Şekil hafızalı polimer esaslı fonksiyonel tekstil yapılarının geliştirilmesi
Development of shape memory polymer based functional textile structures
- Tez No: 472455
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SİBEL KAPLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Textile and Textile Engineering
- Anahtar Kelimeler: şekil hafızalı poliüretan, yaş çekim, camsı geçiş sıcaklığı, şekil hafıza davranışı, örme kumaş, shape memory polyurethane, wet spinning, glass transition temperature, shape memory behavior, knitted fabric
- Yıl: 2017
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Süleyman Demirel Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 166
Özet
Şekil hafızalı polimerler (SMP) uygun bir uyarıcının bulunduğu bir ortamda geçici şekillerinden orijinal (kalıcı) şekillerine hızlı bir şekilde geri dönen materyallerdir. Bu tez çalışmasında akıllı tekstil materyallerinde kullanılabilecek şekil hafızalı lif ve kumaşların üretilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, SMP'ler arasında en yaygın kullanım alanına sahip polimer olan şekil hafızalı poliüretan (SMPU)'dan yaş çekim yöntemiyle lif çekilmiştir. Daha sonra, çekilen monofilament poliester gipe iplikle birlikte örme yöntemiyle kumaş formuna getirilmiştir. Farklı şartlarda hazırlanan polimer çözeltilerinden üretilen şekil hafızalı lif ve kumaşların yapısal ve performans özellikleri incelenmiş, optimum üretim şartları konusunda sonuçlar ortaya konulmuştur. Bu çalışmada öncelikle şekil hafızalı lif üretiminde kullanılan yaş çekim yöntemi için üretim parametreleri belirlenmiştir. Çözücü olarak N,N-dimetilformamid (DMF) kullanılarak iki farklı konsantrasyonda (%20 ve %25) polimer çözeltisi ve üç farklı konsantrasyonda (%0, %1 ve %3) koagülasyon banyosu hazırlanmıştır. Bu şartlarda altı farklı şekil hafızalı lif çekilmiştir. Şekil hafızalı liflerin kristal yapı, yüzey morfolojisi, termal ve dinamik mekanik özelliklerinin belirlenmesi ve çözelti/koagülasyon banyosu konsantrasyonlarının çekilen liflerin mekanik/kimyasal yapısına etkilerinin belirlenmesi amacıyla kimyasal karakterizasyon analizleri yapılmıştır. Ayrıca şekil hafızalı liflerin mekanik ve termo-mekanik performanslarının değerlendirilmesi amacıyla kopma mukavemeti, kopma uzama ve termomekanik döngü çekme testleri gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasının ikinci aşamasında, farklı şartlarda çekilen altı çeşit liften örme yöntemiyle kumaşlar üretilmiştir. Şekil hafızalı kumaşların fiziksel, mekanik, termomekanik, geçirgenlik ve şekil hafıza performansları incelenmiştir. Kumaşların yapısal değişimleri ve gözeneklilik değerlerinin diğer parametrelerle ilişkileri konularında fikir sahibi olunabilmesi amacıyla orijinal, deforme edilmiş ve geri kazanılmış formlarda kumaşların optik gözeneklilik değerleri mikroskop görüntüleri üzerinden belirlenmiştir. Kumaşların geçirgenlik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla hava ve su buharı geçirgenliği testleri yapılmıştır. Su buharı geçirgenliği testi de optik gözeneklilik ölçümlerindeki üç durum için gerçekleştirilmiştir. Kumaşların şekil hafıza performansı ayrıca, torbalanma testiyle de karakterize edilmiştir. Termal analiz sonuçları, şekil hafızalı poliüretan liflerinin 35-40oC aralığında bir camsı geçiş sıcaklığına sahip olduklarını ve koagülasyon banyosu çözücü konsantrasyonunun lif camsı geçiş sıcaklığı üzerinde önemli bir etkisinin olmadığını göstermiştir. SMPU liflerinin, önceki benzer çalışmalarda elde edilen sonuçlarla uyumlu olarak, ortalama 1,38 cN/dtex kopma mukavemeti ve % 350 kopma uzama değerlerine sahip olduğu tespit edilmiştir. Termomekanik test sonuçları, SMPU filamentlerinin ortalama %71'lik şekil sabitleme oranı ve %91'lik geri kazanım oranına sahip olduklarını göstermiştir. XRD analiz sonuçlarına göre çekilen filamentler geniş bir difraksiyon eğrisine (10-30o) sahiptir. SEM görüntüleri, çözücü içermeyen (%0) koagülasyon banyosu kullanılarak üretilen filamentlerin (SMPU200 ve SMPU250) yüzeylerinin diğerlerinden nispeten daha pürüzsüz bir yapıda olduklarını göstermektedir. Çekilen filamentlerden poliester gipe iplik eşliğinde örülen kumaşlara uygulanan torbalanma test sonuçları, bütün şekil hafızalı kumaşların elastik geri dönüşten sonra torba yüksekliklerinin %37-58 oranında sabitlendiğini ve sabitlenen deformasyonun da %40-42 oranında geri kazanıldığını göstermektedir. Bu sonuç, benzer çalışmalarda elde edilen %40-60 oranında şekil sabitleme ve geri kazanım değerleriyle uyumludur. Orijinal, deforme ve şekli geri kazanılmış kumaşların su buharı geçirgenlik değerleri incelendiğinde, deforme edilmiş kumaşların su buharı geçirgenlik değerlerinin orijinal kumaşa göre anlamlı oranda yüksek olduğu, deforme edilmiş ve şekli geri kazanılmış kumaşların su buharı geçirgenlikleri arasında anlamlı farklar olmadığı tespit edilmiştir. Bu tez çalışmasında şekil hafızalı poliüretan kullanılarak üretilen lif ve kumaşların yapısal, termal, mekanik ve şekil hafıza performansları değerlendirilmiştir. Tüm özellikler açısından yüksek performans gösteren % 25 polimer ve % 1'lik koagülasyon banyosu konsantrasyonunda üretilen SMF251 kumaşının giysi üretimi için uygun olduğu tespit edilmiştir. Sonuç olarak, üretilen lif ve kumaşların akıllı tekstil materyallerinden beklenen mekanik, geçirgenlik ve şekil hafıza performanslarını karşıladığı ve elde edilen sonuçların şekil hafızalı polimerlerin son kullanım performanslarının incelendiği sonraki çalışmalara katkıda bulunabileceği düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
Shape memory polymers (SMPs) are materials that quickly return to their original (permanent) shapes from a temporary shape under appropriate external stimulus. In this thesis, shape memory fibers and fabrics were aimed to be produced for smart textile materials. For this purpose, shape memory fibers were spun by wet spinning process with shape memory polyurethane (SMPU) which is the most common kind of SMPs. Then, shape memory fabrics were produced by knitting method with spun fibers with the existence of polyester gimped yarn. Performances of produced shape memory fibers and fabrics under different process conditions were investigated and results were revealed regarding optimum production conditions. First of all, parameters of wet spinning process used in production of shape memory fibers were determined. Shape memory polyurethane solutions were prepared with two different concentrations (20% and 25%) and three different coagulation bath concentrations (0%, 1% and 3%) with N, N-dimethylformamide (DMF) as solvent. Totally, six type of SMPU fibers with different spinning parameters were spun. For investigating crystal structure, morphology, thermal and dynamic-mechanic properties of shape memory fibers and the influences of solvent and coagulation bath concentrations on mechanic/chemical and shape memory performances of fibers, characterization tests were conducted. In addition, tensile and thermomechanical cyclic tensile tests were performed to evaluate the mechanical and shape memory performances of shape memory fibers. In the second stage of thesis, shape memory fabrics were produced by knitting using shape memory fibers which were spun under different spinning conditions. Physical, mechanical, thermo-mechanical, permeability and shape memory performances of the shape memory fabrics were investigated. Optical porosity values of the original, deformed and recovered fabrics were calculated from microscopic images of the related fabrics to have an idea about fabric structural changes and relationships of the porosity with different parameters. Air and water vapour permeability tests were conducted to determine permeability properties of shape memory fabrics. Water vapour permeability tests were carried out also for three states of fabrics as in optical porosity measurements. Shape memory performances of fabrics were also characterizied by bagging test. The soft segment glass transition temperature (Tg) of shape memory polyurethane fibers were found between the range 35-40oC by thermal analyses and it was observed that solvent concentrations in coagulation bath did not have a remarkable effect on Tg of fibers. SMPU fibers showed tensile performances in harmony with results of preceding studies that, they have an average tenacity of 1.38 cN/dtex and elongation at break of 350%. Thermo-mechanical test results showed that, all shape memory filaments have sufficient shape memory performances with recovery and fixity ratios up to 91% and 71% respectively. XRD profiles of spun fibers demonstrated broad scattering between 10-30o. SEM images show that SMPU200 and SMPU250 which were spun with 20% and 25% polymer concentrations in solution and 0% concentration in coagulation bath respectively, have slightly smoother surfaces than other fibers. Bagging test results, which were applied to fabrics knitted with spun fibers and gimped polyester yarn, showed that all shape memory fabrics could keep 37-58% of their bagged shapes after elastic recovery and 40-42% of the fixed deformation was recovered confirming knitted fabric results of preceding studies of 40-60% shape fixity and recovery ratios. When the water vapour permeability values of original, deformed and shape recovered fabrics were examined, it was found that water vapour permeability values of deformed fabrics increased significantly when compared with the original fabric. Moreover, no significant differences were observed among water vapour permeability values of deformed and shape recovered fabrics. In this thesis, structural, thermal, mechanical and shape memory performances of fibers and fabrics produced with shape memory polyurethane were evaluated. Among the produced filaments, high performance of SMF251 (fabric which was produced with 25% polymer and 1% coagulation bath concentration) in terms of all properties is observed meaning that it is a suitable material for garment production. As a result it is thought that, produced fibers and fabrics can satisfy the mechanical, permeability and shape memory performances necessary for intelligent textile applications and results may be valuable for further studies investigating end use performances of SMPs.
Benzer Tezler
- Production of high performance and innovative materials based on polybenzoxazine
Polibenzoksazin esaslı yüksek performanslı ve yenilikçi malzemelerin üretilmesi
SEVİNÇ GÜLYÜZ
- Termoplastik poliüretan esaslı ısı-duyarlı şekil hafızalı polimer harmanların geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and charactarization of thermoplastic polyurathane based thermo-responsive shape memory polymer blends
EMRE PALABIYIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE TEKAY
- Şekil hafızalı ve iletken termoplastik esaslı elektroaktif nanokompozitlerin hazırlanması
Preparation of shape memory and conductive thermoplastic based electroactive nanocomposites
MERVE DOĞU
Doktora
Türkçe
2021
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ DURMUŞ
- Shape-memory semicrystalline interconnected IPNs based on various commercial rubbers
Şekil hafızalı, yarı-kristalin iç içe geçmiş ağ yapılı ticari kauçuklar
ÖZGE AKÇA ZENGİN
- Butil kauçuk esaslı kriyojellerin sentezi ve özelliklerinin incelenmesi
Preparation of cryogels based on butyl rubber and investigation of their properties
SEVIL MUSLUMOVA
