Elektrospinning cihazının işlem parametrelerinin optimizasyonu ve aradaki ilişkilerin deneysel modellenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında elektrospinning sürecine etki eden işlem parametrelerinin deneysel olarak araştırılması amaçlanmıştır. Parametre etkileşimlerinin ve optimum parametrelerin tespiti silindir toplayıcı ve plaka toplayıcı için ayrı ayrı gerçekleştirilmiştir. Nano lif yüzeylerin üretiminde polivinil alkol (PVA) ve çözücü sistem olarak da saf su kullanılmıştır. Deneysel tasarım metodu olarak Taguchi metodu uygulanmıştır. Girdi parametreleri çözelti konsantrasyonu, uygulanan voltaj, düze -toplayıcı mesafesi, akış hızı ve silindir dönme hızı olarak belirlenmiştir. Çıktı parametreleri olarak lif çapı ve gözenek boyutu ele alınmıştır. Silindir toplayıcı beş parametre üç seviye L18 ortogonal dizisiyle, plaka toplayıcı ise dört parametre üç seviye L9 ortogonal dizisiyle araştırılmıştır. Üretilen yüzeylerin karakterizasyonu taramalı elektron mikroskobuyla (SEM) yapılmıştır. Nano lif çapları ve gözenek boyutları SEM görüntüleri üzerinden ölçülmüştür. Çap ölçümleri üzerinden standart sapma değerleri ve gözenek boyutu ölçümleri üzerinden % gözeneklilik değerleri hesaplanmıştır. Parametrelerin süreç çıktıları üzerindeki etkileri aralık analizi ve varyans analiziyle değerlendirilmiştir. Parametreler arasındaki etkileşimler kontur grafikleriyle analiz edilmiştir. Optimizasyonda amaç fonksiyonu olarak S/N oranlarından yararlanılmış ve minimum nano lif çapı için girdi parametreleri belirlenmiştir. Çıktı parametrelerinin modellenmesinde regresyon analizi kullanılmış ve nano lif çapına yönelik modellerde silindir ve plaka toplayıcı için sırasıyla %95,3 ve %92,9 belirleme katsayılarına ulaşılmıştır.

In this thesis, it is aimed to investigate the process parameters affecting the electrospinning process experimentally. Determination of parameter interactions and optimum parameters are carried out for cylinder and plate collectors, respectively. Polyvinyl alcohol (PVA) and distilled water as the solvent system are used in the production of nanofiber surfaces. The Taguchi method is applied as the experimental design method. Input parameters are determined as solution concentration, applied voltage, needle-to-collector distance, flow rate, and rotational speed of the cylinder collector. Nanofiber diameter and pore size are considered as output parameters. The cylinder collector is investigated with five parameters, three levels L18 orthogonal array and the plate collector with four settings, three levels L9 orthogonal array. The characterization of the produced surfaces is performed by the scanning electron microscope (SEM). Nanofiber diameters and pore sizes are measured on SEM images. Standard deviation values over the diameter measurements and % porosity values over the pore size measurements are calculated. The effects of the parameters on the process outputs are evaluated by ranking analysis and variance analysis. Interactions between parameters are analyzed by contour graphics. S/N ratios are used as the objective function in optimization, and input parameters are determined for the minimum nanofiber diameter. Regression analysis is used for modeling the output parameters, and 95.3% and 92.9% determination coefficients are achieved for the cylinder and plate collector in nanofiber diameter models, respectively.