Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi
Cilt: 8, No: 3, 2014 (10-19)
Electronic Journal of Textile Technologies
Vol: 8, No: 3, 2014 (10-19)
TEKNOLOJİK
ARAŞTIRMALAR
www.teknolojikarastirmalar.com
e-ISSN:1309-3991
Makale
(Article)
Bor Aplike Edilmiş Kumaşların Radyasyon Önleyici Özelliklerinin
İncelenmesi
Aydın DEMİRKURT*, Mehmet DAYIK**, Enes ÇAKMAK**
* Süleyman Demirel Üniversitesi Yalvaç Teknik Bilimler MYO Giyim Üretim Teknolojisi Bölümü Isparta/TÜRKİYE
**Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Tekstil Mühendisliği Bölümü, Isparta/TÜRKİYE
[email protected]
Özet
Bu tez çalışmasında radyasyon önleyicilik, radyasyon geçirgenlik ve elektromanyetik girişimin tarihsel gelişimi
ve teorik temelleri incelenerek elektromanyetik uyumluluk için kullanılan yöntemlerden biri olan ekranlama
konusu ile radyasyon önleyicilik ele alınmıştır. Bor karbür ve Tubicoat CRO kullanılarak kumaş bazlı kompozit
hazırlanmıştır.
Yansımalı oda mantığını minimize ederek bir test düzeneği kurulmuş ve ölçümlerde bu düzenek kullanılmıştır.
Kurulan bu düzenekte birbirinden izolesi kumaşla sağlanabilen iki oda simüle edilmeye çalışılmıştır. 1,9 ve 2,9
GHz frekansları arasında yapmış olduğumuz analizlerde bor karbür katkılı kompozit kumaşların 10 dB düzeyinin
üstünde elektromanyetik kalkanlama için güvenilir sonuçlar verdiğine, bu çalışmanın sonucuna ulaşılabilir.
Anahtar Kelimeler: Elektromanyetik Ekranlama, Yansıma Odası, Bor, Bor Karbür, Kompozit
Investigation of Electromagnetic Radiation Shielding of Wowen
Fabrics With Application of Boron I
Abstract
In this thesis; historical development and theoretical foundations of electromagnetic compatibility and
electromagnetic interference are investigated. The importance of the element boron in electromagnetic shielding
applications were described. We prepared fabric based composites using boron carbide-epoxy (Tubicoat CRO)
composite by hand lay-up.
A test system established by minimizing electromagnetic noise designing a set of chamber room used for the
measurements. In test set up, we used two chamber rooms which is isolated by boron doped composite fabric
under a wide frequency region. It can be concluded from this study that the analyzed data between 1,9 and 2,9
GHz frequencies gave reliable results for electromagnetic shielding which is above 10 dB treshold, which means
boron doped composites are effective as shielding structures.
Keywords: Electromagnetic Shielding, Chamber Room, Boron, Boron Carbide, Composite .
Bu makaleye atıf yapmak için
Demirkurt A., Dayık M., Cakmak E., “Bor Aplike Edilmiş Kumaşların Radyasyon Önleyici Özelliklerinin İncelenmesi” Tekstil Teknolojileri Elektronik Dergisi 2014, 8(3)
10-19
How to cite this article
Demirkurt A., Dayık M., Cakmak E., “Investigation of Electromagnetic Radiation Shielding of Wowen Fabrics With Application of Boron” Electronic Journal of
Textile Technologies, 2014, 8(3) 10-19
10
Demirkurt A., Dayık M., Cakmak E.,
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2014 (3) 10-19
1. GİRİŞ
Değişen yaşam koşulları ile birlikte insanların tekstil sanayinden beklentilerinde de farklılıklar
belirmektedir. Statik elektriklenmeyi önleyici, elektromanyetik radyasyona karşı koruyucu özellikte
kumaşlara olan talep giderek artmaktadır. Ayrıca farklı amaçlarla çeşitli elektronik devreleri ve optik
kabloları yapısında ihtiva eden kumaşların kullanımının da giderek yaygınlaştığı görülmektedir
(Zıraplı M., 2013).
Bu çalışmada elektromanyetik ekranlama ve radyasyon önleme amaçlı farklı bir yöntem izlenmiş ve
radyasyon soğurma özelliği ile bilinen bor karbür kullanılmıştır. Bor karbür ayrıca yapısında bulunan
karbon atomları sayesinde iletken özelliğe de sahip olabilmektedir. Yapısındaki karbon miktarına
bağlı olarak bu özelliği farklılık gösterebilmektedir.
2. MATERYAL
Nano boyutlara inildikçe malzemeler farklı özellikler göstermeye başlarlar veya var olan
özelliklerinde artmalar meydana gelir. Örneğin malzemelerin renk değiştirmesi, erime sıcaklıklarının
düşmesi, elektriksel iletkenliklerin artması/azalması vb. bu çalışmada radyasyon soğurma özelliği ile
bilinen mikro boyutta üretilmiş bor karbür kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan bor karbür yaklaşık 3
mikron büyüklüğündedir.
Çalışmada kullanılan dokuma kumaşın özellikleri; %100 pamuklu, sıklık 48*33, desen bez ayağı,
yoğunluk 133*72, genişlik 165cm, gramaj 136 gr/m² ve 40/1 PDOK atkı ipliğinden üretilmiştir.
Çalışmada kullanılan örme kumaşın özellikleri; %100 pamuklu, fein 28, süprem(yuvarlak örme
makinası), gramaj 140 - 145 gr/m² ve 30/1 PTR iplikten üretilmiştir.
Çalışmada kullanılan CHT kimyasalı bor ile tepkimeye girmeyen beyaz tutkalımsı bir maddedir.
Maddenin adı “Tübicoat CRO” dur.
Çalışmada kullanılan bor karbür yaklaşık 3 mikron büyüklüğündedir. Ayrıca çalışmada emdirme
yönteminde bor karbürü çözücü madde olarak saf su kullanılmıştır.
Yürütülen çalışmada, ölçümlerin yapılabilmesi için birbirinin aynı iki hücre imal edilmiştir. Bu
hücrelerin dış boyutları 75cm*40cm*40cm, iç boyutları ise 71cm*36cm*36cm olarak tasalanmıştır.
Tasarım için; MIL-STD-285, MIL-G-83528 ve ASTM ES7-83 standartlarından, çift TEM
metodundan ve Ra Mayes Corp.'nın ölçüm ürünlerinden yararlanılmıştır. Üç katmandan oluşan
hücrelerin en iç katmanında 1.5mm kalınlığında kurşun kullanılmıştır. Süreksizliklerin
giderilebilmesi için eklerin bu katmanda mümkün olduğunca az ve yapılanlarında kurşun kaynağıyla
yapılması sağlanmıştır. Orta katmanda izolasyon için 2cm kalınlığında yoğun strafor köpük
kullanılmıştır. En dış katmanda ise 0.8mm kalınlığında galvanizli saç kullanılmıştır.
3. METOT
Ekranlama etkinliği değerlerinin hesaplanmasında; "yayılan ölçümler", "transfer edilen ölçümler"
veya diğer metotlar kullanılabilir. Bahsedilen metotların her birisinde ekranlama etkinliği değerlerini
ölçmek mümkünse de, aynı örnek için farklı metotlarla hesaplanan ekranlama etkinliği değerlerinin
birbiriyle ilişkili olmasını beklemek zordur. Buna örnek olarak; koaksiyel iletim hattı içine
yerleştirilerek ölçümü yapılmak istenen örnek bir materyalin, farklı bir yöntemdeki düzlem dalga
yayan antenden oluşan aynı elektromanyetik alan empedansına ihtiyacı yoktur. Bu farklılık
ölçümlerin sonuçlarının değişim göstermesini tabileştirir.
11
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2014 8(3) 10-19
Bor Aplike Edilmiş Kumaşların Radyasyon Önleyici
Bu çalışmada özel olarak hazırlanan düzenekle elekromanyetik dalgaların dB değişimleri incelenmiş
ekranlı ve ekransız ölçümlerin dB değerleri oranlanarak hesaplanmıştır.
1.Yüzey gerilim testi
3/3cm boyutunda hazırlanan kumaşlar lamel üzerine düzgün bir şekilde sabitlenir ve makinaya
yerleştirilir. Makinaya bağlı bulunan bilgisayar ile kumaş üzerine 10mm yükseklikten 1mm çaplı
uçtan 30mikrogram saf suyun kumaş üzerindeki görüntüsü incelendi. Görüntü bilgisayara cihaz
üzerinde bulunan kamera ile aktarıldı. Bu sayede su damlasının kumaşa ilk temas ettiği andaki açı,
sonraki açılar ve kumaşın suyu emme süresi belirlendi. Analizler SCA20 programı ile değerlerin
ortalaması alınarak yapıldı ve sonuçlar kısmında değerleri paylaşıldı.
2.Emdirme İşlemi
İlk olarak, %95 saf su %5 bor karbür kullanılarak hazırlanan flotte karıştırıcı yardımı ile 15dk
karıştırılarak hazır hale getirilir.Daha sonra, %90 saf su %10 bor karbür kullanılarak hazırlanan flotte
karıştırıcı yardımı ile 15dk karıştırılarak hazır hale getirilir.Son olarak, %85 saf su %15 bor karbür
kullanılarak hazırlanan flotte karıştırıcı yardımı ile 15dk karıştırılarak hazır hale getirilir.
Hazırlanan flotteler ayrı ayrı fulard makinasında bulunan silindirlerin üzerine düzgün bir şekilde
boşaltıldı. 70/40cm boyutunda kesilen kumaşlar flotte içerisinden silindirler yardımıyla iki defa
çekilerek işlem tamamlandı. Bu işlem dokuma ve örme kumaşlarda aynı şekilde tekrarlandı.
Bu işlemlerden sonra kumaşlar normal koşullarda 2 saat kurutulmaya bırakıldı ve kumaş işlem hazır
hale geldi.
3.Baskı İşlemi
%95 TUBİCOAT CRO %5 bor karbür kullanılarak hazırlanan flotte 45 dakika istenilen kıvama
gelinceye kadar karıştırıldı. %90 TUBİCOAT CRO %10 bor karbür kullanılarak hazırlanan flotte 45
dakika istenilen kıvama gelinceye kadar karıştırıldı. %85 TUBİCOAT CRO %15 bor karbür
kullanılarak hazırlanan flotte 45 dakika istenilen kıvama gelinceye kadar karıştırıldı.
80/50cm boyutunda hazırlanan kumaşlar düz bir zemin üzerine ayrı ayrı sırayla yerleştirildi. 70/40cm
boyutundaki şablon, kumaş üzerine sabitlendi. Hazırlanan baskı patı şablon üzerine döküldü ve rakle
yardımıyla kumaşa aktarıldı.Baskı işlemi tamamlanan kumaşlar normal şartlar altında 2 saat
kurutuldu ve işleme hazır hale geldi.
4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Ham Kumaş ve İşlem Görmüş Kumaş Üzerine Bor Karbür Aplikesi ve Yüzey Gerilim Testleri:
İşlem görmeden önce ham kumaşa yapılan yüzey gerilim testlerinden bir görüntü aşağıdaki şekildeki
gibidir.
a
b
c
Şekil 4.1. Ham dokuma kumaştaki anlık suyun görüntüleri
Şekil a, Ham Dokuma Kumaşa Su Damlatıldığı Andaki Görüntü
Şekil b, Ham Dokuma Kumaşa Su Damlatıldıktan 1 dk. Sonraki Görüntü
Şekil c, Ham Dokuma Kumaşa Su Damlatıldıktan 2 dk. Sonraki Görüntü
12
Demirkurt A., Dayık M., Cakmak E.,
Left
Right
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2014 (3) 10-19
Dokuma
Dokuma
Dokuma
1
2
3
60,3
68,4
72,1
62
69,9
74,7
Çizelge 4.1. Ham dokuma kumaş yüzey gerilimi açıları
Ham örme kumaşa damlatılan su 0.8/1sn arasında tamamen emildiği için görüntüler milisaniye
aralıklarla alınmıştır.
Şekil a
Şekil b
Şekil c
Şekil 4.2. Ham örme kumaştaki anlık suyun görüntüleri
Örme
Örme
Örme
1
2
3
Left
40,6
52,6
53,6
Right
42,2
51
51,6
Çizelge 4.2. Ham örme kumaş yüzey gerilimi açıları
Emdirme işlemi gördükten sonra yapılan yüzey gerilim testlerinden bir görüntü aşağıdaki şekildeki
gibidir.
%95 Saf su %5 Bor karbür – Dokuma
%95 Saf su %5 Bor karbür – Örme
%90 Saf su %10 Bor karbür – Dokuma
%90 Saf su %10 Bor karbür – Örme
13
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2014 8(3) 10-19
Bor Aplike Edilmiş Kumaşların Radyasyon Önleyici
%85 Saf su %15 Bor karbür – Dokuma
%85 Saf su %15 Bor karbür – Örme
Şekil 4.3. Emdirme işlemi görmüş dokuma ve örme kumaşın farklı karışım oranlarına göre
suyun görüntüleri
Dok.%5
51,6
47,6
8.5/10sn
Dok.%10
49,3
48,4
11/12sn
Dok.%15
45,6
48,5
13.5/14.5sn
Left
Right
Suyu emiş
suresi
Çizelge 4.3. Emdirme işlemi görmüş dokuma kumaşın yüzey gerilimi açıları ve suyu emiş
süreleri
Örme%5
Örme%10
Örme%15
Left
58,5
63,1
63.8
Right
55,5
62,9
63,2
Suyu
0.5/0.8sn
1/1.4sn
1.5/2sn
emiş
süresi
Çizelge 4.4. Emdirme işlemi görmüş örme kumaşın yüzey gerilimi açıları ve suyu emiş
süreleri
Baskı işlemi gördükten sonra yapılan yüzey gerilim testlerinden bir görüntü aşağıdaki şekildeki
gibidir.
%95 Saf su %5 Bor karbür – Dokuma
%95 Saf su %5 Bor karbür – Örme
%90 Saf su %10 Bor karbür – Dokuma
%90 Saf su %10 Bor karbür – Örme
14
Demirkurt A., Dayık M., Cakmak E.,
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2014 (3) 10-19
%85 Saf su %15 Bor karbür – Dokuma
%85 Saf su %15 Bor karbür – Örme
Şekil 4.4. Baskı işlemi görmüş dokuma ve örme kumaşın farklı karışım oranlarına göre suyun
görüntüleri
Dok%5
23,2
23,1
24/26sn
Dok%10
20,7
22.7
27/29sn
Dok%15
17,7
18,2
31/33sn
Left
Right
Suyu
emiş
süresi
Çizelge 4.5. Baskı işlemi görmüş dokuma kumaşın yüzey gerilimi açıları ve suyu emiş süreleri
Örme%5
Örme%10
Örme%15
Left
30,2
25,8
21,2
Right
30.3
25,7
21,6
Suyu
15/17sn
18/22sn
23/25sn
emiş
suresi
Çizelge 4.6. Baskı işlemi görmüş örme kumaşın yüzey gerilimi açıları ve suyu emiş süreleri
Yapılan çalışmada kullanılan bor karbür aplike edilmiş kumaşın ekranlama ölçümlerine ait 800-1000
MHz, 1.7-1.9 GHz ve 1.9-2.9 GHz aralığındaki güç grafikleri, şekil ve yoğunluklu olarak etkili
oldukları frekans aralığındaki ekranlama etkinliği değerleri çizelge olarak verilmiştir. Ekran yokken
ve ekran varken çeşitli frekanslarda ölçümler yapılmış, ölçümlerin güvenilirliği açısından çok sayıda
deneme değeri alınmıştır. Ölçümlerde Rohde Schwarz FSH-6 Spectrum Analyzer kullanılmıştır.
Bor karbürün ekranlama etkinliği ölçümlerinde tüm durumlarda en çok farklılık görülen frekanslara
ait değerler ve borlu kumaş ekranlı durum ile sade kumaş ekranlı durumun karşılaştırmalı grafik
gösterimi aşağıdaki şekillerde ve grafiklerde belirtilmiştir.
Frekans
SE=10Log[Boş
Ekranlı(P2/P1)/Sade
Kumaş Ekranlı (P2/P1)]
SE=10Log[Boş
Ekranlı(P2/P1)/Borlu
Ekranlı (P2/P1)]
811
821
830
831
838
863
866
0,079562619
0,792284528
0,247076469
1,535994345
0,816158481
1,828389985
1,665561356
4,725905895
4,370311457
4,085150348
4,844466083
4,199593743
4,81027431
4,506045044
15
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2014 8(3) 10-19
867
872
889
926
984
Bor Aplike Edilmiş Kumaşların Radyasyon Önleyici
0,653415977
4,01859266
0,889606199
5,167694607
0,070726156
3,792324082
3,048786515
4,555274307
0,480493454
4,998957777
Çizelge 4.7. 800 ile 1000 MHz frekans aralığındaki ölçüm değerleri
Yapılan çalışmada ulaşılan sonuçta, 800 MHz’dan 1000 MHz’a kadar frekans arttıkça kaplama
yapılmayan yüzeyden geçen elektromantetik dalga da artmaktadır. Ancak bor karbür aplike edilmiş
yüzeyde ise frekansın 811 MHz’dan 984 MHz’a çıkması elektromantetik dalga geçirgenliğini
4,73’ten 4,99’a kadar artırabilmektedir. Yani belli bir miktara kadar geçiyor o noktadan sonra
herhangi bir farklılık gözlenmiyor.
Şekil 4.5. 800-1000 MHz için dB değerlerinin karşılaştırılması
Frekans
(GHz)
SE=10Log[Boş
Ekranlı(P2/P1)/Sade Kumaş
Ekranlı (P2/P1)]
SE=10Log[Boş
Ekranlı(P2/P1)/Borlu
Ekranlı (P2/P1)]
1,7013
3,604605219
9,937800043
1,7313
1,7320
1,7440
1,8053
1,8060
1,8067
1,8160
1,8167
1,8173
1,8640
1,8800
1,8807
1,8980
1,931206455
4,196872182
2,482925592
5,722962109
1,369238399
3,952947901
3,618333604
11,43841409
2,436107839
6,308907469
1,450954152
4,334931154
1,765260087
5,79136288
3,443430197
5,834959543
2,510968013
4,933846995
3,1435761
3,803761531
2,043324465
3,841312193
1,732015693
3,931950536
0,6008795
3,823845968
Çizelge 4.8. 1,7 ile 1,9 GHz frekans aralığındaki ölçüm değerleri
16
Demirkurt A., Dayık M., Cakmak E.,
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2014 (3) 10-19
Yapılan çalışmada ulaşılan sonuçta, 1,7 GHz’dan 1,9 GHz’a kadar frekans arttıkça kaplama
yapılmayan yüzeyden geçen elektromantetik dalga da artmaktadır. Ancak bor karbür aplike edilmiş
yüzeyde ise frekansın 1,70 GHz’dan 1,89 GHz’a çıkması elektromantetik dalga geçirgenliğini
9,93’ten 3,82’ye kadar azaltabilmektedir. 1,86 GHz’dan sonra pek fazla elektromantetik dalga
geçirgenliği değişmemektedir. Yani 1,86 GHz’a kadar geçiyor o noktadan sonra herhangi bir
farklılık gözlenmiyor.
Şekil 4.6. 1,7 ile 1,9 GHz için dB değerlerinin karşılaştırılması
Frekans
GHz
SE=10Log[Boş
Ekranlı(P2/P1)/Sade
Kumaş Ekranlı (P2/P1)]
SE=10Log[Boş
Ekranlı(P2/P1)/Borlu
Ekranlı (P2/P1)]
1,920
2,010
2,053
2,073
2,080
2,093
2,113
2,117
2,217
2,297
2,303
2,307
2,357
2,387
2,397
2,400
0,676394226
4,610670147
4,374376575
1,148946921
2,433558528
1,492742183
0,424081335
2,27806778
4,759460341
1,485800478
2,37735311
7,096696252
4,588725402
2,090538394
2,664581228
1,490365123
5,266600985
20,01097195
11,75752582
2,661807991
2,796697549
2,048336962
2,689109734
2,592666542
6,825263528
2,518271445
2,914964911
12,55456446
7,129372218
4,382679061
2,814611627
2,493381212
17
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2014 8(3) 10-19
2,460
2,537
2,543
2,663
2,873
Bor Aplike Edilmiş Kumaşların Radyasyon Önleyici
0,794885514
6,973416394
2,080186124
3,278861835
3,777648318
8,28307326
1,002723263
2,02137972
1,026028789
2,053814535
Çizelge 4.9. 1,9 ile 2,9 GHz frekans aralığındaki ölçüm değerleri
Yapılan çalışmada 2 GHz’da bor karbürlü kumaşta en fazla ekranlama etkinliği oluşurken daha sonra
2,073 GHz’da ani bir azalma olup ve sonlara doğru ortalama bir değer alıyor. Ancak normal 1.9
GHz’dan 2.9 GHz’a kadar ekranlama etkinliği sürekli olarak ortalama sayılabilecek bir değer olan
2,51 ile 3,27 arasındadır.
Şekil 4.7. 1,9 ile 2,9 GHz için dB değerlerinin karşılaştırılması
Yapılan ölçümler sonucunda en fazla ekranlama etkinliği gösteren frekanslar yukarıda verilmiştir.
Diğer frekans değerlerinde de ekranlama gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlarda bor karbür aplike
edilmiş kumaş ekranlama etkinliği göstermiş fakat yeterli seviyede ekranlama sağlanamamıştır.
Bölüm 2.2.1’deki Çizelge 2.3. incelenecek olursa 10 dB’nin altındaki değerlerde ekranlama etkinliği
gösterilmediği belirtilmiştir.
Bor karbürün kimyasal bileşiğindeki karbon miktarı arttırılarak ve nano boyutlarda bor karbür
kullanılarak yapılacak olan çalışmalarda daha olumlu ekranlama etkinlikleri elde edilmesi
beklenmektedir.
5. TEŞEKKÜR
Bu araştırma da beni yönlendiren, bilgi ve tecrübesini esirgemeyen, Süleyman Demirel Üniversitesi,
Tekstil Mühendisliği Bölümü öğretim üyelerinden, değerli hocam Doç. Dr. Mehmet DAYIK ve Arş.
Gör.
Enes
ÇAKMAK’
a
teşekkürlerimi
sunarım.
18
Demirkurt A., Dayık M., Cakmak E.,
Teknolojik Araştırmalar: TTED 2014 (3) 10-19
6. KAYNAKLAR
1. Akkaya M., 2012, Bor Lifinin Tekstil Terbiyesi Alanında Kullanım Olanaklarının
Araştırılması, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi,
Isparta
2. Kılıç G, Saraçoğlu G, Ö,. 2009, Elektromanyetik Radyasyona Karşı Koruyucu Tekstillerin
Ekranlama Etkinliği (SE) Ölçüm Yöntemleri, Tekstil Ve Mühendis, Yıl:15 Sayı:72
3. Morgan, D., 2007. A handbook for EMC Testing and Measurement, The Institution of
Engineering and Technology Press, 290p, United Kingdom.
4. Zıraplı M., 2013, Bor Aplike Edilmiş Dokuma Kumaşların Radyasyon Önleyici
Özelliklerinin İncelenmesi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek
Lisans Tezi, Isparta
5. Tong, X.C., 2009, Advanced Materials and Design for Electromagnetic Interference
Shielding, CRC Press, 324p, New York
19
Download

İndir - Teknolojik Araştırmalar