Poliester kord bezi yüzey işlemi üretim süreci  
ve modellemesi
Polyester cord fabric surface treatment process and modelling
Yazar: NESLİHAN GÜLBEYCAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SENNUR DENİZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Deney tasarımı = Experimental design

Özet:
20. yüzyılın, son 20 yılındaki sanayi gelişiminde, kompleks otomasyona sahip endüstriyel sahalar büyük önem kazanmıştır. Kompleks otomasyonlara sahip endüstriler; fabrikalar için otomasyon, robotlar ve kendiliğinden adapte olabilen optimizasyon sistemlerinin kullanımı anlamına gelmektedir. Kompleks otomasyon, tüm kimyasal ve fiziksel süreçlerin matematiksel yöntemlere aktarılması ile gerçekleşebilir. Matematiksel modellere hakim olmak; süreçleri kontrol etme, optimum seviyede ayarlayabilme, üründen azami verimi alabilme ve üretimi asgari maliyetle gerçekleştirebilme yetisi kazandırmaktadır. Süreçlere ait istatistiksel matematik modelleri teorik çalışmalarla elde edilen geleneksel teorik yöntemlere karşı olmamalıdır. Teorik bilginin yüksek olması, deneysel tasarım (DT) gibi istatistiksel yöntemleri daha verimli uygulamalar haline getirmektedir.
Çağdaş endüstriyel dünyada, kalite iyileştirme süreçleri, belirli bir alanda yapılan üretimin optimum süreç maliyetlerinde ve koşullarında azami ürün özelliklerine ulaşılmasını hedeflemektedir. Süreç iyileştirmede, çıktılardaki değişkenliğin azaltılması ile maliyetlerin azalması, ürün kalitesinin iyileşmesi ve müşteri memnuniyetinin artması sağlanmaktadır. Deney tasarımı süreç iyileştirme hedeflerini gerçekleştirmek için geliştirilen yöntemlerden birisidir.
Güvenilir bir yaklaşım modeli tasarım süresini azaltırken verimliliği arttıracaktır. Son günlerde birçok optimizasyon modeli geliştirilerek daha iyi sistemler tasarlamak adına çokça kullanılmıştır. Analitik yöntemlere göre, istatistiksel teorilere dayanan deneysel yöntemler tasarım parametreleri ile değişkenler arasındaki ilişkiyi saptayabilmek için asgari deneme sayısını kullanabilmektedir. Böylece deneme süresi kısaltılırken, tasarım için harcanan maliyet ve iş gücü de düşürülebilmektedir. 
Deneysel tasarım tekniği ile istenmeyen faktörlerin etkilerinin en aza indirildiği üretim süreçlerini tasarlamak mümkün kılınmaktadır. Böylece, kalite tasarım aşamasından itibaren sağlanabilmektedir. Deneysel tasarım yöntemleri özellikle Japonya'da kullanılmaya ve uygulanmaya başlanmış, ardından Amerika ile birlikte, dünyanın tüm gelişmiş ülkelerinde kullanımı yaygınlaşmıştır.
Tepki Yüzeyi Tasarımı (Response Surface Design – RSD) ilk olarak 1951 yılında Box ve Wilson tarafından geliştirilerek yayınlanmıştır. Box ve Wilson, mümkün olan en az sayıda gözlem değeri ile tepki yüzeyi üzerinde tepki değişkeninin maksimum değeri aldığı noktaya ulaşılması amaçlanan deneme düzenlerini makalelerinde irdelemişlerdir. En dik atış yöntemi ilk defa Box ve Wilson tarafından 1951 yılında kullanılmıştır. 1957 yılında ise Box ve Hunter, Merkezi Bileşik Tasarım (Central Composite Design - CCD) çalışmalarında "rotatability" kavramını ortaya atmışlardır. Box ve Draper'ın 1959 yılında farklı amaçlar için kullanılabilecek olan tepki yüzeyi yöntemlerini anlatan makalesi de tepki yüzeyi yöntemlerinin gelişiminde önemli yere sahiptir.
Bu tez çalışması kapsamında; RSD ve CCD deneysel tasarım yöntemleri, sentetik kauçuk araç lastiklerinin yapısında asıl yükü çeken sentetik çözgü ve bu çözgüleri bir arada tutan atkılardan meydana gelen bir kumaş olan kord bezinin iyileştirme işlemine uygunlanmıştır. Ham maddesi sentetik kauçuk olan otomobil lastiğinin temel iskeletini oluşturan karkas kord bezi, mukavemet sağlayarak lastik hava basıncını tutar, aracın ağırlığını taşır ve lastiğin bütünlüğünü korur. Lastik yanakları ve tabanına etki edecek darbelere karşı dayanımı arttırır. Karkas kord bezinin yapışma, mukavemet, belirli yük altında uzama, ısıl ve kimyasal kararlılık gibi özelliklerinin, tasarım beklentilerini en uygun seviyede karşılıyor olması gerekmektedir.
Kord bezleri genellikle poliamid 6, poliamid 6.6, rayon, polyester (PE) ve aramid ipliklerden hazırlanmaktadır. Sentetik iplikler, çok düzgün bir yüzeye ve düşük fonksiyonaliteye sahiptir. Bundan dolayı, kauçuk ve kord bezi arasında fiziksel ve kimyasal bağlanmayı sağlamak için kauçuk ile kord bezi ara yüzeyinde yapışmayı sağlayıcı bağlayıcı kimyasal malzemeler kullanılmaktadır. Bu tez kapsamında aynı zamanda; seçilen PE kord bezinin yüzey bağlayıcı kimyasalının bulunduğu banyoya amorf silika eklenerek PE kord bezinin kauçuk ile yapışma mukavemetinin arttırılması amacı ile yüzey modifikasyonu işlemi için denemeler gerçekleştirilmiştir. 
Bu çalışmada, CCD ve RSD yöntemi kullanılarak yapılan deneysel tasarım çalışması sonucunda, yüzey işleminin yapıldığı kord bezi iyileştirme işleminde etkin olan parametrelerin değişiminin, kord bezinin kauçuğa bağlanma, kopma mukavemeti, kord bezinin % uzama değeri, 6.8 kg da % uzama değeri ve % kısalma değeri üzerine etkisi incelenmiştir. Deneysel tasarım ile elde edilen model denklemleri doğrultusunda, kord bezinin yüzey işlemi banyolarının ve ısıl işlem fırınlarının sıcaklıkları ile kalma sürelerini içeren süreç koşullarında yapılacak değişikliklerin optimum üretim maliyeti ve ürün performansını vermesi hedeflenmiştir.  Deneysel çalışmalarımız Kordsa Global AŞ. tarafından desteklenmiştir ve deneysel tasarım ile belirlenen deneyler ve testler Kordsa Global Ar-Ge laboratuvarlarında gerçekleştirilmiştir. 
Bölüm 4' de deneysel tasarım ve kullanılan yöntemler hakkında detaylı teorik bilgi verilmiştir.  Bölüm 2' de kord bezi üretim yöntemi ve yüzey işlemleri hakkında detaylı bilgi verilmiştir. Bölüm 3' kord bezi-kauçuk yapışma mekanizması anlatılmıştır.  
Bölüm 5' de, deneysel çalışmada kullanılan ekipmanlar, malzemeler, test yöntemleri ve kurgulanan deneysel tasarımlara ait koşullar verilmiştir. Bölüm 6' da yapılan deneyler ve testler sonunda elde edilen verilerinin analizleri yapılarak sonuç tabloları sunulmuştur. Bölüm 7' de ise, deneyler sonucu elde edilen veriler değerlendirilerek sonuçlar yorumlanmıştır.

Abstract:
Polyester (PE) fibers are one of the mostly used reinforcing materials for rubber goods which exhibit good strength, fatigue resistance, excellent toughness, dimensional stability and low heat generation while sharing the structural load of the vehicle inside of the tire. The reason of polyester preference is the thermal stability, strength and the cost-effectiveness. Fibers are being exposed to the high temperatures during tire production processes and tire running conditions. These cord materials are subjected to heat treatment process at higher temperatures near their melting points and subjected to specified load to reduce residual shrinkage during the vulcanization and operating conditions. 
The soft surface and low functionality of the synthetic yarns, decrease the chemical bonding between rubber and cord fabric like. For this purpose, cord fabric surface is being coated with special chemical components. In this thesis, presilanizes and nano silica effect on polyester-rubber bonding was studied. The adhesion strength between polyester cord and rubber tested with various adhesion test methods.
Previously, heat treatment process had been studied for temperature and load exposures of two zones treatment. Breaking strength (BS), elongation at specified load 6.8 kg (EASL @ 6.8 kg), shrinkage, stiffness, strip adhesion, and fatigue properties were derived according to twist level, heating zone temperature and load and stretch zone temperature and load.  In that study, the influence of process variables on the treated cord properties were described. However, the model of the relation of variables and the properties were not driven. 
The changes in thermo mechanical properties due to heat setting have been correlated to structural and morphological changes like crystallinity, crystal size, orientation, crystal perfection by J. P. Rath and T. K. Chaki, D. Khastgir. The relation between the shrinkage and heat treatment process conditions were explained as well as the relation between the stress-strain curve and heat treatment process conditions. 
H pull adhesion property of the nylon 6 (NY6), nylon 66 (NY66) and PE cords were studied by M. Jamshidi, F. Afshar, N. Mohammadi and S. Pourmahdian in Iran. The relation of adhesion strength with the temperature increase was explained. 
The mathematical model of NY66 was studied to correlate the processing conditions and the with resultant cord properties by R. D. Agee and W. T. Pigott in Monsanto Textiles, Alabama. The model that is obtained in that study, would predict values of cord properties independently given processing conditions as inputs. 
The objective of this study is to understand how cord treating conditions impact final PE cord properties and adhesion between rubber/PE cord interfaces. Heat treatment process was realized with three oven zones. 2. and 3. zone temperature and exposure time correlation with the mechanical and adhesion properties were driven with a mathematical model.
The nature of the model is not exact for all industrial treating configurations but it provides the user a relative estimate of how polyester may respond to changes in treating conditions and thus reduces waste by allowing the user to select only the most critical experiments for industrial trials.