Yapıştırıcı malzemelerin balistik zırh sistemine etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of adhesive materials on ballistic armor system
Yazar: TUĞÇE TEKİN BAŞER
Danışman: PROF. DR. ÇETİN KARATAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies
Dizin: Balistik = Ballistics ; Mermi = Projectile ; Yapıştırıcılar = Adhesives ; Zırh = Armour

Özet:
Balistik zırh uygulamalarında yeni tehdit türlerine karşı koyabilmek için zırh sistemlerinin fonksiyonel olarak optimizasyonunun yapılması gerekmektedir. Bu kapsamda zırh korumasına yönelik yüksek performans elde edebilmek için farklı türdeki malzeme grupları birleştirilerek çok katmanlı zırh sistemleri geliştirilmiştir. Katmanlı yapıların birbirlerine en etkin şekilde birleştirilmesi, yapıştırıcı ara tabakaların kullanılması ile mümkün olmaktadır. Bu araştırmada çok katmanlı yapıştırıcı malzemelerin mekanik ve fiziksel özellikleri değerlendirilerek balistik performansa etkisi ele alınmıştır. Çalışmada %99,7 değerinde saflığa sahip altıgen Al2O3 seramik karoları birbirlerine yapıştırılarak seramik plaka haline getirilmiştir. Aynı yapıştırıcı, seramik ve Al6061 destek plakası arasına uygulanarak katmanlı zırh yapısı elde edilmiştir. Yapıştırıcı malzemenin karşılaştırılmasında poliüretan, poliürea, güçlendirilmiş epoksi ve epoksi bazlı yapıştırıcı sistemleri kullanılmıştır. Merminin zırh plakasına çarpması ile oluşan gerilmelerde, seramik ve destek plakası arasındaki yapıştırıcı ara yüzeyinin elastik modül değerinin rolü büyüktür. Bu kapsamda seçilen farklı elastik modülü değerindeki yapıştırıcıların balistik performansa etkisi ile balistik test sonuçları karşılaştırılmıştır. Merminin zırh plakasına çarpması ile seramik karolar arasındaki bağlantılar etkilenmektedir. Bu durum için seramikler arasına uygulanan yapıştırıcı malzemelerin eğme mukavemeti incelenmiştir. Balistik test atışında komşu seramiklerin hasar dağılımı ile yapıştırıcının kopma mukavemeti ilişkilendirilmiştir. Hazırlanan zırh plakalarına STANAG 4569 Seviye 3 tehdidi olan 7,62 mmx54R B32 mühimmatının standartta belirtilen hız değeri ile (854±20 m/s) balistik test atışı gerçekleştirilmiştir. Yapıştırıcı malzemenin mekanik özellikleri ile balistik test sonuçları ele alınarak yapıştırıcı malzemenin zırh sistemine etkisi incelenmiştir. Yapıştırıcı malzemelerin mekanik özellikleri ile balistik test sonuçları karşılaştırıldığında, mekanik özellikler ile balistik test sonuçları arasında doğrudan bir ilişki bulunamamıştır. Balistik zırh sisteminde merminin zırh plakasına çarpması ile mikro saniyeler mertebesinde bir senaryo gerçekleştiği için kullanılan yapıştırıcı malzemenin mikro seviyede bir etkisi olduğu değerlendirilmiştir. Bu kapsamda katmanlar arasına kullanılan yapıştırıcılarda beş tip yapıştırıcı çeşidi incelendiğinde doğrudan bir ilişki kurulamadığı deneysel test sonuçlarında ortaya çıkmıştır.

Abstract:
In ballistic armor applications, functional optimization of armor systems is required to resist new types of threats. In this context, multi-layer armor systems have been developed by combining different types of material groups in order to achieve high performance for armor protection. The most effective bonding of layered structures to each other is possible using adhesive intermediate layers. In the thesis study, the mechanical and physical properties of adhesive materials were evaluated and their effects on ballistic performance were discussed. In the study, hexagonal Al2O3 ceramic tiles with a purity of 99.7% were bonded to each other and turned into ceramic plates. The adhered ceramic tiles were turned into ceramic plates. The same adhesive was applied between the ceramic and the Al6061 backing plate to obtain a layered armor structure. Polyurethane, polyurea, reinforced epoxy and epoxy-based adhesive systems were used to compare the adhesive material. The elastic modulus of the adhesive interface between the ceramic and the backing plate has an important role in the stresses that occur when the bullet hits the armor plate. In this context, the effect of selected adhesives with different elastic modulus values on ballistic performance and ballistic test results were compared. When the bullet hits the armor plate, the interface between the ceramic tiles is affected. For this case, the bending strength of the adhesive materials applied between the ceramics was investigated. In the ballistic test results, the damage distribution of the adjacent ceramics and the breaking strength of the adhesive were related. Ballistic test firing was carried out with 7.62 mmx54R B32 (854±20 m/s) ammunition, which is a STANAG 4569 Level 3 threat, against the prepared armor plates. The effect of the adhesive material on the armor system was investigated by considering the mechanical properties of the adhesive material and the ballistic test results. When the mechanical properties of adhesive materials and ballistic test results were compared, no direct relationship was found between mechanical properties and ballistic test results. In the ballistic armor system, the adhesive material used had a micro-level effect, since a scenario in the order of microseconds occurred when the bullet hit the armor plate. In this context, when five types of adhesives which is used between the layers were examined, it was revealed in the experimental test results that a direct relationship could not be established.