Kesme kalınlaşması gösteren sıvı emdirilmiş S2 cam fiber kumaşların delme direncinin deneysel olarak araştırılması
Experimental research of shear thickening fluid (STF) impregnated S2 glass fiber fabrics puncture resistance
Yazar: ABDUL JAMIL HALIMI
Danışman: DOÇ. DR. İBRAHİM FADIL SOYKÖK
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı, yumuşak vücut zırhı uygulamaları için kesme kalınlaşması gösteren sıvı (Shear thickening fluid: STF) emdirilmiş S2 cam fiber kumaşların hazırlanması ve delinme dirençlerinin deneysel olarak araştırılmasıdır. Bu çalışmada kesme kalınlaşması gösteren sıvı emdirilmiş S2 cam fiber kumaşların delinme direnci, iki farklı test metodu Ağırlık düşürme delme test ve Yarı statik delme test kullanılarak kuru S2 cam fiber kumaşların delinme direnci ile kıyaslanmıştır. Bu çalışmada ağırlıkça %20 oranında isli silika içeren kesme kalınlaşması gösteren sıvının (Shear Thickening Fluid-STF) reolojik davranışını analiz edilmiş. Ayrıca, STF emdirilmiş S2 cam fiber kumaşlar hazırlanmış ve bu kumaşların mekanik özellikleri delinme dirençleri bakımından deneysel olarak test edilmiştir. Testler öncesinde STF, isli silika ve polietilen glikolün mekanik karıştırıcı kullanılarak karıştırılması ve ardından bu süspansiyonun ultrasonik banyoda bekletilmesiyle hazırlanmıştır. STF emdirilmiş S2 cam fiber kumaşların ağırlık düşürme delme ve yarı statik delme testleri mekanizmaya monte edilen bir delici uç kullanarak yapılmıştır. Ağırlıkça %20 oranında isli silika içeren kesme kalınlaşması gösteren sıvının (STF) elde edilen reolojik verilerine viskozite kritik kesme hızında ani bir artış göstermiştir. Maksimum viskozite değeri 463 Pa.s olarak gözlemlenirken, kritik kesme değeri 2 1/s olarak elde edilmiştir. Ağırlık düşürme delme test sonuçlarına göre STF emdirilmiş kumaşlarda delici ucun 200 mm, 300 mm ve 400 mm yükseklikten bırakıldığı koşullar için altlık malzemeye batma derinliği sırasıyla 17,57 mm, 34,24 mm ve 51,94 mm'dir. Kuru kumaşlarda delici ucun 200 mm, 300 mm ve 400 mm yükseklikten bırakıldığı koşullar için altlık malzemeye batma derinliği ise sırasıyla 25,37 mm, 41,63 mm ve 65,49 mm'dir. STF emdirilmiş kumaşlarda delici ucun 200 mm, 300 mm ve 400 mm yükseklikten bırakıldığı koşullar için altlık malzemede oluşturduğu iz genişliği sırasıyla 17,81 mm, 29,31 mm ve 24,79 mm'dir. Kuru kumaşlarda delici ucun 200 mm, 300 mm ve 400 mm yükseklikten bırakıldığı koşullar için altlık malzemede oluşturduğu iz genişliği sırasıyla 11,63 mm, 16,28 mm ve 18,95 mm'dir. Yarı statik delme test sonuçlarına göre delici ucun altlık malzemeye 40mm battığı durumda, STF emdirilmiş kumaşlarda delme kuvveti 0,15 kN, kuru kumaşlarda ise 0,12 kN'dur.

Abstract:
The aim of this study is to prepare shear thickening fluid (STF) impregnated S2 glass fiber fabrics for soft body armor applications and to experimentally investigate their puncture resistance. In this study, the puncture resistance of fluid-impregnated S2 glass fiber fabrics showing shear thickening was compared with the puncture resistance of dry S2 glass fiber fabrics using two different test methods drop weight test and quasi-static drilling test. In this study, besides analyzing the rheological behavior of Shear Thickening Fluid (STF) containing 20% by weight of fumed silica, STF impregnated S2 glass fiber fabrics were prepared and the mechanical properties of these fabrics were experimentally investigated in terms of their puncture resistance. Before the tests, STF was prepared by mixing fumed silica and polyethylene glycol using a mechanical stirrer and then keeping this suspension in an ultrasonic bath. Drop weight puncture and quasi-static puncture tests of STF impregnated S2 glass fiber fabrics were performed using a drill bit mounted on the mechanism. The rheological data of the shear thickening fluid (STF) containing 20% by weight of fumed silica showed a sudden increase in viscosity at the critical shear rate. While the maximum viscosity value was observed as 463 Pa.s, the critical shear value was obtained as 2 1/s. According to the drop weight test results, the penetration depth into the backing material is 17.57 mm, 34.24 mm, and 51.94 mm, respectively, for the conditions where the penetrator tip is dropped from a height of 200 mm, 300 mm and 400 mm in STF impregnated fabrics. In dry fabrics, the penetrating depth of the base material is 25.37 mm, 41.63 mm and 65.49 mm, respectively, for the conditions where the piercing tip is dropped from a height of 200 mm, 300 mm and 400 mm. In STF-impregnated fabrics, for the conditions where the piercing tip is dropped from a height of 200 mm, 300 mm and 400 mm, the trace width formed on the backing material is 17.81 mm, 29.31 mm and 24.79 mm, respectively. In dry fabrics, for the conditions where the penetrator tip is dropped from a height of 200 mm, 300 mm and 400 mm, the track width created on the backing material is 11.63 mm, 16.28 mm and 18.95 mm, respectively.
According to the quasi-static drilling test results, the piercing force is 0.15 kN for STF-impregnated fabrics and 0.12 kN for dry fabrics when the piercing tip sinks 40mm into the backing material.