Yüksek performanslı lifler
  • Yüksek performanslı lifler

     

    teknik12

     

    Yüksek performanslı liflerin ortaya çıkışı tekstile yeni pazarlar açılmasına sebep olmuştur. Sıradan liflerle karşılaştırıldığında çok pahalı olan bu lifler genelde kullanıldıkları yerlerde ikame malzemelere göre daha yüksek performans, hafiflik vs gibi özelliklere sahip oldukları için tercih edilirler.

    Normal lifler ile karşılaştırıldıklarında bu lifler oldukça pahalı ve kar payı yüksek lifler olarak tanımlanırlar. Yüksek performanslı lifler konusunda ilk çalışmalar 1960’ların başında Kwolek, Blades ve arkadaşları tarafından Dupont çatısı altında A.B.D.’nde gerçekleştirilmiştir.

    Bu çalışmaları 1970’lerde yüksek performanslı polyetilen liflerinin geliştirilmesi izledi. 1980’lerden itibaren de karbon liflerinin geliştirilmesi ile yüksek performanslı liflerin ticari pazarı yavaş yavaş oluşmaya başladı. 1970’lerde ve 1980’lerin başında kompozitlerde kullanılmak üzere aramid, karbon, cam, yüksek molekül ağırlıklı Polietilen ve seramik liflerinde çok çeşitli gelişmeler oldu ve bu liflerin pazarları hızlı bir gelişme sürecine girdi. 1992 yılına gelindiğinde sentetik ve rejenere liflerin üretimi yaklaşık %3 oranında artmasına rağmen yüksek performanslı liflerin üretimindeki artış %10 gibi değerlere ulaşmıştı. Bu liflerin üretimi ve tüketimi genel olarak Avrupa, Amerika ve Japonya ile sınırlı kalmıştır. Japonya’daki üretim ve gelişmeler diğer ülkelere nazaran daha hızlıdır.

    Bu sektörün gelişimi de muhtemelen bugüne kadar olan durumundan çok daha hızlı olacaktır. En büyük gelişmelerin seramik ve ultra yüksek mukavemetli ve modüllü polyetilen liflerinde olması gereklilik halini almıştır. Ayrıca koruyucu elbiseler endüstrisi ve fiberoptik kablo uygulamaları gibi sektorlerde p-aramidlerin pazar payını arttıracağı düşünülmektedir.

    Genel Özellikleri ve Avantajları

    1980’ler ile yüksek performanslı liflerin ticari dönemi başladı ve bu lifler genelde mekanik performansları sebebi ile göze çarptılar (genel olarak yüksek mukavemet ile Orta ve Yüksek modül). Bunun dışında yüksek sıcaklıklara dayanıklı olmaları da değişik endüstrilerde kullanım alanları bulmalarını sağladı. Yüksek performanslı liflerin metal ve ağır materyallere nazaran avantajları vardır. Bunlar yüksek mukavemet, yüksek modül, hafiflik, ısıya ve kimyasallara karşı dayanım vs. McIntyre ısıl dayanım ve mekanik dayanım olarak bu lifleri ilk gruba ayırmıştır.

     

    teknik2

     

    ARAMİD LİFLERİ

    Aromatik Polyamidler sınıfı alifatik polyamidlerden tamamen farklı özellikler gösterdiği için bunlara Amerika Federal Ticaret Komisyonu tarafından 1974 ‘de “Aramid” ismi verilmiştir. Ticari olarak ilk Aramid lifi A.B.D.’de DuPont tarafından 1965’te tanıtılmıştır. Bu meta-aramid’in ismi Nomex’ti. McIntyre yüksek performanslı lifleri genel olarak iki gruba ayırmıştır.

    • Birinci grup alev almaz lifleri,
    • İkinci grup yüksek mukavemetli ve modüllü lifleri

    Kapsamaktadır.

    Aramidler grubunda her iki sınıfa da uyabilecek lifler bulunmaktadır. Şu anda ticari başarı gösterebilmiş iki çeşit aramid bulunmaktadır. Bunların ikisi de teknik olarak yüksek performans liflerine girer. Birinci grup yine meta-aramid gruba girer ve orta bir modül ve mukavemete sahip olmasına rağmen mükemmel bir ısı dayanımı vardır. 600 –800 C ‘ye kadar bozunma veya erime gözlenmez. Isıya ve elektriğe karşı koruma gereken kullanımlarda mükemmel bir performans sergiler. Dupont’un Nomex’i ve Teijin firmasının Conex’i buna örnektir. Bu aramidler McIntyre’ın ilk sınıfına koyulabilir.

    İkinci sınıfa giren aramidler ise DuPont’un 1970’lerin başında tanıttığı para aramid liflerinden Kevlar’ dır. Bu lif yüksek modüllü ve mukavemetli lifler sınıfında yüksek sıcaklığa da dayanabilen bir lif olarak göze çarpıyordu. O günkü piyasa koşullarında “asbest gibi ısıya dayanıklı ve cam kadar sert” bir elyaf üretmek piyasadaki büyük bir boşluğu dolduruyordu.1992 yılında p-aramid liflerinin toplam tüketimi 18.000 ton idi. Bu büyük bir rakam gibi görünmesine rağmen o günkü kapasitenin ancak yarısına eşitti. Dupont’un aramidleri poly (p-phenylene terephalamide) yapıtaşlı olup çeşitli özelliklerde tipleri bulunmaktadır. Bunlar:

    Kevlar 29,

    Kevlar 49,

    Kevlar 149

    Kevlar 981

    Dir.

    Dupont dışına Akzo Nobel firması Twaron adlı ürünüyle Teijin firması da kopolimer bir aramid olan Technora ile piyasaya dahil oldu. Technora poly (p-phenylene terephthalamide) ile poly (3,4-oksidiphenylene terephthalamide) ‘in kopolimerleşmesinden oluşuyordu. Bu sektörde sonraları Hoechst de Technora’ya yapı olarak çok benzeyen bir ürün ile piyasaya dahil oldu. 

    CAM LİFLERİ

    Cam materyali neredeyse uygarlık kadar eski bir tarihe sahiptir. Fakat camın güçlendirici materyal olarak kullanımı nispeten yeni bir fikirdir. Cam 16. ve 17. yüzyıllarda dekoratif materyal olarak kullanılmıştır. 1893’te califinden yapılmış bir elbise ‘Colombian Exposition’ da tanıtılmıştır.

    Cam oryantasyon veya kristalizasyona sahip olmayan inorganik bir materyaldir. Griffith çalışmaları ile 1920’de camın yüksek performans özelliklerini ortaya çıkarmıştır. Camın karışımını oluşturan genel maddeler silikondioksit, kalsiumoksit, alüminyumoksit, boronoksit ile bazı metaloksitlerdir. Yapı olarak cam izotropik üç boyutlu ağ yapısına sahiptir.

    Cam lifinin yüksek performanslı lif olarak ticari tarihçesi Owens Illinois ve Corning Glass firmalarının ortak yatırımı ile başlar. Bu başlangıç ile cam elyafı üretimi 1970’lere kadar her yıl ortalama %15 – 25 oranında artmıştır. Müteakip yıllarda cam elyafı pazarını aramid i karbon lifleri ve güçlendirilmiş kompozitlere bırakmıştır.

    Yine de cam şu anda en önemli güçlendirici materyallerden biridir. Yüksek performanslı cam elyaflarının en önemli üreticileri Owens Corning, Wentrotex, Ashltrom ve Pilkinton’dur.

    Bütün ticari cam tipleri için temel yapıtaşı silikadır. Silika çeşitli oksitlerin 1300 –1600 OC arasında eritilmesi ile elde edilir. Çok çeşitli yapı ve özellikte ticari cam elyafı ürünleri bulunmaktadır.

    1. A – Cam: Alkali içeren cam kompozisyonudur. Çok nadiren lif üretimi için kullanılır.

    2. AR – Cam: Alkaliye dayanıklı (AR: Alkali Rezistant) cam kompozisyonudur. Çimento destekleyici eleman olarak kullanılır.

    3. C – Cam: Kimyasallara dayanıklı (C: Chemical Resistant) cam kompozisyonudur. Lif üretimi için kullanılır.

    4. E – Cam: Yüksek elektrik dayanımı olan cam kompozisyonudur. (E: Elecrtically Resistant)

    5. HS – Cam: Yüksek mukavemetli (HS: High Strength) cam lifidir.

    Magnezyum – Silika – Alumina ve küçük miktarlarda diğer oksitlerden içerir.

    6. S – Cam: HS – Cam’a benzer bir yapısı vardır. Bu lifin kullanımı gittikçe artmaktadır.

    Cam liflerinin toplam üretiminin yaklaşık %90’ı E – Cam’dır. Bu tip cam sıklıkla cam destekli plastikler endüstrisinde (GRP: Glass Reinforced Plastics) kullanılmaktadır. Daha yeni bir lif olan AR lifi hidrolik dolgu malzemesi olarak derilim ve kopmaya karşı destekleyici elemanlarda kullanılmaktadır.

    KARBON LİFLERİ

    Karbon liflerinin ilk kullanımı 1879’da Edison’un lambalarda karbon filamentleri kullanmak için patent almasına rastlar. Fakat gerçek anlamda ilk kullanım 1950’lerin sonudur. Uçak ve uzay endüstrisinin ihtiyaçları bunda en önemli etken olmuştur. İlk başarılı ticari uygulama İngiltere Farnborough’da Kraliyet Havacılık Kurumu’nda (Royal Aircraft Establishment) William Watt ve ekibi tarafından gerçekleştirilmiştir.

    1960’ların başından itibaren karbon liflerinin gerçek tarihi başlamıştır ve karbon lifi ile kompozitlerinin kullanımı yüksek performanslarına bağlı olarak giderek artmıştır.

    Karbon ve grafit yapılarının her ikisi de ana yapıtaşı olarak karbon elementinden oluşmuştur. Tekstil tanımına göre karbon lifi yapısında en az %90 oranında karbon ihtiva eden liftir. Öncü (precursor) diye tabir edilen çok çeşitli hammaddelerin değişik şekillerde işlenmesi ile değişik morfoloji ve özelliklerde karbon lifleri üretilir.

    Bir öncü maddeden beklenen, karbon lifi yapısına dönüşümün kolayca sağlanabilmesi açısından, ihtiva ettiği karbon elementi miktarının mümkün olduğunca fazla olmasıdır. Karbon liflerinin üretim şekilleri, yapısı, özellikleri ve son kullanımlarında öncü malzemeler çok önemli bir etkendir. 

    SERAMİK LİFLERİ

    Seramik lifi metal oksit i metal karpit, metal nitrit ve bunun gibi karışımlardan oluşan kolay işlenemeyen bir polikristal lif olarak tanımlanır. Bu tanımda silikon ve boron metal olarak kabul edilir. 1950’lerden sonra uzay, metal, nükleer ve kimya endüstrilerindeki gelişmeler cam liflerinden bile daha yüksek sıcaklıklara dayanabilen malzemelere ihtiyaç duyulmasını sağladı. Ayrıca uzay endüstrisinde hafif, güçlü ve sert malzemelere çeşitli mekanik konstrüksiyonlarda ihtiyaç duyuldu.

    Silkon karbit, silikon oksit, silikon nitrit ve alumina silikat gibi kolay erimeyen maddeler çok geniş kullanım alanı buldular. 1980’lerden itibaren üzerinde araştırma yapılan seramik lifleri genelde alumina, alumino silikat ve silikon karbit bazlıdır.

    Alumina bazlı seramik liflerinin en önemli üreticileri ICI (SAFIMAX), 3M (Nextel),

    Dupond (PRD-166) ve Sumitomo (ALF) ‘dur. Silikon bazlı seramik liflerinin en önemli üreticileri ise Nippon Carbon (NICALON), Dow Corning / Celanese (MPS), Ube Chemicals (TYRANO) ve Rhone Poulenc’dir. (FIBREAMIC) 

    POLİETİLEN LİFLERİ

    Yüksek performanslı PE lifleri yüksek mukavemet be sertlik değerleri ile iyi bir mukavemet / ağırlık oranına sahiptir ve ticari olarak dünyada birçok firmada üretilmektedir. PE liflerinden yüksek mukavemet elde edilmesi için aşağıdaki etkenler önemlidir.

    • (-CH2-) yapıtaşının yüksek kristallik ve oryantasyon ile desteklenmesi gerekir.
    • Minimum zincir kıvrımı sağlayarak esnekliği yüksek bir molekül elde edilmelidir. Molekül sert olmamalı fakat kristal yapıda olmalıdır.
    • Çok yüksek molekül ağırlığında lineer bir molekül elde edilmeye çalışılmalıdır.

    Üretici firmalar çeşitli özellikleri sağlayacak şekillerde çok çeşitli tiplerde PE lifleri geliştirmişlerdir. PE hem eriyikten hem de çözeltiden çekilebilir. Önemli üreticiler Dutch tate Mines (DYNEEMA), Alliad – Signal Production (SPECTRA) , Mitsui (TEKMİLON) , Celanese ve Montefiber’dır

    Yüksek performanslı PE liflerinin üretiminde eriyikten veya çözeltiden çekim sistemlerinin her ikisi de kullanılır. Eriyikten çekim sisteminde yüksek moleküllü PE lifleri de elde edilebilse de sistem daha çok düşük molekül ağırlıklı PE lifleri için daha uygundur. Bu proses ile yüksek modüllü fakat nispeten düşük mukavemetli lifler elde edilir. Çözeltiden çekimde ise ultra yüksek molekül ağırlıklı PE özel bir çekim işlemine tabi tutularak elde edilir. Bu sistem ile hem yüksek mukavemetli hem de yüksek modüllü lifler elde edilir.  

    ELASTOMERLER

    ASTM (American Society of Testing and Materials) ‘ye göre elastomer, belli yük altında en az kendi boyunun iki katına elastik olarak uzayabilen ve yük kaldırıldığında çabuk bir şekilde eski haline dönebilen doğal veya sentetik bir polimerdir.

    Bu gruba lastik – kauçuk, spandex ve anidex girer. Anidex günümüzde üretilmemektedir.

    Tekstil sektöründe iki çeşit elastiklik istenir. Bunlardan birincisi “Power Stretch” dinamik elastikliktir. Bu tip elastiklik için yüksek geri dönüşüm direncine sahip elastomerler kullanılır. En önemli kullanım alanları, tıbbi destek mamulleri, bayan mayoları, jartiyerler, kayışlar ve çorap askılarıdır.

    “Comfort Stretch” konfor elastikliği sadece elastiklik istenen ürünler için kullanılır. Bu ürünler görünüm açısından normal kumaşlardan farklı değildir ve genelde dinamik elastikiyete sahip kumaşlardan hafiftirler. 

    DİĞER LİFLER

    • 1. PBZT ve PBO: Yüksek mukavemete sahip polimerlerdir.
    • 2. Quartz: Isıya ve kimyasallara çok dayanıklı %99 silikon bazlı bir maddedir.
    • Uçak uzay ve füze sanayinde kullanılır.
    • 3. Copolymer Polyester – Vectra / Vectran: Yüksek mukavemeti olan ve ısıya karşı direnci yüksek olan bir polyester çeşididir.
    • 4. Poly(p-xylylene): PPX lifleri de denir. Yüksek mukavemet ve modüle sahiplerdir. Kompozitler ve gemi halatlarında kullanılır.
    • 5. Azlon: Protein bazlı bir polimerdir. Tek başına kullanılmaz ve kullanım alanları oldukça azdır.
    • 6. Metal Lifler: Metalden, plastik kaplı metalden, metal kaplı plastikten veya metal kaplı core’dan oluşan üretilmiş bir liftir. Döşemelik amaçlı kullanımları bulunmaktadır. (Statik elektrik halıları vs.)
    • 7. Novoloid: En az %85 oranında Novolac bulunduran yapay bir liftir. Yanmazlık (koruyucu elbiseler) için kullanılırlar.
    • 8. Nytril: Vinil di nitril yapıtaşından oluşmuş liflerdir. Su anda üretilmemektedir.
    • 9. PBI: Uzay programlarında kullanılan bir tip elyaftır. Isı ve kimyasallara dirençlidir.
    • 10.Saran: Yapıtaşı Vinil Dien Klorit olan elyaflardır. Ticari olarak çok yaygın değildir. Nemden etkilenmez ve kolay lekelenmez. Endüstriyel kumaşlarda kullanılır.
    • 11. Sulfar: Yapıtaşı polysülfit’tir. Filtre kumaşlarda, itfaiyeci elbiselerinde ve elektrik izolasyonunda kullanılır.
    • 12. Vinal: Yapıtaşı vinil alkoldür. Günümüzde üretilmemektedir. Çeşitli balık ağı, filtreleme elemanları gibi şekillerde kullanılmıştır.
    • 13. Vinyon: Yapıtaşı Vinil klorit’tir. Yapısına göre mukavemet uzama gibi değerleri çok değişir. Yanmaz kumaşlardan battaniyelere kadar pek çok çeşitli kullanımı vardır.
    • 14. Asbest: Kanser riski yüzünden günümüzde tekstil alanında kullanımı gittikçe azalmıştır
    • 15. Polyakrilat: Çoğu kimyasallara karşı dirençlidir. Fakat nitrik, sülfirik asit gibi kimyasallardan zarar görür.
    • 16. Polykromatik Lifler: Isıya göre renk değiştirirler.
    • 17. Polyüre: Üre’ nin polimeridir. Mukavemetli, düşük öz kütleli, az nem alan, kimyasallara dayanıklı ve sıcaktan orta düzeyde etkilenen liflerdir. Genelde endüstriyel amaçlı kullanılırlar.
    • 18. TetraFloroEtilen: Teflon adı ile Du Pond tarafından üretilmektedir. Gore tex yapısında da kullanılır. Mekanik özellikleri oldukça iyidir ve yanmazlar. Elektrik bantları, filtreler gibi şekillerde kullanılır.
    • 19. Çift komponentli lifler: Bunlar Chinon, Cordelan, Hydrofil, Kermel , Mirafi ,Novolac gibi elyaflardır. İki değişik yapıtaşları vardır ve bu şekilde çeşitli yeni özellikler elde edilir.

     

     

    Ek Bilgi
    • Yüksek performanslı polietilen (HPPE) liflerine uygulanan terbiye işlemleri YÜKSEK PERFORMANSLI POLİETİLEN LİFLERİNE UYGULANAN TERBİYE İŞLEMLERİ Yüksek performanslı polietilen (HPPE) liflerinin kimyasal yapısı neredeyse hiçbir kimyasal bağ oluşumuna izin vermemektedir. Bu sebeple bu liflerin boyanabilmesi oldukça güçtür. Renklendirme işlemi genellikle polimer çözeltisi içerisine boyarmaddelerin/pigmentlerin eklenmesi ile gerçekleştirilmektedir. Yüksek performanslı polietilen (HPPE) liflerinin suyu sevmeyen yapısından dolayı literatürde kimyasal modifikasyon, UV radyasyonu , elektron (demet) bombardımanı, sol-gel kaplama , aşılama, korona boşalması , ozon , plazma, süper kritik karbondioksit (scCO2) , ışınlama (x-𝛾) gibi yöntemlerle lif yüzeyinin modifiye edilerek yeni kimyasal grupların oluşumu sağlanmakta ve bunun sonucunda HPPE liflerinin özelliklerini (ıslanabilirlik, boyanabilirlik, vb.) iyileştirmeyi hedefleyen çalışmalar yapılmakta olup daha da geliştirilmektedir. Yüksek performanslı polietilen (HPPE) liflerinin en önemli kullanım formlarından biri kompozit malzemelerdir ve bu liflerin adezyon özelliklerinin zayıf olması kompozit malzemelerin oluşumunu da olumsuz etkilemektedir. Bu sebeple liflerin adezyonunu iyileştirmeyi ve kompozit yapılar için önemli bir parametre olan yüzeyler arası kayma dayanımını arttırmayı hedefleyen modifikasyon çalışmalarına da literatürde sıklıkla rastlanmaktadır. HPPE lifli yüzeylere uygulanan yüzey modifikasyonları sayesinde ıslanabilirlik artarken boyanabilirlik de geliştirebilmektedir. Ön işlem uygulanmış HPPE lifli yüzeylerin katyonik ve asit boyarmaddeler ile boyanabildiği belirlenmiştir. Ayrıca son yıllarda yapılan çalışmalarda yüksek performanslı polietilen (HPPE) liflerinin ön işlem uygulanmasına gerek olmadan dispers boyarmaddeler ile boyanabildiği de kaydedilmektedir.
    Yazan Pazar, 05 Nisan 2020 14:36 in Tekstil Lifleri Okunma 294 defa