Sıvı geçirgenliği; Malzeme içinde gerçekleşen sıvı transferi hareketi karmaşık bir mekanizmadır. Sıvı geçirgenliği özelliklerinin (liquid permeability) anlaşılması için öncelikle ıslanma (wetting), ıslanabilirlik (wettability), su geçirmezlik (waterproof), emme (wicking), emicilik (absorbency) gibi kavramların tanımlanması gerekmektedir.
Islanma
Katı bir yüzeyin ıslanması katının belli koşullarda belli bir sıvı ile olan temasının sonucu oluşan durum olarak anlaşılır. Islanma katı-hava ara yüzünün katı-sıvı ara yüzüyle yer değişimi olarak düşünülebilir. Islanma aynı zamanda emme işleminden önce sıvı ve malzeme arasındaki etkileşimi açıklamaktadır.
Kahve dökülmüş apreli kumaş görünümü
Bir katının bir sıvı tarafından ıslatılması veya ıslatılmaması temas açısına bağlıdır. Sıvının düzgün homojen bir yüzeyde oluşturduğu yapı olan temas açısı katının yüzey gerilimi ile ilişkilidir. Katının kimyasal ve fiziksel yapısı katının yüzey enerjisini etkilemektedir. Şekil 1.1’de görüldüğü gibi küçük bir sıvı damlası düz bir katı yüzey üzerine yerleştirildiğinde belirgin iki durum gözlenebilir. Bunlar; sıvının belirli bir temas açısı ile katıyı kısmi ıslatma durumu veya sıfır temas açısı ile tam ıslatma durumudur.
Islatma açısı olarak da adlandırılan temas açısı, temas doğruları boyunca herhangi bir noktada sıvının yüzeyine tanjant düzlemi ve katının yüzeyine tanjant düzlemi arasındaki açıyı içerir. Temas açısının kosinüsü, genelde materyalin ıslanabilirliğini göstermek için kullanılan parametredir. Temas açısı sıfıra yaklaştığında ıslanabilirlik maksimum düzeydedir. Sıvı ve yüzey arasındaki temas açısı büyük ise bu suyun yüzeyden akacağı anlamına gelir, küçük temas açısı ise suyun materyali ıslatacağı anlamına gelir (Patnaik ve ark., 2006). Bu konu ile ilgili çalışmalar yüksek enerjiye sahip yüzeylerin küçük temas açısı oluşturarak daha iyi ıslanabildiğini göstermiştir.
Şekil 1.1 Düzgün bir yüzeye damlatılmış sıvının denge durumu: a, b. Kısmi ıslanma, c. Tam ıslanma, d. denge halinde kuvvetlerin durumu (γ faklı ara yüz gerilimleri, θ temas açısı)
Katı bir yüzey üzerinde duran ve bir açı oluşturan bir damla sıvının üç kuvveti dengeleyerek denge halinde durduğu düşünülür. Bu kuvvetler; katı-sıvı arasındaki ara yüzey gerilimi (γSL) ile katı-buhar (γSV) ve sıvı-buhar arasındaki ara yüzey gerilimleridir (γLV). Katının yüzey gerilimi sıvının yayılmasını tercih etmekte, fakat buna katı-sıvı ara yüz gerilimi tarafından ve katı yüzey düzleminde sıvının yüzey gerilimi faktörü tarafından karşı konulmaktadır. Islanma sırasında katı-sıvı sınırları arasında denge durumundaki kuvvetler genel olarak Young-Dupre eşitliği (Eşitlik 1.1) ile açıklanmaktadır. Bir sıvının katıyı tamamen ıslatması için veya bir katının sıvı içine batması için katı yüzeylerin sıvının serbest yüzey enerjisini yenecek yeterli yüzey enerjisine sahip olması gerekmektedir.
ȳ SV – SL ȳ = LV cosθ
Tekstillerin ıslanma mekanizması batma (immersion), kapiller emme (capillary soption), adezyon (adhesion) ve yayılma (spreading) olmak üzere birkaç temele dayanmaktadır (Şekil 1.2). Batma veya kapiller emme sırasında katı-hava ara yüzü kaybolmakta ve katı-sıvı ara yüzü görülmektedir. Adezyon, temastaki iki yüzey arasındaki çekimdir. Katı yüzeyinin yapısına bağlı olan adezyon işi (WA) katı ve sıvı arasındaki net çekimi belirlemektedir. Yayılma en az iki moleküler tabakada bir katı üzerinde sıvının akışıdır. Yayılma sırasında katı-sıvı ve sıvı-hava ara yüzleri artmakta, katı-hava ara yüzleri azalmaktadır.
Şekil 1.2 Islanma mekanizması: a. katının sıvı içinde batması, b. kapiller emme, c. sıvı ve katı arasındaki adezyon, d. sıvının katı üzerinde yayılması
Kumaşın ıslanma mekanizması iki yönde gerçekleşir. Bunlar, kumaş düzlemindeki akış ve kumaş düzlemine dik yönde yani kumaşın içine doğru gerçekleşen akıştır. İplik ve dokuma, örme, nonwoven kumaşlar gibi lifli toplulukların anizotropik özelliklerinden dolayı, bu iki yönde gerçekleşen akış mekanizması kumaşın ya da akışkanın özelliklerindeki değişimlerden farklı etkilenir. Kumaşların ıslanma davranışları yüzey pürüzlülüğü gibi kumaş özelliklerinden dolayı karmaşık bir mekanizmadır. Ancak lifli yapının ıslanma özellikleri, materyalin boyama, baskı, bitim, kaplama gibi üretim işlemleri sırasındaki yeteneğini ve kullanım sırasındaki performans özelliklerini etkileyeceğinden kontrol edilmelidir.
Islanabilirlik
Bir sıvı ve özel tabaka arasındaki ıslanma davranışı temelde sıvının yüzey enerjisi (gerilimi) ile tabakanın yüzey enerjisi arasındaki ilişkiye bağlıdır. Islanabilirlik (wettability) bir yüzeyin belli bir sıvı ile etkileşime girme potansiyelidir.
Su geçirmezlik
AATCC kumaşın su direnci (water resistance) kavramını su tarafından ıslanmaya ve suyun içeri girmesine karşı koyma yeteneği olarak, su iticiliği (water repellency) ise lifin, ipliğin veya kumaşın ıslanmaya karşı koyma karakteri olarak tanımlamaktadır . Dış giysiliklerde özellikle askeri üniformalarda, yağmurluklarda su geçirmezlik (waterproof) özelliğinin olması istenmektedir.
Emme
Sıvının iplik veya kumaş gibi lifli bir ortamda transferi dış kuvvetler veya kapiller kuvvetlerle sağlanmaktadır. Gözenekli bir sistemde sıvının kapiller kuvvetlerle gerçekleşen transferi emme (wicking) olarak adlandırılmaktadır. Islanma kapiller kuvvetlere sebep olduğundan emme kapiller sistemlerde ıslanmanın sonucu olarak değerlendirilmektedir. Sıvı, lifler arasındaki kapiller boşluklarda (gözeneklerde) lif topluluğunu ıslattıktan sonra, oluşan kapiller kuvvetler sıvıyı kapiller boşluklara doğru iletmekte ve emme olayı gerçekleşmektedir. Islanma kapiller sistemde katı- hava ara yüzünün katı-sıvı ara yüzüyle kendi kendine olan yer değişimi olarak düşünülebilir. Dışarıdan bir müdahale olmaksızın kendi kendine gerçekleşen bu durum için serbest enerji kazanılmalı ve giriş işi pozitif olmalıdır. Bu da katı-hava ara yüz enerjisinin (γSV) katı-sıvı ara yüz enerjisini (γSL) geçtiği durumda gerçekleşmektedir. Emme sırasında gerçekleşen önemli değişim katı-sıvı ara yüzünün artışı ve katı-hava ara yüzünün azalmasıdır. Sıvı-hava ara yüzünde ise önemli bir değişim olmamaktadır.
Terlemeye karşı haslıklar giyimde büyük önem taşır
Tekstil yapılarında emme yoluyla sıvı transferi ürünün üretim işlemleri ve son kullanım özelliklerini etkileyen önemli bir özelliktir. Birçok ıslak işlem gören lifli materyalde daha iyi performansta ürünler için homojen yayılma ve sıvının gözeneklerden içeri girişi gerekmektedir. Örneğin, tekstillerin boyama gibi ıslanma işlemlerinde kapilleriteyi anlamak önemlidir. Tekstil yapılarında gerçekleşen sıvı transferi davranışını inceleyen çalışmalarda bu mekanizmanın sıvı özellikleri (viskozite ve yüzey gerilimi), sıvı-lif ilişkisi, dış koşullar ve lifli sistemin gözenek yapısı gibi birçok değişkenden etkilendiği gözlenmiştir. Islanma ve emme mekanizması ile ilgili detaylı bilgiler sıvı filtrasyonu, kumaş boyama, kurutma ve bitim işlemleri, hijyenik ürünler, medikal kumaşlar, konfor özelliklerinin ön planda olduğu özel giysiler gibi farklı kullanım alanlarında uygun materyaller geliştirmek açısından önemlidir.
Emicilik
Emicilik (absorbency) bir materyalin diğerini içine alması veya soğurması prosesi olarak tanımlanmaktadır. AATCC test yöntemi 79- 2000 emiciliği özel bir kullanım için kumaşın uygunluğuna karar veren önemli bir faktör olarak tanımlamaktadır. Emicilik bir materyalin bir sıvıyı içine alma; gözeneklerinde ve yarıklarından tutma eğilimidir. Kumaşın nem alma yeteneğini de etkileyen emicilik; cilt konforu, statik yapı, su iticilik gibi farklı birçok performans özelliğini belirleyen önemli bir özelliktir.