Make your own free website on Tripod.com

Naylon Tırmanma İplerinin Performansı

(24 faktoriyel deneyin sonuçları)

Scott Cutler ve Jared Lebaron
 Dr. Chris Rotz’e sunulmuştur,
Brigham Young University
Aralık 9, 1992

 

Giriş

 

Naylon tırmanma ipleri sıklıkta çok uygunsuz koşullarda kullanılır. Tırmanış sırasında kullanıldıklarında iplerin içinde bulunabileceği bazı zor koşullar; kaya veya kullanılan malzeme ile aşınma, kir içinde kalma, tekraren düşmeler yaşama ve nem olarak sıralanabilir. Bu koşulların oluşturacağı herhangi bir kombinasyondan ipin durumunun muhtemelen etkilenebilme olasılığından , hangi kombinasyonların ipin gerilim gücünü en fazla etkileyeceğini anlamak akıllıca olabilir. İpler tırmanıcılar için onları yaşama bağlayan araçlardır ve bu yüzden bu koşulları anlamak yaşamla ölüm arasındaki farkı anlamak olabilir.

 

Bu çalışmanın amacı naylon tırmanma ipinin gerçek kullanımı simule eden belirli koşullardaki durumunu daha iyi anlayabilmektir. Bunlar; yıpranma, kir, fatique ve su’dur. Deney faktörleri örneklenen iplere bir tırmanma atmosferinde olabilecek en kötü kpşullarda uygulanmıştır. Örneğin, örneklere uygulanan yıpratma “gerçek” tırmanma ipi üzerinde görülebileceğinizin çok üzerinde bir yıpranmadır. Bir tırmanıcının aşınmış veya zarar görmüş bir ipi ne zaman değiştireceğini bildiği varsayımı ile bu koşulları normal bir tırmanma kullanımında tekrarlamanın zor olacağını söyleyebiliriz. Maliyeti azaltmak ve zaman kazanmak amacı ile, 11mm tırmanma ipleri yerine 5mm ip örnekleri kullanılmıştır. Deneyde kullanılan 5mm örnekler hiç bir zaman tırmanma için tek ip olarak kullanılamaz. Ancak 5mm ve 11mm ipler temelde aynı şekilde üretildiklerinden deneyin sonuçlarını karşılaştırılabilir koşullarda 11mm ipin durumuna uyarlayabiliriz. İpin markası ve tipi; Edelrid 5mm erişim ipi, pembe/beyaz’dır.

 

Burada bahsedilen faktörlerin: yıpranma, kir, fatique ve su olduğuna DİKKAT ediniz. Aynı zamanda deneyde maliyet kontolüne- 11mm yerine 5mm ip kullanıldığına DİKKAT ediniz..

Soru: : Yıpranma, kir, fatique ve su’yu ölçmekte ne yöntemler kullanılacaktır?

 

Naylon 6 Kullanımının arkayüzü

 

Naylondan üretilen ipler ve bantlar çok değişik amaçlarla kullanılmaktadır. Bunlar arasına tırmanma ipleri, sıkıştırma hatları ve emniyet araçları gelmektedir. Bu uygulamaların çoğunda ipin gücüne zarar verebilecek ve etkileyebilecek pek çok faktöre maruz kalmaktadırlar.  Bu etkiler içinde su emilimi, fatique, yıpranma ve aşınma, kir gibi aşındırıcı faktörler, güneş ışını zararı ve yaşlanmayı içerir. Bu yüzden iplerin güvenli tırmanma ve emniyet hatları oluşturabilmek amacı ile bu etkilere dayanabilmeleri önemlidir.

 

Günümüzde Naylon 6, taşıdığı iyi mekanik özellikler nedeni ile benzeri pek çok uygulamada kullanılmaktadır. Takibeden bir kaç paragraf  bu malzemenin özellikleri ile kullanımının arkayüzü üzerinde bilgiler verecektir. Naylon 6’nın üstün fiziksel, termal, ve kimyasal özellikleri ve artı fatique, yıpranma, güneş, ve mikroorganizmalara karşı dayanıklılığı vardır. Tüm organik lifler, insan yapısı olsun veya olmasınlar, ultraviole’ye maruz kaldıklarında değişik derecelerde bozuluma uğrarlar. Buna karşın ağır endüstriyel lif ürünleri daha az düzeyde bir bozulum yaşarlar. Şunu belirtmek gerekir ki, gücün ve esnemenin kritik olduğu son kullanım için bu fiberlerin güneş ışığına maruz kalmamasını sağlayacak önlemlerin alınması gerekmektedir.

 

Az da olsa, naylonun tırmanma ve emniyet uygulamalarında bir takım zayıflıkları vardır.  Naylon 6’nın güç-gerilim özellikleri hafif bir nemden belirgin bir şekilde etkilenmez,ancak artan nem ve su emilimi ile dayanıklılığından az bir kayba uğrar. Nem içeriğinin naylon 6’nın hidrojen bağlarındaki mekanik özellikleri etkilediği bilinmektedir. Bu polariteye ve naylon 6 yapısındaki amid grupların hidrojen bağlanmasına bağlıdır. Su emilimi boyutsal değişiklikler ve güç kaybı ile sonuçlanır.

 

Isı pek çok malzemenin gücünün etkileyen bir başka etkidir ve naylon da bir istisna değildir. Naylonun gerilme gücü artan ısıyla belirgin olarak düşer. Naylon 6’nın, 245 derece Celcius’u geçen ısılarda gücü sıfırdır.

 

İp Örnekleri Hazırlanması

 

Deneyin 32 ayağını tamamlamak için 96 feet ip alınmıştır. Bu her bir örnek için 3 feet’e olanak vermiştir. Bu deney olabilecek en kötü ip koşullarını simule edebilecek şekilde tasarlanmıştır. Bu yüzden, ipler önce aşındırılmış, ipe kir uygulanmış, fatique ‘lenmiş, ve sonra suda ıslatılmıştır. Bu koşulların her biri ve nasıl uygulandıkları detaylı olarak tartışılacaktır.

 

Soru: “32 adım” olması  konusundan nasıl  karar verdiler?

Cevap:  24 faktoriyel bir deney olarak “2” her bir faktörün 2 düzeyini ve “4” deney için 4 faktör olduğunu göstermektedir.  24= 16 adım, her biri bir parça için iki kez, eşittir 32 toplam uygulama.

 

İpin Aşındırılması

Örneklerin yarısı aşındırma gerektirdiğinden (Tablo 1’e bakınız), 96 feet ipin yarısı ayrılarak tamamen aşındırılmıştır. Aşındırma iplere bir yere sabitlenmiş ağaç törpüsü içinden ipin tümünün eşit aşınmaya ulaşıncaya kadar geçirilmesi ile uygulanmıştır. Sonunda, ip oldukça zedelenmişti. Bu durum tırmanma ipinin çok keskin ve pürüzlü kaya veya malzeme üzerinde kullanılması durumunu simule etmektedir. Her şekilde, ip normal bir tırmanma ipinin dayanabileceği noktadan daha fazla aşındırılmıştır. Ve tekrar, buradaki düşünce olabilecek en kötü durumu simule edebilmektir.

İpin “Kirletilmesi”

Örneklerin yarısı kirletilmeyi gerektirdiğinden aşındırılmış iplerin yarısı ve aşındırılmamış iplerin yarısı alınmış ve bu oldukça zalim uygulamaya alınmıştır. RockCanyon toprağı iplerin hazırlanmasında kullanılmıştır. İpin iki 24 feet uzunluğu birleştirilmiş ve birlikte küçük taşlar, kum ve bayağı toprak içeren kirin içine yatırılmıştır. Bu işlem basitçe örnekler üzerinde sertt botlarla 15 dakika zıplamak şeklinde uygulanmıştır. Sonuçta, her iki örnek de eşit olarak kirli (hatta rezalet durumda) idi. Bu bir tırmanma ipinin maruz kalabilececeği aşırı kötü kullanımı simule etmektedir, ancak gerçekte genellikle tırmanıcıların çoğu iplerinin üzerine basmaktan kaçındıklarından böyle olamayacaktır.

İpe fatique uygulanması

UIAA’nın tek tırmanma ipleri için standart bir testi vardır (tek tırmanma ipi olarak kullanılan ipler, genellikle 9.8 den 11mm üzerindeki iplere kadar.) Tek bir ip 2.8 metre ip üzerinde 5 metreden 80 kglık 5 düşüşü tutmalıdır. Kurgulanan sistemin katılığından… vb nedenlerden dolayı bu çok ciddi bir düşüş oldu. Bazı ipler sadece minumum 5 düşüşü tutabildiler. 5mm örneklerle ipleri fatique’lemeyi düşünmüştük , kopma noktasına kadar ulaştırmayı değil. Bu yüzden 25 poundluk bir yük 6 feetden düşürüldü ve 6 kez tekrarlandı (Şekil 1’e bakınız). Kurulan sistem katı bir sistemdi. Düğüümlerde ve taşıma araçlarında herhangi bir gevşeklik yoktu. Bu 38¢F lık serin bir günde yapıldı. UIAA testi ipe K olarak 3920 jul uygulamaktadır. 25 poundluk bir yükün 5mm ipte  6 feetden düşürülmesi ipe 203 jul uygular. 11mm nin 5mm ile karşılaştırıldığında alanları oranı 4.84 dür. Ve enerji oranı 19,31 dir. Fark büyük gibi görünmektedir, ancak ipler test edildiğinde düşüşü tutamayacaklarmış gibi görünmüştür. Buna karşın örnekler düşünüldüğünden dha dayanıklı çıkmışlardır. İlginç bir şekilde, bazı tırmanıcılar kirli ve aşınmış bir ipi sorgulamadan kullanırlar ancak bir kaç sağlam düşüşe maruz kaldığını bildikleri ipleri kullanmakta çekingendirler. Bu yüzden 5mm iplere uygulanan fatique gerçek kullanımı simule etmeye yetecek miktarda olmalıdır. Daha önceki örneklerde, yarı oranda fatiqueli ip alınmıştır.

 

Şekil 1. İpe fatigue uygulamakta kullanılan ağırlık

 

İpi Islatma

Örneklerin hazırlanmasındaki son aşama ıslatmadır. İpin 46 feeti (daha önceki adımlarıda kullanılanların yarısı) su içinde 8 saat bekletilerek liflerin tamamen ıslanması ve kısmen doygunluğa ulaşmasına olanak sağlanmıştır.

 

Faktör

Yüksek Düzey

Düşük Düzey

Aşındırma

Eğe üzerinde aşındırılmış

aşınmasız

Kir

Toprakta çiğnenmiş

kirsiz

Fatigue

Ağır testler uygulanmış

ağırlıksız

Su

H20'da 8 saat bekletilmiş

susuz

 

Bu iki düzeyden her biri, her dört faktör için faktörler arası ilişkiler kurmak amacıyla kullanılmıştır. Aşağıda Tablo 1’de görülebileceği gibi, 32 adımdan her biri değişik bir faktör kombinasyonuna sahiptir.

 

Deneysel Prosedür

Tam bir 24 faktoriyel deney, mümkün olan tüm kombinasyonlardaki 4 faktör setini içeren 16 adımdan oluşur. Sonuçların kesinliğini sağlayabilmek için iki tekrar yapılmıştır. Birinci adım  ipleri çekmeden önce ıslatılmış iplerdeki  (ıslak ipler aşırı sudan arındırılmak için kabaca kurutulmuştur) absorbe edilmiş su yüzdesini hesaplayabilmek için ölçme ve tartma idi. Islatılması gereken ipler hala ıslak iken örneklerin tümü kopma noktasına kadar çekilmiştir. Deneyin 32 adımı da deneysel hata etkisini minimize etmek için randomize edilmiştir. Düğümlerden kaynaklanan görünmez bir değişken olasılığı yaratmamak amacı ile iplerin sonları birbirinin tamamen aynı şekilde düğümlenmiştir (Şekil 2’ye bakınız). Bağlanmış örneklerin uzunluğu loop (düğüm halkaları)ların merkezinden itibaren 12 inch idi.

 

Örnekler bir instron makinası ile, makina bağlantı halkalarının iplerin her bir ucundaki düğüm halkalarına geçirilmesi ile çekilmiştir. Bunu gerçekleştirebilmek için makina üzerindeki mengeler çıkarılmıştır. Bağlantı halkaları eşit çapta idiler, böylece eşit olmayan stress konsantrasyonları riski ortadan kaldırılmıştır (iperin düğümler arasındaki orta noktadan koptuğunu görmekten memnun olduk). Makina ayarları şöyle idi: Yük range’ı 5%, hız 20 in/dakika.

 

Örnekler halkalara yerleştirildiklerinde piston başlığı ip gergin hale gelene ve ölçü uzunluğu resetlenene… vs. kadar yavaş yavaş sıkıştırılmıştır. Daha sonra her bir örnek kopma noktasına kadar çekilmiş ve makina okumaları yapılmıştır. Maalesef veri alma birimi çekme/gerilme kayıtlarını kaydetmek için kullanılmamıştır. Her şekilde, deneyin en önemli sonucu gerilme gücüdür.

Şekil 2. Düğümleri bağlama yöntemi

 

Sonuçlar

Aşağıdaki Tablo 1 deneyin rastlantısal sırasını ve her bir deneysel duruma pound olarak verilen tepkiyi içermektedir

 

Rastlantısal Sıra

A (A)

D (B)

F (C)

S (D)

Tepki Lbs.

A

 

Kir

 

Islaklık

515

B

 

 

 

 

837

C

Abrasion

Kir

 

 

655

D

Abrasion

 

Fatigue

 

695

E

 

 

Fatigue

Islaklık

621

F

Aşınma

Kir

Fatigue

Islaklık

524

G

Aşınma

Kir

Fatigue

 

624

H

 

Kir

Fatigue

 

699

I

Aşınma

 

Fatigue

 

769

J

Aşınma

 

 

Islaklık

637

K

 

 

Fatigue

 

857

L

 

 

 

Islaklık

664

M

 

Kir

 

 

722

N

Aşınma

 

 

Islaklık

609

O

 

Kir

Fatigue

Islaklık

417

 P

Aşınma

Kir

 

Islaklık

486

Q

 

Kir

 

Islaklık

520

R

 

 

 

 

831

S

Aşınma

Kir

 

 

625

T

Aşınma

 

Fatigue

 

698

U

 

 

Fatigue

Islaklık

615

V

Aşınma

Kir

Fatigue

Islaklık

520

W

Aşınma

Kir

Fatigue

 

620

X

 

Kir

Fatigue

 

702

Y

Aşınma

 

 

 

777

Z

Aşınma

 

Fatigue

Islaklık

640

AA

 

 

Fatigue

 

845

BB

 

 

 

Islaklık

660

CC

 

Kir

 

 

721

DD

Aşınma

 

 

Islaklık

600

EE

 

Kir

Fatigue

Islaklık

415

FF

Aşınma

Kir

 

Islaklık

486

 

Şekil 3 deneyin zaman sırasını göstermektedir. Veriler oldukça ratlantısal görünmektedir ve bu zaman sıralı varyasyonun gözardı edilebilir olduğunun olduğunun iyi bir göstergesidir.

Şekil 3. Sıralı zaman planı

Tablo 2. İstatistik Veriler

 

Koşullar

Rep 1

Rep 2

Std. Sap.

Ort

(Std Sap)2

DS

515

520

2.89

516.67

8.33

 

837

831

3.46

835

12

AD

655

625

17.32

645

300

AF

695

698

1.73

696

3

FS

621

615

3.46

619

12

ADFS

524

520

2.31

522.67

5.33

ADF

624

620

2.31

622.67

5.33

DF

699

702

1.73

700

3

A

769

777

4.62

771.67

21.33

AFS

637

640

1.73

638

3

F

857

845

6.93

853

48

S

664

660

2.31

662.67

5.33

D

722

721

0.58

721.67

0.33

AS

609

600

5.2

606

27

DFS

417

415

1.15

416.33

1.33

ADS

486

486

0

486

0

 

Tablo 2 her bir hücre için hesaplanan ortalama ve standart sapmaları göstermektedir. Standart sapmanın karesi pooled standart sapmayı hesaplamakta kullanılmıştır, ve bu deneysel değişkenliği göstermektedir. Pooled standart sapma 5.33’dür.

Şekil 4. Faktör etkileri.

 

Şekil 4 hesaplanan faktör etkilerinin en büyükten en küçüğe olarak sıralanmasını göstermektedir. Bu hangi faktörlerin ipler üzerinde en fazla etkiye sahip olduğunu görebilememize olanak vermektedir.

Fa=r Etkileri 180 160 t3 140 120 ioo so 60 40 10 0

 

Bir sonraki çizelge en önemli iki faktör etkileşimi sonuçlarını göstermektedir. Bu aşındırılmış ve ıslatılmış iplerin ikili bileşik etkileşim planıdır.

 

 

Şekil 5. İkili bileşik etkileşim planı

 

Sonuçların Değerlendirilmesi

 

Şekil 3’te deneyin çok az bir zaman varyasyonu olduğunu görmekteyiz. Bu iyi bir işarettir. Bu temel olarak, malzeme aşınması, deneysel prosedür vb.. gibi ortaya çıkabilecek görülmeyen değişkenler olmadığı anlamına gelir.

 

Tablo 1’den ipin beklenenin altında güç düzeylerinde kopmasına neden olan faktörlerin ne olduğunu görmek zordur. İlk bakışta değerler oldukça rastlantısal görünmektedir. Ancak, etkileri hesapladıktan sonra ipin gücü üzerinde hangi faktörlerin en fazla etkiyi yaptığı açığa çıkmaktadır. Şekil 4’ten ipleri ıslatmamızın diğer faktörlerin yanlız başına etki ettiklerinden daha fazla ipi zayıflatıcı bir etkisi olduğunu rahatça görebiliriz (faktör etki hesaplamaları appendixte görülebilir). İkinci en büyük faktör ise Kirdir. Kirli ipler temiz olanlardan daha düşük güçtedirler. En önemli ikili bileşik faktör aşınma ve ıslanmadır. Diğer ikisi, üç ve dört bileşik etki kırılma gücü konusunda daha az etkilidir. Tablo 2’den en zayıf iplerin kirli, fatiqueli ve ıslak ipler olduğunu görebiliriz. Bunlar nerdeyse bu koşulların uygulanmadığı iplerin yarı gücündedirker.

Suyun ip üzerindeki etkileri

Islatmanın iplerin en düşük güç düzeylerinde kopmalarına neden olmasının muhtemel nedenleri örneklerin silikon ve teflonla kaplanan “kuru” tipte ipler olmayışıdır. Bu uygulamalar naylonun bu kadar su absorbe etmemesine yardımcı olabilirdi. Bu nedenle standart tırmanma iplerinin çoğu sudan korunmaları için bir ön-işlemden geçmiştir. Örneklerdeki kuru ipler ortalaması .01 oz/in dir. Islak iplerin (diğer faktöer ayarlamalarını içeren) ortalaması .025 oz/in dir. Bu ağırlıkta % 253.4 bir artış demektir. Bu kadar su barındıran iplerde fiberlerin kılcal etkinliği naylonun daha zayıf olmasına neden olmaktadır.

Kirin ip üzerindeki etkileri

Kirin ipler üzerinde böylesi büyük bir etkisi olmasının nedenleri merak edilebilir. Kir temel olarak “ipinizi dıştan ve içten aşındırıp ömrünü kısaltabilecek, toprakta bulunan kaya parçacıklarından” oluşmaktadır (Rock and Ice). Örneklerin hazırlanmasında toprak bütünüyle iplere yedirilmiştir. İpin bir iç kısmı bir de kılıfı bulunmaktadır. Toprak koruyucu kılıfı geçerek iç kısmı etki etmiştir. Göze zararsız görülen parçacıkların gerçekte çok keskin ve aşındırıcı mikroskobik kenarları vardır. Kirin ipin iç kısmında ve dış kılıfta her bir life yüzey bozulmalarına neden olabilecek ve böylece her lifin öncesinden daha düşük bir güçte olmasına neden olabilecek şekillerde zarar verecek bolca zamanı vardı.

Aşınma ve ıslanmanın etkileri

İpler aşındırıldıklarında ve ıslatıldıklarında diğer ikili bileşik etkilerde olduklarından daha zayıftılar. Şekil 5 bu iki etki arasındaki etkileşimi göstermektedir. Aşındırılmamış ve kuru ipler açık bir şekilde en güçlü olanlardır. İlginç bir sonuç da, ip ıslandığında şınmış ipin bu ikisinde güçlü olanı olasıdır. Tersinin doğru olması mantıklı gibi görülebilirdi.

Öneriler

Sonuçlardan ıslak ortamlarda daha iyi bir performansı olan ipin böyle bir performansı olmayana göre açıkça daha tercih edilebilir olacağını net olarak görmekteyiz. İp üreticileri kuru işlemlere tabi tutulmuş pek çok ip seçenekleri üretmektedirler. Ancak bu işlemler ipi su-geçirmez yapmaktan çok sadece ipin hemen yaşlanmasını engellemektedir. Ek olarak, kuru işlemler özelliklerini kaybetmektedir. Bazı işlemler diğerlerine göre çok daha çabuk özellik kaybetmektedir. İpleri için endişelenmeyi bırakabilseler ve tırmanmanın keyfine varabilseler dünya tırmanıcılar için çok daha güzel bir yer olabilirdi.

.

Bir olası çözüm kevlar lifleri naylon liflerle birleştirmek olabilir. İpin iç kısmı, (naylonun %20 esnemesine karşın) kevların yanlızca % 2.2’lik esnemesi nedeni ile tamamen kevlar olamaz. Bu düşmekte olan bir tırmanıcıyı kurtarmak için gerekli “esneme”yi veremez. Ancak, (kabaca naylon liflerden 3.3 kat daha güçlü olan [DuPont]) kevlar lifler iç kısma esnemeye izin verecek şekilde eklenebilselerdi, ipler şimödiye kadar olduklarından çok daha sağlam olabilirlerdi. Aslında, su emilimi artan gerilim güçleri ile muhtemelen kaygı duyulacak bir etken olmaktan çıkacaktır. Kevlar lifleri iplerin naylon iç kısımları etrafına sarmal bir şekilde sarılıp dış kılıfla örtülürse, iç kısmın dış kılıftan sıyrılması oldukça muhtemeldir (standart iplerde bu çeşit bazı sıyrılmalar gerçekleşmektedir[Rock and Ice]) ve bu aksi vurgulanana kadar kullanılmalıdır. Bu ipin gücünü arttırabilir ancak açılım sırasında kıvrılmalar yaşanmasına neden olabilir. Muhtemel sınırlayıcı nedenler de artan maliyet ve biraz artacak lineer yoğunluk olacaktır. Bunlar daha güvenilir ve dayanıklı bir ip istemenin bedeli olabilir.

 

Sonuçlar

Bu deneyle sorumlu üreticilerin bulgularını teyid edebilmekteyiz. Dahası, önemli faktörleri ve de bubnların etkileşimlerini belirleyebilmekteyiz. Yoğun olarak ip kullananlar için bu değerli bir bilgidir.  Belirli koşullarda ipin normal koşullardan daha büyük bir kopm tehlikesi olup olmadığını bilmek avantajlı olabilir. Bunun bir örneği, sadece kirli bir ip kullanmaktan daha kötü olabilecek, pütürlü kaya üzerinde ıslak bir ip kullanmak olabilir.

 

Su emiliminin gerilim gücü üzerindeki etkilerine çare olarak kevlar bağlı naylon iç kısmı olanve naylon bir kılıfla örtülmüş, suykla zayıflayan naylonun kopma tehdidini ortadan kaldırabilecek yeni bir ip tasarımı olacaktır.

 

Referanslar

Du Pont şirketinden, Michael T. Downes tarafından fakslanan Teknik Belgeler

Rock and Ice, Sayı 50 sayfa. 79-84

 

 

Appendix

 

 

Aşınma

Kir

Fatigue

Su

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

B

C

D

AB

AC

AD

BC

BD

CD

ABC

ABD

ACD

BCD

ABCD

SUM+

9965

9251

10129

8929

10470

10428

10716

10268

10192

10326

10459

10359

10609

10227

10266

SUM-

10641

11355

10477

11677

10136

10178

9890

10338

10414

10280

10147

10247

9997

10379

10340

(+)+(-)

20606

20606

20606

20606

20606

20606

20606

20606

20606

20606

20606

20606

20606

20606

20606

(+)-(-)

-676

-2104

-348

-2748

334

250

826

-70

-222

46

312

112

612

-152

-74

((+)-(-))/16

-42.25

-131.5

-21.75

-171.75

20.88

15.63

51.63

-4.38

-13.88

2.88

19.5

7

38.25

-9.5

-4.63

 

Tablo A. Etkilerin hesaplanması

 

 

Şekil A. Standart sapma vs. ortalama