Akrilik filament ipliğin tekstüre edilmesi

Abstract

Akrilik elyaf, en eski sentetik tekstil elyaflarından biridir. 2000 yılında dünya elyaf kullanımının yaklaşık %5'lik kısmını akrilik elyaf oluştururken bu oran 2020 yılında %1 mertebesine gerilemiştir. Üstelik birçok elyafın kullanım miktarı artmakta olmasına rağmen akrilik elyafta düşüş trendi devam etmektedir. Tüm bu akrilik elyaf tüketimi elyaf (kesikli lif) formundadır. Filament formunda akrilik ipliğin tarihçesinin 1950'li yıllara kadar dayanmasına ve birçok üreticinin akrilik filament iplik üretimine başlamış olmasına rağmen çeşitli nedenlerle ticari olarak yaygınlaşması yakın zamana kadar mümkün olmamıştır. Bu nedenle, akrilik filament ipliğin tekstüre edilmesi üzerine yaygın bir bilimsel literatür ya da ticari bilgi bulunmamaktadır. Aslında akrilik elyaf üretimi esnasında uygulanan "kıvırcıklandırma" işlemi, termomekanik tekstüre yöntemlerinin tüm temel aşamalarına sahiptir. Tüm dünyada kişi başına düşen elyaf tüketimi artarken filament iplik üretiminde de önemli artış yaşanmaktadır. Yıllık filament iplik üretimi çok daha hızlı bir artış göstermektedir ve 2013 yılından itibaren kesik elyaftan üretilen ipliklerin üretim miktarını da geçmiştir. Filament iplik, enerji ve iş gücü yoğun, detaylı ve uzun süren iplik eğirme proseslerini ortadan kaldırmasının yanı sıra final ürüne kazandırılan mükemmel fiziksel özellikler ile de hem düşük maliyetli hem de yüksek performanslı ürünler elde edilebilmesine olanak sağlamaktadır. Ancak filament ipliklerin en önemli dezavantajlarından biri düz ve bükümlü formda parlak ve suni bir görüntüye sahip olmasıdır. Bu haliyle birçok kullanım alanı için kabul görmeyen bir ürün halindedir. Tekstüre işlemi, filament ipliklerin daha doğal görünüm ve tutuma sahip hale getirilmesi için uygulanan bir prosestir. Tarih boyunca gerçek büküm-büküm açma, yalancı-büküm, bıçak sırtı, dişli çark, örme-sökme, yığma kutusu gibi termomekanik, hava-jeti gibi mekanik ve bunların yanı sıra bikomponent, kimyasal ile tekstüre gibi yöntemler çalışılmış olsa da günümüzde en yaygın olarak kullanılan iki yöntem yalancı-büküm ve hava-jeti ile tekstüre yöntemleridir. Polyester, poliamid, polipropilen gibi termoplastik liflerin tekstüre edilmesine yönelik yaygın literatür bulunmaktadır. Akrilik filament iplik ise fiziksel, kimyasal ve termal özellikler açısından bahsi geçen termoplastik liflere göre ayrıştığı için bu malzemenin tekstüre edilmesine yönelik özel araştırmaların gerçekleştirilmesi önem kazanmaktadır. Akrilik filament iplik, diğer sentetik ipliklere kıyasla ultraviyole ışınlarına, kimyasallara ve mikroorganizmalara karşı daha iyi bir dayanım gösterirken, yüksek ışık ve hava şartlarına karşı renk haslığı, rezilyans, boyutsal kararlılık gibi özellikleriyle de ön plana çıkmaktadır. Ayrıca akrilik kesik elyaftan üretilen ipliklere göre daha yüksek mukavemet ve kumaşa dönüştürüldükten sonra daha yüksek aşınma dayanımı ve boncuklanma özelliklerine sahip olacaktır. Akrilik filament iplik halihazırda kullanıldığı bükümlü haliyle kendisine tente, halı, dikiş ipliği gibi kullanım alanları bulabilse de tekstüre edilmemiş filament ipliklere özgü suni görüntüsü nedeniyle potansiyelinin altında bir kullanımı olduğu değerlendirilmektedir. Bu iplik için uygun tekstüre proses şartlarının belirlenerek sonraki tekstil proseslerinde işlenebilir ve kabul edilebilir fiziksel özelliklere sahip akrilik filament tekstüre iplikler elde edildiğinde çok daha yaygın bir şekilde kullanımı mümkün olacaktır. Bu çalışma kapsamında, gerçek büküm-büküm açma, yalancı-büküm, örme-sökme, sıcak hava-jeti, soğuk hava-jeti ile tekstüre yöntemleri incelenmiş, tüm yöntemlerle ilgili kritik noktalar belirlendiği gibi yalancı-büküm tekstüre ve hava-jeti ile tekstüre yöntemlerinde yürütülen deney tasarımı ve sonrasında gerçekleştirilen istatistiksel analiz ile optimum proses şartları belirlenmeye çalışılmıştır. Elde edilen sonuçlar, akrilik filament iplikten yeni ticari ürünler oluşturulmasına yardımcı olacağı gibi bu iplik için zayıf olan literatür bilgisinin genişletilmesinde ve potansiyel yeni çalışmalara temel oluşturulmasında yararlı olacaktır.

Acrylic fiber is known to be one of the firstly developed synthetic fibers. Since it has been started to be utilized in textile industry, it gained popularity due to its unique properties suitable for wide range of applications. In 2000, acrylic fiber had around 5% market share in the world fiber consumption. It drastically started to decrease since that time and reported market share of acrylic fiber in 2020 is slightly higher than 1%. It is worrisome to experience such a decline in acrylic fiber consumption while fiber consumption per capita and quantities of other synthetic fibers are individually increasing. On the other hand, history of acrylic filament yarn dates back to 1950's. A couple of acrylic fiber producers attempted to produce acrylic filament yarn but due to several reasons, such as high production cost, poor dyeability, market tendency to use cheaper substitute products etc., it could not be widely commercialized. For this reason, there is scarcity of literature about acrylic filament yarn. However crimping process of acrylic fiber production can be considered as a type of texturing in terms of fundamental process steps. As previously mentioned, fiber consumption per capita continually increases and this increase is mainly driven by filament yarns. Filament yarn production growth rate is by far higher than that of staple fibers. In 2013, production quantity of both filament yarn and staple fiber was equalized and since that time more filament yarn has been produced every year. Filament yarn eliminates time consuming, labour and energy intensive and hence costly production steps of spun yarns. On the other hand, due to excellent physical properties of filament yarns, products with low cost and high performance can be obtained. However one of the most important drawbacks of filament yarns is its shiny and artificial appearance in flat yarn and twisted yarn form. This appearance can not be accepted in a variety of applications. Texturing process is carried out to impart natural look and touch to flat filament yarns. Historically thermomechanical processes such as twist-de-twist, false-twist, edge crimping, gear crimping, knit-de-knit, stuffer box etc., mechanical processes such as air-jet texturing and other methods such as bicomponent and chemical processes were investigated to texturize filament yarns. Most widely used method is currently false-twist texturing method and is followed by air-jet texturing method. Texturing of thermoplastic fibers such as polyester, polyamide, polypropylene were detailly studied in the literature. Acrylic filament yarn is seperated from this group of fibers with its unique physical, chemical and thermal properties. For this reason, this work will be a valuable contribution to the literature about texturing of acrylic filament yarn. Acrylic filament yarn, with its better resistance to ultraviolet light, chemicals and microorganisms, is preferably used in some particular applications such as outdoor technical textiles. Besides this, it possesses excellent fastness to light and weathering, high resilience and high dimensional stability properties. Compared to acrylic spun yarn, acrylic filament yarn has higher tenacity and fabrics made of acrylic filament yarns show better abrasion resistance and resistane to pilling which are important parameters to ensure long life materials. Twisted acrylic filament yarn is currently used in awning, carpet and sewing thread applications but due to lack of textured acrylic filament yarn available in the market, it could not reach markets which it can be potentially used. After texturing process conditions are determined for acrylic filament yarn and a textured yarn with acceptable processability and physical properties is obtained, there may be a potential in a wide range of end uses. In this study, twist-de-twist, false-twist, knit-de-knit, hot air-jet, air-jet texturizing methods are investigated. Critical process parameters and key points to provide better processability are determined and optimum process conditions are suggested for false-twist and air-jet texturing methods which are the most commonly used texturing processes. Results obtained in this study may ease commercialization of acrylic filament yarns and would help to enlarge acrylic filament yarn literature and provide basic principles of texturing the same. It is reported that crystalline structure of acrylic filament yarn was disturbed by all studied texturing methods. False-twist textured yarns uniquely showed creep-like behaviour when exposed to tensile forces. This behaviour was related to torsional deformation of acrylic filament yarns during false-twist texturing process. It is found that twist level is the most important process parameter in twist-de-twist texturing process whereas steam/air temperature and duration exposed to heat have also significant effect on final yarn properties. On the other hand, heater temperature and texturing speed were studied in false-twist texturing method. Both parameters effect both physical and crimp properties of textured acrylic filament yarn. A strong relationship was found between number of crimps and air permeability of fabric knitted by false-twist textured yarn. It is recommended to intermingle textured filament yarns in order to enhance processability in subsequent textile processes such as weaving, knitting etc. but air pressure of intermingling should be precisely determined. It should also be noted that false-twist textured filament yarns are having residual boiling water shrinkage unless the yarns are fixed after texturing operation. It is important because bulky and crimpy yarn structure appears after heat treatment. In hot air-jet texturing process, air pressure is one of most dominant parameters but as acrylic filament yarn is brittle and having low extensibility it is necessary to set air pressure at a low level such as 1-2 bar to prevent filament breakages. Air-jet temperature is an another important parameter as it has an influence on yarn tenacity and crimp stability. Similar to false-twist textured yarn, hot air-jet textured yarn loses its crimp during winding onto bobbin. However when it is exposed to heat, crimpy and bulky structure emerges again. Knit-de-knit texturing is a discontinuous process and is more flexible for the selection of heating type consequently. In this study, effect of steam and hot air on textured yarn physical properties is investigated. It is found that knit-de-knit texturized filament yarns which are treated with steam have higher breaking elongation compared to yarns treated by hot air at the same temperature. Breaking elongation at the same level of steam application could only be obtained at elevated hot air temperatures. Air-jet texturing process is considered as one of the most promising processes to texturize acrylic filament yarn. Air pressure, overfeed ratio and texturing speed are investigated to determine effect of process parameters on yarn properties. All of the parameters have significant effect on yarn tenacity and breaking elongation. Overfeed ratio and texturing speed are definitely important parameters but air pressure is particularly important parameter because it should be precisely adjusted. Unlike the literature reported for texturing of thermoplastic filament yarns, low air pressure is applied to acrylic filament yarn in order to avoid filament breakages while processing. However, too low air pressure causes instability of the yarn and loops are removed when forces are applied longitudinal to yarn axis. Air-jet textured acrylic filament yarn is recommended to be twisted prior to weaving process as yarns start to fibrillate after a while due to friction of yarns to each other during shedding motion in weaving. In this study, different texturing methods, process parameters and textured yarn properties are examined and optimum process parameters considering properties appropriate to potential end uses are determined. As there is a scarcity of academic studies on acrylic filament yarn, new applications, yarn features or process parameters may be subject to further work.