITEX: Referans olarak alınan %70 Polyester / %30 Akrilik karışımlı keçe. SENER: Geliştirilen yenilikçi %80 Polyester / %20 P84 poliimid hibrit keçe. Bu keçelerin performansını ölçmek için Viskon (26120), Tencel (26121), Pamuk/Polyester/Likra (26128) ve çeşitli Pamuk karışımları olmak üzere toplam 8 farklı endüstriyel dokuma kumaş partisi kullanılmıştır. Prototip sanfor keçesi, üretim streslerine dayanabilmesi için“sandviç”mimarisinde çok katmanlı olarak tasarlanmıştır. Merkezde boyutsal kararlılığı sağlamak üzere 1000 denye Z90 bükümlü yüksek mukavemetli polyester ipliklerden leno dokuma (çapraz dokuma) yöntemiyle 450 g/m² ağırlığında bir taşıyıcı karkas (reinforcing layer) üretilmiştir. Bu karkasın alt ve üst yüzeylerine polyester dolgu katmanları yerleştirilmiş; kumaşla temas edecek en dış fonksiyonel yüzeye ise P84 ve PES harmanından oluşan katman iğneleme (needle-punching) yöntemiyle entegre edilmiştir .Üretim hattında balya açma, ön açma, taraklama (carding) ve çapraz serim işlemlerinden geçen tülbentler, DILO iğneleme makinesinde yüksek yoğunluklu üçgen uçlu iğnelerle mekanik olarak kilitlenmiştir. Son aşamada, üretilen yapı POLTEKS termal fiksaj makinesinde gerilim altında (4 bar basınç, 1 m/dakika hız ve 256.7°C yüzey sıcaklığında) fikse edilmiştir. Bu sıcaklıkta PES lifleri yumuşayarak (Tg 70 80°C) matris oluştururken, P84 lifleri (Tg 315°C) yapısını koruyarak bu matris içine sağlam bir şekilde hapsolmuştur. Sanforizasyon sonrasında kumaşlara uygulanan fiziksel ve mekanik testler (TS EN ISO standartlarında) hibrit keçenin üstünlüğünü kanıtlamıştır: Boyutsal Kararlılık (Çekmezlik) ve Üretim Hızı: Geliştirilen P84/PES hibrit keçe (SENER), referans makinelerin (DHALL ve CIBITEX) 25 m/dakika olan üretim hızını, kumaş çekmezlik değerlerinden hiçbir taviz vermeden 35 m/dakika seviyesine çıkarmayı başarmıştır. Bu %40'lık devasa artış, endüstriyel verimlilik açısından çok kritik bir kazanımdır. Yırtılma mukavemetini incelemek amacıyla ISO 13937-1 ve ISO 13937-2 yöntemleriyle yapılan testlerde P84 entegrasyonunun kumaş ömrünü uzattığı görülmüştür. Örneğin; Pamuklu kumaşta (26119) P84 keçe kullanımıyla atkı yönündeki yırtılma mukavemeti laboratuvar ölçüm limitlerini (>6524 grf) aşarak, geleneksel PES keçenin performansını (3297 grf) neredeyse ikiye katlamıştır. P84 lifinin yüksek camsı geçiş sıcaklığı, hassas ipliklerin yüksek ısılarda ezilip kırılganlaşmasını başarıyla önlemiştir. Kopma mukavemetini ölçmek için yapılan testlerde, 35 m/dakika gibi agresif hızlarda çalışılmasına rağmen kumaşların kopma mukavemetlerinde düşüş yaşanmamış, aksine artış gözlemlenmiştir. Pamuk/PES/Likra (26128) kumaşında çözgü kopma kuvveti Strip metodunda 1300N değerine ulaşarak standart keçeyi (1200N) geride bırakmıştır. P84 lifinin çok loblu kesiti, kumaşı adeta“kavrayarak”çekme kuvvetini tüm yüzeye homojen dağıtmıştır. Kumaşlar üzerinde yapılan ICI Box ve Martindale pilling testlerinde, SENER makinesinden çıkan kumaşların boncuklanma direnci Grade 4 seviyesine çıkarak daha pürüzsüz bir yüzey karakteri sergilemiştir. Ayrıca klasik %100 PES ve PES/Akrilik keçelerde ısı ve basıncın etkisiyle kumaş üzerinde beliren camımsı parlama (glazing) ve sertleşme problemi, P84® HT (Tg: 380°C) sayesinde tamamen ortadan kaldırılmıştır. Test edilen tüm kumaşlarda çok daha dolgun, doğal ve yumuşak bir tuşe (handle) elde edilmiştir. Kumaş üzerindeki olumlu etkilerin yanı sıra, keçelerin kendi yapısal dayanıklılıkları da laboratuvar ortamında sınanmıştır. Martindale yöntemiyle xxiv yapılan pilling testlerinde (7000 devir, 450 Pa), Akrilik/PES keçe Grade 2 (ciddi deformasyon), %100 PES keçe Grade 3 seviyesinde kalırken; yenilikçi P84/PES keçe Grade 4-5 seviyesine ulaşarak kusursuz bir yüzey bütünlüğü sergilemiştir. P84'ün trilobal yapısı, polyester matris içinde çok daha güçlü bir mekanik kenetlenme yaratarak lif göçünü ve dökülmesini engellemiştir. 3000 devirlik aşınma testinde de P84/PES keçe yüzey gözenekliliğini korumuş ve glazing'e (parlamaya/sertleşmeye) direnmiştir. Hibrit keçenin Nem Yönetimi Kapasitesi (OMMC) 0.42 ile“İyi”olarak derecelendirilmiş ve nemin kumaşa temas eden yüzeyde çok homojen bir şekilde (376.50 mm²) yayıldığı görülmüştür. Ancak kuruma hızı testlerinde, P84/PES keçenin kuruma hızının (0.16 mL/h), standart PES (0.38 mL/h) ve Akrilik (0.39 mL/h) keçelere göre daha düşük olduğu, yani nemi daha uzun süre içinde tuttuğu tespit edilmiştir. P84 lifinin mikro-kılcal kanallarının suyu moleküler düzeyde hapsetme eğilimi, aralıksız operasyonlarda keçe doygunluğu riski yaratabilir. Hibrit keçenin düşük kuruma hızı dezavantajı, sahip olduğu olağanüstü hava geçirgenliği ile efektif bir şekilde dengelenmiştir. P84/PES keçesi 3500 mm/s hava geçirgenliği değeriyle, %100 PES keçeye (2500 mm/s) göre %40, akrilik karışımlı keçeye (1700 mm/s) göre ise %106 oranında daha yüksek bir buhar ve hava transfer kapasitesi sunmuştur. Yapılan spektroskopik analizler, P84/PES hibrit yapısında poliimid liflere ait karakteristik imide halkası piklerinin (1793 cm⁻¹ ve 1370 cm⁻¹) ve nitril (C≡N) grubunun (2248 cm⁻¹), polyesterin ester pikleriyle (1711 cm⁻¹) birlikte sorunsuz bir şekilde var olduğunu kanıtlamıştır. Bu tez çalışması, teknik tekstiller kapsamında yeterince incelenmemiş olan sanfor keçelerinin optimizasyonuna ışık tutmuş ve yenilikçi bir mühendislik çözümü sunmuştur. Geliştirilen ve endüstriyel olarak test edilen %20 P84® HT / %80 Polyester kompozisyonuna sahip hibrit sanfor keçesi, kumaş boyutsal kararlılığından ödün vermeden üretim hızını %40 oranında (35 m/dakika) artırmış, Özellikle pamuklu kumaşların yırtılma mukavemeti değerlerini geleneksel keçelere kıyasla neredeyse iki katına taşımış, Yüksek ısıl dayanımı (Tg: 380°C) sayesinde geleneksel felç edici parlama (glazing) sorununu ortadan kaldırarak kumaşa doğal, hacimli ve yumuşak bir tuşe kazandırmış, Trilobal yapısının sağladığı mekanik kilitlenme sayesinde aşınma ve pillinge karşı maksimum düzeyde (Grade 4-5) kendi yapısal ömrünü uzatmıştır. Nem tutma eğiliminin yüksek olması sürekli operasyonlarda dikkat edilmesi gereken bir parametre olmakla birlikte, malzemenin sunduğu %106'ya varan oranda artırılmış nefes alabilirlik (hava geçirgenliği) bu durumu telafi etmektedir. Bu başarılı çıktılar ışığında, gelecek akademik çalışmalar ve endüstriyel AR-GE faaliyetleri için P84® HT lif kullanım oranının %10 veya %15 gibi farklı harman yüzdelerinde test edilerek maliyet ve kuruma hızı dinamiklerinin daha da optimize edilmesi önerilmektedir. Ayrıca, bu inovatif yapının çok daha yüksek gerilim barındıran açık en örme kumaş sanforizasyon makinelerindeki uzun dönemli yaşlanma performanslarının incelenmesi sektöre büyük katkı sağlayacaktır.
Özet (Çeviri)
Sanforization felt plays a critical role in ensuring the dimensional stability and providing the desired handle to woven and knitted fabrics in the contemporary textile finishing industry. Serving as an interface between the heated cylinder and the fabric during the sanforization process, these felts are the fundamental components that determine the success of the shrinkage treatment. This thesis focuses on the design, development, and performance characterization of sanforization felts, a component of the sanforization process, that has remained largely uninvestigated in the current literature. To overcome the thermal and mechanical limitations of the conventional 100% Polyester (PES) and Polyester/Acrylic (PES/AC) blended felts under high speeds and temperatures, an innovative hybrid felt architecture utilizing high performance P84® HT (polyimide) fibers has been developed. During the experimental stage, a sandwich-structured prototype was produced, consisting of a functional surface layer composed of 20% P84® HT and 80% PES fibers and a leno weave reinforcement layer. Due to the 90% increase in specific surface area provided by the unique multi-lobal cross-section of P84® HT fibers, superior mechanical grip and uniform pressure distribution were achieved on the felt surface. Industrial-scale trials demonstrated that the developed hybrid felt increased production speeds from 25 m/min to 35 m/min (a 40% increase) without compromising shrinkage control. Mechanical characterization results indicated that P84® HT integration nearly doubled the tearing strength of cotton fabrics, exceeding laboratory test limits (>6524 grf). Furthermore, owing to the high glass transition temperature (Tg: 315–380°C) of the polyimide fibers, the glazing defect commonly observed in traditional felts, which impairs fabric quality, was completely eliminated. Moisture management analyses revealed a low drying rate (0.16 mL/h) for the hybrid felt, suggesting a potential risk of saturation during continuous operations; however, the high air permeability of 3500 mm/s balanced this effect, ensuring sustainable performance even at high speeds. In conclusion, this study provides scientific evidence that the integration of P84® HT fibers into sanforization felt maximizes industrial efficiency while simultaneously imparting a fuller, softer, and more natural handle to fabrics. This research offers a novel engineering framework for the application of technical textiles within the finishing industry.
Benzer Tezler
- Yapısal titreşimlerin azaltılmasına yönelik yarı-aktif piston mekanizmalı ayarlı sıvı sütun sönümleyicinin geliştirilmesi ve deprem performansının incelenmesi
Development of a semi-active piston tuned liquid column damper for structural vibration mitigation and investigation of seismic performance
MUHAMMET BURHAN NAVDAR
Doktora
Türkçe
2026
İnşaat MühendisliğiSakarya Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN ÇELEBİ
- Design and fabrication of scaffolds for bone with regular and irregular voronoi architectures; characterization of their mechanical performance experimentally and using finite element analysis
Düzenli ve düzensiz voronoi mimarilerine sahip kemik iskelelerinin tasarımı ve üretimi; mekanik özelliklerinin deneysel ve sonlu elemanlarla analizi
ALAA HUSSEIN HAMMAD ALHELAL
- Doğal genleşmiş perlit ve lignoselüloz dolgulu EPDM kauçuk kompozitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of EPDM rubber composites filled with natural expanded perlite and lignocellulose
CENNET ÇAVDAROĞLU
- Design, properties and applications of natural polymer interpenetrated cationic networks
Doğal polimerle iç içe geçmiş katyonik ağların tasarımı, özellikleri ve uygulamaları
RABİA BOZBAY
- Advancing creep performance and oxidation resistance of inconel 939 alloy fabricated by selective laser melting
Seçici lazer ergitme yöntemi ile üretilen ınconel 939 alaşımının sürünme performansı ve oksidasyon direncinin geliştirilmesi
FATİH GÜLER
Doktora
İngilizce
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ
DR. HÜSEYİN AYDIN