Poliester kord bezi yüzey işlemi üretim süreci ve modellemesi

Abstract

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.