ÜÇ BOYUTLU KUMAŞ ÖZELLİKLERİ

ÜÇ BOYUTLU KUMAŞ ÖZELLİKLERİ

Üç boyutlu (3B) kumaşlar, iplik ya da liflerin birbirine dik üç düzlemin tümünde yer aldığı tek bir kumaş sistemi olarak tanımlanmaktadır. Kalınlıkları doğrultusunda bulunan iplikler, 3B kumaşların geleneksel tekstil ürünlerine nazaran bu yönde daha iyi mekanik özelliklere sahip olmalarını sağlamaktadır. 3B kumaşlar farklı üretim yöntemleri ile elde edilebilmektedir. Dokuma işlemi, entegre ve mukavim 3B kumaşların üretimine olanak sağladığı için bu yöntemler arasında önemli bir yere sahiptir.

---

Çeşitli mekanizmaları modifiye edilmiş ya da baştan tasarlanmış dokuma makineleri ile üretilebilen 3B çözgü interlok kumaşlarda bağlayıcı çözgü iplikleri ile kumaş katmanlarının birbirlerine bağlanması sağlanmaktadır. Kalınlıkları yönünde ayrı bir boyuta sahip olan 3B çözgü interlok kumaşlar geleneksel dokuma kumaşlara göre daha fazla sayıda yapısal parametreye (kumaş kat sayısı, iki veya daha fazla sayıda farklı iplik grubu, bağlayıcı çözgü ipliğinin açı ve derinlik parametreleri vs.) sahiptir.

3B çözgü interlok kumaşlar ile düzlemsel ve kalınlıkları yönünde iyi mekanik özelliklere sahip kompozit malzemeler üretilebilmekte ve yapısal özelliklerinin farklılaştırılması ile hedeflenen mekanik özelliklere sahip son ürün elde edilebilmektedir. Bu durum, kumaş ya da kompozit malzeme üreticileri için önemli bir tasarım avantajı ve esnekliği sunmaktadır.

3B kumaşların fazla sayıda kumaş yapısal parametresi içermeleri, istenen son ürün özelliklerinin elde edilebilmesi için optimum yapısal özelliklerin belirlenebilmesini zorlaştırmaktadır. Ayrıca dokuma teknolojisi açısından yeni sayılabilecek bir üretim yöntemine sahip olmaları da mekanik özelliklerinin aydınlatılabilmesi için daha fazla test sonucuna ihtiyaç duyulmasına neden olmaktadır.

Üç Boyutlu Kumaşlar

Sahip olduğu üç temel eksenin tümünde lif veya iplik grupları içeren üç boyutlu (3B) kumaşlar; geleneksel tekstil üretim yöntemleri ile elde edilmiş kumaşlara göre kalınlıkları yönünde daha iyi mekanik özellikler göstermektedir. Geleneksel tekstil üretim yöntemleri ile elde edilen kumaşlar yeterli yakınlık derecesinde incelendiğinde; doğal olarak üç boyutlu bir içyapıya sahip oldukları gözlemlenebilmektedir. 3B kumaşlar ile kastedilen; makro geometrik açıdan üç boyutlu olan ya da ipliklerin kalınlık yönünde yer aldığı kumaş türleridir. Üç boyutlu kumaşlar genel olarak:

1. Makro geometrik açıdan üç boyutlu olan tek katlı kumaşlar,
2. Çok katlı ve katları arasında boşluklara sahip olan kumaşlar,
3. Çok katlı ve kalınlığı eni boyunca değişim göstermeyen kumaşlar,
4. Çok katlı ve makro geometrik açıdan üç boyutlu şekle sahip olan kumaşlar olarak sınıflanmaktadır.

3B kumaşlar aşağıdaki bölümde özetlenen farklı tekstil üretim yöntemleri ile elde edilebilmektedir.

Üç Boyutlu Kumaş Üretim Yöntemleri

3B kumaşlar örme, diyagonal dokuma (braiding), dokusuz yüzey oluşturma (nonwoven), kumaş katlarının iplik kullanılarak ya da kullanılmadan iğnelenmesi (tufting), dikme ve dokuma yöntemleri ile üretilebilmektedir.

Örme

3B örme kumaşlar atkı ve çözgü örmeciliği yöntemleri ile üretilebilmektedir. Atkı örmeciliği ile karmaşık şekillere sahip 3B kumaşlar kolay bir şekilde elde edilebilmektedir. Çözgü örmeciliği ise genellikle sandviç ve çok eksene sahip 3B örme kumaşların üretilmesinde tercih edilmektedir.

Diyagonal Dokuma (Braiding)

Diyagonal dokuma (saç örgüsü) yöntemi ile ipliklerin kumaşın farklı eksenlerinde yer aldığı, son ürün şekline sahip 3B kumaşlar kolay ve hızlı bir şekilde üretilebilmektedir. Diyagonal dokuma makineleri; bobin hareket mekanizması çeşidi, makine yatağı şekli, yapısında bulunan iplik gruplarının sayısı ve ipliklerin birbirleri ile yaptığı bağlantı şekline göre sınıflandırılabilmektedir. Şekil 1.2’ de 3B diyagonal dokuma makinesi gösterilmektedir.

Dokusuz Yüzey Oluşturma (Non- Woven)

3B kumaş üretiminde, geleneksel dokusuz yüzeylerin üretiminde olduğu gibi istenen kalınlık derecesine sahip yüzey oluşturulmakta ve sağlamlaştırma işlemi uygulanmaktadır. Kumaş kalınlığı yönünde lif oryantasyonunun sağlanabilmesi için farklı üretim yöntemleri de kullanılabilmektedir. Şekil 1.3’ te dişli katlayıcı ile 3B dokusuz yüzey oluşumu gösterilmektedir.

İğneleme (Tufting)

3B kumaş oluşumu açısından oldukça basit ve etkili bir yöntem olan iğneleme; temelde dikim işlemi esasına dayanmaktadır. Katlar halinde bulunan kumaşlara bir iğne vasıtası ile kalınlıkları yönünde iplik yerleştirilmektedir. İşlemde kullanılan ipliğin sürekli olarak beslenmesi sağlanmakta, dikiş işleminden farklı olarak kumaşta iplik halkası oluşturulmamaktadır. Şekil 1.4.’ te iğneleme işlemi gösterilmektedir.

Dikme

Bir araya getirilen kumaş katlarının dikilmesi ile 3B kumaş oluşumu sağlanmaktadır. Dikim işlemi ile kalınlıkları yönünde yüksek mukavemete sahip kumaşlar üretilebilmektedir. Şekil 1.5’ te NASA tarafından kompozit malzeme üretimi için geliştirilen bir dikiş makinesi gösterilmektedir. 28 m uzunluğa sahip bu makine ile 15 m uzunluk, 3 m genişlik ve 40 mm kalınlık değerine kadar kumaş üretimi yapılabilmektedir.

Dokuma

Geleneksel dokuma makinelerinin modifiye edilmesi ya da 3B kumaş üretimi için tasarlanan makineler ile kumaş üretimi sağlanabilmektedir. İplik grupları yapıya oldukça düşük bir kıvrım oranı ile dahil olabildikleri ve entegre bir yapı oluşturdukları için düzlemsel ve kalınlığı yönünde mukavim kumaşlar elde edilebilmektedir. Şekil 1.6’ da jakarlı ağızlık açma sistemine sahip, 3B kumaş üretimi yapan bir dokuma makinesi gösterilmektedir.

Üç Boyutlu Dokuma Kumaşlar

3B dokuma kumaşlar iki ya da daha fazla sayıdaki iplik grubunun birbirleri ile bağlantı yapması sonucu oluşturdukları entegre yapılardır. Geleneksel dokuma kumaşlardan farklı olarak kumaş katları bağlayıcı iplikler yardımı ile birbirlerine bağlanmaktadır. Çok katlı ve kalınlığı eni boyunca değişim göstermeyen 3B dokuma kumaşlar bağlayıcı iplik grubunun atkı ya da çözgü ipliği yönünde bağlantı yapması durumuna göre atkı interlok veya çözgü interlok dokuma kumaşlar olarak adlandırılırlar.

Üç Boyutlu Çözgü İnterlok Dokuma Kumaşlar

Bağlayıcı iplik grubunun çözgü ipliği yönünde yer aldığı 3B dokuma kumaş çeşididir. Kumaşın elde edilmek istenen yapısal ve mekanik özelliklerine göre yüzey çözgü ya da eksenel çözgü iplikleri yapılarına dâhil edilebilmektedir. Şekil 1.7’ de bağlayıcı çözgü, eksenel çözgü ve atkı iplikleri içeren 3B çözgü interlok kumaş yapısı gösterilmektedir.

---

T.C.
DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı

Doktora Tezi
Mehmet KORKMAZ
Mart, 2021 İZMİR