Farklı kumaş ve farklı yöntemlerle üretilmiş CTP kompozitlerin balistik davranışlarının incelenmesi
Researching the ballistic behaviour of GRP composites produced by different fabrics and different methods
Yazar: ENVER BÜLENT YALÇIN
Danışman: PROF. DR. MÜZEYYEN MARŞOĞLU ; PROF. DR. VOLKAN GÜNAY
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Balistik = Ballistics ; Darbe = Impact ; Kompozit malzemeler = Composite materials

Özet:
Cam Elyaf Takviyeli Plastik (CTP), takviye malzemesi olarak cam elyaf ile matriks malzeme olarak bir reçinenin birlikte kalıplanmasıyla elde edilen kompozit bir malzemedir.CTP kompozitlerin çeşitli üretim yöntemleri mevcuttur. Üretimler el yatırması gibi basit yöntemlerle yapılabildiği gibi reçine transfer yöntemi gibi seri üretim amaçlı kullanılan kalıplama yöntemleriyle de yapılabilmektedir. CTP kompozitler alternatifi oldukları malzemelere göre, hafiflik, montaj, tamir ve bakım kolaylığı gibi avantajları nedeniyle birçok sektörde uzun yıllardır artan bir şekilde kullanım alanları bulmaktadır.Bu araştırmada, takviye malzemesi olarak, 0 ? /90 ? yönlü-iki eksenli-cam elyaf dokuma kumaşlar, 0 ? /90 ? yönlü-iki eksenli-cam elyaf dikişli kumaşlar, 45 ? /90 ? /-45 ? yönlü-üç eksenli-cam elyaf dikişli kumaşlar ve 0 ? /45 ? /-45 ? /90 ? yönlü-dört eksenli-cam elyaf dikişli kumaşlar kullanılmıştır. Matriks malzemesi olarak , Polipol 3401-CTP tipi genel amaçlı polyester kullanılmıştır.Kompozit üretimleri, kapalı kalıpta soğuk pres ve el yatırması yöntemleriyle, 600mm 600mm 6mm boyutlarında ahşap kalıp kullanılarak gerçekleştirilmiştir.Takviye malzemesi olarak, 0 ? /90 ? yönlü-iki eksenli-cam elyaf dokuma kumaş, 0 ? /90 ? yönlü-iki eksenli-cam elyaf dikişli kumaş, 45 ? /90 ? /-45 ? yönlü-üç eksenli-cam elyaf dikişli kumaş ve 0 ? /45 ? /-45 ? /90 ? yönlü-dört eksenli-cam elyaf dikişli kumaş, matriks malzemesi olarak, Polipol 3401-CTP tipi genel amaçlı polyester kullanılarak, kapalı kalıpta soğuk pres ve el yatırması yöntemleriyle gerçekleştirilen 8 farklı üretimden elde edilen kompozitlerin özelliklerinin belirlenmesi amacıyla; yoğunluk ölçümü için (20 20)mm boyutlarında 40 adet, yakma testi, elyaf ve matriks hacim oranı belirlenmesi için (30 30)mm boyutlarında 40 adet, sertlik ölçümleri ve çekme testleri için (250 25)mm boyutlarında 40 adet, üç nokta eğme testleri için (110 15)mm boyutlarında 40 adet ve darbe testleri için (90 90)mm boyutlarında 96 adet numune hazırlanmış, testler gerçekleştirilerek kompozitlerin dayanım özellikleri ve makroyapıları incelenmiştir.Darbe dayanımı, malzeme tasarlanırken kullanım ömrünün belirlenmesinde önemli ancak zor tespit edilebilen özelliklerdendir. Darbe testi, bir malzemenin yüksek enerji yüklemelerine karşı dayanımını ve darbe yüklemesiyle hasar gördüğünde soğurduğu enerjiyi belirlemekte kullanılmaktadır.Bu çalışmada, dört farklı kumaş (0 ? /90 ? yönlü-iki eksenli-cam elyaf dokuma kumaş, 0 ? /90 ? yönlü-iki eksenli-cam elyaf dikişli kumaş, 45 ? /90 ? /-45 ? yönlü-üç eksenli-cam elyaf dikişli kumaş ve 0 ? /45 ? /-45 ? /90 ? yönlü-dört eksenli-cam elyaf dikişli kumaş) ve iki farklı üretim yöntemi (kapalı kalıpta soğuk pres yöntemi ve el yatırması yöntemi) kullanılarak üretilen polyester matriksli, cam elyaf takviyeli kompozitlere darbe testleri uygulanmıştır. Darbe testleri, yüksek hızlı darbe test cihazı (Instron Dynatup 9250 HV) kullanılarak 12 farklı enerji seviyesinde (25J, 50J, 75J, 100J, 200J, 300J, 400J, 500J, 600J, 700J, 800J ve 900J), 16mm çapında yarıküresel darbe ucuyla ve 25836g düşen ağırlık kullanılarak yapılmıştır.Darbe testlerinden sonra numunelerde oluşan hasarlar, tarama elektron mikroskobu ve ışık mikroskobu fotoğraflarıyla ve yüksek hızlı darbe test cihazı yazılımından (Impulse Data Acquisition) elde edilen; yük-zaman, enerji-zaman, yük-sapma ve hız-enerji-zaman eğrileri yardımıyla incelenmiştir.Mekanik testler ve darbe testleri sonuçlarına göre, kapalı kalıpta soğuk pres yöntemiyle, 0 ? /90 ? yönlü-iki eksenli-cam elyaf dokuma kumaşla ve Polipol 3401-CTP tipi genel amaçlı polyesterle üretilen elde edilen kompozitin en iyi dayanım değerlerine sahip olduğu belirlenerek; aynı üretim parametreleriyle, balistik amaçlı kurşungeçirmez yelek imalatının yapılabileceğine karar verilmiş ve kurşungeçirmez yelek üretimi gerçekleştirilmiştir.Kapalı kalıpta soğuk pres yöntemiyle, 0 ? /90 ? yönlü-iki eksenli-cam elyaf dokuma kumaşla ve Polipol 3401-CTP tipi genel amaçlı polyesterle üretilen kurşungeçirmez yeleğe, 9mm kalibreli Parabellum mermisi ile balistik atışlar gerçekleştirilmiştir.Balistik atışlar sonucunda, kurşungeçirmez yelek malzemesinde herhangi bir delinme olmamış ve atılan bütün mermiler kompozit malzeme içerisinde durdurulmuştur.Anahtar Kelimeler: CTP kompozit, balistik, darbe testi, cam elyaf kumaş.

Abstract:
Glass fiber reinforced plastic (GRP) is a composite material produced by molding the glass fiber as reinforcement material and a resin as a matrix together.There are several production methods of GRP composites. The productions could be carried out with simple methods like hand-lay-up and also serial production methods like resin transfer molding. The advantages of GRP against the alternative materials such as, corrosion resistance, low weight, easy assemblying, easy repairing and maintenance properties, makes it preferably used in several fields and the usage of it is being increased by the time.In this research, 0 ? /90 ? oriented-biaxial-glass fiber woven fabrics, 0 ? /90 ? oriented- biaxial-stitched glass fiber fabrics, +45 ? /90 ? /-45 ? oriented-triaxial-stitched glass fiber fabrics and 0 ? /45 ? /-45 ? /90 ? oriented-quadraxial-stitched glass fiber fabrics were used as reinforcing material. Polipol 3401-GRP type general purpose polyester was used as matrix material.The composite productions were achieved by using cold press closed mold method and hand lay-up method with a wooden mold which has a dimension of 600mm 600mm 6mm.40 samples (20mm 20mm) for determining the density, 40 samples (30mm 30mm) for ignition loss, volume and matrix fraction tests, 40 samples (250mm 25mm) for tensile tests, 40 samples (110mm 15mm) for 3-point bending tests and 96 samples (90mm 90mm) for impact tests were prepared so as to determine the properties of composites which were produced by 8 different productions by using cold press closed mold method and hand lay-up method with 0 ? /90 ? oriented-biaxial-glass fiber woven fabrics, 0 ? /90 ? oriented- biaxial-stitched glass fiber fabrics, +45 ? /90 ? /-45 ? oriented-triaxial-stitched glass fiber fabrics and 0 ? /45 ? /-45 ? /90 ? oriented-quadraxial-stitched glass fiber fabrics and Polipol 3401-GRP type general purpose polyester as matrix material, and tests were achieved and macro structures of the composites were analysed.Impact strength is an important parameter to determine the lifetime of the material while designing products but hard to define. Impact test is used to define the strength to impact loads in high velocity and energy absorbed after damaging with impact loads.In this work, impact tests were applied to the glass fiber reinforced and polyester matrix composites produced by four different fabrics (0 ? /90 ? oriented-biaxial-glass fiber woven fabrics, 0 ? /90 ? oriented- biaxial-stitched glass fiber fabrics, +45 ? /90 ? /-45 ? oriented-triaxial-stitched glass fiber fabrics and 0 ? /45 ? /-45 ? /90 ? oriented-quadraxial-stitched glass fiber fabrics) and two different production methods (cold pres in closed mold method and hand lay-up method). Impact tests were achieved by the high velocity impact test machine (Instron Dynatup 9250 HV) at twelve energy levels (25J, 50J, 75J, 100J, 200J, 300J, 400J, 500J, 600J, 700J, 800J and 900J) with an impactor which has a diameter of 16mm and drop weight was 25836g.The damages on composites after the impact tests were analysed with the help of scanning electron microscope and stereo microscope photographs and load-time, energy-time, load-deflection and velocity-energy-time curves from the software (Impulse Acquisition) of the high velocity impact test machine.According to the mechanical and impact test results, the composite produced by cold press in closed mold method with 0 ? /90 ? oriented-biaxial-glass fiber woven fabrics and Polipol 3401-GRP type general purpose polyester, has the best strength values and it was decided that a bulletproof vest could be produced by the same production parameters and the bulletproof vest has been produced.Ballistic shots with Parabellum 9mm calibre bullets were applied to the bulletproof vest produced by cold press in closed mold method with Polipol 3401-GRP type general purpose polyester.The result of the ballistic shots was, the bulletproof vest had no perforation on itself and all the bullets were stopped inside it by the composite material.Key words: GRP composite, ballistics, impact test, glass fiber fabric.