Doğal poliamit fiberlerin mekanik özellikleri, konformasyon geçişleri ve sentetik poliamit fiberlerle karşılaştırılması
Mechanical properties and conformational transitions of natural polyamide fibres and comparison with synthetic polyamide fibres
Yazar: BAKİ AKSAKAL
Danışman: DOÇ. DR. VİLAYET ALEKBEROV ; PROF. DR. EKATERİNA S. TSOBKALLO
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Biyofizik = Biophysics ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Doğal poliamit fiberler özellikle tekstil endüstrisinde, mühendislikte ve tıpta önemli kullanımalanlarına sahiptir. Daha iyi özellikli fiberden yapılmış malzemeler üretmek ve onlarınperformanslarını arttırmak kullanım koşullarına bağlı olarak bu fiberlerin mekaniközelliklerinin nasıl değiştiğini belirlemeyi gerektirir. Yün ve ipeğin mekanik özelliklerinianlamaya yönelik birçok çalışma olmasına rağmen yine de bu fiberlerin tamamıylaincelenmediği görülmektedir.Bu tezde, ilk uzama, sıcaklık ve su gibi farklı etkilerden sonra alfa-keratin (yün ve saç) veipek fiberlerinin mekanik özellikleri incelenmiştir. Alfa-keratin fiberleri %16-%24 bölgesindeilk uzatıldıktan sonra alfa-beta konformasyon geçişlerinden dolayı ipek fiberlerinkine benzergerilim-uzama eğrileri göstermektedir. %32'den büyük ilk uzama değerleri sentetik poliamitfiberlerin gerilim-uzama eğrilerine benzerliğe yol açmaktadır. Bu fiberlerde gözlenen yenigeçişler naylon ve kapron fiberlerinin gerilim-uzama davranışlarıyla karşılaştırılarakyorumlanmıştır. Yüksek ilk uzama değerlerinin ipek fiberlerinin gerilim-uzama eğrilerindedaha yüksek gerilim değerlerine yol açtığı ve %8'den büyük değerler için 2. bir geçişin ortayaçıktığı gözlenmiştir.Su etkisinden sonra yün ve ipek fiberleri daha düşük kırılma gerilimleri ve daha yüksekelastik özellikleri göstermiştir. Burada, alfa-keratin fiberlerin gerilim-uzama eğrilerindekaynaklarda daha önce gözlenmemiş yeni bir geçiş ortaya çıkmıştır. Termal etkiden dolayı bufiberlerin mekanik özelliklerinde önemli derecede kötüleşme 150 °C'den daha büyüksıcaklıklarda ısıtmadan sonra görülmüştür. Fiberler artan ısıtma süresiyle daha kötü mekaniközellikler göstermişlerdir.Gerilim-relaksasyon ve sünme-iyileşme süreçleri detaylı olarak incelenmiştir. Yünfiberlerinin, 0-%10 aralığındaki ilk uzama değerleri için lineer olmayan viskoelastik ve%10'dan büyük uzama değerleri için lineer viskoelastik davranışa sahip olduğu görülmüştür.Yün fiberlerinin lineer olmayan viskoelastik bölgesinde uzun sürelerde relaksasyonmodülünün tahmini ve relaksasyon davranışı için matematik model önerilmiştir.Anahtar Kelimeler: alfa-keratini, yün, ipek, konformasyon geçişi, mikrofibril, gerilim,uzama, gerilim relaksasyonu, sünme.

Abstract:
Natural polyamide fibres have important application fields especially in textile industry,engineering and medicine. To produce fibrous materials with higher characteristics andimprove their performances requires determining how the mechanical properties of thesefibres change depending on usage conditions. Although there are a lot of researches tounderstand the mechanical characteristics of wool and silk fibres but still it is seen these fibreswere not investigated completely.In this thesis, the mechanical characteristics of alpha-keratin (wool and hair) and silk fibresafter different effects such as preliminary stretching, temperature, and water wereinvestigated. It was shown that after the alpha-keratin fibres were pre-extended in the regionof 16% to 24% they show similar stress-strain curves of silk fibres due to alpha-betaconformational transitions. Pre-extension more than 32% leads to similarity to the stressstraincurves of synthetic polyamide fibres. New transitions observed on these fibres wereinterpreted by comparing with stress-strain behaviour of naylon and kapron fibres. It was seenthat preliminary stretching effect on mechanical properties of silk fibres depends on extensionlevel either. It was observed higher pre-extension level leads to higher stress values and asecond transition appears for pre-extension more than 8% on the stress-strain curve.After water effect, wool and silk fibres show lower breaking stress and higher elasticproperties. Here, a new transition which has not been observed in the literature before appearson the stress-strain curves of alpha-keratin fibres. Important decrease on mechanicalproperties of these fibres due to thermal effects is seen after heating more than 150 °C. Withincreasing time of heating, the fibres show worse mechanical characteristics.The stress-relaxation and creep-recovery processes are investigated in detail. It was seen thatwool fibres have nonlinear viscoelastic in the preliminary extension region of 0 to 10% andlinear viscoelastic behaviour for extension more than 10%. Mathematical model forestimating of relaxation modulus and behaviour of wool fibres in the nonlinear region for longtime was proposed.Keywords: alpha-keratin, wool, silk, conformational transition, microfibril, stress, strain,stress relaxation, creep.